Seasonal contributions of water and pollutants to Lake St. Charles, a drinking water reservoir

Abstract

Surface waters are widely used as sources of drinking water in Canada. The identification of the main sources of pollutants to surface waters, often associated with increasing urbanization, is needed to improve management strategies. We used stable water isotopes (δ¹⁸O and δD), and nutrient and fecal coliform mass fluxes to estimate the seasonal contributions of water and pollutants of different inflows to Lake St. Charles (LSC). Our results indicate that out of six identified LSC water sources, groundwater (GW), Hurons River (HR) and small stream tributaries (SSTs) represent the major contributors (in terms of water volume). The three other water sources, including two wastewater treatment plants (WWTPs), Delage Lake (DL) and precipitation (rain and snow), represent smaller seasonal contributions. During the high-flow seasons (spring and fall), LSC receives water mainly from SSTs and HR, while during the low-flow season (summer), the lake relies mainly on GW inflows. Estimates of point source (WWTPs) versus non-point source (primarily septic installations) concentrations of nutrients and fecal coliforms show that the latter represents a seasonally variable and greater source of pollutants (5% WWTPs vs. 95% septic installations). HR and SSTs, draining densely occupied areas of single housing units with individual septic installations, are categorized as non-point sources, and as such are considered major nutrient and fecal coliform contributors. The higher precipitation in spring and fall caused increased fluxes of nutrients and fecal coliforms through higher stream discharge. Due to the seasonally variable and difficult to predict discharge dynamics of SSTs and HR, these two sources represent a potentially larger threat to LSC water quality. We advocate that improved management requires reducing the number of individual septic installations in the LSC watershed.

RÉSUMÉ

Les eaux de surface sont largement utilisées comme sources d’eau potable au Canada. L'identification des principales sources de polluants dans les eaux de surface, souvent associées à une urbanisation croissante, est nécessaire pour élaborer des stratégies de gestion améliorée. Nous avons utilisé des isotopes stables dans l’eau (δ¹⁸O et δD) et des charges en nutriments et coliformes fécaux pour estimer les contributions saisonnières de différents affluents vers le lac Saint-Charles (LSC). Nos résultats indiquent que parmi les six sources d'eau identifiées, les eaux souterraines (GW), la rivière des Hurons (HR) et les petits tributaires (SSTs) représentent les principaux contributeurs (en termes de volume d'eau). Les trois autres sources d'eau, dont deux stations d'épuration d’eaux usées (WWTPs), Lac Delage (DL) et les précipitations (pluie et neige), représentent une contribution saisonnière moins importante. Pendant les saisons de fort débit (printemps et automne), LSC reçoit de l’eau principalement des SSTs et HR, tandis que pendant la saison de faible débit (été), le lac dépend principalement de GW pour maintenir son niveau d’eau. Les estimations des sources ponctuelles (WWTPs) par rapport aux sources non ponctuelles (principalement des installations septiques) de nutriments et coliformes fécaux ont démontré que cette dernière source représente une contribution saisonnière variable, mais plus importante de polluants (5% des WWTPs contre 95% des installations septiques). HR et SSTs qui drainent les zones densément occupées par des maisons avec des installations septiques privées, sont classées comme des sources non ponctuelles et, à ce titre, sont considérées comme des contributeurs majeurs en nutriments et coliformes fécaux. Les précipitations plus abondantes au printemps et à l'automne ont entraîné une augmentation des flux de nutriments et coliformes fécaux en raison du débit plus élevé. La dynamique de débits saisonniers difficile à prévoir des SSTs et HR, représente une menace potentiellement plus grande pour la qualité de l'eau du LSC que d'autres sources. Nous préconisons que l'amélioration de la gestion nécessite de réduire le nombre d'installations septiques privées dans le bassin versant du LSC.

Keywords:

• Quebec
• stables isotopes
• nutrients
• fecal coliforms
• septic installations
• wastewater treatment plants

Acknowledgments

Many thanks to employees of APEL for water sampling, and to those of the Water Quality Division of Quebec City for their assistance in the laboratory. A special thanks to James Telford who helped with the stable isotope analyses.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the authors.

Correction Statement

This article has been republished with minor changes. These changes do not impact the academic content of the article.

Additional information

Funding

This work would not have been possible without the shared financial support from a Mitacs Elevation Postdoctoral Fellowship and APEL.