A vízminőségi modellezés tanulságai Egyetemek és Főiskolák Környezetvédelmi Oktatóinak V. Országos Tanácskozása Kecskemét 2013. május 9-10. A HAZAI VÍZMINŐSÉGSZABÁLYOZÁS BUKTATÓI A vízminőségi modellezés tanulságai Dr. Clement Adrienne egy. docens Dr. Somlyódy László egy. tanár, akadémikus BME VÍZI KÖZMŰ ÉS KÖRNYEZETMÉRNÖKI TANSZÉK 1111 Budapest, Műegyetem rkp. 3. Tel: 1 463 1533 email: clement@vkkt.bme.hu

A problémák kezdete… XIX. század első fele Vízzel terjedő kórokozók – járványok (kolera, tífusz) Megoldás: szennyvíz elvezetés De: a csatornázás önmagában nem elegendő, az elvezetett szennyvizet meg is kell tisztítani!

VÍZMINŐSÉGI PROBLÉMÁK TRENDJE Lépték GLOBÁLIS Járványok Eutrofizálódás Toxikus szennyezők Éghajlatváltozás O2 háztartás Arvíz, vízhiány Nitrátosodás Haváriák Hőszennyez. A globalizáció meglepetései Savasodás KONTINENTÁLIS REGIONÁLIS J Ö V Ő LOKÁLIS 1850 1950 1960 1970 1980 1990 2000 Év

Holt vizek – „dead zones” http://www.marietta.edu Holt vizek – „dead zones” NASA Earth Observatory Az óceánokban és tengerekben kialakuló oxigén hiányos „holt vizes területek” az 1970-es évektől folyamatosan növekszenek, számuk megközelíti a 150-et, kiterjedésük a 25 000 km2-t.

EUTROFIZÁCIÓ: FEKETE-TENGER Klorofill-a koncentráció DUNA VÍZGYŰJTŐ 800 ezer km2, 80 millió lakos, 19 ország http://www.icpdr.org/icpdr-pages/ © danubs.tuwien.ac.at

2000: EU Víz Keretirányelv (VKI) „Víz Keretirányelv” (2000/60/EK) 2000. december 22-én lépett hatályba az EU tagországaiban Az EU vízügyi politikájának célja a fenntartható vízhasználatok megvalósítása: A vizek jó állapotának elérése 2015-ig felszíni vizek: jó ökológiai állapot jó kémiai állapot felszín alatti vizek: jó mennyiségi állapot Vízgazdálkodás: Emberi igények kielégítése VKI: emberi igények miatt a célokban eltérések lehetnek, de indokolni kell! (jó állapot → potenciál) Hosszútávon csak az egészséges ökoszisztémák biztosítják a fenntartható vízhasználatok kielégítését

Ökológiai állapot értékelése a VKI kritériumai szerint River and lake water bodies

Felszíni víztestek ökológiai állapota Vízfolyások VGT által jellemzett időszak: 2006-2008 Nem jó állapot oka: 90%-ban hidro- morfológiai hatások, 50%-ban szennyezések (tápanyag- terhelés) Állóvizek

Fotó: P. Pomogyi, F. Szilágyi

A cianobaktériumos eutrofizálódás (Fotó: Szilágyi Ferenc)

Balaton (1965-2012) Eutrofizálódás (hínár, algásodás) Halpusztulás Bakteriológiai problémák a parti sávban Nádpusztulás Vízszint csökkenés

A BALATON VÍZMINŐSÉGÉNEK VÁLTOZÁSA IV. III. II. I. Hipertróf Eutróf Mezotróf Oligotróf Beavatkozások előtt Beavatkozások után

A Zala által szállított összes P terhelés változása (a torkolatnál mért éves anyagáramok) Kis-Balaton megnyitása Műtrágya használat visszaesése Szennyvíztelepeken P eltávolítás Szárazság

A TÓMEDENCÉK KÜLSŐ FOSZFORTERHELÉSE A BEAVATKOZÁSOK ELŐTT ÉS UTÁN mezőgazdasági légköri geokémiai háttér szennyvíz városi lefolyás 100 90 80 70 60 Összes P (tonna/év) 50 40 30 20 10 I II III IV I IV II III

Terhelés csökkentés költség-hatékonysága és vízminőségi hatása Beavatkozási területek (Zala vízgyűjtő): Populáció dinamikai modell: Keszthelyi-medence (1976-2004)

Vízminőségi modellek alkalmazásának célja Kutatás, megismerés Szennyezők viselkedése, terjedése Anyagforgalom mechanizmusai, külső-belső terhelés kapcsolata Hatásvizsgálat, változások előrejelzése Külső tényezők (pl. éghajlatváltozás) hatásainak előrejelzése Beavatkozások (terhelés csökkentés) vízminőségi hatása Tervezés Terhelhetőség meghatározása Terhelési célállapot eléréséhez szükséges intézkedések tervezése Költség-hatékonyság figyelembe vétele, optimalizálás.

A vízminőség-szabályozást segítő modellek típusai Terhelésmodellek Célja a szennyezőanyag kibocsátás számszerűsítése a keletkezés helyén, valamint a szennyezők vízgyűjtőn való mozgása (transzport) során. Végeredményként a vizeket érő terhelés idősorát kapjuk eredményül a vízgyűjtő különböző pontjain, illetve a befogadóba történő belépés helyén. A befogadó vízminőségi modellek A szennyezők sorsát (elkeveredés és vízminőségi átalakulások) írják le a folyóvizekben, tavakban, tározókban, torkolatoknál és tengeröblökben. Általában a terhelés modellekkel együtt alkalmazzák. A terhelés számítás szükséges időléptékét a befogadó vízminőség terhelésváltozásra adott válaszfüggvénye határozza meg.

DC = f (Q/q) Szerves (szennyvíz) terhelés hatása Oldott oxigén modell (Streeter and Phelps, 1925) C – oldott oxigén (mg/l) L – biológiailag bontható szervesanyag (BOI, mg/l) k1 – lebontási tényező (1/nap) ka – oxigén beviteli tényező (1/nap) Vízminőségi hatás: Szervesanyag eltávolítás és nitrifikáció alkalmazása különböző hígulási viszonyoknál (Qfolyó/qszennyvíz) Kritikus hely DC = f (Q/q) A befogadóban várható vízminőségi hatás a hígulási aránytól függ!

Szennyvízbevezetések 694 kommunális szennyvíztisztító telep (1663 településről összegyűjtött háztartási és ipari szennyvíz) 202 közvetlen ipari kibocsátó

Váradi Zsolt – Fehér Gizella Alsó-Duna-völgyi Környezetvédelmi és Vízügyi Igazgatóság

Szennyvízzel terhelt vízfolyások ökológiai állapota Szennyvíztisztítás Szervesanyag eltávolítás és nitrifikáció alkalmazása különböző hígulási viszonyoknál (Qfolyó/qszennyvíz) Hígulási arány (átlag) 10 100 1000 10000 Gyenge/rossz Mérsékelt Jó Kiváló Makr.gerinctelenek Fitobenton Fizikai-kémiai jellemzők Szennyvízzel terhelt vízfolyások ökológiai állapota A szennyvízbevezetéshez tartozó hígulási arány átlagos értékének függvényében

Terhelések és hatások: Szvt. Kapacitás (LE) Jelentős hatás > 100 000 64% 10 000 - 100 000 48% 2 000 - 10 000 47% < 2000 19% Összes 38% Terhelések és hatások: A befogadóra gyakorolt hatás szempontjából jelentős terhelést okozó szennyvízbevetések (2015-ös állapot) A terhelés jelentős, ha önmagában is elegendő ahhoz, hogy a befogadóra előírt célkitűzés teljesítését megakadályozza.

KEOP Szennyvizes projektek értékelése környezeti hatás szempontjából 215 db. szennyvizes tárgyú KEOP projekt, kezdés ideje 2008-2011, befejezés 2011-2015 között, 522 Mrd Ft beruházási összköltség Meglévő csatorna-szennyvíz rendszerek bővítése, új csatornahálózat kiépítése a hozzá tartozó szennyvíztisztító teleppel. Hatás a felszíni befogadóra Projektek száma, db. Projekt forrása, Mrd Ft Összes (EU támogatás) Javulás várható 66 148 (123) Semleges 93 254 (209) Romlás várható 56 120 (101)

Terhelhetőség („immissziós”) alapú kibocsátás szabályozás Jó ökológiai és kémiai állapot Célkitűzés a víztestekre Víz Keretirányelv A kibocsátott, tisztított szennyvízre vonatkozó elfolyó vízminőségi követelményeket terhelhetőségi számítások alapján kell megállapítani, valamint több komponensre is kiterjeszteni, és amennyiben a VKI által előírt, a befogadóra vonatkozó víztípustól függő vízminőségi célállapot (jó ökológiai és kémiai állapot) nem teljesül, szigorítani kell. Jogi kényszer: Vízgyűjtő-gazdálkodási terv (VKKI, 2010) 10/2010 VIII.17. VM rendelet rendelet a vízszennyezettségi határértékekről 220/2004 Korm.rend. a a felszíni vizek minősége védelmének szabályairól

Szennyezések okai: Tápanyagterhelés (P) megoszlása források szerint Szennyvízterhelés a nagy városokra koncentrálódik Dombvidék: terhelés 70%-ban diffúz Síkvidék: pontszerű – diffúz arány 50% - 50%

Hidrológiai- és terhelés modell: Zala vízgyűjtő Hidrológiai- és terhelés modell: Lefolyás Össz.P terhelés

(természeti tényezők) VÍZGYŰJTŐ (DIFFÚZ) TERHELÉS ÉGHAJLATVÁLTOZÁS ANTROPOGÉN HATÁSOK HŐMÉTSÉKLET CSAPADÉK VÍZGYŰJTŐ JELLEMZŐK (természeti tényezők) LEFOLYÁS, BESZIVÁRGÁS TVK VÍZGYŰJTŐ (DIFFÚZ) TERHELÉS VÍZSZINT, VÍZHOZAM MODELLEK MONITORING ÖKOLÓGIAI ÁLLAPOT

Lefolyás és terhelés modellek input adatai Domborzat modell Földhasználat (CLC) Hidrometeorológiai, hidrológiai, vízminőségi monitoring Talajjellemzők (TAKI – AGROTOPO)

Éghajlatváltozás hatása a havi átlagokra + 20 % + 15 % Lefolyás - 19 % - 30 % + 45 % + 30 % ÖP terhelés - 30 % - 50 %

Éghajlatváltozás hatása a havi szélső értékekre + 12 % + 14 % Minimális lefolyás - 18 % - 30 % + 110 % + 75 % Maximális ÖP terhelés - 42 % - 60 %

A földhasználatban és a gazdálkodásban bekövetkező változások hatása a terhelésre Az éghajlatváltozás előrejelzett hatásaihoz viszonyítva jelentősebb változást eredményezhet; A Balaton jelenlegi összes P terhelése (sokéves átlagban) – az elmúlt évtizedek kedvező tendenciái ellenére – még mindig közelítőleg 40%-kal magasabb a 2025-re kitűzött célállapotnál

A fajlagos P terhelés területi megoszlása a vízgyűjtőn A kiugróan magas P terhelési potenciállal jellemezhető szántók (> 1 mm/év talajveszteség) vízgyűjtőterületnek csak 10-15%-ára koncentrálódnak

Diffúz szennyezés csökkentése: Területi beavatkozások tervezése térinformatikai alapon A térbeli inhomogenitások hatásának figyelembevételével kijelölhetők a forrásterületek. A beavatkozási területek optimális elhelyezésével a terheléscsökkentés (vízminőség javítás) költsége számottevően csökkenthető. A területhasználat szabályozásának az agrártámogatások finanszírozási rendszerén keresztül történő célzott, terület alapú differenciálása szükséges.

Kis-Balaton előrejelzett (modell) és mért P visszatartása

Konklúziók A modellek segítenek de nem helyettesítik a szaktudást, a megértésben, az előrejelzésben a tervezésben, de nem helyettesítik a szaktudást, alkalmazásuk gyakorlati tapasztalatot igényel.

KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!