Növényi tápanyagok vízminőségi hatása (eutrofizáció) és a tápanyagterhelés számítása.

Az előadások a következő témára: "Növényi tápanyagok vízminőségi hatása (eutrofizáció) és a tápanyagterhelés számítása."— Előadás másolata:

1 Növényi tápanyagok vízminőségi hatása (eutrofizáció) és a tápanyagterhelés számítása

2 A TÁPANYAGOK VÍZMINŐSÉGI HATÁSA A FELSZÍNI VIZEK EUTROFIZÁLÓDÁSA oTÁPANYAGOK FELDÚSULÁSA  NÖVÉNYI „TÚLTERMELÉS” oESZTÉTIKAI PROBLÉMA, KORLÁTOZOTT VÍZHASZNÁLATOK oFÜRDŐVÍZ DIREKTÍVA  TROFITÁS ELLENŐRZÉSE (POTENCIÁLISAN TOXIKUS CIANOBAKTÉRIUMOK) oVÍZ KERETIRÁNYELV  CÉL: JÓ ÖKOLÓGIAI ÁLLAPOT ELÉRÉSE 2015-RE (> 50 HA ÁLLÓVIZEK) A MESTERSÉGES EUTROFIZÁLÓDÁS OKAI ÉS KEZELÉSE oMÉRSÉKELT ÖVI TAVAKBAN AZ BIOMASSZÁT LEGGYAKRABBAN A FOSZFOR (P) KORLÁTOZZA  MEGOLDÁS: P TERHELÉS CSÖKKENTÉSE oP FORRÁSAI: VÍZGYŰJTŐN!

3 LIMNOLÓGIA Tavak kialakulása TermészetesTermészetes Mesterséges (duzzasztógátak, (ivóvíz)tározók, halastavak, üdülőtavak, hűtőtavak stb.)Mesterséges (duzzasztógátak, (ivóvíz)tározók, halastavak, üdülőtavak, hűtőtavak stb.) Tavak jellemzői MorfológiaMorfológia VízháztartásVízháztartás Vízmozgás, áramlásokVízmozgás, áramlások Hőmérséklet és fényviszonyok,Hőmérséklet és fényviszonyok, Tápanyag ellátottságTápanyag ellátottság Kémiai jellemzők, sótartalomKémiai jellemzők, sótartalom

4 Völgyzárógátas tározó

5 Tavak hidrológiája és morfológiája Alaktan és jellemző méretek hosszúságszélesség víztükörfelület (A) víztérfogat (V) vízmélység (H) Tartózkodási idő (feltöltődési, vízkicserélődési idő): Q Hígulás, megújulási sebesség: L Partvonal hosszúság (L) Partvonal tagoltság:

6 LITORÁLIS ZÓNA

7 Tavak vízmérlege Befolyó – elfolyó + csapadék – párolgás  talajvíz Szabályozott tavak: Vízmérleg szerepe: Tartózkodási idő Sótartalom (lefolyástalan tavak) Tápanyag visszatartás (oldott és partikulált formák, szezonális változások)

8 Hó eleji vízállás (cm) -50 0 50 100 150 200 190119041907191019131916191919221925192819311934 19371940194319461949195219551958196119641967197019731976 197919821985 198819911994199720002003 BALATON VÍZSZINTVÁLTOZÁSA (1901-2003) Szabályozás alsó szint Szabályozás felső szint

9 Vízmozgások Aperiodikus áramlások: Aperiodikus áramlások: Szél ill. nyomáskülönbség hatására kialakuló áramlások Periodikus vízmozgások:Periodikus vízmozgások: Szél keltette hullámzás (függ: szélsebesség, meghajtási hossz, vízmélység) Tólengés (seiche): a szél hatására a víztömeg feltorlódik, majd a szél leálltával visszalendül (Balaton: hossz- és keresztirány)  Üledék felkeveredés (áramlásból és a hullámmozgásból származó csúsztató feszültség idézi elő)  fény  biomassza származó csúsztató feszültség idézi elő)  fény  biomassza

10 Fényintenzitás vertikális eloszlása: Lambert törvény HŐMÉRSÉKLET ÉS FÉNY z I I0I0I0I0 1%: fotikus zóna z T Hőmérséklet vertikális eloszlása 0 5 10 15 20 (C) Nyár Tél Hőrétegzettség (mély tavak) T (C)  4 C Max. termikus gradiens Termikus ellenállás Extinkciós tényező (k e )

11 Tavak rétegződése: Mély tavak EpilimnionMetalimnionHipolimnion Jellemzők: hőrétegzettség, időszakos cirkuláció (átfordulás), Függ: szél kinetikai energiája és a sűrűség különbségből adódó termális ellenállás (számítható!) Sekély tavak Fenékig átkevert Nincs hőrétegzettség!

12 TÁPANYAG ELÁTOTTSÁG Források: - Természetes (vízgyűjtő – kőzetek, légköri kiülepedés) - Antropogén (kommunális szennyvíz, mezőgazdaság – műtrágyák, ipari emissziók). műtrágyák, ipari emissziók).

13 IDŐBELI VÁLTOZÁSOK (szukcesszió): Természetes: termőképesség (trofitás) növekedése (tápanyag dúsulás), feltöltődés, sótartalom növekedése (lefolyástalan tavak) Mesterséges: eutrofizálódás, savasodás, vízháztartás változása (kiszáradás) – antropogén hatások! OligotrófMezotróf Eutróf Mocsár Időlépték!

14 EUTROFIZÁLÓDÁS EUTROFIZÁLÓDÁS Eutrofizálódás: tápanyagfeldúsulás Természetes vs mesterséges Kronológia Kiváltó okok (főként P és N terhelések): vízgyűjtő Szennyvíz (közvetlen, közvetett) - pontszerűSzennyvíz (közvetlen, közvetett) - pontszerű Városi lefolyásVárosi lefolyás Mezőgazdaság - nem-pontszerű (csapadék)Mezőgazdaság - nem-pontszerű (csapadék) IparIpar Légköri kihullásLégköri kihullás Több nagyságrendnyi növekedés (elmúlt fél évszázad) Fontos természeti tényező: hőmérséklet, összes sugárzás

15 EUTROFIZÁLÓDÁS EUTROFIZÁLÓDÁSKövetkezmények: „Algásodás”: esztétika (rekreáció), vízhasználatok„Algásodás”: esztétika (rekreáció), vízhasználatok Vízkezelés (pl. szűrők eltömődése)Vízkezelés (pl. szűrők eltömődése) Íz és szagÍz és szag Toxikus hatásokToxikus hatások Szervesanyag felhalmozódás  O 2Szervesanyag felhalmozódás  O 2 O 2 napszakos ingadozásO 2 napszakos ingadozás Makrofiták (bentikus eutrofizáció)Makrofiták (bentikus eutrofizáció)

16 Folyamatok R,T 1 év N,P Chl Természeti tényezők: Sugárzás, hőmérséklet Felvehető tápanyagok, Biomassza (eredő hatás)

17 FOTOSZINTÉZIS ÉS SZTÖCHIOMETRIA FOTOSZINTÉZIS ÉS SZTÖCHIOMETRIA 106 CO 2 + 16 NO 3 + HPO 4 + 122 H 2 O + 18 H  C 106 H 263 O 110 N 16 P 1 + 138 O 2 CO 2 és szervetlen tápelemek  növényi protoplazma (fény, termelés vs légzés)CO 2 és szervetlen tápelemek  növényi protoplazma (fény, termelés vs légzés) C 106 H 263 O 110 N 16 P 1 :elemek aránya a sejtbenC 106 H 263 O 110 N 16 P 1 :elemek aránya a sejtben Liebig: 106 : 16 : 1 (moláris arány)Liebig: 106 : 16 : 1 (moláris arány) Redfield: felvétel és leadás aránya a fenti az óceánokbanRedfield: felvétel és leadás aránya a fenti az óceánokban Édesvizek hasonlóan viselkednek (tó specifikus)Édesvizek hasonlóan viselkednek (tó specifikus) A limitálás elve:A limitálás elve: - természeti körülmények - szabályozás

18 N/P ARÁNY: EGYSZERŰ BECSLÉS N/P ARÁNY: EGYSZERŰ BECSLÉS Alga sejt: 0.5 - 2.0  gP/  gChl-a  a PAlga sejt: 0.5 - 2.0  gP/  gChl-a  a P 7 - 10  gN/  gChl-a  a N 7 - 10  gN/  gChl-a  a N Példa: (a) N = 5 mg/l, a N = 10  Chl-a = 500  g/lPélda: (a) N = 5 mg/l, a N = 10  Chl-a = 500  g/l (b) P = 1 mg/l, a P = 1  Chl-a = 1000  g/l (b) P = 1 mg/l, a P = 1  Chl-a = 1000  g/l Szabályozás: Chl-a = 50  g/l (célállapot)Szabályozás: Chl-a = 50  g/l (célállapot) P = 50  g/l = 0.05 mg/l P = 50  g/l = 0.05 mg/l Általában, ha N/P < 10  N limitálÁltalában, ha N/P < 10  N limitál N/P > 10  P limitál N/P > 10  P limitál N/P  10  ??? N/P  10  ??? Mi limitál? Szennyvíz (nyers és tisztított)?Mi limitál? Szennyvíz (nyers és tisztított)? Mezőgazdasági diffúz? Mezőgazdasági diffúz? Vegyes? Vegyes? Mi tehető limitálóvá? Mi tehető limitálóvá? Fényviszonyok, átlátszóság (pl. Secchi mélység)Fényviszonyok, átlátszóság (pl. Secchi mélység) Fitoplankton összetételeFitoplankton összetétele

19 INDIKÁTOROK INDIKÁTOROK Elsődleges termelésElsődleges termelés AlgaszámAlgaszám BiomasszaBiomassza Chl-aChl-a ÖP, ÖNÖP, ÖN Fényviszonyok, átlátszóság (pl. Secchi mélység)Fényviszonyok, átlátszóság (pl. Secchi mélység) Fitoplankton összetételeFitoplankton összetétele Oldott oxigénOldott oxigén

20 TAVAK OSZTÁLYOZÁSA (OECD; Chl-a - átlag/max) OligotrófMezotrófEutrófHipertróf ÖP (mg/m 3 ) 1035100>100 Chl-a (mg/m 3 ) 2.5/88/2525/75>25/>75 Secchi (m) 631.5<1.5 Hipol.O 2 tel.(%) 8010<10-

21 EGYSZERŰ ÖP MODELL: tó ÖP anyagmérlege Q be, P be V (térfogat), A (felszín) Q ki, ÖP ÖP ÖP vsvsvsvs ÖP [g/m 3 ] – összes P koncentráció a tóban (teljes elkeveredés) P be [g/év]– külső P terhelés v s [m/év]– látszólagos (eredő) ülepedési sebesség Feltevések: - csak összes P - teljes elkeveredés (szegmentálás) - teljes elkeveredés (szegmentálás) - évi átlag - évi átlag

22  0 0 0 0 Egy év alatt (évi átlag): Normalizált terhelés (évi átlagos összes P koncentráció) p fajl – fajlagos ÖP terhelés (g/m 2 /év) - éves átlag q fajl – fajlagos hidraulikai terhelés (m 3 /m 2 /év = m/év) P – éves átlagos P koncentráció (g/m 3 )

23 A Vollenweider-féle statisztikus formula (1980) Sekély tavakra: Tartózkodási idő (év) vízmélység (m)

24

25 Tervezés empirikus összefüggések alapján ÖP terhelés Anyagmérleg számítás ÖP koncentráció Chl-a ÖP L Max/átlag klorofill koncentráció Chl S Secchi mélység

26 „TÓ VÁLASZ” BELSŐ TERHELÉS NÉLKÜL Lineáris szakasz Telítési szakasz BIOMASSZA TERHELÉSP

27 Vollenweider (statisztikus) modell előnyei: Egyszerű, gyors, egy paraméter Tervezés, előrejelzés Hosszú távú átlagok, terhelés adatok becsülhetők A modell alkalmazási korlátjai: Éves átlagok – több éves adatsor szükséges az „igazoláshoz” Egy paraméter (v s ) – aggregált jellemző (P forgalmat befolyásoló összes hatást összegzi) – empíria, nincs mögötte „fizikai tartalom” Szezonális változásokat nem tudja kezelni Fény, vízmélység (fotikus zóna) szerepe nem jelenik meg Lineáris „válasz”, belső terhelés hiánya

28 KÜLSŐ TERHELÉS KIÜLEPEDÉS BELSŐ TERHELÉS KIFOLYÁS ÜLEDÉK AZ ÜLEDÉK SZEREPE: BELSŐ TERHELÉS (A TÁPANYAGOK (ELSŐSORBAN A FOSZFOR) AZ ÜLEDÉKBŐL VISSZAJUT A TÓBA) NEM-PONTSZERŰ LÉGKÖRI KIÜLEPEDÉS

29 KÜLSŐ TERHELÉS KIÜLEPEDÉS BELSŐ TERHELÉS KIFOLYÁS SZENNYVÍZVÍZTISZTÍTÁS ÜLEDÉK LÉGKÖRI KIÜLEPEDÉS NEM-PONTSZERŰ A SZABÁLYOZÁS HATÁSA : KÉSLELTETETT VÁLASZ (A KÜLSŐ TERHELÉS CSÖKKENTÉSE UTÁN A BELSŐ TERHELÉS NÖVEKSZIK)

30 KÜLSŐ TERHELÉS KIÜLEPEDÉS BELSŐ TERHELÉS KIFOLYÁS ÜLEDÉK LÉGKÖRI KIÜLEPEDÉS NEM-PONTSZERŰ SZENNYVÍZVÍZTISZTÍTÁS A SZABÁLYOZÁS HATÁSA : KÉSLELTETETT VÁLASZ (A KÜLSŐ TERHELÉS CSÖKKENTÉSE UTÁN A BELSŐ TERHELÉS NÖVEKSZIK)

31 KÜLSŐ TERHELÉS KIÜLEPEDÉS BELSŐ TERHELÉS KIFOLYÁS ÜLEDÉK LÉGKÖRI KIÜLEPEDÉS NEM-PONTSZERŰ SZENNYVÍZVÍZTISZTÍTÁS A SZABÁLYOZÁS HATÁSA : KÉSLELTETETT VÁLASZ (A KÜLSŐ TERHELÉS CSÖKKENTÉSE UTÁN A BELSŐ TERHELÉS NÖVEKSZIK)

32 KÜLSŐ TERHELÉS KIÜLEPEDÉS BELSŐ TERHELÉS KIFOLYÁS ÜLEDÉK LÉGKÖRI KIÜLEPEDÉS NEM-PONTSZERŰ SZENNYVÍZVÍZTISZTÍTÁS A SZABÁLYOZÁS HATÁSA : KÉSLELTETETT VÁLASZ (A KÜLSŐ TERHELÉS CSÖKKENTÉSE UTÁN A BELSŐ TERHELÉS NÖVEKSZIK)

33 KÜLSŐ TERHELÉS KIÜLEPEDÉS KIFOLYÁS ÜLEDÉK LÉGKÖRI KIÜLEPEDÉS NEM-PONTSZERŰ SZENNYVÍZVÍZTISZTÍTÁS A SZABÁLYOZÁS HATÁSA : KÉSLELTETETT VÁLASZ (A KÜLSŐ TERHELÉS CSÖKKENTÉSE UTÁN A BELSŐ TERHELÉS NÖVEKSZIK)

34 KÜLSŐ TERHELÉS KIÜLEPEDÉS KIFOLYÁS ÜLEDÉK LÉGKÖRI KIÜLEPEDÉS NEM-PONTSZERŰ SZENNYVÍZVÍZTISZTÍTÁS A SZABÁLYOZÁS HATÁSA : KÉSLELTETETT VÁLASZ (A KÜLSŐ TERHELÉS CSÖKKENTÉSE UTÁN A BELSŐ TERHELÉS NÖVEKSZIK)

35 KÜLSŐ TERHELÉS KIÜLEPEDÉS KIFOLYÁS ÜLEDÉK LÉGKÖRI KIÜLEPEDÉS NEM-PONTSZERŰ SZENNYVÍZVÍZTISZTÍTÁS A SZABÁLYOZÁS HATÁSA : KÉSLELTETETT VÁLASZ (A KÜLSŐ TERHELÉS CSÖKKENTÉSE UTÁN A BELSŐ TERHELÉS NÖVEKSZIK)

36 BELSŐ TERHELÉS BELSŐ TERHELÉS P be = L K + L B (KÜLSŐ + BELSŐ P TERHELÉS)P be = L K + L B (KÜLSŐ + BELSŐ P TERHELÉS) MÓDOSÍTOTT VOLLENWEIDERMÓDOSÍTOTT VOLLENWEIDER L K  ÖP (vs-ből)  VÉGES ÉRTÉK (L B ), NEM ZÉRUS (RÖVID TÁV)L K  ÖP (vs-ből)  VÉGES ÉRTÉK (L B ), NEM ZÉRUS (RÖVID TÁV) ÜLEDÉK FELÚJULÁS (HOSSZÚ TÁV)ÜLEDÉK FELÚJULÁS (HOSSZÚ TÁV)

37 „TÓ VÁLASZ” BELSŐ TERHELÉSSEL Lineáris szakasz Telítési szakasz BIOMASSZA TERHELÉSP

38 AZ ÖP MODELL ALKALMAZÁS LÉPÉSEI AZ ÖP MODELL ALKALMAZÁS LÉPÉSEI ALKALMAZÁSI FELTÉTELEK?ALKALMAZÁSI FELTÉTELEK? ALAPPARAMÉTEREK (vízháztartás stb.)ALAPPARAMÉTEREK (vízháztartás stb.) TERHELÉS BECSLÉSE (lásd később)TERHELÉS BECSLÉSE (lásd később) FAJLAGOS ÉRTÉKEKFAJLAGOS ÉRTÉKEK JELEN ÁLLAPOTJELEN ÁLLAPOT CÉLÁLLAPOT (ÖP VAGY CHL-A)CÉLÁLLAPOT (ÖP VAGY CHL-A) MEGENGEDETT ÖP TERHELÉSMEGENGEDETT ÖP TERHELÉS HOGYAN ÉRJÜK EL ÉS MENNYIÉRT?HOGYAN ÉRJÜK EL ÉS MENNYIÉRT?

39 KIS-BALATON: FELSŐ TÁROZÓ EGYSZERŰANYAGMÉRLEG

40 Balaton Zala Zalaegerszeg Kis-Balaton

41 Felsô Tározó A = 18 km 2 Alsó Tározó A  50 km 2 Felsô Tározó A = 18 km 2

42 ÖP visszatartás a Kis-Balaton Felső Tározóban  P tervezett = f (P be, Q be, v s ) /Vollenweider/ ?

43 0 10 20 30 40 50 60 70 80 020406080100120140 TP be (t/y) TP ki (t/y) 87 86 88 89 90 91 96 95 94 92 93 ~30 t/y Befolyó és kifolyó ÖP terhelés kapcsolata Be Ki

44 PP P Belső P + P BELSŐ = ÖSSZES NETTÓ ÜLEPEDÉS  P + P BELSŐ = ÖSSZES NETTÓ ÜLEPEDÉS

45 BALATON: TERHELÉS ÉS TROFITÁS KAPCSOLATA

46 TERHELÉS ÉS TROFITÁS KAPCSOLATA: VOLLENWEIDER MODELL

47 KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!