DIFFÚZ TERHELÉSEK SZÁMÍTÁSA

Az előadások a következő témára: "DIFFÚZ TERHELÉSEK SZÁMÍTÁSA"— Előadás másolata:

1 DIFFÚZ TERHELÉSEK SZÁMÍTÁSA

2 SZABÁLYOZÁS ALAPEGYSÉGE:VÍZGYŰJTŐ
F

3 NEM-PONTSZERŰ SZENNYEZÉS FOLYAMATAI

4 VÍZGYŰJTŐRŐL SZÁRMAZÓ TERHELÉSEK
L3 = (L4 + L31 + E3) a3 L11 L12 L21 L22 L31 E2 E3 E11 E21 L21 = (L22 + L211 + E21) a21 L2 = (L3 + L21 + E2) a2 L111 L211 L11 = (L12 + L111 + E11) a11 L1 = (L2 + L21) a1 – ellenőrzési pontok Li – mért terhelés (anyagáram) Ei – vízgyűjtőről származó terhelés (emisszió) ai – átviteli tényező (transzmisszió) (1-a = visszatartás a mederben)

5 Terhelés számítása vízminőségi és vízhozam idősorokból

6 Terhelés számítása: Li – Anyagáram az i-dik ellenőrzési ponton m – mellékfolyók száma az i-dik szakaszon E – az i-dik szakaszt érő vízgyűjtő eredetű terhelés (emisszió) j – emissziós források száma az i-dik szakaszon a – az i-dik szakaszon érvényes átviteli tényező Lp – pontszerű szennyezőforrás (t/év) p – pontszerű forrás transzmissziós tényezője (-) Lnp – diffúz szennyezőforrrás (t/év) l – fajlagos területi terhelés (t/ha,év) A – a fajlagos terheléshez tartozó vízgyűjtőterület (ha) np – diffúz terhelés transzmissziós tényezője (-) ( 1-  = visszatartás a vízgyűjtőn)

7 A számítás korlátjai: Ellenőrzési pontokon mért anyagáram mintavételi hibája (mintavételi gyakoriság, analitikai módszer, stb.) Átviteli tényező ismeretlen – vízminőségi modell! Pontszerű terhelések: becslés (lakosegyenérték), mérés Diffúz terhelés: területi jellemzők, irodalmi adatok (fajlagos területi terhelés), modell – időbeli változékonyság, bizonyatlan! Visszatartás a vízgyűjtőn (transzmissziós tényező): mérés? becslés? empíria?

8 Terhelés számítása vízminőségi és vízhozam idősorokból
A becslés bizonytalanságát növelő tényezők: Alacsony mintavételi gyakoriság Átlag hibája: Eltérő mintaszám (NQ >> nC) Rövididejű árhullámok (kisvízfolyások!) Módszerek a becslés pontosítására (NQ >> nC) : Átlagolásos módszerek Aránybecslés Regressziós módszerek

9 Az éves átlag terhelés becslésre kidolgozott átlagolási módszerek
napi vízhozam, havi koncentráció (Dolan et al., 1981); napi vízhozam, háromhavi konc. (Dolan et al., 1981); egyszerű számtani átlag (Dolan et al., 1981); havi vízhozam és koncentr. (Ferguson, 1987); háromhavi vízhozam és konc. (Ferguson, 1987); rétegzett átlagterhelés (Verhoff at al, 1980)

10 Az éves átlag terhelés becslésre kidolgozott aránybecslő módszerek
(Cochran, 1967); (Hartley és Ross, 1954); (Quenouille, 1959); (Mickey, 1959); (Beale, 1962); (Tin, 1965)

11 Regressziós módszerek
Vízhozam – koncentráció, vízhozam – terhelés kapcsolata:

12 Lineáris összefüggés esetén (A):
L - tápanyaghozam [t/év], L0 - hipotetikus hozam zérus lefolyás esetén [t/év], Cá - átlagos tápanyag koncentráció [mg/l], Q - lefolyás [m3/s] Pontszerű források okozta anyagáramok megállapítása: Lp - tápanyaghozam a pontforrásokból [t/év], Qp – pontforrások hozama [m3/d].

13 Diffúz terhelések becslése
Fajlagos területi terhelés („unit areal load”) Statisztikai modellek (szennyezőanyag kibocsátás, területi és hidrológiai jellemzők és a kontroll szelvényekben mért anyagáramok kapcsolata) Dinamikus modellek (felszíni, felszín alatti lefolyás és transzport)

14 Lefolyás szerepe a nem-pontszerű szennyezés folyamataiban
Légköri kiülepedés Antropogén források Területi lefolyás Talajvíz Befogadó víz

15 Lefolyás modellek alkalmazása
GIS Nagy adatigény Topográfiai adatok, Területhasználat, Talajjellemzők (fizikai jell., vízháztartási tul.) Meteorológiai adatok (csapadék, párolgás, sugárzás stb.) Tápanyag tartalom Osztott paraméterű modellek

16 PÉLDA A SAJÓ-HERNÁD VÍZGYŰJTŐJÉRE :

17 PÉLDA A SAJÓ-HERNÁD VÍZGYŰJTŐJÉRE :

18 PÉLDA A SAJÓ-HERNÁD VÍZGYŰJTŐJÉRE :

19 PÉLDA A SAJÓ-HERNÁD VÍZGYŰJTŐJÉRE :

20 PÉLDA A SAJÓ-HERNÁD VÍZGYŰJTŐJÉRE :

21 PÉLDA A SAJÓ-HERNÁD VÍZGYŰJTŐJÉRE :

22 PÉLDA A SAJÓ-HERNÁD VÍZGYŰJTŐJÉRE :

23 PÉLDA A SAJÓ-HERNÁD VÍZGYŰJTŐJÉRE :

24 PÉLDA A SAJÓ-HERNÁD VÍZGYŰJTŐJÉRE :

25 PÉLDA A SAJÓ-HERNÁD VÍZGYŰJTŐJÉRE :

26 PÉLDA A SAJÓ-HERNÁD VÍZGYŰJTŐJÉRE :

27 PÉLDA A SAJÓ-HERNÁD VÍZGYŰJTŐJÉRE :

28 Fajlagos területi terhelés jellemző értékei (kg/ha/év)
Területhasználat KOI ÖN ÖP N/P Forrás Mezőgazdasági terület 48-275 20.6 0.7-53 10-20 29.6 0.79 6.1 18.8 37.5 1 2 3 Legelő 13-28 31.8 16.6 0.55 8.0 8.5 30.2 Erdő 43 1.4-33 8-10 3.6 0.02-1 0.3 33.7 17.6 12 Szőlő, gyümölcsös 38-67 0.8-20 12.5 5.2 Városi terület 282 2-9.7 6-10 19.7 2.7 5.8 2.4 7.3 1. VITUKI, 1996, 2. Jolánkai, 1984, 3. JICA, 1998

29 Haszonállatok fajlagos emissziói (kg/egyed/év)
BOI ÖN ÖP Szarvasmarha 140 90 30 Tejelő tehén 200 36 Sertés 35 12 Ló 61 10 Birka 3.2 1 Baromfi 0.7 0.12

30 Statisztikai modellek
Német példa: MONERIS: Modelling of Nutrient Emissions in River Systems (Institut für Gewasserökologie, Berlin) > 500 (1000) km2 vízgyűjtők 5-10 éves átlagok GIS támogatás Figyelembe vett folyamatok: Pontszerű források, Légköri kiülepedés, Lemosódás, Erózió, Városi lefolyás, Drénrendszerek, Talajvíz. Tápanyag visszatartás a vizekben

31

32 Diffúz terhelések becslése: MONERIS modell
Vízmérleg Q átlagos lefolyás [m3/év], Qtv lefolyás a talajvízzel (bázislefolyás) [m3/év], Qdr lefolyás a drénrendszerekből [m3/év], Qfl felszíni lefolyás a nem burkolt felületekről [m3/év], Qvl városi lefolyás [m3/év], Qlh légköri hozzáfolyás, amely a közvetlenül a vízfelszínre hulló csapadékmennyiség és az onnan elpárolgó vízmennyiség eredője [m3/év].

33 Diffúz terhelések becslése: MONERIS modell
Felszíni lefolyás okozta tápanyag terhelés CflN,P átlagos, terület szerint súlyozott tápanyag-koncentráció a felszíni lefolyásban [mg/l], Asz szántóföldi területek [km2], Az zöldterületek [km2], Any Nyílt (fedetlen) területek Cfl,szN,P tápanyag-koncentráció a szántóföldekről származó felszíni lefolyásban [mg/l], Cfl,zN,P tápanyag-koncentráció a zöldterületekről származó felszíni lefolyásban [mg/l], Cfl,nyN,Ptápanyag-koncentráció a nyílt felületekről származó felszíni lefolyásban [mg/l].

34 Diffúz terhelések becslése: MONERIS modell
Felszíni lefolyás okozta tápanyag terhelés Tápanyag koncentrációk a felszíni lefolyásban: Területhasználat Nitrogén Foszfor [g N/m3] [g P/m3] Szántóföld 0,3+RlkN/Csé 0,8 Zöldterület RlkN/Csé 0,2 Nyílt felület 0,05 RlkN légköri nitrogén-kiülepedési ráta [g N/m2év], Csé évi csapadékmennyiség [m/év] Tápanyag terhelés (t/év):

35 Diffúz terhelések becslése: MONERIS modell
Felszíni lefolyás okozta tápanyag terhelés Mezőgazdasági területekről lefolyó víz P koncentrációja a talaj telítettségének függvénye: Talaj P telítettsége (%) Oldott P (g/m3) 100 50 Művelt területeken a talaj felső rétegének P telítettsége %-os, Hosszú távú szántóföldi mérlegek segítségével meghatározható!

36 Zala vízgyűjtő mezőgazdasági tápanyag mérlege

37 Diffúz terhelések becslése: MONERIS modell
Erózió okozta tápanyag terhelés Talajlehordás megindulásának feltételei: 1% lejtés, Mezőgazdasági művelés alatt áll, Bármely vízfolyástól való távolsága < 30 m Potenciális lebegőanyag terhelés: Ht potenciális üledékterhelés [t/ha/év], ht talajlehordás a mezőgazdasági területekről [t/ha/év] SAR erózióra érzékeny területek modellezett aránya [%] A Vízgyűjtőterület nagysága [ha]

38 Diffúz terhelések becslése: MONERIS modell
Erózió okozta tápanyag terhelés Talajlehordás mértéke: eróziós térképek Kiülepedés, megrekedés mélyedésekben: Az erodált talaj csak részben éri el a vizeket! Erózió eredetű lebegőanyag terhelés megállapítása: Kritikus lefolyás értelmezése a vízhozam lebegőanyag kapcsolat alapján

39 Diffúz terhelések becslése: MONERIS modell
Erózió okozta tápanyag terhelés Tényleges lebegőanyag terhelés: TÜ lebegőanyag terhelés a vizsgált időszak alatt [t/év], Ht talajlehordás a vizsgált időszak alatt [t/év] SDR üledék visszatartási tényező (kritikus LA hozam alapján) [-] Fs,üt1-t2 vizsgált időszakra vonatkozó súlyozó tényező [-], függ a nagycsapadékos időszakok mennyiségétől Eróziós tápanyagterhelés: TerN,P tápanyagterhelés az erózió következményeként [t/év]. MtN,P átlagos tápanyagtartalom a felső talajrétegekben [kg/kg] AdN,P tápanyag feldúsulási foszforra [-],

40 Diffúz terhelések becslése: MONERIS modell
Települési eredetű tápanyag terhelés folyamatai:

41 MONERIS modell alkalmazása a Zala vízgyűjtőre

42 Tápanyag visszatartás a folyórendszerekben
100 – km2-es vízgyűjtőkre alkalmazható empirikus tápanyag visszatartási modell (Behrendt és Opitz, 1999) HbN,P becsült tápanyaghozam [t/év], EN,P összes becsült tápanyagemisszió [t/év], RN,P összes becsült tápanyag-visszatartás [t/év], TpfN,P pontszerű tápanyagterhelések [t/év], TdN,P diffúz tápanyagterhelések [t/év], VN,P tápanyagveszteségek [t/év]. Átalakítás után: RHN,P anyagárammal súlyozott összes tápanyag-visszatartás [t/év]

43 Tápanyag visszatartás a folyórendszerekben
Empírikus összefüggés a tápanyag visszatartásra: a, b modellegyütthatók [-], x fajlagos lefolyás, q [l/km2s], ill. hidraulikai felületi terhelés, Thf [m/év]. Valamennyi vízgyűjtő 1000 km2-nél kisebb vízgyűjtők 1000 és km2 között 10000 km2-nél nagyobb vízgy. x q Thf Foszfor a 26,60 13,30 41,40 57,60 21,70 9,30 28,90 26,90 b -1,71 -0,93 -1,93 -1,26 -1,55 -0,81 -1,80 -1,25 Nitrogén 6,90 5,90 3,50 3,30 5,80 4,40 7,90 10,90 -1,10 -0,75 -1,01 -0,65 -0,96 -0,62 -1,03 -0,94

44 Tápanyag visszatartás a folyórendszerekben
Tápanyagterhelés és a tápanyaghozam kapcsolata Európai vízgyűjtőkön

45 Tápanyag visszatartás a folyórendszerekben
Tápanyagterhelés és a tápanyaghozam kapcsolata Európai vízgyűjtőkön

46 Tápanyag visszatartás a folyórendszerekben
Tápanyag viszsatartás aránya és hidraulikai terhelés kapcsolata

47 Tápanyag visszatartás a folyórendszerekben
Tápanyag viszsatartás aránya és hidraulikai terhelés kapcsolata

48 Nutrient Balances for Danube Countries

49 Role of "retention": Net immission load/emission load
(1992) OUTFLOW [l/s/km2] OUTFLOW [l/s/km2] A - Austria, B - Bulgaria, C - Czech Republic, G - Germany, H - Hungary, M - Moldavia, R - Romania, SK - Slovakia, SL - Slovenia, U - Ukraine, DB - Danube Basin average