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Long term Water Quality Trends  Long‐term Water Quality Trends in the Delaware Estuary from the  DRBC Boat Run Database Y. Voynova and J.H. Sharp College of Marine and Earth Studies College of Marine and Earth Studies University of Delaware

DRBC Boat Run • 1967 ‐ present Sampling: • Sampling:  – March ‐ November  – at slack water (1 day) ( y) – 1‐3 times a month

• Extensive array of  y water quality  parameters

University of Delaware • 1978 ‐ present • Sampling:  Sampling: – irregular – multiple day cruises multiple day cruises – 1‐13 cruises per year

• Additional  parameters, sampling is  guided by research aim

Combined, these databases form a long Combined, these databases form a long‐term term continuous reliable record of the Delaware  continuous reliable record of the Delaware Estuary water biogeochemistry and can be extremely valuable for researchers.

DRBC Boat Run Sampling Stations Upper River

Disttance Upstream (km)

Urban River

Turbid. Max.

Mid Bay

Lower Bay

DRBC Boat Run at EPA STORET Database • Legacy STORET (1967‐1998) – Data available via Delaware State archives in “None  Assigned” folder Assigned folder

• Modern STORET (1999‐2008) – Data Data available by email; requires knowledge of  available by email; requires knowledge of Organization ID, station name/number, specific routine  parameter

• WQX (2008‐present) WQX (2008 present) – Newest data reporting system

• Future improvements:  Future improvements: – One website for the entire database – Editing to convert it to a more user‐friendly format 

Changes in Regular Sampling Stations Station ID 332068 332061 332064 332058 892080 892077 892070 892071 892065 332052 892062 332049 332046 91011 91008 91005 91002 91015 91017 91020 91023 91026 91028 91030

Station Name Biles Channel (RM 131.04) Channel (RM 131 04) Fieldsboro (RM 127.5)

River Mile Primary Type Latitude Longitude 131 04 131.04 River/Stream 40 18 40.18 ‐74 75 ‐74.75 127.5 River/Stream 40.14 ‐74.87

Florence Bend (RM 122.4)

122.4

River/Stream

40.12

‐74.83

Burlington Bristol Bridge (RM 117.8) Torresdale (RM 110.7) Betsy Ross Bridge (RM 104.75) Benjamin Franklin Bridge (RM 100.2) Navy Yard (RM 93.2) Paulsboro (RM 87.9) ( ) Eddystone (RM 84.0) Marcus Hook (RM 78.1) Oldmans Point (RM 74.9) Cherry Island (RM 71 0) Cherry Island (RM 71.0) New Castle (RM 66.0) Pea Patch Island (RM 60.6) Reedy Island (RM 54.9) ( ) Liston Point (RM 48.2) Smyrna River (RM 44.0) Ship John Light (RM 36.6) Mahon River (RM 31.0) Elbow of Crossledge Shoal (RM 22.75) South Joe Flogger Shoal (RM 16.5) South Brown Shoal (RM 6.5)

117.8 110.7 104.75 100.2 93.2 87.9 84 78.1 74.9 71 66 60.6 54.9 48.2 44 36.6 31 22.75 16.5 6.5

River/Stream River/Stream River/Stream River/Stream River/Stream River/Stream / River/Stream River/Stream River/Stream River/Stream River/Stream River/Stream River/Stream Estuaryy Estuary Estuary Estuary Estuary Estuary Estuary

40.08 40.04 39.98 39.95 39.88 39.85 39.85 39.80 39.77 39 72 39.72 39.65 39.59 39.51 39.46 39.38 39.30 39.21 39.17 39.08 38.93

‐74.87 ‐74.99 ‐75.07 ‐75.14 ‐75.18 ‐75.26 ‐75.34 ‐75.43 ‐75.47 ‐75.51 75 51 ‐75.55 ‐75.56 ‐75.55 ‐75.56 ‐75.47 ‐75.38 ‐75.36 ‐75.28 ‐75.19 ‐75.10

• Stations 332055, 892074 and 892068 and 91014 abandoned.

UD and DRBC Database Comparison: Nutrients 250

Nitrate

50

Phosphorus DRBC Total P

Phosphorus s (µM P)

Nitrate (µ µM)

150

100

30

20

10

50 DRBC

0 1965

1975

1985

U Del

DRBC Trend

1995

0 1965

2005

Ammonium

1975

1985

2005

Dissolved Oxygen Dissolved Oxygen DRBC Trend

Dissolved Oxygen (µg-at O/L) D

U Del

200

150

100

50

600

400

200 DRBC

0 1965

1995

800 DRBC

Ammonium (µµM N)

DRBC Trend

40

200

250

U Del PO4

1975

1985

1995

2005

0 1965

1975

1985 Date

U Del

1995

DRBC Trend

2005

Database Comparison:  Chlorophyll Spring

Summer

Fall

Average Parameter Plots: Focus on 4 Regular Sampling Stations    Fieldsboro/Florence Bend

Paulsboro

Reedy Island

Mouth of Mahon River

Average Parameter Plots ‐ Nitrate

Nitrate is lower in the upper river region (Fieldsboro), increases in the urban region  (Paulsboro) and is still high near Reedy Island (at the beginning of the salinity  gradient), but is diluted in the mid and lower estuary regions (Mahon River). 

Average Parameter Plots ‐ Ammonia

Generally, ammonia was higher in all stations before 1980. The high concentration in  Mahon River in the 70s is an anomaly.

Average Parameter Plots ‐ Phosphate

The large decrease in phosphate concentrations after the 70s reflects the ban of  phosphate detergents.  

Nutrient Distributions in Recent Years – UD Data 150

4 NH4

3 100 2 50

• Increase in the urban region • Are subsequently diluted  down the salinity gradient  yg (turbidity maximum, mid and  lower bay regions)

1

0

35

0 0

30

60

30

90 120 150 Distance (km)

180

210

25 Salinity (psu)

• Nutrient concentrations: N ti t t ti

PO4

PO4 (µg-at P/L)

NO3, NH4 (µ µg-at N/L)

NO3

20 15 10 5 0 0

50

100 Distance (km)

150

200

• Salinity: • Is small to zero in the tidal  ll h d l river regions, with occasional  salt intrusions in the urban  region g • Increases linearly in the  turbidity maximum, mid and  lower bay regions 

Average Parameter Plots – Chlorophyll a

The chlorophyll record is not complete and does not show a clear trend.  

Average Parameter Plots – Dissolved Oxygen

Dissolved oxygen has large seasonal variability and was especially low in the 60s and  Dissolved oxygen has large seasonal variability and was especially low in the 60s and 70s in Paulsboro and Reedy Island stations. In recent years, minimum oxygen levels  have been higher than 4 mg/L. 

Oxygen Distributions in Recent Years – UD Data Oxygen ( % S Saturation)

150

100

50 Fall

0 35

0

50

30

Winter

Spring

Summer

100

150

200

150

200

Distance (km)

Salin nity (psu)

25 20 15 10

 

5 0 0

50

100 Distance (km)

• Dissolved oxygen saturation: • Large seasonal variability • Generally undersaturated in  the urban region and the  turbidity maximum  • Often supersaturated in the  mid and lower bays due to mid and lower bays due to  increased primary productivity  (spring and summer)

Conclusions • The The DRBC Boat Run Database is a valuable data resource  R C oat Run atabase is a valuable data resource for the Delaware Estuary: – Essential for characterizing the Delaware Estuary ecosystem  along the main shipping channel along the main shipping channel – Solid record of important water quality parameters   – Long‐term water quality trends  – Short‐term variability Short term variability

• Database not easily available to users: – EPA STORET website – WQX – No uniform and user friendly website for the entire database No uniform and user friendly website for the entire database

• The DRBC Boat Run record should be continuously  maintained and can serve as a platform for additional  i t i d d l tf f dditi l and improved future monitoring in the estuary

Acknowledgements • Institute of Soil and Environmental Quality  (ISEQ) U i (ISEQ), University of Delaware i fD l • Assistance from our lab group • Data assistance from Edward Santoro, DRBC