Diffúz terhelés modellezése

Diffúz terhelés modellezéseDiffúz terhelés modellezése

Terhelés meghatározásaTerhelés meghatározása::EmisEmissziószió transzport (terepi, mederbeli)transzport (terepi, mederbeli)

anyagáram (vízgyűjtő kifolyási pontján)anyagáram (vízgyűjtő kifolyási pontján) Mérési lehetőségMérési lehetőség: : pontforrások, mederben pontforrások, mederben

mért anyagárammért anyagáram Modellek: empirikus és fizikai (folyamat) Modellek: empirikus és fizikai (folyamat)

alapúalapú

A vízgyűjtő tervezés kulcs eleme A vízgyűjtő tervezés kulcs eleme a diffúz terhelések ismeretea diffúz terhelések ismerete. .

o Nagy léptékű, összevont paraméteres → Nagy léptékű, összevont paraméteres → nem ad információt a térbeli nem ad információt a térbeli változékonyságról, BMP tervezésre nem változékonyságról, BMP tervezésre nem alkalmas alkalmas

o Dinamikus, osztott paraméteres modellek Dinamikus, osztott paraméteres modellek → hatalmas adatigény→ hatalmas adatigény

MODELLEK LÉPTÉK SZERINTI CSOPORTOSÍTÁSA

• TÉRBELI

• Összevont paraméterű (teljesen homogén)

• Osztott paraméterű (cella alapú)

• Részterületen összevont paraméterű (átmenet)

• IDŐBELI

• Hosszútávú átlag (hónap, év)

• Folytonos időlépésű (nap)

• Esemény-alapú, dinamikus (óra)

Modellek csoportosítása: a paraméterezés szerint• Összevont paraméterű(homogén)

• Osztott paraméterű(cella alapú)

• Félig osztott paraméterű

Modellek léptéke és paraméterezése

Literature reviewLiterature review

H: Hydrology, E: Erosion, N: Nutrients, P: Pesticides

Model Type Spatial scale Temporal scale Parameters H E N PPLM (Nichols and Hall) Process-oriented Soil profile Hour Cell TRANSMIT (Hutson and Wagenet) Process-oriented Soil profile Hour Cell ARM (Donigian and Crawford) Unit management Agricultural field Day Response unit CREAMS (Knisel) Unit management Agricultural field Day (Hour) Response unit GLEAMS (Knisel and Davis) Unit management Agricultural field Day (Hour) Response unit PRZM-3 (Carsel and et al.) Unit management Agricultural field Day Response unit EPIC (Williams and et al.) Unit management Agricultural field Day Response unit ANSWERS-2000 (Bouraoui and Dillaha)

Watershed management

Small/medium catchment Hour Cell

ARES (Koncsos)



WATFLOOD (Kouwen)



SWAT (Arnold and et al.)


Small/medium catchment Day Response unit

SWRRB (Arnold and et al.)


Small/medium catchment Day Sub-catchment

AGNPS (Young and et al.)


Small/medium catchment Day (Hour) Response unit

PhosFate (Kovács and Honti)


Small/medium catchment Year Cell

HSPF (Donigian and et al.)

Large basin management Lage basin Day Sub-catchment

MONERIS (Behrendt and et al.)

Large basin management Lage basin Year Sub-catchment

Scaling of NPS models

Spatial scale

Temporal scale

hour

day

year

Soil profile,paved area

small to medium catchment large watershed

minute agricultural fieldsettlement

Processes,Processes,researchresearch

FieldFieldmanagement, management,

planing of planing of good agriculturalgood agricultural

practicepractice

WatershedWatershedmanagementmanagement

planningplanning(lumped or distributed(lumped or distributed

Parameter models)Parameter models)

StrategicStrategicanalysisanalysis

m2 km2 1000 km2 106 km2

AggregationAggregation

Model complexityModel complexity

PhosFatePhosFate

SWAT, SWAT, GWLF, WETSPAGWLF, WETSPA

MONERISMONERIS

SWMMSWMMSTORMNETSTORMNET

ARESARES

VÍZGYŰJTŐVÍZGYŰJTŐRRŐL SZÁRMAZÓ TERHELÉSEK ŐL SZÁRMAZÓ TERHELÉSEK MEGHATÁROZÁSA A MÉRÉSEKRE TÁMASZKODVAMEGHATÁROZÁSA A MÉRÉSEKRE TÁMASZKODVA

L1

L2

L3

L4

L111

L211

L11

L12L21

L22

L31

LL33 = (L = (L44 + L + L3131 + + EE33) a) a33

LL2121 = (L = (L2222 + L + L211211 + + EE2121) a) a2121

LL22 = (L = (L33 + L + L2121 + + EE22) a) a22

LL1111 = (L = (L1212 + L + L111111 + + EE1111) a) a1111

LL11 = (L = (L22 + L + L2121) a) a11

LLii – – mért terhelés (anyagáram)mért terhelés (anyagáram)– – ellenőrzési pontokellenőrzési pontok

EEii – – vízgyűjtőről származó terhelés (emisszió)vízgyűjtőről származó terhelés (emisszió)

E2

E3

E11

E21

aaii – – átviteli tényező (transzmisszió)átviteli tényező (transzmisszió) (1(1-a = visszatart-a = visszatartás a mederben)ás a mederben)

ij

ijm

imii aELLL

1

Terhelés számítása:Terhelés számítása:

LLii – Anyagáram az i-dik ellenőrzési ponton – Anyagáram az i-dik ellenőrzési ponton

m – mellékfolyók száma az i-dik szakaszonm – mellékfolyók száma az i-dik szakaszon

E – az i-dik szakaszt érő vízgyűjtő eredetű terhelés (emisszió)E – az i-dik szakaszt érő vízgyűjtő eredetű terhelés (emisszió)

j – emissziós források száma az i-dik szakaszonj – emissziós források száma az i-dik szakaszon

a – az i-dik szakaszon érvényes átviteli tényezőa – az i-dik szakaszon érvényes átviteli tényezőnn

n

npn

npn

npn

k

pk

pki AlLLLE

LLpp – pontszerű szennyezőforrás (t/év) – pontszerű szennyezőforrás (t/év)pp – pontszerű forrás transzmissziós tényezője (-) – pontszerű forrás transzmissziós tényezője (-)

LLnpnp – diffúz szennyezőforrrás (t/év) – diffúz szennyezőforrrás (t/év)

L – fajlagos területi terhelés (t/ha,év)L – fajlagos területi terhelés (t/ha,év)

A – a fajlagos terheléshez tartozó vízgyűjtőterület (ha)A – a fajlagos terheléshez tartozó vízgyűjtőterület (ha)npnp – diffúz terhelés transzmissziós tényezője (-) – diffúz terhelés transzmissziós tényezője (-)

( 1- ( 1- = = visszatartás a vízgyűjtőn)visszatartás a vízgyűjtőn)

A számítás korlátai:A számítás korlátai:

• Ellenőrzési pontokon mért anyagáram mintavételi Ellenőrzési pontokon mért anyagáram mintavételi hibája (mintavételi gyakoriság, analitikai módszer, hibája (mintavételi gyakoriság, analitikai módszer, stb.)stb.)

• Átviteli tényező ismeretlen – vízminőségi modell!Átviteli tényező ismeretlen – vízminőségi modell!

• Pontszerű terhelések: becslés (lakosegyenérték), Pontszerű terhelések: becslés (lakosegyenérték), mérésmérés

• Diffúz terhelés: területi jellemzők, irodalmi adatokDiffúz terhelés: területi jellemzők, irodalmi adatok (fajlagos ter(fajlagos területi terhelés), modell – időbeli ületi terhelés), modell – időbeli változékonyság, bizonytalan!változékonyság, bizonytalan!

• Visszatartás a vízgyűjtőn (transzmissziós tényező): Visszatartás a vízgyűjtőn (transzmissziós tényező): mérés? becslés? empíria? mérés? becslés? empíria?

Statisztikai modellek

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

Diffúz terhelések becslése: MONERIS modellDiffúz terhelések becslése: MONERIS modell

lhvlfldrtv QQQQQQ

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].


Felszíni lefolyás okozta tápanyag terhelésFelszíni lefolyás okozta tápanyag terhelés

nyzsz

nyPN,nyfl,z

PN,zfl,sz

PN,szfl,PN,

fl AAA

ACACACC

CCflflN,PN,P átlagos, terület szerint súlyozott tápanyag-koncentráció átlagos, terület szerint súlyozott tápanyag-koncentráció

a a ffelszíni lefolyásban [mg/l],elszíni lefolyásban [mg/l],AAszsz szántóföldi területek [kmszántóföldi területek [km22],],

AAzz zöldterületek [kmzöldterületek [km22],],

AAnyny Nyílt (fedetlen) területekNyílt (fedetlen) területek

CCfl,szfl,szN,PN,P tápanyag-koncentráció a szántóföldekről származó tápanyag-koncentráció a szántóföldekről származó

felszíni lefolyásban [mg/l],felszíni lefolyásban [mg/l],CCfl,zfl,z

N,PN,P tápanyag-koncentráció a zöldterületekről származó tápanyag-koncentráció a zöldterületekről származó

felszíni lefolyásban [mg/l],felszíni lefolyásban [mg/l],CCfl,nyfl,ny

N,PN,Ptápanyag-koncentráció a nyílt felületekről származó tápanyag-koncentráció a nyílt felületekről származó

felszíni lefolyásban [mg/l].felszíni lefolyásban [mg/l].



Területhasználat Nitrogén Foszfor

[g N/m3] [g P/m3]

Szántóföld 0,3+RlkN/Csé 0,8

Zöldterület RlkN/Csé 0,2

Nyílt felület RlkN/Csé 0,05

Tápanyag koncentrációk a felszíni lefolyásban:

RlkN légköri nitrogén-kiülepedési ráta [g N/m2év],

Csé évi csapadékmennyiség [m/év]

6fl

PN,fl

PN,fl 10QCT

Tápanyag terhelés (t/év):Tápanyag terhelés (t/év):



Mezőgazdasági területekről lefolyó víz P Mezőgazdasági területekről lefolyó víz P koncentrációja a talaj telítettségének függvénye: koncentrációja a talaj telítettségének függvénye:

100

50

0

Talaj P telítettsége (%)

Oldott P (g/m3)0.05 0.2 1

Művelt területeken a talaj felső rétegének P telítettsége Művelt területeken a talaj felső rétegének P telítettsége 90-95 %-os,90-95 %-os,

Hosszú távú szántóföldi mérlegek segítségével Hosszú távú szántóföldi mérlegek segítségével meghatározható!meghatározható!

Szántóföldek foszformérlege

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998Év

Fajla

gos

töm

eg [

kg P

/ha]

Kivett növényi P tartalom

Kihordott szervestrágya P tartalma

Műtrágya P tartalma

P egyenleg

Szántóföldek nitrogénmérlege

-20

0

20

40

60

80

100

120

1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998Év

Faj

lago

s tö

meg

[kg

N/h

a]

Kivett növényi N tartalom

Kihordott szervestrágya N tartalma

Műtrágya N tartalma

N egyenlegZala vízgyűjtő Zala vízgyűjtő mezőgazdasági mezőgazdasági

tápanyag mérlegetápanyag mérlege


Erózió okozta tápanyag terhelésErózió okozta tápanyag terhelés

Talajlehordás megindulásának feltételei:Talajlehordás megindulásának feltételei:

1% lejtés,1% lejtés,

Mezőgazdasági művelés alatt áll,Mezőgazdasági művelés alatt áll,

Bármely vízfolyástól való távolsága Bármely vízfolyástól való távolsága < 30 m< 30 m

ASARhH tt

PotenciPotenciális lebegőanyag terhelés:ális lebegőanyag terhelés:

HHtt potenciális üledékterhelés [t/hapotenciális üledékterhelés [t/ha//év],év],

hhtt talajlehordás a mezőgazdasági területekről [t/hatalajlehordás a mezőgazdasági területekről [t/ha//év]év]

SSARAR erózióra érzékeny területek modellezett arányaerózióra érzékeny területek modellezett aránya [%][%]

AA Vízgyűjtőterület nagysága [ha]Vízgyűjtőterület nagysága [ha]



Talajlehordás mértéke: eróziós térképekTalajlehordás mértéke: eróziós térképek

Kiülepedés, megrekedés mélyedésekben: Az erodált talaj csak Kiülepedés, megrekedés mélyedésekben: Az erodált talaj csak részben éri el a vizeket!részben éri el a vizeket!

Erózió eredetű lebegőanyag terhelés megállapítása:Erózió eredetű lebegőanyag terhelés megállapítása:

Kritikus lefolyás Kritikus lefolyás értelmezése a értelmezése a vízhozam vízhozam lebegőanyag lebegőanyag kapcsolat alapjánkapcsolat alapján



Tényleges lebegőanyag terhelés:Tényleges lebegőanyag terhelés:

21 t-tst

Ü FSDRHT

TTÜÜ lebegőanyag lebegőanyag terhelés a vizsgált időszak alatt [t/év],terhelés a vizsgált időszak alatt [t/év],HHtt talajlehordás a vizsgált időszak alatt [t/év]talajlehordás a vizsgált időszak alatt [t/év]

SDRSDR üledék visszatartási tényező (kritikus LA hozam alapján) üledék visszatartási tényező (kritikus LA hozam alapján) [-] [-] FFs,üs,ü

t1-t2t1-t2 vizsgált időszakra vonatkozó súlyozó tényező [-],vizsgált időszakra vonatkozó súlyozó tényező [-], függ a függ a

nagycsapadékos időszakok mennyiségétőlnagycsapadékos időszakok mennyiségétől

ÜPN,d

PN,t

PN,er TAMT

Eróziós tápanyagterhelés:Eróziós tápanyagterhelés:

TerN,P tápanyagterhelés az erózió következményeként [t/év].

MtN,P átlagos tápanyagtartalom a felső talajrétegekben [kg/kg]

AdN,P tápanyag feldúsulási foszforra [-],


Települési eredetű tápanyag terhelés folyamatai:Települési eredetű tápanyag terhelés folyamatai:

Tápanyag visszatartás a folyórendszerekben

100 – 200 000 km100 – 200 000 km22-es vízgyűjtőkre alkalmazható empirikus -es vízgyűjtőkre alkalmazható empirikus tápanyag visszatartási modell (tápanyag visszatartási modell (Behrendt és OpitzBehrendt és Opitz, , 1999) 1999)

PN,PN,d

PN,pf

PN,PN,PN,b VTTREH

HHbbN,PN,P becsült tápanyaghozam [t/év],becsült tápanyaghozam [t/év],

EEN,PN,P összes becsült tápanyagemisszió [t/év],összes becsült tápanyagemisszió [t/év],RRN,PN,P összes becsült tápanyag-visszatartás [t/év],összes becsült tápanyag-visszatartás [t/év],TTpfpf

N,PN,P pontszerű tápanyagterhelések [t/év],pontszerű tápanyagterhelések [t/év],TTdd

N,PN,P diffúz tápanyagterhelések [t/év],diffúz tápanyagterhelések [t/év],VVN,PN,P tápanyagveszteségek [t/év].tápanyagveszteségek [t/év].

PN,H

PN,

PN,

R1

1

E

H

Átalakítás után:Átalakítás után:

RHN,P anyagárammal súlyozott összes tápanyag-visszatartás [t/év]

Valamennyi vízgyűjtő

1000 km2-nél kisebb vízgyűjtők

1000 és 10000 km2 között

10000 km2-nél nagyobb vízgy.

x q Thf q Thf q Thf q Thf

Foszfora 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

a 6,90 5,90 3,50 3,30 5,80 4,40 7,90 10,90

b -1,10 -0,75 -1,01 -0,65 -0,96 -0,62 -1,03 -0,94

bPN,H xaR


Empírikus összefüggés a tápanyag visszatartásra:

a, b modellegyütthatók [-],x fajlagos lefolyás, q [l/km2s], ill. hidraulikai

felületi terhelés, Thf [m/év].


Tápanyagterhelés és a tápanyaghozam kapcsolata Európai vízgyűjtőkönTápanyagterhelés és a tápanyaghozam kapcsolata Európai vízgyűjtőkön


Tápanyagterhelés és a tápanyaghozam kapcsolata Európai vízgyűjtőkönTápanyagterhelés és a tápanyaghozam kapcsolata Európai vízgyűjtőkön


Tápanyag viszsatartás aránya és hidraulikai terhelés kapcsolataTápanyag viszsatartás aránya és hidraulikai terhelés kapcsolata


Tápanyag viszsatartás aránya és hidraulikai terhelés kapcsolataTápanyag viszsatartás aránya és hidraulikai terhelés kapcsolata

Ismail

Tirgu Mures

Kosice

Novi Sad

Osijek

Nis

Klagenfurt

Insbruck

Gyor

Szombathely

Rijeka

Split

Constanca

Varna

Craiova

Cluj-Napoca

Brasov

Ploesti

Braila

Galat

Iasi

Tchernovte

Miskolc

Debrecen

Oradea

Arad

Szeged

Pecs

Zagreb

Ljubljana

Sarajevo

Bratislava

Brno

Linz

Regensburg

Augsburg

Munchen

Szekesfehervar

Graz

Salzburg

Sofia

Bucuresti

Budapest

Wien

Beograd

Praha

Trnava

Nitra

Trencin

PrievidzaBanska Bystrica

Zilina

Martin

Prasov

Levice

PiestanyTopolcany

Povazska Bystrica

Liptovsky Mikulas

Zvolen

Spisska Nova Ves

Bardejov

Humenne

Michalovce

Komarno

BM3

BM9

BM1

BM4

BM8

BM25

BM5BM2

BM38

BM16

BM35

BM36

BM37

BM22BM23

BM15

BM19

BM10

BM14

BM18

BM21

BM12

BM24

BM11 BM17

BM28

BM26 BM29

BM32

BM31

BM27

BM33

BM13

BM34

BI1

BI2

BI3

BI4

BI5

BI9

BS334 BS147

BS336

BS17

BS335

BS337

BS175BS18

BS342

BS346

BS345

BS344

BS178

BS339

BS27

BS348

BS32

BS197

BS37

BS30

BS191BS29

BS190BS28

BS189

BS25

BS355

BS40

BS39

BS201

BS33

BS352

BS198BS194

BS199

BS198

BS45

BS206

BS44

BS43

BS42

BS205BS206

BS51

BS360

BS358

BS53

BSBS4

BS220BS270

BS49

BS216BS210

BS209

BS208

BS234

BS232

BS364BS363

BS56

BS230231 BS229

BS55BS228

BS361

BS182

BS347

u61

u62

u59

u48

u58

u57

u56

u55

u47

u46

u45u71

u54

u53

u52

u44 u50

u49u65

u70

u69

u66

u67

u64Beregovo

Vinogradov

Vilok

Khust

Irshava

MezhgorieSvalyava

VishkovoTyachev

Chop

SolotvinaV.Bychkov

Rakhov

Dybovoe

Kolomia

Yaremcha

Kosov

Snyatin

Storozhinets

Mukachevo

Uzhgorod

CM4

CM7

CM43

CM30

CM36CM38

CM34CM18

CM29

CM31CM22

CM35

CM9

CM26

CM23

CM2

CM5

CM0

CM17

CM28

CM33

CM32

CM8CM25

CM14 CM11

CM23CM46

CM21CM45

CM40

CM44CM13CM42CM27

CM39

CM6

CM41

CM19

CM15CM20

CM10

CM3

CS3545

CS3639

CS1132

CS1133

CS1134

CS1171

CS3670

CS1169

CS1135

CS1174

CS1139

CS1140

CS1195

CS1188

CS1187

CS1186

CS1194

CM1191

CS3742CS1181

CS1179

CS1184

CS1176

Kranj

Maribor

Celje

Jesenice

Skofja LokaDomzale

Trbovlje

Velenje

Novo Mesto

Ptuj

Murska Sobota

S1

S2

S3

S4 S5S6

S7

S8

S9 S10

S11S12

S13

m1

m2

m3

m4

m5

m6

m7

m8

m9

m10

m11

m12

m13

m14

m15

Bziceni

Ocnita

Edinet

Geodeni

Falesti

Ungheni

Nisporeni

Carpineni

Leova

Comrat

Congaz

Ciadiz- Lunga

Taraclia

Vulcanesti

Cahul

BenderTiraspol

Belti

Kishinev

A326

A323A322

A324

A321

A522

A521

A721

A723

A724

A621

A821

A923

A924

A1024

A921 A922

A1023

A1025

A1026

A1021

A1121

A1022

A1031A1029

A1028

A1027A1030

A1032A1221

A1321

A1428

A1414A1427

A1424

A1422A1421

A1426

A1425

A1528

A1524A1526

A1527A1525

A1523

A1522

A1521

A422

A423

A722

A421

A1222

A/ 73100007

A/ 73200417

A/ 73200617

A/ 73300407

A/ 75000987

A/ 40502037

A/ 40502017

A/ 4041017

A/ 54110127A/ 5411057

A/ 54110017

A/ 51210147

A/ 73390966

A/ 40607017

A/ 40607027

A/ 40709117

A/ 40709077

A/ 40709067

A/ 40709047

A/ 40709037

A/ 40709027

A/ 40710027A/ 40710017

A/ 40907037

A/ 40814047 A/ 30900057

A/ 30900047

A/ 30900027

A/ 30900017

A/ 92001017

A/ 31000017A/ 31000027

A/ 31100047

A/ 31100057

A/ 31100037

A/ 31200037

A/ 10000077

A/ 10000027

A/ 10000107A/ 10000097

A/ 10000087

A/ 61400147A/ 61400137

A/ 61400127

A/ 61400117

A/ 61400107

A/ 61400087A/ 61400157

A/ 21560297A/ 21500087A/ 21551267

A/ 21551257

A/ 21500057A/ 21530157

A/ 21500047

A/ 21500027

A/ 21510107A/ 71560907

BUDAPEST1

BUDAPEST2

BUDAPEST3

DEBRECEN

MISKOLC

SZEGED

PECS

GYOR

NYIREGYHAZA1NYIREGYHAZA2

SZEKESFEHERVAR

KECSKEMET

SZOMBATHELY

SZOLNOK

TATABANYA

KAPOSVAR

BEKESCSABA

VESZPREM

ZALAEGERSZEG

EGER

DUNAUJVAROS

SOPRON

NAGYKANIZSA HODMEZOVASARHELY

ERD

SALGOTARJAN

OZD

BAJA

CEGLED

SZEKSZARD

KAZINCBARCIKA

GYONGYOS

PAPA

VAC

GYULA

AJKA

KISKUNFELEGYHAZA

SZENTES

HAJDUBOSZORMENY

MOSONMAGYAROVAR1MOSONMAGYAROVAR2

GODOLLO

JASZBERENY

ESZTERGOM

KOMLO

OROSHAZA

DUNAKESZI

NAGYKOROS

VARPALOTA

MAKO

TATAHATVAN

TOROKSZENTMIKLOS

HAJDUSZOBOSZLO

KARCAG

BEKES

BUDAORSOROSZLANY

SZENTENDRE

SZIGETSZENTMIKLOS

DOMBOVAR

MOHACS

KOMAROM

PAKS

MEZOTUR

CSONGRAD

HAJDUNANAS

MONOR

TAPOLCA

GYAL

SZARVAS

MATESZALKA

BALMAZUJVAROS

BALASSAGYARMAT

SATORALJAUJHELY

TISZAUJVAROS

KALOCSA

VECSES

KISVARDA

MEZOKOVESD

SZAZHALOMBATTA BERETTYOUJFALU

GYOMAENDROD

SARVAR

ABONY

BATONYTERENYE

DUNAHARASZTI

DABAS

SAROSPATAK

BONYHAD

MOR

FOTTISZAFURED

TISZAVASVARI

GOD

SAJOSZENTPETER

SARBOGARD

NYIRBATOR

PUSPOKLADANY

DOROG

KISUJSZALLAS

POMAZ

KORMEND

HAJDUHADHAZ

MARCALI

NAGYATAD

BARCS

GYOMRO

TOLNA

NAGYKATA

CELLDOMOLK

PILISVOROSVAR

KOSZEG

TISZAKECSKE

BUDAKESZI

HEVES

TISZAFOLDVAR

MEZOBERENY

BICSKE

SZIGETVAR

PECEL

SARKAD

LAJOSMIZSE

KAPUVARCSORNA

ALBERTIRSA

SIKLOS

PASZTO

TURKEVE

SZERENCS

KUNSZENTMARTON

EDELENY

UJFEHERTO

SZIGETHALOM

SZEGHALOM

BUDAPEST, CANNING- BREWERY

BUDAPEST,PAPER

TISZAUJVAROS, CHEMICAL

KAZINCBARCIKA, CHEMICAL

DUNAUJVAROS, PAPERDUNAUJVAROS, METALLURGICAL

ALMASFUZITO, CHEMICALLABATLAN, PAPER

MARCALI, LEATHER

BALATONFUZFO, CHEMICAL

PET, CHEMICAL

PECS, LEATHER

01FF01

01FF02

01FF0701FF04

02FF51

02FF02

02FF32

03FF06

03FF05

03FF07

03FF01

01FF13

01FF11

01FF22

01FF12

02FF17

02FF03

06FF27

04FF11

04FF14

02FF12

01FF62

01FF40

01FF38

05FF18

06FF23

07FF01

07FF04

07FF05

08FF02

08FF04

10FF02

10FF04

10FF12

10FF14

11FF11

11FF12

07FF10

07FF11

07FF29

08FF07

09FF03

08FF15

10FF22

11FF63

11FF32

CID

CIC

CIBCIE

CIA

BUDAORS, CHEMICAL

CM12

CM47

PECS, LEATHER

A711A713

A712

A311

A411

A1111

A1112

A1012

A1413A1411

A1414

A1412

A1416

A1311

A1313

A1312

A913

A912

A612

A611 A911

BUDAORS, CHEMICAL

PET, CHEMICAL

BALATONFUZFO, CHEMICAL

MARCALI, LEATHER

DUNAUJVAROS, PAPER

CIECIB

CIA

CID

CIC

BI4

BI1

BI3

BI2

BI5

BI9

TISZAUJVAROS, CHEMICAL

KAZINCBARCIKA, CHEMICAL

PHOSPHORUS105 kt/a

NITROGEN825 kt/a

AGRICULTURE

WWTP

OTHERS

AGRICULTUREWWTP

OTHERS

Nutrient Balances for Danube CountriesNutrient Balances for Danube Countries

NITROGEN

0.000.100.200.300.400.500.600.700.800.90

0 5 10 15 20 25

A

UR

C

MB

H

SK

G

SL

DB

PHOSPHORUS

0.000.100.200.300.400.500.600.700.800.90

0 5 10 15 20 25

A

U

DB

SK

RC

BH

G

SL

M

OUTFLOW [l/s/km2]OUTFLOW [l/s/km2]

Role of "retention": Net immission load/emission loadRole of "retention": Net immission load/emission load(1992)(1992)

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

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

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

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 felszínioldott

Településipartikulált

Települési felszínalatti oldott

TP: 3 kt/év

Országok hozzájárulása Országok hozzájárulása a Duna vízgyűjtő a Duna vízgyűjtő összes N és P összes N és P terheléséhezterheléséhez

0

4

8

12

16

20

D A CZ SK H SLO HR RBH SCG RO BG MD UA Total

Ma

ss

flu

x [

kt

P/a

]

Effluent load

Background

Diffuse

Point source

67.8

23.5

SL BH SM

River load

[kt P/a]

Ret

enti

on

Basin

0

4

8

12

16

20

D A CZ SK H SLO HR RBH SCG RO BG MD UA Total

Ma

ss

flu

x [

kt

P/a

]

Effluent load

Background

Diffuse

Point source

67.8

23.5

SL BH SM

River load

[kt P/a]

Ret

enti

on

Basin

Víz KeretirányelvVíz KeretirányelvLépték: víztestek Lépték: víztestek vízgyűjtő vízgyűjtő

Tápanyagterhelés meghatározása víztest vízgyűjtő léptékbenTápanyagterhelés meghatározása víztest vízgyűjtő léptékben

93 000 km93 000 km22

990990 víztest részvízgyűjtővíztest részvízgyűjtő

Csapadék

Lefolyás

Lejtés

Talajtípus

Földhasználat

Talaj P tartalma

Humusz-tertelom

N többlet

Vízháztartás

Laksűrűség

GIS adatokGIS adatok

Catornázottság

CÉL: térképi információk maximális kihasználásaCÉL: térképi információk maximális kihasználásaLéptéket a legnagyobb felbontásban rendelkezésre álló Léptéket a legnagyobb felbontásban rendelkezésre álló adat határozza megadat határozza meg

Felszíni vizek tápanyagterhelésének becslése területi érzékenység alapján

Felszín alattioldott P

Felszínioldott N

Felszín alattioldott N

Felszínioldott P

Felszínipartikulált N

Felszínipartikulált P

Felszín alattioldott P

Felszínioldott N

Felszín alattioldott N

Felszínioldott P

Felszínipartikulált N

Felszínipartikulált P

Csapadék

Teljes lefolyás

Domborzat(lejtés)

Talaj

Területhasználat

FelvehetőP tartalom

Humusz-tartalom

N mérleg

Geológia

Településijellemzők

Talaj oldottnitrogéntartalma

Kimosdó foszfor-mennyiség

Denitrifikációskapacitás

Talaj szervesnitrogéntartalma

Adszorpcióskapacitás

Lemosódónitrogénmenny.

Felszíni lefolyás

Erózióspotenciál

Beszivárgás

Csatornázatlannépsűrűség

Burkolt felszínioldott N

Burkolt felszínipartikulált N

Burkolt felszínioldott P

Burkolt felszínipartikulált P

Talaj oldottfoszfortartalma

Összes Nemisszió

Összes Pemisszió

Víztestekvízgyűjtői

Felszínioldott N

Felszínioldott P

Felszínipart. N

Felszínipart. P

Felszín al.oldott N

Felszín al.oldott P

Felszínioldott N

Felszínioldott P

Felszínipart. N

Felszínipart. 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

Nitrogén

Foszfor

Példa: Vadász-patak vízgyűjtőPélda: Vadász-patak vízgyűjtő

TerülethasználatLakó- és ipari területSzántóföldSzõlõ, gyümölcsRét, legelõErdõ

Transzport kontroll

Forráskontroll

3200 ha3200 haAlapadatokAlapadatok

Forrásterületek, hordalék és diffúz P terhelésForrásterületek, hordalék és diffúz P terhelés

Javasolt beavatkozási területekJavasolt beavatkozási területek

A FÖLDHASZNÁLATOKAT ÉRINTŐ VÍZGYŰJTŐ SZINTŰ INTÉZKEDÉSEK A FÖLDHASZNÁLATOKAT ÉRINTŐ VÍZGYŰJTŐ SZINTŰ INTÉZKEDÉSEK TERVEZÉSE (PhosFate modell fejlesztés, 2007-2009)TERVEZÉSE (PhosFate modell fejlesztés, 2007-2009)

Optimalizáció transzport modellel (PhosFate, BME)

0 – 0.020 – 0.020.02-0.050.02-0.050.05-0.150.05-0.150.15-10.15-1

ErEróziós potenciálóziós potenciál Diffúz P terhelés

Egyenletek

iwinPipotRiwin

iwinisumPipotRisum

isumi CCI

PCCI

PSR ,,,,,

,,,,,,

, 1001

1001

Felszíni lefolyás

iiiiii SPCMLSKRSED

Talajveszteség

ahol SRi: az éves felszíni lefolyás az i-edik cellában [mm év-1], Psum,i: a nyári féléves csapadékösszeg az i-edik cellában [mm félév-1], Isum,i: a nyári féléves intercepciós veszteség az i-edik cellában [-], CR,pot,i: a potenciális lefolyási tényező az i-edik cellában [-], CP,sum,i: a nyári féléves csökkentő tényező az i-edik cellában [-], Pwin,i: a téli féléves csapadékösszeg az i-edik cellában [mm félév-1], Iwin,i: a téli féléves intercepciós veszteség az i-edik cellában [-], CP,win,i: a téli féléves csökkentő tényező az i-edik cellában [-].

ahol SEDi: az éves talajveszteség az i-edik cellában [t ha-1 év-1], Ri: a csapadék-eróziós index az i-edik cellában [t ha-1 év-1], Ki: a talaj erodibilitási tényezője az i-edik cellában [-], LSi: a lejtőszög-lejtőhossz tényező az i-edik cellában [-], CMi: a növényfedettségi tényező az i-edik cellában [-], SPi: az erózió elleni védekezés tényezője az i-edik cellában [-].

Egyenletek

Foszforfelesleg a felső talajrétegben

ahol SURi,j: a foszfortöbblet az i-edik cellában és a j-edik évben [kg P ha-1 év-1], ∆Pi,j: az éves mezőgazdasági foszfortöbblet az i-edik cellában és a j-edik évben [kg P ha-1 év-1], CHum,i: a humusztartalom a talajban, az i-edik cellában [%], ROM-C: a szervesanyag-szén arány [0.58], RC-P: a szén-foszfor arány [0.01], ρS: a talaj sűrűsége [2700 kg m-3], ΘS,i: a talaj porozitása az i-edik cellában [m3 m-3], RMin: az évi átlagos mineralizációs arány [0.02], ZS: a felső talajréteg vastagsága [0.3 m], EAtm: az éves átlagos foszforkiülepedés a légkörből [ 0.4 kg P ha-1 év-1],

jkjkjkjk PRODMANFERTP ,,,,

A mezőgazdasági foszfortöbblet

ahol FERTk,j: a szervetlen műtrágyával bevitt foszfor mennyiség a k-adik megyében és a j-edik évben [kg P ha-1 év-1], MANk,j: a szerves trágyával bevitt foszfor mennyiség a k-adik megyében és a j-edik évben [kg P ha-1 év-1], PRODj: a terméssel elvont foszfor mennyiség a k-adik megyében és a j-edik évben [kg P ha-1 év-1].

AtmSMiniSSPCCOMiHum

jiji EZRRRC

PSUR 4

,,

,, 101100

Egyenletek

A felső talajréteg anyagmérleg egyenlete

ahol CTP,i,j: a talajban lévő összes foszfor koncentrációja az i-edik cellában és a j-edik évben [μg L -1], CPP,i,j: a talajban lévő partikulált foszfor koncentrációja az i-edik cellában és a j-edik évben [μg g -1], CDP,i,j: a talajban lévő oldott foszfor koncentrációja az i-edik cellában és a j-edik évben [μg L -1], Q0,i: az adszorbeált foszfor maximális értéke az i-edik cellában [μg g-1], bi: az adszorpciós energia tényezője az i-edik cellában [L μg-1].

Az izoterma paraméterei

ahol CClay,i: az agyagtartalom a talajban, az i-edik cellában [%], pHi: a talaj pH értéke az i-edik cellában.

iSjiDPSiDPi

iDPiiiSjiDPSjiPPjiTP C

Cb

CbQCCC ,,,

,

,,0,,,,,,, 1

iHumiClayi CCQ ,,,0 5.497.105.3

3,, 10076.0027.010170061.0 iHumiClay

pHi CCb i

Egyenletek

Oldott foszfor emissziók (felszíni eredetű)

ahol ESR,i: az éves emisszió felszíni lefolyással az i-edik cellában [kg év -1], Acell: a cellaterület [1 ha], RSR,i: a foszfor hígulási ráta a lefolyásban, az i-edik cellában [-], CDP,u: az oldott foszfor koncentráció a városi lefolyásban, az u-adik városi cellában [g m-3].

Partikulált foszfor emissziók (felszíni eredetű)

ahol EER,i: az éves emisszió erózióval az i-edik cellában [kg év-1], ERi: a foszfor feldúsulási ráta az erodált talajra az i-edik cellában [-], CPP,u: a partikulált foszfor koncentráció a városi lefolyásban, az u-adik városi cellában [g m-3].

cellákravárosiCASR

cellákravidékiRCASRE

uDPcelli

iSRiDPcelli

iSR 2,

5,,

,10

10

cellákravárosiCASR

cellákravidékiERCASEDE

uPPcelli

iiPPcelli

iER 2,

3,

,10

10

Modellstruktúra

PP terepi és mederbeli transzport

GIS

Emisszió

Visszatartás

Transzport

?

kifolyás

TRANSZPORT ALMODELL

Egyenletek

Partikulált foszfor transzport

ahol OUTPP,i: a kilépő partikulált foszfor anyagáram az i-edik cellában [kg év-1], INPP,i: a belépő partikulált foszfor anyagáram az i-edik cellában [kg év-1], RETPP,i: a partikulált foszfor visszatartás az i-edik cellában [kg év-1].

Partikulált foszfor visszatartás

ahol kret,i: a visszatartási tényező az i-edik cellában [s-1], xi: a cella élhossza [100 m], vi: az átlagos lefolyási sebesség az i-edik cellában [m/s], t*

cell,i a cellán való átlagos áthaladási idő az i-edik cellában [s], ni: a Manning-féle érdességi tényező az i-edik cellában [m-1/3 s], Ri: az átlagos hidraulikai sugár az i-edik cellában [m], Si: a lejtés az i-edik cellában [m/m], Adrain,i: az adott cella feletti teljes vízgyűjtőterület az i-edik cellában [km2], aP, bP: a vízhozam-gyakoriságtól függő paraméterek [0.01, ill. 0.3].

iPPiERiPPiPP RETEINOUT ,,,,

*,,,,,

,,,

icellPPireti

iPPiretiPPiPP

iPPiretii

iPP

tINkv

xINkRETIN

INkvx

IN

PbidrainPi AaR ,

2

1

3

21ii

ii SR

nv

• Célzott beavatkozási csoport: területhasználat szabályozása

• Emisszió kontroll: területhasználat váltás, művelési mód váltás,

erózióvédelem

• Transzport kontroll: puffer zónák, szűrőmezők és wetlandek

• Modellfuttatás a változtatásoknak megfelelően

• Éves, fajlagos költségek hozzárendelése a beavatkozásokhoz

• Egyszerű optimalizációs feltétel a „hot spotok” számára

BMP tervező felület

Dinamikus modellek

Amerikai példa: SWAT: Soil and Water Assessment Tool (Agricultural Research Service, Texas)

Fizikai alapú szimulációs modell Tápanyagterhelések, peszticid, bakteriális és nehézfém-

szennyezések számítása GIS alapú számítás és szoftver Víz-, üledék- és tápanyagmérleg a vízgyűjtőn és a mederben Kis- és nagy vízgyűjtők, folyamatos napi időlépték Bonyolult, természeti törvényekre épülő metodika, több

részmodell, számos paraméter Részletes meteorológiai, talajtani, területhasználati,

mezőgazdasági, stb. adatbázis Szcenárió-analízis lehetősége Hosszú távú hatáselemzés

HIDROLÓGIAI ALAPÚ MODELLEK ELVI SÉMÁJA

HIDROLÓGIAIALMODELL

SZENNYEZŐANYAGFORRÁS ÉS TRANSZPORT

ALMODELL

ERÓZIÓSALMODELL

BEFOGADÓVÍZMINŐSÉGIMODELLJE

VÍZMINŐSÉGA KIFOLYÁSI

SZELVÉNYNÉL

VÍZGYŰJTŐ EMISSZIÓS MODELL

Root Zone

Shallow (unconfined)

Aquifer

Vadose (unsaturated)

Zone

Confining Layer

Deep (confined) Aquifer

Precipitation

Evaporation and Transpiration

Infiltration/plant uptake/ Soil moisture redistribution

Surface Runoff

Lateral Flow

Return Flow

Revap from shallow aquifer

Percolation to shallow aquifer

Recharge to deep aquifer

Flow out of watershed

Hydrologic Balance

HIDROLÓGIAI ALMODELL

Qc

Qb

Qs

Qi

Ql

Qd

I1ET

P, S

I2R

Ql

VÍZMÉRLEG-EGYENLET

ERÓZIÓS ALMODELL

KIMOZDULÓTALAJSZEMCSÉK

MOZGÓHORDALÉK

MEDERBE BEKERÜLŐHORDALÉK

VÍZGYŰJTŐN MARADÓ HORDALÉK

Felszínilefolyás

Kiülepedés,

Tározódás

Szállítódás

Csapadék

Felkeveredés

Eróziós potenciál

TRANSZPORT ALMODELL

Oldott szervetlen

Szerves

Erózió

Kicsapódás/Oldódás

Lemosódás

Elillanás

Szorpció/Deszorpció

AratásTrágyázás

Kimosódás

Légköri kiülepedés/fixáció

Immob./Miner.

Aktívpartikulált

Inaktívpartikulált

NO3- NH4

+

Soil Organic Matter

NO2-

manures, wastes and

sludge

ammonium fixation clay

mineralization

immobilization

nitrification

immobilization

Symbiotic fixation

NO3

-

anaerobicconditions

N2

N2O

NH3

Atmospheric N fixation (lightning arc discharge)

leaching

fertilizer fertilizer

Harvest

Nitrogen Cycle

denitrification

ammonia volatilization

runoff

Soil Organic Matter

H2PO4-

HPO4-2

manures, wastes and

sludge

mineralization

immobilization

fertilizer

Harvest

manures, wastes, and

sludge

Adsorbed and fixed Inorganic

Fe, Al, Ca, and clay

runoff

Phosphorus Cycle

Channel Processes

Dynamic modeling of Zala catchment

WetSpa (Liu et al., 2004) SWAT (Neitsch et al., 2002)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

19

97

.01

.01

19

97

.02

.09

19

97

.03

.20

19

97

.04

.28

19

97

.06

.06

19

97

.07

.15

19

97

.08

.23

19

97

.10

.01

19

97

.11

.09

19

97

.12

.18

19

98

.01

.26

19

98

.03

.06

19

98

.04

.14

19

98

.05

.23

19

98

.07

.01

19

98

.08

.09

19

98

.09

.17

19

98

.10

.26

19

98

.12

.04

19

99

.01

.12

19

99

.02

.20

19

99

.03

.31

19

99

.05

.09

19

99

.06

.17

19

99

.07

.26

19

99

.09

.03

19

99

.10

.12

19

99

.11

.20

19

99

.12

.29

20

00

.02

.06

20

00

.03

.16

20

00

.04

.24

20

00

.06

.02

20

00

.07

.11

20

00

.08

.19

20

00

.09

.27

20

00

.11

.05

20

00

.12

.14

20

01

.01

.22

20

01

.03

.02

20

01

.04

.10

20

01

.05

.19

20

01

.06

.27

20

01

.08

.05

20

01

.09

.13

20

01

.10

.22

20

01

.11

.30

Leb

egő

anya

g f

luxu

s [g

/s]

Mért

Szimulált

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1998.0

1.0

1

1998.0

2.0

9

1998.0

3.2

0

1998.0

4.2

8

1998.0

6.0

6

1998.0

7.1

5

1998.0

8.2

3

1998.1

0.0

1

1998.1

1.0

9

1998.1

2.1

8

1999.0

1.2

6

1999.0

3.0

6

1999.0

4.1

4

1999.0

5.2

3

1999.0

7.0

1

1999.0

8.0

9

1999.0

9.1

7

1999.1

0.2

6

1999.1

2.0

4

2000.0

1.1

2

2000.0

2.2

0

2000.0

3.3

0

2000.0

5.0

8

2000.0

6.1

6

2000.0

7.2

5

2000.0

9.0

2

2000.1

0.1

1

2000.1

1.1

9

2000.1

2.2

8

2001.0

2.0

5

2001.0

3.1

6

2001.0

4.2

4

2001.0

6.0

2

2001.0

7.1

1

2001.0

8.1

9

2001.0

9.2

7

2001.1

1.0

5

2001.1

2.1

4

Víz

ho

za

m [

m3 /s

]

Mért

Számított

Dynamic modeling Zala catchment

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Hónap

Víz

ho

zam

[m

3 /s]

Jelen

Jövő

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

2025

2026

2027

2028

2029

2030

2031

2032

2033

2034

Vízhozam [m3/s]

Jelen

Jövő

Jelenlegi (1994-2003) és az éghajlatváltozással szimulált havi és évi középvízhozamok a Jelenlegi (1994-2003) és az éghajlatváltozással szimulált havi és évi középvízhozamok a Zalán (Zalaapáti)Zalán (Zalaapáti)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Hónap

Csa

pad

ékö

ssze

g v

álto

zás

arán

ya

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Hónap

Hő

mé

rsék

let v

álto

zás

[°C

]

A csapadék és hőmérséklet havi változása a CLIME RCAO-H-B2 éghajlati forgatókönyv A csapadék és hőmérséklet havi változása a CLIME RCAO-H-B2 éghajlati forgatókönyv szerint, 2030-ra szerint, 2030-ra

Documents

Diffúz terhelés modellezése