Növényi tápanyagok vízminőségi hatása (eutrofizáció) és a tápanyagterhelés számítása

1. Növényi tápanyagok vízminőségi hatása (eutrofizáció)és a tápanyagterhelés számítása

2. A TÁPANYAGOK VÍZMINŐSÉGI HATÁSA • A FELSZÍNI VIZEK EUTROFIZÁLÓDÁSA • TÁPANYAGOK FELDÚSULÁSA NÖVÉNYI „TÚLTERMELÉS” • ESZTÉTIKAI PROBLÉMA, KORLÁTOZOTT VÍZHASZNÁLATOK • FÜRDŐVÍZ DIREKTÍVA  TROFITÁS ELLENŐRZÉSE (POTENCIÁLISAN TOXIKUS CIANOBAKTÉRIUMOK) • VÍZ KERETIRÁNYELV  CÉL: JÓ ÖKOLÓGIAI ÁLLAPOT ELÉRÉSE 2015-RE (> 50 HA ÁLLÓVIZEK) • A MESTERSÉGES EUTROFIZÁLÓDÁS OKAI ÉS KEZELÉSE • MÉRSÉKELT ÖVI TAVAKBAN AZ BIOMASSZÁT LEGGYAKRABBAN A FOSZFOR (P) KORLÁTOZZA • MEGOLDÁS: P TERHELÉS CSÖKKENTÉSE • P FORRÁSAI: VÍZGYŰJTŐN!

3. LIMNOLÓGIA • Tavak kialakulása • Természetes • Mesterséges (duzzasztógátak, (ivóvíz)tározók, halastavak, üdülőtavak, hűtőtavak stb.) • Tavak jellemzői • Morfológia • Vízháztartás • Vízmozgás, áramlások • Hőmérséklet és fényviszonyok, • Tápanyag ellátottság • Kémiai jellemzők, sótartalom

4. Völgyzárógátas tározó

5. Tavak hidrológiája és morfológiája Alaktan és jellemző méretek Q víztükörfelület (A) víztérfogat (V) vízmélység (H) L szélesség hosszúság Tartózkodási idő (feltöltődési, vízkicserélődési idő): Hígulás, megújulási sebesség: Partvonal hosszúság (L) Partvonal tagoltság:

6. LITORÁLIS ZÓNA

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

8. Hó eleji vízállás (cm) 200 150 100 50 0 -50 1937 1940 1943 1946 1949 1952 1955 1958 1961 1964 1967 1970 1973 1976 1988 1991 1994 1997 2000 2003 1901 1904 1907 1910 1913 1916 1919 1922 1925 1928 1931 1934 1979 1982 1985 BALATON VÍZSZINTVÁLTOZÁSA (1901-2003) Szabályozás felső szint Szabályozás alsó szint

9. Vízmozgások • Aperiodikus áramlások: • Szél ill. nyomáskülönbség hatására kialakuló áramlások • 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

10. I T z z  T (C) HŐMÉRSÉKLET ÉS FÉNY Fényintenzitás vertikális eloszlása: Lambert törvény I0 Extinkciós tényező (ke) 1%: fotikus zóna Hőmérséklet vertikális eloszlása 0 5 10 15 20 (C) Hőrétegzettség (mély tavak) Tél Max. termikus gradiens Nyár 4 C Termikus ellenállás

11. Tavak rétegződése: Mély tavak Epilimnion Metalimnion Hipolimnion Jellemzők: hőrétegzettség, időszakos cirkuláció (átfordulás), Függ: szél kinetikai energiája és a sűrűség különbségből adódó termális ellenállás (számítható!) Sekély tavak Fenékig átkevert Nincs hőrétegzettség!

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

13. Oligotróf Mezotróf Eutróf Mocsár • IDŐBELI VÁLTOZÁSOK (szukcesszió): • Természetes: termőképesség (trofitás) növekedése (tápanyag dúsulás), feltöltődés, sótartalom növekedése (lefolyástalan tavak) • Mesterséges: eutrofizálódás, savasodás, vízháztartás változása (kiszáradás) – antropogén hatások! Időlépték!

14. EUTROFIZÁLÓDÁS • Eutrofizálódás: tápanyagfeldúsulás • Természetes vs mesterséges • Kronológia • Kiváltó okok (főként P és N terhelések): vízgyűjtő • Szennyvíz (közvetlen, közvetett) - pontszerű • Városi lefolyás • Mezőgazdaság - nem-pontszerű (csapadék) • Ipar • Légköri kihullás • Több nagyságrendnyi növekedés (elmúlt fél évszázad) • Fontos természeti tényező: hőmérséklet, összes sugárzás

15. EUTROFIZÁLÓDÁS • Következmények: • „Algásodás”: esztétika (rekreáció), vízhasználatok • Vízkezelés (pl. szűrők eltömődése) • Íz és szag • Toxikus hatások • Szervesanyag felhalmozódás  O2 • O2 napszakos ingadozás • Makrofiták (bentikus eutrofizáció)

16. 1 év 1 év Folyamatok R, T Természeti tényezők: Sugárzás, hőmérséklet N,P Chl Felvehető tápanyagok, Biomassza (eredő hatás)

17. FOTOSZINTÉZIS ÉS SZTÖCHIOMETRIA • 106 CO2 + 16 NO3 + HPO4 + 122 H2O + 18 H  C106H263O110N16P1+ 138 O2 • CO2 és szervetlen tápelemek  növényi protoplazma (fény, termelés vs légzés) • C106H263O110N16P1:elemek aránya a sejtben • Liebig: 106 : 16 : 1 (moláris arány) • Redfield: felvétel és leadás aránya a fenti az óceánokban • Édesvizek hasonlóan viselkednek (tó specifikus) • A limitálás elve: • - természeti körülmények • - szabályozás

18. N/P ARÁNY: EGYSZERŰ BECSLÉS • Alga sejt: 0.5 - 2.0 gP/gChl-a  aP • 7 - 10 gN/gChl-a  aN • Példa: (a) N = 5 mg/l, aN = 10 Chl-a = 500 g/l • (b) P = 1 mg/l, aP = 1  Chl-a = 1000 g/l • Szabályozás: Chl-a = 50 g/l (célállapot) • P = 50 g/l = 0.05 mg/l • Általában, ha N/P < 10  N limitál • N/P > 10  P limitál • N/P  10  ??? • Mi limitál? Szennyvíz (nyers és tisztított)? • Mezőgazdasági diffúz? • Vegyes? • Mi tehető limitálóvá? • Fényviszonyok, átlátszóság (pl. Secchi mélység) • Fitoplankton összetétele

19. INDIKÁTOROK • Elsődleges termelés • Algaszám • Biomassza • Chl-a • ÖP, ÖN • Fényviszonyok, átlátszóság (pl. Secchi mélység) • Fitoplankton összetétele • Oldott oxigén

20. TAVAK OSZTÁLYOZÁSA (OECD; Chl-a - átlag/max)

21. EGYSZERŰ ÖP MODELL: tó ÖP anyagmérlege Qbe , Pbe Qki , ÖP ÖP vs V (térfogat), A (felszín) ÖP [g/m3] – összes P koncentráció a tóban (teljes elkeveredés) Pbe [g/év]– külső P terhelés vs [m/év]– látszólagos (eredő) ülepedési sebesség Feltevések: - csak összes P - teljes elkeveredés (szegmentálás) - évi átlag

22. Egy év alatt (évi átlag):  0 Normalizált terhelés (évi átlagos összes P koncentráció) pfajl – fajlagos ÖP terhelés (g/m2/év) - éves átlag qfajl – fajlagos hidraulikai terhelés (m3/m2/év = m/év) P – éves átlagos P koncentráció (g/m3)

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

25. L ÖP ÖP Chl-a S Chl Tervezés empirikus összefüggések alapján ÖP terhelés Anyagmérleg számítás ÖP koncentráció Max/átlag klorofill koncentráció Secchi mélység

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

27. 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 (vs) – 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

28. LÉGKÖRI KIÜLEPEDÉS NEM-PONTSZERŰ AZ ÜLEDÉK SZEREPE: BELSŐ TERHELÉS (A TÁPANYAGOK (ELSŐSORBAN A FOSZFOR) AZ ÜLEDÉKBŐL VISSZAJUT A TÓBA) KÜLSŐ TERHELÉS KIFOLYÁS BELSŐ TERHELÉS KIÜLEPEDÉS ÜLEDÉK

29. SZENNYVÍZVÍZTISZTÍTÁS A SZABÁLYOZÁS HATÁSA: KÉSLELTETETT VÁLASZ (A KÜLSŐ TERHELÉS CSÖKKENTÉSE UTÁN A BELSŐ TERHELÉS NÖVEKSZIK) LÉGKÖRI KIÜLEPEDÉS NEM-PONTSZERŰ KÜLSŐ TERHELÉS KIFOLYÁS BELSŐ TERHELÉS KIÜLEPEDÉS ÜLEDÉK

30. SZENNYVÍZVÍZTISZTÍTÁS A SZABÁLYOZÁS HATÁSA: KÉSLELTETETT VÁLASZ (A KÜLSŐ TERHELÉS CSÖKKENTÉSE UTÁN A BELSŐ TERHELÉS NÖVEKSZIK) LÉGKÖRI KIÜLEPEDÉS NEM-PONTSZERŰ KÜLSŐ TERHELÉS KIFOLYÁS BELSŐ TERHELÉS KIÜLEPEDÉS ÜLEDÉK

31. SZENNYVÍZVÍZTISZTÍTÁS A SZABÁLYOZÁS HATÁSA: KÉSLELTETETT VÁLASZ (A KÜLSŐ TERHELÉS CSÖKKENTÉSE UTÁN A BELSŐ TERHELÉS NÖVEKSZIK) LÉGKÖRI KIÜLEPEDÉS NEM-PONTSZERŰ KÜLSŐ TERHELÉS KIFOLYÁS BELSŐ TERHELÉS KIÜLEPEDÉS ÜLEDÉK

32. SZENNYVÍZVÍZTISZTÍTÁS A SZABÁLYOZÁS HATÁSA: KÉSLELTETETT VÁLASZ (A KÜLSŐ TERHELÉS CSÖKKENTÉSE UTÁN A BELSŐ TERHELÉS NÖVEKSZIK) LÉGKÖRI KIÜLEPEDÉS NEM-PONTSZERŰ KÜLSŐ TERHELÉS KIFOLYÁS BELSŐ TERHELÉS KIÜLEPEDÉS ÜLEDÉK

33. SZENNYVÍZVÍZTISZTÍTÁS A SZABÁLYOZÁS HATÁSA: KÉSLELTETETT VÁLASZ (A KÜLSŐ TERHELÉS CSÖKKENTÉSE UTÁN A BELSŐ TERHELÉS NÖVEKSZIK) LÉGKÖRI KIÜLEPEDÉS NEM-PONTSZERŰ KÜLSŐ TERHELÉS KIFOLYÁS KIÜLEPEDÉS ÜLEDÉK

34. SZENNYVÍZVÍZTISZTÍTÁS A SZABÁLYOZÁS HATÁSA: KÉSLELTETETT VÁLASZ (A KÜLSŐ TERHELÉS CSÖKKENTÉSE UTÁN A BELSŐ TERHELÉS NÖVEKSZIK) LÉGKÖRI KIÜLEPEDÉS NEM-PONTSZERŰ KÜLSŐ TERHELÉS KIFOLYÁS KIÜLEPEDÉS ÜLEDÉK

35. SZENNYVÍZVÍZTISZTÍTÁS A SZABÁLYOZÁS HATÁSA: KÉSLELTETETT VÁLASZ (A KÜLSŐ TERHELÉS CSÖKKENTÉSE UTÁN A BELSŐ TERHELÉS NÖVEKSZIK) LÉGKÖRI KIÜLEPEDÉS NEM-PONTSZERŰ KÜLSŐ TERHELÉS KIFOLYÁS KIÜLEPEDÉS ÜLEDÉK

36. BELSŐ TERHELÉS • Pbe = LK + LB(KÜLSŐ + BELSŐ P TERHELÉS) • MÓDOSÍTOTT VOLLENWEIDER • LK  ÖP (vs-ből)  VÉGES ÉRTÉK (LB), NEM ZÉRUS (RÖVID TÁV) • ÜLEDÉK FELÚJULÁS (HOSSZÚ TÁV)

37. Telítési szakasz Lineáris szakasz „TÓ VÁLASZ” BELSŐ TERHELÉSSEL BIOMASSZA P TERHELÉS

38. AZ ÖP MODELL ALKALMAZÁS LÉPÉSEI • ALKALMAZÁSI FELTÉTELEK? • ALAPPARAMÉTEREK (vízháztartás stb.) • TERHELÉS BECSLÉSE (lásd később) • FAJLAGOS ÉRTÉKEK • JELEN ÁLLAPOT • CÉLÁLLAPOT (ÖP VAGY CHL-A) • MEGENGEDETT ÖP TERHELÉS • HOGYAN ÉRJÜK EL ÉS MENNYIÉRT?

39. KIS-BALATON: FELSŐ TÁROZÓ EGYSZERŰ ANYAGMÉRLEG

40. Zala Balaton Zalaegerszeg Kis-Balaton

41. Alsó Tározó A  50 km2 Felsô Tározó A = 18 km2 Felsô Tározó A = 18 km2

42. ÖP visszatartás a Kis-Balaton Felső Tározóban Ptervezett = f (Pbe, Qbe, vs) /Vollenweider/ ?

43. Be Befolyó és kifolyó ÖP terhelés kapcsolata Ki 80 87 70 60 95 86 (t/y) 50 96 88 94 40 91 ki 92 89 TP 30 90 93 20 ~30 t/y 10 0 0 20 40 60 80 100 120 140 TP (t/y) be

44. DP + PBELSŐ = ÖSSZES NETTÓ ÜLEPEDÉS PBelső DP

45. BALATON: TERHELÉS ÉS TROFITÁS KAPCSOLATA

46. TERHELÉS ÉS TROFITÁS KAPCSOLATA: VOLLENWEIDER MODELL

47. KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!