Tavak vízminőségi problémái EUTROFIZÁLÓDÁS. LIMNOLÓGIA (tótudomány) Tavak kialakulása TermészetesTermészetes Mesterséges (duzzasztógátak, (ivóvíz)tározók,

Az előadások a következő témára: "Tavak vízminőségi problémái EUTROFIZÁLÓDÁS. LIMNOLÓGIA (tótudomány) Tavak kialakulása TermészetesTermészetes Mesterséges (duzzasztógátak, (ivóvíz)tározók,"— Előadás másolata:

1 Tavak vízminőségi problémái EUTROFIZÁLÓDÁS

2 LIMNOLÓGIA (tótudomány) 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

3 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:

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: 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

6 Szélsebesség és hullámmozgás kapcsolata

7 Lebegőanyag koncentráció (Balaton)

8 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 )

9 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!

10 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!

11 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

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

13 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)

14 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

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

16 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

17 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

18 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

19 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-

20 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

21  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 )

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

23

24

25 Tervezés empirikus összefüggések alapján ÖP terhelés Anyagmérleg számítás ÖP koncentráció P lChl P Max/átlag klorofill koncentráció Chl S Secchi mélység

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

27 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

28 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)

29 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)

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 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 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

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 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?

38 KIS-BALATON: FELSŐ TÁROZÓ EGYSZERŰANYAGMÉRLEG

39 Balaton Zala Zalaegerszeg Kis-Balaton

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

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

42 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

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

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

45 BALATON: TERHELÉS ÉS TROFITÁS KAPCSOLATA

46 TERHELÉS ÉS TROFITÁS KAPCSOLATA: VOLLENWEIDER MODELL

47 Terhelés és a nem-pontszerű szennyezés folyamatai

48 SZENNYEZŐ FORRÁSOK Pontszerű szennyezők: A szennyező hatás koncentráltan éri a befogadótA szennyező hatás koncentráltan éri a befogadót Mérhető, ellenőrizhetőMérhető, ellenőrizhető Legtöbbször időben állandóLegtöbbször időben állandó „Csővégi” eljárások alkalmazhatók„Csővégi” eljárások alkalmazhatók Nem pontszerű (megoszló, diffúz): A szennyezés helye nem lokalizálható, vonal mentén, víz felszínénA szennyezés helye nem lokalizálható, vonal mentén, 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

49 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)

50 MODELLEK LÉPTÉK SZERINTI CSOPORTOSÍTÁSA TÉRBELI Összevont paraméterű (teljesen homogén) Osztott paraméterű (cella alapú) Részterületen összevont paraméterű (átmenet) IDŐBELI Folytonos időlépésű (nap) Esemény-alapú, dinamikus (óra) Hosszútávú (hónap, év)

51 FAJLAGOS TERHELÉSEK (kg/ha/év): ÖP FAJLAGOS TERHELÉSEK (kg/ha/év): ÖP MEZŐGAZDASÁG: 0.5 (0.1 – 5)MEZŐGAZDASÁG: 0.5 (0.1 – 5) VÁROSI LEFOLYÁS: 1.0 (0.1 / 10)VÁROSI LEFOLYÁS: 1.0 (0.1 / 10) ATMOSZFÉRA: 0.5 (0.1 – 1.0)ATMOSZFÉRA: 0.5 (0.1 – 1.0) ERDŐ: 0.4 (0.01 – 1.0)ERDŐ: 0.4 (0.01 – 1.0) ÖN: HASONLÓANÖN: HASONLÓAN BIZONYTALANSÁGOKBIZONYTALANSÁGOK

52 Fajlagos területi terhelés jellemző értékei (kg/ha/y) TerülethasználatKOIÖNÖPN/PForrás Mezőgazdasági terület 48-275 20.6 0.7-53 10-20 29.6 0.7-8.2 0.25-1.35 0.79 6.1 18.8 37.5 123123 Legelő 13-28 31.8 1.1-5.3 1.1-3.3 16.6 0.3-0.5 0.02-0.5 0.55 8.0 8.5 30.2 123123 Erdő 43 1.4-33 8-10 3.6 0.02-1 0.3 33.7 17.6 12 123123 Szőlő, gyümölcsös 20.6 0.1-260 38-67 29.6 0.8-20 0.8-201 0.79 12.5 5.2 37.5 123123 Városi terület 260-1050 282 2-9.7 6-10 19.7 0.5-1.5 1.1-5.6 2.7 5.8 2.4 7.3 123123 1. VITUKI, 1996, 2. Jolánkai, 1984, 3. JICA, 1998

53 BOIÖNÖP Szarvasmarha1409030 Tejelő tehén 20036 Sertés3512 Ló6110 Birka3.21 Baromfi0.70.12 Haszonállatok fajlagos emissziói (kg/egyed/év)

54 NEM-PONTSZERŰ MODELLEZÉS FEJLŐDÉSE ”Őskorszak” és hidrológiai modellezés kora Új generációs modellek és ”számítógép” korszak Ma: kevés új modell, térinformatikai fejlesztések, kiértékelés FEJLŐDÉSI STÁCIÓK Empirikus (regressziós) Fizikai alapú (teoretikus) Konceptuális (ötvözet) MEGKÖZELÍTÉS MÓDJA

55 Statisztikai modellek Német példa: MONERIS: Modelling of Nutrient Emissions in River Systems (Institut für Gewasserökologie, Berlin)  > 500 (1000) km 2 vízgyűjtők  5-10 éves átlagok  GIS támogatás  Figyelembe vett folyamatok: Pontszerű források, Légköri kiülepedés, Lemosódás, Erózió, Városi lefolyás, Drénrendszerek, Talajvíz.  Tápanyag visszatartás a vizekben

56

57 Duna vízgyűjtőre készített becslés (MONERIS, Behrendt et al, 2003)

58 Duna vízgyűjtőre készített becslés (MONERIS, Behrendt et al, 2003)

59 Országos terhelés becslés eredménye (Összes N, Összes P) 14% 6% 13% 1% 9% 57% TN: 20 kt/év 4% 13% 8% 2% 60% 13% Felszíni oldott Felszíni partikulált Felszín alatti oldott Települési felszíni oldott Települési partikulált Települési felszín alatti oldott TP: 3 kt/év

60 Felszíni vizek tápanyagterhelésének becslése területi érzékenység alapján Felszín alatti oldott P Felszíni oldott N Felszín alatti oldott N Felszíni oldott P Felszíni partikulált N Felszíni partikulált P Felszín alatti oldott P Felszíni oldott N Felszín alatti oldott N Felszíni oldott P Felszíni partikulált N Felszíni partikulált P Csapadék Teljes lefolyás Domborzat (lejtés) Talaj Területhasználat Felvehető P tartalom Humusz- tartalom N mérleg Geológia Települési jellemzők Talaj oldott nitrogéntartalma Kimosdó foszfor- mennyiség Denitrifikációs kapacitás Talaj szerves nitrogéntartalma Adszorpciós kapacitás Lemosódó nitrogénmenny. Felszíni lefolyás Eróziós potenciál Beszivárgás Csatornázatlan népsűrűség Burkolt felszíni oldott N Burkolt felszíni partikulált N Burkolt felszíni oldott P Burkolt felszíni partikulált P Talaj oldott foszfortartalma Összes N emisszió Összes P emisszió Víztestek vízgyűjtői Felszíni oldott N Felszíni oldott P Felszíni part. N Felszíni part. P Felszín al. oldott N Felszín al. oldott P Felszíni oldott N Felszíni oldott P Felszíni part. N Felszíni part. P Felszín al. oldott N Felszín al. oldott P Magyarországi összes, nem-városi N és P emisszió terhelés- komponensenként Magyarországi összes, városi N és P emisszió terhelés- komponensenként

61

62

63 N P

64 HIDROLÓGIAI ALAPÚ MODELLEK (SIMULATION MODELS) Térbeli és időbeli felbontás lehetősége A meghatározó folyamatok részletesebb elemzése Megnövekedett paramétermennyiség és adatigény Számítógépes háttér Több részmodellből álló integrált eljárások Vízgyűjtő-hidrológia modellezésén alapszik Üledék- és szennyezőanyag-transzport modellezése is

65 HIDROLÓGIAI ALAPÚ MODELLEK ELVI SÉMÁJA HIDROLÓGIAI ALMODELL SZENNYEZŐANYAG FORRÁS ÉS TRANSZPORT ALMODELL ERÓZIÓS ALMODELL BEFOGADÓ VÍZMINŐSÉGI MODELLJE VÍZMINŐSÉG A KIFOLYÁSI SZELVÉNYNÉL VÍZGYŰJTŐ EMISSZIÓS MODELL

66 HIDROLÓGIAI ALMODELL QcQc QbQb QsQs QiQi QlQl QdQd I1I1 ET P, S I2I2 R QlQl VÍZMÉRLEG-EGYENLET

67 ERÓZIÓS ALMODELL KIMOZDULÓ TALAJSZEMCSÉK MOZGÓ HORDALÉK MEDERBE BEKERÜLŐ HORDALÉK VÍZGYŰJTŐN MARADÓ HORDALÉK Felszíni lefolyás Kiülepedés, Tározódás Szállítódás Csapadék Felkeveredés Eróziós potenciál

68 TRANSZPORT ALMODELL Oldott szervetlen Szerves Erózió Kicsapódás/Oldódás Lemosódás Elillanás Szorpció/Deszorpció Aratás Trágyázás Kimosódás Légköri kiülepedés/fixáció Immob./Miner. Aktív partikulált Inaktív partikulált

69 Dynamic modeling of Zala catchment WetSpa (Liu et al., 2004) SWAT (Neitsch et al., 2002)

70 Basic data of Zala River Catchment Topography Landuse Precipitation Soil Dynamic modeling Zala catchment

71 Watershed delineation Number of sub-catchments: 87 in WetSpa, 40 in SWAT Sub-basin I. : 471 km 2 Sub-basin II. : 471 km 2 + 717 km 2 = 1188 km 2 Sub-basin III. : 1188 km 2 + 340 km 2 = 1528 km 2 Dynamic modeling Zala catchment

72

73 VÍZGYŰJTŐRŐL SZÁRMAZÓ TERHELÉSEK MEGHATÁROZÁSA A MÉRÉSEKRE TÁMASZKODVA L1L1 L2L2 L3L3 L4L4 L 111 L211L211 L11L11 L12L12 L 21 L 22 L 31 L 3 = (L 4 + L 31 +  E 3 ) a 3 L 21 = (L 22 + L 211 +  E 21 ) a 21 L 2 = (L 3 + L 21 +  E 2 ) a 2 L 11 = (L 12 + L 111 +  E 11 ) a 11 L 1 = (L 2 + L 21 ) a 1 L i – mért terhelés (anyagáram) – ellenőrzési pontok E i – vízgyűjtőről származó terhelés (emisszió) E2E2 E3E3 E 11 E 21 a i – átviteli tényező (transzmisszió)(1-a = visszatartás a mederben)

74 Terhelés számítása: L i – 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 L p – pontszerű szennyezőforrás (t/év)  p – pontszerű forrás transzmissziós tényezője (-) L np – 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)

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

76 Terhelés számítása vízminőségi és vízhozam idősorokból A becslés bizonytalanságát növelő tényezők:  Alacsony mintavételi gyakoriság Módszerek a becslés pontosítására (N Q >> n C ) :  Átlagolásos módszerek  Aránybecslés  Regressziós módszerek Átlag hibája:  Eltérő mintaszám (N Q >> n C )  Rövididejű árhullámok (kisvízfolyások!)

77

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

79 A TERHELÉS BECSLÉS LÉPÉSEI A TERHELÉS BECSLÉS LÉPÉSEI VÁROSI, PONTSZERŰVÁROSI, PONTSZERŰ NEM-PONTSZERŰNEM-PONTSZERŰ KÖZVETLEN, KÖZVETETTKÖZVETLEN, KÖZVETETT FAJLAGOS ÉRTÉKEKFAJLAGOS ÉRTÉKEK VISSZATARTÁSVISSZATARTÁS MÉRÉSEK, „GÖNGYÖLÍTÉS”, ELLENŐRZÉSMÉRÉSEK, „GÖNGYÖLÍTÉS”, ELLENŐRZÉS BEAVATKOZÁSOK HATÁSABEAVATKOZÁSOK HATÁSA MODELLEZÉSMODELLEZÉS

80 5776 km2 596 km2

81 53% 31% 10% 6%

82 75mg/m3 18mg/m3 12mg/m3 10mg/m3

83

84

85

86

87

88 A TÁPANYAGTERHELÉS HOSSZÚTÁVÚ VÁLTOZÁSA

89 A tartományok a becslés bizonytalanságát jelzik ÖSSZES VÍZJÁRÁS FÜGGŐ TERHELÉS AZ ÉVI ÁTLAGOS LEFOLYÁS FÜGGVÉNYÉBEN

90 A beavatkozásokat követően (1990-2002) szennyvíz 7% városi lefolyás 23% geokémiai háttér 11% mezőgazdasági 52% légköri 7% A beavatkozások előtt (1980-1989) szennyvíz 21% városi lefolyás 19% geokémiai háttér 6% mezőgazdasági 48% légköri 6% ÖSSZES P TERHELÉS: EREDET SZERINTI MEGOSZLÁS

91 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 IIIIIIIV Összes P (tonna/év) I IIIII IVszennyvíz városi lefolyás mezőgazdasági légköri geokémiai háttér A MEDENCÉK FOSZFORTERHELÉSE A BEAVATKOZÁSOK ELŐTT ÉS UTÁN

92 SZABÁLYOZÁS Emisszió forrás Transzport a víz- gyűjtőn (visszatartás) Transzport (visszatartás) a folyómederben Tavi tápanyag forgalom Kibocsátás csökk., szennyvíz („end of pipe”); „best management practice”, ár, adó, területhasználat szabályozása Lefolyási tényező csökkentése, erózióvédelem, művelés, előtározók, „wetland”-ek kialakítása Hordalék- és uszadékfogók, fenéklépcső, levegőztetés, ökológiai szemléletű mederrendezés, előtározók Üledék kotrása, inaktiválása, biomanipuláció, vízpótlás, mély tavak levegőztetése, algicid

93 SZABÁLYOZÁS ALAPEGYSÉGE:VÍZGYŰJTŐ 