Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

EUTROFIZÁCIÓ. Tavak kialakulása TermészetesTermészetes Mesterséges (duzzasztógátak, ivóvíztározó, halastavak, üdülőtavak, hűtőtavak stb.)Mesterséges (duzzasztógátak,

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "EUTROFIZÁCIÓ. Tavak kialakulása TermészetesTermészetes Mesterséges (duzzasztógátak, ivóvíztározó, halastavak, üdülőtavak, hűtőtavak stb.)Mesterséges (duzzasztógátak,"— Előadás másolata:

1 EUTROFIZÁCIÓ

2 Tavak kialakulása TermészetesTermészetes Mesterséges (duzzasztógátak, ivóvíztározó, halastavak, üdülőtavak, hűtőtavak stb.)Mesterséges (duzzasztógátak, ivóvíztározó, halastavak, üdülőtavak, hűtőtavak stb.) Tavak jellemzői MorfológiaMorfológia VízháztartásVízháztartás Vízmozgás, áramlásokVízmozgás, áramlások Hőmérséklet és fényviszonyok,Hőmérséklet és fényviszonyok, Tápanyag ellátottságTápanyag ellátottság Limnológia

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

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

5 Vízmozgások Aperiodikus áramlások: Szél ill. nyomáskülönbség hatására kialakuló áramlások Periodikus vízmozgások: Szél keltette hullámzás (függ: szélsebesség, meghajtási hossz, vízmélység) Tólengés (seiche): hosszúkás alakú tavakban a hossztengellyel párhuzamos szél hatására a víztömeg feltorlódik, majd a szél leálltával visszalendül (pl. Balaton 0.5 m amplitudó, óra lengésidő) Felkeveredés! (áramlásból és a hullámmozgásból származó csúsztató feszültségek)

6 Hőmérséklet és fény Fényintenzitás vertikális eloszlása: Lambert törvény z I I0I0I0I0 1%: fotikus zóna z T Hőmérséklet vertikális eloszlása (C) Nyár Tél Hőrétegzettség (mély tavak) T (C)  4 C Max. termikus gradiens Termikus ellenállás

7 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!

8 Fotoszintézis és sztöchiometria CO 2 + szervetlen tápelemek + víznövényi sejtanyag + O 2 C : N : P = 106 : 16 : 1 moláris arány a sejtekben Liebig-féle limitációs elv: mindig az ideális arányhoz képest a legkisebb mennyiségben rendelkezésre álló elem korlátozza a növekedést Szén rendszerint nagy mennyiségben áll rendelkezésre, főként az N és a P limitál Szabályozásnál általában a P mennyiségét fogják vissza

9 Tápanyag ellátottság Források: Természetes (vízgyűjtő – kőzetek, légköri kiülepedés) Antropogén (komunális szennyvíz, mezőgazdaság – műtrágyák, ipari emissziók)

10 Pontszerű szennyezők: A szennyező hatás koncentráltan éri a befogadót (pl. csatorna vége)A szennyező hatás koncentráltan éri a befogadót (pl. csatorna vége) Mérhető, ellenőrizhetőMérhető, ellenőrizhető Legtöbbször időben állandóLegtöbbször időben állandó „Csővégi” eljárások alkalmazhatók„Csővégi” eljárások alkalmazhatók Nem pontszerű (megoszló, diffúz): A szennyezés helye nem lokalizálhatóA szennyezés helye nem lokalizálható Vonal vagy mentén, sávszerűen, víz felszínénVonal vagy mentén, sávszerűen, víz felszínén Kis koncentrációban, nagy területrőlKis koncentrációban, nagy területről Erősen függ a hidrológiai viszonyoktól (csapadék, lefolyás)Erősen függ a hidrológiai viszonyoktól (csapadék, lefolyás) Folyamata: forrás – transzport valamely közvetítő közeg útján (légköri kiülepedés, felszíni lefolyás, felszín alatti lefolyás, talajerózió)Folyamata: forrás – transzport valamely közvetítő közeg útján (légköri kiülepedés, felszíni lefolyás, felszín alatti lefolyás, talajerózió) Beavatkozás: elsősorban a keletkezés helyénBeavatkozás: elsősorban a keletkezés helyén Szennyező források csoportosítása

11 Természetes: termőképesség (trofitás) növekedése (tápanyag dúsulás), feltöltődés, sótartalom növekedése (lefolyástalan tavak) Mesterséges: eutrofizálódás, savasodás, vízháztartás változása (kiszáradás) – antropogén hatások! OligotrófMezotrófEutrófMocsár Időlépték! Időbeli változások (szukcesszió)

12 1960-as évektől jelentkezik, nagyságrendnyi változások 1960-as évektől jelentkezik, nagyságrendnyi változások Tápanyagemissziók (P,N) hatására Urbanizáció  csatornázás, szennyvíztelepek, városi lefolyás Mezőgazdaság  műtrágyák, talajerózió Rövid-,és hosszútávú viselkedés Külső, hidrometeorológiai tényezők: (fény, hőmérséklet, turbulencia) Szabályozás: Vízgyűjtőn (szvtt-tápanyag eltávolítás, „land use management” Beavatkozások a tóban Mesterséges eutrofizáció

13 Tünetek Két típus: algás - bentikus eutrofizációKét típus: algás - bentikus eutrofizáció Esztétikai problémák (íz, szag, szín)Esztétikai problémák (íz, szag, szín) Toxikus hatásokToxikus hatások Vízhasználatok korlátozása (rekreáció, tisztítás)Vízhasználatok korlátozása (rekreáció, tisztítás) O 2 háztartás problémáiO 2 háztartás problémáiIndikátorok Összes algaszám (biomassza) és összetételÖsszes algaszám (biomassza) és összetétel A-klorofill,A-klorofill, Elsődleges termelés (g C /m 2 /nap)Elsődleges termelés (g C /m 2 /nap) Átlátszóság (mély tavak)Átlátszóság (mély tavak) Oxigén telítettség (hipolimnion, mély tavak)Oxigén telítettség (hipolimnion, mély tavak) ÖP, ÖN, BHP,...ÖP, ÖN, BHP,... Mesterséges eutrofizáció

14

15

16 Folyamatok R,T 1 év N,P Chl Természeti tényezők Antropogén hatások és biomassza

17 P és N formák ÖN Oldott szervetlen: NH 4 +, NO 2 -, NO 3 - Oldott szerves Partikulált szerves (detritusz + alga) ÖP Oldott Szervetlen PO 4 3- Szerves komplex foszfátok Partikulált Szervetlen (polifoszfát, foszfát ásványok, adszorbeált P) Szerves (detritusz + alga) BHP (biológiailag hozzáférhető P) Becslés (PO4-P, alga-P, detritusz P, ~% szervetlen partikulált P, oldott szerves P)Becslés (PO4-P, alga-P, detritusz P, ~% szervetlen partikulált P, oldott szerves P) MérésMérés

18 N/P arány szerepe Max  N Max  P N [mg/l] P [mg/l] idő b Chl-a [  g/l] idő Chl-a [  g/l] idő P [mg/l] idő a N [mg/l] idő

19 Alga sejt:  gP/  gChl-a  a PAlga sejt:  gP/  gChl-a  a P  gN/  gChl-a  a N  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 ? N/P arány becslése

20 Eutrofizációs modellek A megközelítés módja szerint: Statisztikai modellek: Statisztikai módszerrel meghatározott összefüggések az eutrofizáció okai és az ezekből köverkező jelenségek között,Statisztikai módszerrel meghatározott összefüggések az eutrofizáció okai és az ezekből köverkező jelenségek között, Nem vizsgálják a jelenségek hátterét, nincs közvetlen kapcsolat a természeti folyamatokkal.Nem vizsgálják a jelenségek hátterét, nincs közvetlen kapcsolat a természeti folyamatokkal. Dinamikus modellek A valóságban lejátszódó folyamatok leírására törekszik,A valóságban lejátszódó folyamatok leírására törekszik, A modell változóinak (állapot változók) idő- ill. térbeli változását leíró differenciál egyenletekből állnak.A modell változóinak (állapot változók) idő- ill. térbeli változását leíró differenciál egyenletekből állnak.

21 Anyagmérleg Emisszió (források) Tavat érő terhelés Visszatartás a vízgyűjtőn Tóvíz minőség ?? Visszatartás a tóban ÖP anyagmérleg: Q be, L be V, A Q ki, ÖP ÖP vsvsvsvs P – összes P koncentráció (teljes elkeveredés) v s – látszólagos ülepedési sebesség (m/év) Feltevések: - csak ÖP - teljes elkeveredés (szegmentálás) - teljes elkeveredés (szegmentálás)

22 Egy év alatt  0 0 0 0 Normalizált terhelés l – fajlagos ÖP terhelés (g/m 2 /év) q – fajlagos hidraulikai terhelés (m 3 /m 2 /év) P – éves átlagos P koncentráció (g/m 3 )

23 Éves átlag TP Hidraulikus terhelés [m/y] =Q/A Fajlagos terhelés: L/A Töltési idő (V/Q) Vollenweider-modell (1980)

24 A Vollenweider formulából következő ülepedési sebesség: Sekély tavakra korrigált Vollenweider formula: Vollenweider-modell

25 Vollenweider-modell

26 Tavak osztályozása (OECD) OligotrófMezotrófEutrófHipertróf ÖP (mg/m 3 ) >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-

27 Tervezés a trofitás – terhelés közti empirikus összefüggések alapján ÖP terhelés Anyagmérleg számítás ÖP koncentráció P L Chl P Max/átlag klorofill koncentráció Chl S Secchi mélység

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

29 TP in (t/y) TP o (t/y) ~30 t/y Befolyó és kifolyó ÖP terhelés kapcsolata I O

30 ORP Alga P felvétel Mineralizáció Külső terhelés “adszorpció” 1988 Alga P felvétel 1992 “deszorpció” Külső terhelés Mineralizáció

31 Vollenweider modell (statisztikus modellek) előnyei: Egyszerű Tervezés, előrejelzés Hosszú távú átlagok A modell alkalmazási korlátai: Éves átlagok – több éves adatsor (nagy tavakra) Egy paraméter (v s ) – aggregált jellemző (P forgalmat befolyásoló összes hatást összegzi, de nem különböztet meg folyamatokat) Empíria sok tavon végzett megfigyelés alapján Szezonális változásokat nem tudja kezelni (dinamika) Fény, vízmélység (fotikus zóna) szerepe nem jelenik meg Belső terhelés hiánya módosított modell Vollenweider-modell

32 Egyszerű dinamikus P forgalmi modell IP AP DP Szap. Puszt. Min. L IP L AP L DP Ülep. Belső t. AP + DP + IP  ÖP (ÖP  BHP) Vollenweider!

33 Alga egyenlet G – szaporodási ráta (1/nap) D – pusztulási ráta (1/nap) t AP G>D G=D G

34 Hőmérséklet limitálás T fTfT 20C 1  = 1.06 Általános formula: Optimális – kritikus hőmérséklet alapján: T fTfT T opt T kr

35 Tápanyag limitálás Monod-modell (Michaelis-Menten): IP – algák által felvehető P (PO4-P) K aP – féltelítési állandó (mg/m 3 ) fPfP IP K aP 0.5 K aP ~ 5 mg/m 3, K aN ~ mg/m 3 f N,P, = min(f P, f N, ……) Cell-quota modell: tápanyag „raktározás” P Q – a sejt tápanyag tartalma P q – minimális tápanyag tartalom, amely alatt a sejt már nem képes növekedni (P Q - P q : raktározott tartalék) K au – tápanyag felvétel féltelítési állandója PQPQ P felvétel Növekedés Növekedés: P felvétel:

36 Fény limitálás Steele szabály: növekedés fényfüggése I (kJ/m 2 /nap) I (kJ/m 2 /nap) fIfIfIfI 1 IsIsIsIs I= f(vízmélység, idő) !!! t (h) I(t) 24 t1t1 t2t2 Közelítések (átlagolás): téglalap háromszög Sin görbe Fénykioltás, fénygátlás Napszakos változás:

37 Fény limitálás Fényintenzitás vertikális eloszlása: Lambert törvény z I I0I0I0I0 1% I 0 : fotikus zóna k e – extinkciós tényező (1/m) Meghatározása: Mérés (fotocella),Mérés (fotocella), Secchi mélység ~ 10% I 0Secchi mélység ~ 10% I 0 Számítás: k e = k eh + a 1 LA + a 2 Chl-a k eh – természetes háttér (tiszta vízben /m) a 1, a 2 – tapasztalati állandók Önárnyékolás

38 Napi és mélység menti átlagolás után: („téglalap” közelítés) I a – napi globális sugárzás összege (nyáron , télen kJ/m 2 /nap) (nyáron , télen kJ/m 2 /nap) Fény limitálás

39 Detritusz egyenlet Alga pusztulás: D 0  (T-20) AP Pusztulási ráta ( /nap) Hőmérsékleti korrekciós tényező (  ) + k Z AP Zooplankton „legelés” Mineralizáció: M 0  (T-20) AP Mineralizációs ráta Hőmérsékleti korrekciós tényező

40 Oldott reaktív P egyenlet Belső terhelés: Mechanizmusok Diffúzió (pórusvíz - víz)Diffúzió (pórusvíz - víz) Adszorpció-deszorpció (felkeveredett üledék - víz)Adszorpció-deszorpció (felkeveredett üledék - víz) IP > IP e -adszorpció IP < IP e - deszorpció

41 Egyensúlyi koncentráció meghatározása: adszorpciós izotermával IPe Adszorbeált P (mgP/g üledék) (~ Üledék „mobilizálható P tartalma) Izoterma alakja függ: Üledék/talaj adszorpciós tulajdonságai (Fe, Mn, Al oxidok, Ca sók, agyagszemcsék) pH, hőmérséklet, redox potenciál, stb. 1.Deszorpció felkeveredés hatására Adszorpció a külső terhelés növekedésekor 1 2 3

42 Üledék P koncentrációjának változása (Lijklema, 1986) Felkeveredő (aktív) réteg (h) Éves lerakódás (  h) Foszfor ülepedés, S (g P/m 2 /év) Üledék P koncentrációjának változása (P ü ): Új egyensúly beállásának ideje (S,  h = konst, k = 0):

43 áramlás hullámmozgás Üledék felkeveredése Fényviszonyok változásaBelső terhelés Alga biomassza ke Ls Üledék felkeveredésének hatása

44 Modell bővítése AP ny IP AP DP Üledékmodell PP ü IP ü IPP N Z B Szervetlen PP, ülep.-felkev. Téli-nyári alga Nitrogén, N kötők Zooplankton, tápláléklánc Baktérium P elt

45 Beavatkozási lehetőségek Emisszió forrás Transzport folyamatok a vízgyűjtőn Transzport (visszatartás) a folyómederben Tavi tápanyag forgalom Tápanyag gazdálkodás „Best management practice”, Területhasználat szabályozás (LUM), Kibocsátás csökkentése („end of pipe”) Lefolyási tényező csökkentése, Erózióvédelem, wetland-ek kialakítása (Hullámterek, előtározók) Hordalék- és uszadékfogók, Fenéklépcső, levegőztetés, Ökológiai szemléletű mederrendezés Üledék kotrása, inaktiválása, algicidek, Biomanipulációs eljárások, hínáraratás, Vízpótlás, recirkuláció, Mély tavak levegőztetése, hipolimnion elvezetése


Letölteni ppt "EUTROFIZÁCIÓ. Tavak kialakulása TermészetesTermészetes Mesterséges (duzzasztógátak, ivóvíztározó, halastavak, üdülőtavak, hűtőtavak stb.)Mesterséges (duzzasztógátak,"

Hasonló előadás


Google Hirdetések