Tavak, tározók rehabilitációja

1. Tavak, tározók rehabilitációja • Eszközök: • Külső terhelés (P) csökkentése • Szennyvíztisztítás, P eltávolítás • Nem pontszerű terhelés • Mezőgazdasági (művéliság és -mód váltás, tápanyag gazdálkodás) • Városi (belterületi) lefolyás szabályozása (beszivárogtatás, szűrőmezők, torkolati műtárgyak) • Tavon belüli beavatkozások (külső terhelés szabályozásával együtt hatékonyak csak!) • Elvezetés a tóból (P-ban gazdag hipolimnion vizének elvezetése) • Belső terhelés csökkentése (kotrás, üledék inaktiválása) • Biomanipuláció • Hínár aratás

2. Üledék kotrás • Az állóvízben (tóban, előülepítőben, tározótérben) az évek során lerakódott, felhalmozódott szennyezett hordalék eltávolítása, a meder feliszapolódásának megakadályozása, a tározó térfogat csökkentésének megakadályozása. • Az üledékek elhelyezési helyét természetvédelmi szempontok figyelembe vételével kell meghatározni. Szennyezett üledék csak a szennyezettségnek megfelelő tárolóban rakható le. • Ütemezés fontos! (Sekély tavakban az üledék átrendeződése lényegesen ronthatja a vízminőség-védelmi célok megvalósítását.) • Megoldások: • Víz alatti (hidromechanizációs) kotrás – nagy víztartalom! • Száraz kotrás – tavat le kell üríteni • Költségeket befolyásolják a zagy elhelyezés feltételei

3. Üledék kezelés • A foszfor kicsapatása (tavi P koncentráció csökkentése) és az üledékből felszabaduló P inaktiválása • Fémionok adagolásával végzik (alumínium-, vas-, kalcium-sók, valamint olyan ritka földfémek sói, mint a cirkónium, lantán, titán). A ritka földfémek potenciálisan toxikusak és drágák. A hamu és a kohósa­lak alkalmazása nehézfémtartalma miatt nem ajánlott. • Az alumínium-szulfáttal, vagy nátrium-alumináttal végzett foszfor inaktiválás a legelterjedtebb. • Sekély tavak esetében a vas-sók alkalmazása javasolt közvetlenül az üledég fölé juttatva (vasIII-klorid). • Tóvízben mésztej (Ca(OH)2) adagolás – növeli az üledék P megkötő lépességét. A kicsapódó CaCO3 teljes mértékben természetbarát anyag.

4. Üledék – belső P terhelés Adszorpciós izoterma: egyensúlyi koncentráció meghatározása Adszorbeált P (mgP/g üledék) (~ Üledék „mobilizálható P tartalma) • Deszorpció felkeveredés hatására 2 1 3 3 • Adszorpció a külső terhelés növekedésekor 1 2 Pe • Adszorpciós kapacitás (izoterma alakja) függ: • Üledék/talaj adszorpciós tulajdonságai (Fe, Mn, Al oxidok, Ca sók, agyagszemcsék) • pH, hőmérséklet, redox potenciál, stb.

5. Üledék P koncentrációjának változása (Lijklema, 1986) Foszfor ülepedés, S (g P/m2/év) Éves lerakódás (h) Felkeveredő (aktív) réteg (h) Eltemetődő réteg (h) Üledék P koncentrációjának változása (Pü): P „öregedési” állandó Új egyensúly beállásának ideje (S, h = konst, k = 0):

6. Egyszerű P forgalmi modell LAP AP Szap. Puszt. LIP IP LDP DP Min. Belső t. Ülep. AP + DP + IP  ÖP (ÖP  BHP) Vollenweider!

7. AP t Alga egyenlet (szaporodás) G=D G – szaporodási ráta (1/nap) D – pusztulási ráta (1/nap) G<D G>D ~0.3 1/nap t=100 nap alatt: AP = AP0 e30 = 1013 AP0 !!! Növekedést korlátozó tényezők: SZAP = Gmax fT fP,N fI AP Gmax- maximális szaporodási ráta (1-3.5 1/nap) f - limitálási tényezők (-) Hőmérséklet Tápanyag Fény

8. Eutrofizációs modellek • A megközelítés módja szerint: • Statisztikai modellek: • Statisztikai módszerrel meghatározott összefüggések az eutrofizáció okai és az ezekből következő jelenségek között, • Nem vizsgálják a jelenségek hátterét, nincs közvetlen kapcsolat a természeti folyamatokkal. • Dinamikus modellek • A valóságban lejátszódó folyamatok leírására törekszik, • A modell változóinak (állapot változók) idő- ill. térbeli változását leíró differenciál egyenletekből állnak.

9. PÜ PE DINAMIKUS MODELL FELÉPÍTÉSE VÁLTOZÓK: AP- alga P, DP - detritusz P, ORP - oldott szervetlen P, PP - formált szervetlen P, SP - formált P az üledékben, BP – eltemetődött P; FOLYAMATOK: 1 - szaporodás, 2 - pusztulás, 3 - mineralizálódás, 4 - ülepedés, 5 - adszorpció-deszorpció; BELSŐ TERHELÉS: Lijklema-féle üledék modell PE - a víz és az üledék közötti „hipotetikus” egyensúlyi koncentráció

10. ÖP (mg/m3) 2.5 mért 2.0 számított 1.5 1.0 0.5 0 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 Dinamikus modell alkalmazása: szimuláció a beavatkozások előtti és utáni időszakra Tatai Öregtó (leeresztő zsilip) Hídvégi-tó (Balatonhídvég)

11. A CaCO3 tartalom változása a Hídvégi-tó üledékében: A mintavételi pontok átlagértékei (mért) és az üledék-keveredési modellel számított koncentráció (modell)

12. 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% -10% -20% -30% év 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 változatlan (1995-1999) PO4-P 50%-kal csökken összes P 50%-kal nő összes P 50%, Q 30% csökken A Hídvégi-tó előre jelzett összes P visszatartása (%) különböző terhelési forgatókönyvekre

13. Modell bővítése: N APny AP Z IP IPP DP B Üledékmodell IPü PPü Szervetlen PP, ülep.-felkev. Téli-nyári alga Nitrogén, N kötők Pelt Zooplankton, tápláléklánc Baktérium

14. APt APny ORP DP Pad Aő Any At ORP DP ON B AP Pad Sül ORP DP BP OSP A APS APtw ORPü DPü APny PP ORP LA ORP DP DP ORPü PPü Balatonra alkalmazott dinamikus modellek SIMBAL BEM BALSECT JICA KBFT Jelölések: ORP – oldott reaktív P, DP – detritusz P, AP – alga P, A – alga biomassza, At – téli alga, Any – nyári alga, Aő – őszi alga, Pad – adszorbeált mobilizálható P, Sül – üledék szervesanyag tartalma, ON – oldott szervetlen nitrogén, B – baktérium biomassza, BP – baktérium P, OSP – oldott szerves P, ORPü – oldott reaktív P az üledékben (pórusvíz P), DPü – detritusz P az üledékben, PPü – formált P az üledékben, LA – lebegőanyag, PP – partikulált szerverlen P JICA

15. O2 Bevitel SOD ÜL SZN BOI5 NH4 O2 SZP NO2 Old-P NO3 Chl-A Az eutrofizáció modellezése folyókban: a QUAL2 modell

16. Makrofitonos eutrofizició modell • Problémák: • Növekedés időléptéke eltér az algáétól, • Lassabb alkalmazkodóképesség, • Térbeli eloszlás nem egyenletes, • Az egyes fajták teljesen különböző életmódot folytathatnak, • Az egymás közti és az algákkal való versengés sok tényező függvénye. • Holland példa (Janse, 1997): csatornákra (árkokra) kifejlesztett modell • Alga és 6 féle makrofiton, • Versengés a tápanyagokért, a fényért és a helyért, • Az algák legfőbb versenytársai a békalencsék, • Az árokfenék anyaga meghatározó!

17. Makrofitonos eutrofizició modell

18. Hínár modell • Egyed alapú modell • Szokványos fotoszintézis/légzés egyenletek • Pontos vízalatti fényviszonyok • Elágazás, levél lehullás/öregedés, sarjadzás • Hullámzás törõ hatása • Szimulálható: • magasság • biomassza • borítottság

19. Hínár modell

20. Szervetlen Szerves Termel. Diff. Ül. Szervetlen Szerves Lebont. Diff. Ül. Szervetlen Szerves Lebont. Elt. Elt. Mély tavak • Két teljesen elkevert víztér (epilimnion, hipolimnion) közötti anyagforgalom: ülepedés, diffúzió • Érvényesség: átfordulások közötti időszak • Szél elkeverő hatása csak a felső rétegben érvényesül • Üledék csak az átforduláskor keveredhet fel Epilimnion Hipolimnion Üledék

21. Modellalkotás folyamata • Identifikáció • Állapotváltozók kiválasztása • Melyek a meghatározó folyamatok? (N kötés, zooplankton-baktérium biomassza, üledék „memóriája”, felkeveredés stb.) • Mennyi mérés áll rendelkezésre? • Ne legyen túl bonyolult a modell! (pl. Lebontás vízben-üledékben hasonló, aggregált folyamatok  kevesebb kalibrálandó paraméter) • Kalibrálás • Érzékenység vizsgálat • Paraméterek beállítása (a priori és aggregált paraméterek) • Kézi vagy gépi illesztés • Igazolás • A kalibrálástól független mérési adatsor • Illeszkedés vizsgálata

22. Modellalkotás folyamata Leíró egyenletek: C = [C1, … Ci, … Cn] – koncentráció vektor R(C, P) – reakciókinetikai tag • Hidrodinamikai egyenletek (sokszor egyszerűsítünk!) • Kezdeti és peremfeltételek • Hipotézisek • p – paraméter vektor (kalibrálás és igazolás, érzékenységi és bizonytalansági elemzések)