A vízminőségi modellezés tanulságai

Az előadások a következő témára: "A vízminőségi modellezés tanulságai"— Előadás másolata:

1 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:

2 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!

3 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 Év

4 Holt vizek – „dead zones”
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 km2-t.

5 EUTROFIZÁCIÓ: FEKETE-TENGER
Klorofill-a koncentráció DUNA VÍZGYŰJTŐ 800 ezer km2, 80 millió lakos, 19 ország © danubs.tuwien.ac.at

6 2000: EU Víz Keretirányelv (VKI)
„Víz Keretirányelv” (2000/60/EK) 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

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

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

9

10 Fotó: P. Pomogyi, F. Szilágyi

11 A cianobaktériumos eutrofizálódás (Fotó: Szilágyi Ferenc)

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

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

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

15 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

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

17 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.

18 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.

19 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!

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

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

22 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

23 Terhelések és hatások:
Szvt. Kapacitás (LE) Jelentős hatás > 64% 48% 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.

24 KEOP Szennyvizes projektek értékelése környezeti hatás szempontjából
215 db. szennyvizes tárgyú KEOP projekt, kezdés ideje , befejezés 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)

25 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

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

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

28 (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

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

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

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

32 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

33 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

34 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.

35 Kis-Balaton előrejelzett (modell) és mért P visszatartása

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

37 KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!