3-1 háttéranyag: Felszíni víztestek tápanyagterhelésének modellezése

Átírás

1 3-1 háttéranyag: Felszíni víztestek tápanyagterhelésének modellezése MONERIS modell alkalmazása Magyarország víztesteit érő diffúz eredetű növényi tápanyag emisszió becslésére

2 2

3 Magyarország víztesteit érő diffúz eredetű növényi tápanyag emisszió becslése a MONERIS modellel Jolánkai Zsolt, Muzelák Bálint, Kardos Máté Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék Budapest,

4 Tartalomjegyzék 1 Moneris modell víztest szintű alkalmazása Magyarországra Az alkalmazott módszertan MONERIS modell A modell számítási struktúrája A modell alkalmazása Magyarország tápanyag emisszióinak becslésére Az alkalmazott modell térbeli és időbeli léptéke Moneris modell által számított emisszió értékek ellenőrzése Moneris bemenő adatainak létrehozása Talajveszteség számítása Domborzati tulajdonságok Területhasználattal kapcsolat bemenő adatok A talajfizikai tulajdonságok Meteorológiai adatok előállítása Drénezett területek nagysága Talaj tápanyagtartalmának becslése A Moneris modellel végzett tápanyagbecslés eredményeinek ismertetése Az erodált hordalék-becslés eredménye Összes nitrogén terhelés Összes foszfor terhelés Eredmények összevetése az ICPDR által a es időszakra számolt terhelés értékekkel Tápanyag csökkentési forgatókönyvek elemzése

5 Ábrajegyzék ábra A MONERIS modell előzetes terhelésbecsléséhez lehatárolt vízgyűjtők ábra A Moneris modellben felhasznált analitikai egységek ábra - Modell ellenőrzésre használt tisztán hazai lefolyású monitoring pontok ábra Q-C kapcsolat a Duna Medve közúti hídnál található monitoring pontnál vonatkozó időszakra ábra - Q-C kapcsolat a Duna Rajkai vízmércénél található monitoring pontnál összes nitrogénre a közti időszakra ábra - Q-C kapcsolat a Duna Rajkai vízmércénél található monitoring pontnál összes foszforra a közti időszakra ábra Számított országosan összegzett összes nitrogén terhelés összevetése mért értékekkel az összes jól mért monitoring pontra ábra Számított országosan összegzett összes nitrogén terhelés összevetése mért értékekkel az 1000 t/év alatti terhelésű monitoring pontokon ábr a Számított országosan összegzett összes foszfor terhelés összevetése mért értékekkel az összes jól mért monitoring pontra ábra Számított országosan összegzett összes foszfor terhelés összevetése mért értékekkel az 600 t/év alatti terhelésű monitoring pontokon ábra Mért és számított terhelések összevetése az összes olyan monitoring pontra, ahol megfelelő számú (legalább havi rendszerességű) monitoring adat áll rendelkezésre, de vízhozam adat nem feltétlenül - ÖN ábra Mért és számított terhelések összevetése az összes olyan monitoring pontra, ahol megfelelő számú (legalább havi rendszerességű) monitoring adat áll rendelkezésre, de vízhozam adat nem feltétlenül - ÖP ábra Az USLE modell csapadéktényezőjének országos eloszlása ábra Az USLE modell felszínborítási és talajművelési tényezőjének országos eloszlása ábra Az USLE modell talajeróziós tényezőjének országos eloszlása ábra Az USLE modell eróziógátló talajművelés tényezőjének országos eloszlása ábra Az USLE modell lejtés lejtőhossz tényezőjének országos eloszlása ábra Az USLE modell által számított aktuális országos talajveszteség országos eloszlása ábra. Magyarország vízrajzilag helyes domborzati térképe (hydrodem) ábra. Víztestek átlagos tengerszint feletti magassága ábra. Magyarország lejtésviszonyai ábra. Víztestek átlagos lejtései ábra. Magyarország területhasználata, Corine ábra. Térinformatikai műveletek algoritmusba helyezése - területhasználat, lejtés ábra. Magyarország mezőgazdasági területei aggregálás után ábra. Víztestek mezőgazdasági területaránya a lejtés függvényében ábra. MARTHA talajadatbázis talajfizikai kategóriái Magyarországon

6 ábra. Térinformatikai műveletek algoritmusba helyezése - talajfizikai paraméterek létrehozása ábra. Víztesteket területeinek agyag dominált aránya ábra. Víztesteket agyag dominálta területnagyságai ábra. Magyarország agyag dominálta térképei, MARTHA adatbázis újraosztályozva Moneris kategorizáláshoz ábra. Agyagtartalom víztestenkénti aránya ábra. Magyarország területi párolgás térképe, 9év átlaga (Kovács 2011) ábra. Hosszúidejű csapadékösszeg számításhoz használt állomások, Az es időszak ábra. Hosszúidejű csapadékösszeg számításhoz használt állomások, ben működő állomások ábra. Hosszúidejű csapadékösszeg számításhoz használt állomások, ben működő állomások ábra. Térinformatikai műveletek algoritmusba helyezése - Meteorológiai paraméterek létrehozása ábra. Magyarország éves csapadékösszeg térképe 30 év alapján, Thiessen poligonok módszerével ábra. Éves csapadékösszeg víztestenként, hosszú idejű átlag ábra. Éves csapadékösszeg víztestenként, 4 éves átlag ábra. Nyári csapadékösszeg víztestenként, hosszú idejű átlag ábra. Nyári csapadékösszeg víztestenként, 4 éves átlag ábra. Víztestek éves párolgásösszeg ábra. EMEP adatbázis légköri kiülepedés térképei - NH4, NO ábra. Térinformatikai műveletek algoritmusba helyezése - Légköri kiülepedés paraméterek létrehozása ábra. Víztestenkénti bemenő paraméterek légköri kiülepedésre - NH4, NO ábra. Drénezett területek nagysága ábra. Víztestenként a drénezett területnagyságok értéke ábra - Az országos nitrogénmérleg évenkénti idősora az összes megyére ábra A felső talajrétegek nitrogén tartalma ábra Magyarország hat nagytérségében átlagosan felhalmozódott foszfor mennyiségének alakulása ábra Erodált hordalék megoszlása ábra TN diffúz és pontszerű forrás szerinti megoszlása ábra Magyarország felszíni víztesteit érő összesített összes nitrogén terhelés terhelési útvonankénti megoszlása a teljes terhelés százalékában ábra - Magyarország nagy vízgyűjtőiről a felszíni víztesteket elérő összes nitrogén terhelés a es időszak átlagára terhelési útvonalanként ábra A felszíni vizeket érő összes nitrogén terhelés kis részvízgyűjtőkre történő összegzése, illetve az egyes terhelési útvonalak közti megoszlása ábra- Magyarország felszíni víztest-vízgyűjtőinek diffúz eredetű fajlagos összes nitrogén terhelése a 2009 és 2012 közti időszak átlagában ábra- Magyarország felszíni víztest-vízgyűjtőinek diffúz eredetű összes nitrogén terhelése a 2009 és 2012 közti időszak átlagában ábra TP diffúz és pontszerű forrás szerinti megoszlása

7 ábra Magyarország felszíni víztesteit érő összesített diffúz eredetű összes foszfor terhelés terhelési útvonalankénti megoszlása a teljes terhelés százalékában ábra - Magyarország nagy vízgyűjtőiről a felszíni víztesteket elérő összes foszfor terhelés a es időszak átlagára terhelési útvonalanként ábra - Magyarország felszíni vizeit érő összes foszfor terhelés terjedési útvonalankénti megoszlása a 2009 és 2012 közti időszak átlagában, az ICPDR elemzéshez lehatárolt vízgyűjtőre összegezve ábra Magyarország felszíni víztest-vízgyűjtőinek diffúz eredetű fajlagos összes foszfor terhelése a 2009 és 2012 közti időszak átlagában ábra - Magyarország felszíni víztest-vízgyűjtőinek diffúz eredetű összes foszfor terhelése a 2009 és 2012 közti időszak átlagában ábra- Összes nitrogén emissziók a két MONERIS modell szerint ábra - Összes foszfor emissziók a két MONERIS modell szerint ábra Összegzett összes nitrogén terhelés az összes vizsgált forgatókönyvre, sík, domb és hegyvidéki indikátor víztesteken ábra Összegzett összes foszfor terhelés az összes vizsgált forgatókönyvre, sík, domb és hegyvidéki indikátor víztesteken ábra Indikátor vízgyűjtőkre összegzett összes nitrogén terhelés az összes vizsgált forgatókönyvre ábra Indikátor vízgyűjtőkre összegzett összes foszfor terhelés az összes vizsgált forgatókönyvre ábra Összes foszfor terhelés csökkenés az összes vizsgált forgatókönyvre ábra Összes nitrogén terhelés csökkenés az összes vizsgált forgatókönyvre

8 1 Moneris modell víztest szintű alkalmazása Magyarországra 1.1 Az alkalmazott módszertan Az első vízgyűjtő gazdálkodási tervben készült terhelésbecslés módszertanától némileg eltérően, az ICPDR (International Commitee for the Protection of the Danube River Nemzetközi Dunavédelmi Bizottság) módszertanát követve a Moneris modell is felhasználásra került a diffúz és pontszerű terhelések területi (víztest illetve nagyobb vízgyűjtő szinten történő) összegzésére. A terhelésösszegzés két lépcsőben történt, először nagyobb vízgyűjtő szinten kerültek összegzésre a kibocsátások és terhelések az ICPDR számítási eredményei alapján, majd egy víztest szinten létrehozott Moneris modell segítségével a víztestekre készült emisszióbecslés. Jelen dokumentumban a részletes víztest szintű terhelésbecslés alapadatait és előzetes eredményeit mutatjuk be. 1.2 MONERIS modell A MONERIS egy tápanyag emissziós modell, melyet a németországi Leibniz Intézetben (édesvízi ökológiai és a haltenyésztő intézet) fejlesztettek a tápanyag emissziós források és útvonalak azonosítására, a folyórendszerek tápanyag visszatartására, valamint a menedzsment lehetőségek elemzésére. A modellt 1999-es létrehozása óta számos folyóvízi rendszeren alkalmazták (Többek között a Duna, Elba, Odera, Pó, Visztula, Behrendt et al., 1999, 2003a, 2003b, Schreiber et al., 2005, Behrendt és Dannowski, 2005) A MONERIS egy fél-empirikus, koncepcionális modell, melyet alapvetően összes foszfor és összes nitrogén emissziók becslésére fejlesztettek ki és hét különböző szennyezés terjedési útvonalat vesz számba (Venohr et al. 2009).: légköri kiülepedés (száraz és nedves kiülepedés nitrogénre és száraz kiülepedés foszforra) pontszerű terhelések (kommunális és ipari szennyvíztisztítók és direkt kibocsátások) talajvízben oldott állapotban talaj drénen keresztül városi burkolt felületekről erózió által (partikulált formában) felszíni lefolyásban (oldott formában) A modell képes figyelembe venni az tápanyagok visszatartását a folyórendszerekben A modell számítási struktúrája A MONERIS számítási alapegysége az ún. analitikai egység (AU analythical unit), mely egy ésszerűen megválasztott rész-vízgyűjtő területet jelent a gyakorlatban, melyre minden olyan adat előállítható, amit a modell igényel. Az analitikai egységek a lefolyási hierarchiának megfelelően sorba vannak kapcsolva és átadják egymásnak az egységenként számított emissziókat. Van egy úgynevezett aggregációs egység, melyet a monitoring pontok alapján lehet kijelölni, azaz minden, mérési adattal megfelelően ellátott monitoring ponthoz ki kell jelölni a hozzá tartozó analitikai egységeket, majd ezek emisszióit a víztesteken történt tápanyag visszatartással 8

9 korrigálva össze kell vetni a monitoring pontok mérési adataival éves átlagok tekintetében. Mindezeket a lépéseket megelőzi a vízhozamokra történő kalibráció, mely szintén a mérési pontokra történik. 1.3 A modell alkalmazása Magyarország tápanyag emisszióinak becslésére A modellt az ICPDR egész Duna-vízgyűjtőre végzett vizsgálatához már alkalmazta Magyarországra az IGB-Berlin kutatóközpont. Az eredmények validálását pontosan nem ismerjük és elképzelhető, hogy csak nagyobb vízgyűjtőrész szinten került validálásra a modell, így annak megbízhatósága esetlegesen megkérdőjelezhető. Azt is fontos megismételni, hogy a modellt németországi adatok alapján kalibrálták és validálták Németországra, ez nem jelenti azt, hogy a modell automatikusan alkalmazható a magyar viszonyokra, így a hazai modellalkalmazás során tapasztalt anomáliák, becslési pontatlanságok esetlegesen a helytelen modell paraméterezésnek is köszönhetők Az alkalmazott modell térbeli és időbeli léptéke Itt gyakorlatilag két különböző léptéket szükséges ismertetni, mert az ICPDR által használt modell robosztusabb léptéket használt, itt a térbeli lépték a kisvízgyűjtő szint volt. Az előzetes terhelésösszegzés során használt vízgyűjtők: ICPDR azonosító Vízgyűjtő Részvízgyűjtő 177 Duna Lajta 185 Duna Marcal 186 Duna Rába 189 Duna Fertő 195 Duna Ikva 197 Duna Rábca 198 Duna Szigetköz 199 Duna Bakony-ér és Concó 201 Duna Átal-ér 229 Duna Únyi-patak 230 Duna Vaskapu-patak 238 Duna Ipoly 240 Duna Közép-Duna 241 Duna Észak-Mezőföld és Kelet-Bakony 242 Balaton Zala 243 Balaton Balaton 244 Duna Kapos 245 Duna Sió 246 Duna Duna-völgyi Főcsatorna 247 Tisza Felső-Bácska 248 Duna Alsó-Duna jobb part 9

10 259 Dráva Kebele-patak 262 Dráva Kerka 264 Dráva Béci és Zajki patakok 289 Dráva Rinya mente 290 Dráva Fekete-víz 291 Dráva Lanka és Tapolca patakok 325 Tisza Szamos 334 Tisza Kraszna 337 Tisza Túr 352 Tisza Palád-Csécsei-főcsatorna 368 Tisza Bodrog 369 Tisza Lónyai-főcsatorna 370 Tisza Felső Tisza 379 Tisza Hernád és Takta csatorna 391 Tisza Bódva 392 Tisza Sajó 393 Tisza Hortobágy-Berettyó 400 Tisza Penészleki I-csatorna 402 Tisza Ér-főcsatorna 403 Tisza Berettyó 412 Tisza Sebes-Kőrös 422 Tisza Gyepes-főcsatorna 432 Tisza Fehér-Kőrös 433 Tisza Kettős-Kőrös 434 Tisza Hármas-Kőrös 435 Tisza Bükk és Borsodi Mezőség 436 Tisza Hevesi-sík 437 Tisza Tarna 438 Tisza Zagyva 439 Tisza Nagykőrösi-homokhát 440 Tisza Nagykúnság 441 Tisza Maros-felső 442 Tisza Kurca 469 Tisza Maros-alsó 470 Tisza Alsó-Tisza jobb part táblázat Vízgyűjtők az Moneris modellel végzett előzetes terhelésbecsléshez 10

11 ábra A MONERIS modell előzetes terhelésbecsléséhez lehatárolt vízgyűjtők A részletes vizsgálat során használt analitikai egységek a modellben a vízgyűjtő gazdálkodási tervezéshez kijelölt víztestek saját vízgyűjtői ( ábra): minden tó és vízfolyás víztest külön számítási egységet képez, tófelületek esetén a diffúz emissziók gyakorlatilag a légköri kiülepedésre korlátozódnak. 11

12 ábra A Moneris modellben felhasznált analitikai egységek Időbeli lépték A modellezési időszak megfelel a VGT2-ben vizsgált periódusnak, azaz a ig terjedő időszaknak. A felhasznált adatok között előfordultak napi, havi és éves adatok is. Éves adatok alatt a négy éves időszakra vonatkoztatott éves átlagokat értjük Moneris modell által számított emisszió értékek ellenőrzése Országos tápanyag-mérleg Egyik lehetőség a modell eredmények ellenőrzésére, hogy a mérések alapján felállított országos anyagmérleg különbözetét, azaz az ország területén keletkező emissziókat a modell vissza tudja-e adni. Ezt az ellenőrzést elvégeztük, és ez alapján (illetve ezzel kapcsolatban) a következő megállapítások tehetők: Az országos vízmérleget figyelembe véve a tápanyagmérleget is döntően befolyásolja nagy folyóink (Duna, Tisza, Dráva) vízhozam és koncentráció méréseinek pontossága A Duna és Tisza folyók mentén található monitoring pontok esetében igen nagy eltérés tapasztalható a mért összes nitrogén értékek esetében, míg az összes szervetlen nitrogén esetében pici szórás jellemző. A Duna esetében a 12

13 leglátványosabb a megfigyelt különbség, itt az összes szervetlen nitrogén 1.9 és 2.1 mg/l között változik a hossz-szelvény mentén, az összes nitrogén viszont 2.1 és 3 mg/l között változik. Ez utóbbi szemléltetésére azt lehet elmondani, hogy a 0.9 mg/les különbség a Duna több mint 2000 m 3 /s-os átlag hozamával felszorozva mintegy 60 ezer t/év összes nitrogén terhelésnek felel meg, ami több mint a korábbi becslések szerint a Magyarországról származó teljes terhelés. A koncentrációk változása ráadásul rövid szakaszokon belül figyelhető meg a Dunán, és mindig a mérést végző felügyelőségek területi határán történik, a területeken belül az értékek viszonylag állandóak. Feltételezhető (de nem bizonyított), hogy az eltérő laborokban, eltérő módszerek és mérési körülmények okozzák a jelentős eltéréseket. Ennek köszönhető, hogy míg az országba belépő koncentráció 2.9 mg/l, a kilépő meg csupán 2.5 mg/l, holott az alga biomassza jelentősen megemelkedik (6-ról 23 mg/l chlorofil-a) és az összes ásványi nitrogén szinte változatlan (1.92-ről 1.95-re nő), mely amúgy is egy jóval megbízhatóbb mérés. Előzőek miatt megvizsgáltuk, hogy a belépő és kilépő pontokon végzett korrekció mekkora hatással van az anyagmérlegre. A Duna bejövő és kimenő mérési pontján ugyanazokat a jellemző szerves nitrogén értékeket állítottuk be, amit a területi labor mért, majd ezeket mindkét szélsőség irányába is megvizsgáltuk. Az eredmények azt mutatják, hogy és t/év között változik a mérlegkülönbség, és mind a bemenő, mind a kimenő monitoring ponton ugyanakkora szerves nitrogén koncentrációval számolva a tartomány 8100 és t/év között változik. Hozzá kell tenni, hogy ezek az értékek csak a Dunán végzett korrekciót tartalmazzák, pedig nagy valószínűséggel a többi nagy folyónkat is érinti ez a mérési hiba. A Duna vízhozam dominanciája miatt ezt az értéket irányadónak tekinthetjük. Mindenképpen szükséges leszögezni, hogy a mérések összességében akkora hibával terheltek, hogy arra modellt kalibrálni, igazolni nem lehet, csak irányadó számnak tekinthetjük az így kapott értékeket, és inkább a tartományt kell szem előtt tartanunk, mint egy átlag értéket. A tápanyag koncentráció mérési bizonytalanságán túl a terhelést és az anyagmérleget (akár) nagyságrendileg az előző bizonytalansággal megegyező mértékű hiba terhelheti a vízhozam mérés módszertanában rejlő bizonytalanságból eredően. Baldassare és mtsai. (Baldassare et al. 2008) kimutatták, hogy a Q-H görbén alapuló becslésből eredő hiba átlagosan 25% körüli a Pó folyón, és a hasonló folyókon a hiba nagyságrendileg ehhez hasonló lehet. Ha 10 %-os átlagos mérési hibát feltételezünk a Duna vízhozamánál, az mind a befolyó, mind a kifolyó vízhozamot terheli, így akár 20 %-ot meghaladó eltérést is okozhat az anyagmérlegben, mely 2000 m 3 /s esetében akár 400 m 3 /s hozam differenciát is jelenthet. Több éves átlagos értékek esetében ez bizonyosan kisebb az előbb leírt értékeknél, de néhány százalékos, azaz nagyságrendileg 100 m 3 /s-os eltérés könnyen adódhat a mérlegben. Számításunknál a es időszakban a Duna folyó bemenő és kimenő szelvényére számolt átlagos vízhozam differencia közel 500 m 3 /s volt, míg a Duna egyéb külföldi eredetű hozzáfolyásaiból mintegy 320 m3/s hozam adódik. Mindezekkel együtt a Duna vízmérlege a Hiba! A hivatkozási forrás nem található.. táblázatban láthatóan alakul. A MONERIS modellbe a sokéves átlagos vízgyűjtő lefolyást a lehullott rövid idejű és hosszú idejű csapadékok arányával korrigálva az egész ország területén keletkező lefolyás nem éri el a 150 m 3 /s-ot, melyből a Duna vízgyűjtőjén mintegy 70 m 3 /s lefolyás keletkezik. A vízmérlegből adódóan a Duna vízgyűjtőjén 115 m 3 /s-os hozam keletkezik. Ez az 50% 13

14 körüli eltérés egyrészt a mérési hibákból, másrészt a MONERIS modellbe kerülő lefolyásértékek hibájából adódhat. A Duna valóságos terhelése tehát közel ismeretlennek mondható, összességében csak kvalitatív becslést lehet mondani arra, hogy milyen tartomány lehet jellemzőnek tekinteni az országos illetve a Duna részvízgyűjtő terhelésének. Vízgyűjtő Q be [m 3 /s] Q ki [m 3 /s] KI-BE [m3/s] Duna Tisza Dráva Összesen táblázat - A törzshálózati mérések alapján számolt országos vízmérleg a es időszakra éves átlagban A tápanyag mérleg esetében szintén tanulságos kép rajzolódik ki mind összes nitrogén, mind összes foszfor esetében ( táblázat, táblázat). Az éves országos mérleg nitrogén esetében közel tonna csökkenés adódik, mely a fentiek szerinti Dunára végzett korrekcióval amennyiben a szerves nitrogén koncentráció változatlanságát vesszük ez nagyságrendileg 7720 és tonnára változik, míg szerves nitrogén koncentráció növekedés mellett tonna körüli mérleg is adódhat. Figyelembe véve, hogy az alga biomassza erős növekedést mutat a Duna hossz-szelvénye mentén, feltehetőleg némi növekedéssel lehet számolni. Ugyancsak figyelembe véve a víztestekben történő retenciót, arra lehet következtetni, hogy a hazánk területén a vízbe jutó összes nitrogén emisszió a vízmérleg alapján legalább tonna de meghaladhatja a tonnát is. Foszfor esetében a teljes mérleg alapján számolható növekmény mintegy 1124 tonna, mely ennél nagyobb foszfor emisszióra enged következtetni. A Moneris modellel végzett becslés szerint a vizekben történő nitrogénretenció tonna, míg foszfor esetében ez megközelítőleg 3500 tonna. Ezekkel a tápanyagvisszatartásokkal számolva nitrogénre durván és tonna éves értékek közti emissziót (pontosabban viztestet ért imisszióval), illetve tonna közti foszfor emissziót kapunk. Meg kell azonban jegyezni, hogy ezek az értékek is sok feltételezésen alapulnak, így csak tájékoztató adatnak kell tekinteni őket. Vízgyűjtő N be [t/év] N ki [t/év] KI-BE [t/év] Duna Tisza Dráva Összesen táblázat Az ország három nagy folyójához tartozó részvízgyűjtőjére a mért koncentrációk és hozamok alapján kalkulált összes nitrogén tápanyagmérleg a es időszakra. 14

15 Vízgyűjtő P be [t/év] P ki [t/év] KI-BE [t/év] Duna Tisza Dráva Összesen táblázat Az ország három nagy folyójához tartozó részvízgyűjtőjére a mért koncentrációk és hozamok alapján kalkulált összes foszfor tápanyagmérleg a es időszakra. Az országos anyagmérleg mellett a modell ellenőrzésre a kisebb vízgyűjtők alján lévő monitoring pontoknál van lehetőség ( ábra), amennyiben elégséges számú mérési eredmény áll rendelkezésre növényi tápanyagok tekintetében. Az elégséges szám természetesen relatív, minél gyakoribb a mérés, annál biztosabban lehet átlagot számolni az adott időszakra. Mivel a leggyakoribb mérési periódus is két heti részletességű, így nagy eséllyel komoly eltérés is adódhat a mért koncentrációkhoz tartozó vízhozamokból számított átlag és a valós négy éves időszakra vonatkozó átlagos vízhozam érték között. Ez a hiba több ponton végzett ellenőrzés szerint nem haladja meg az 5 %-ot ábra - Modell ellenőrzésre használt tisztán hazai lefolyású monitoring pontok 15

16 C - összes nitrogén (mg/l) Vízgyűjtő-gazdálkodási Terv 2015 Ezt az anomáliát esetlegesen lehet korrigálni, legegyszerűbb módszer, ha a koncentrációt függetlenítjük a vízhozamtól, így más vízhozamértékkel is alkalmazhatjuk. Ennek alkalmazhatósága érdekében néhány monitoring pontnál vizsgálatot végeztünk Q-C (Q vízhozam, C koncentráció) közti kapcsolatra. A ábra és ábra-n látható, hogy a kapcsolat nagy szórást mutat, így a trend megbízhatósága is alacsony, továbbá az is látszik, hogy a két pontnál jelentős eltérés van, mivel a Rajkai mércénél egyértelműen megfigyelhető egy csökkenő koncentráció növekvő vízhozam mellett, ellenben a Duna főágnál, szinte teljesen trendmentes a kapcsolat. Összes foszfor esetén ( ábra) ez a kapcsolat szintén laza, de egyértelműen pozitív a trend, azaz nagyobb vízhozamokhoz magasabb összes foszfor koncentrációk adódnak. Tekintve a kapcsolatok gyenge értékét, ezt a korrekciót nem használtuk a mért értékek javítására ÖN Lineáris (ÖN) Q (m3/s) ábra Q-C kapcsolat a Duna Medve közúti hídnál található monitoring pontnál vonatkozó időszakra 16

17 C Összes foszfor mg/l) C Összes nitrogén mg/l) Vízgyűjtő-gazdálkodási Terv ÖN Log. (ÖN) Q (m3/s) ábra - Q-C kapcsolat a Duna Rajkai vízmércénél található monitoring pontnál összes nitrogénre a közti időszakra R² = 0, ÖP Lineáris (ÖP) Q (m3/s) ábra - Q-C kapcsolat a Duna Rajkai vízmércénél található monitoring pontnál összes foszforra a közti időszakra A modell számított eredményeit tehát leginkább a fenti ábrán látható vízgyűjtőkön lehet ellenőrizni, melyek tisztán hazai lefolyásúak és a mintavételi helyen vízrajzi méréseket is végeznek rendszeresen. Ezeken a helyeken végzett ellenőrzés szerint a modell a teljes nitrogén terhelést alul becsli, átlagosan 30 %-kal, míg a foszfor terhelést mintegy 25 %-kal, de hozzá tartozik, hogy ezek domborzati szempontból hasonló vízgyűjtők. Nitrogén esetében, az összes jól mért monitoring pontra végzett 17

18 Mért (t/év) Vízgyűjtő-gazdálkodási Terv 2015 ellenőrzést szemlélteti a ábra. Ezen az ábrán jól látszik, hogy a legnagyobb, azaz a Duna kifolyó monitoring pontján végzett ellenőrzés alulbecslést mutat, míg a Dráva és a Tisza vízgyűjtők az t/év terhelési érték környékén túlbecslést mutat. A kisebb hazai lefolyású vízgyűjtők esetében ( ábra) az látható, hogy a modell konzekvensen alulbecsli a terheléseket, egy-két vízgyűjtőt leszámítva Számított (t/év) ábra Számított országosan összegzett összes nitrogén terhelés összevetése mért értékekkel az összes jól mért monitoring pontra 18

19 Mért (t/év) Vízgyűjtő-gazdálkodási Terv Számított (t/év) ábra Számított országosan összegzett összes nitrogén terhelés összevetése mért értékekkel az 1000 t/év alatti terhelésű monitoring pontokon Foszfor esetében hasonló képet láthatunk, a Duna és a Tisza esetében jó egyezés látható, míg a Dráva esetében itt is erős túlbecslés mutatkozik (1.3-9). 19

20 Mért (t/év) Vízgyűjtő-gazdálkodási Terv Számított (t/év) ábr a Számított országosan összegzett összes foszfor terhelés összevetése mért értékekkel az összes jól mért monitoring pontra 20

21 Mért (t/év) Vízgyűjtő-gazdálkodási Terv Számított (t/év) ábra Számított országosan összegzett összes foszfor terhelés összevetése mért értékekkel az 600 t/év alatti terhelésű monitoring pontokon Az ellenőrzést kibővítettük az összes olyan monitoring pontra, ahol megfelelő számú TN és TP mérés állt rendelkezésre, de nem állt rendelkezésre vízhozam mérés. A mért koncentrációkhoz itt a modell által számított (megadott) vízhozam értékeket rendelve azt lehet tapasztalni, hogy a modell jó egyezést mutat a mért értékekkel ( ábra, ábra). Itt átlagosan 97%-os a TN terhelésbecslés pontossága (100% a pontos egyezés), míg TP esetén 105%-os, azaz 5%-os felülbecslés adódik. Természetesen itt a jobb egyezés a vízhozam hibák kiküszöbölésének is köszönhető, másrészt annak, hogy ebben az összevetésben rengeteg olyan vízgyűjtő is szerepel, mely nagyrészt külföldi vízgyűjtővel rendelkeznek, és így a befolyó terhelések javítják a találati arányt. A tisztán hazai víztestek esetében néhány százalékos javulás köszönhető a vízhozam hibák kiküszöbölésének. Az első összevetésben adódó alulbecsléseknek számtalan oka lehet, kezdve a MONERIS modell paramétereinek hazai viszonyokra való érvénytelenségének lehetőségétől a bevitt alapadatok pontatlanságán keresztül, a monitoring helytelenségéig. 21

22 Mért TP terhelés t/év Mért TN terhelés t/év Vízgyűjtő-gazdálkodási Terv 2015 Moneris TN terhelés eredményeinek összevetése a mért értékekkel (10000 t/év alatti) Számított TN terhelés t/év TN ábra Mért és számított terhelések összevetése az összes olyan monitoring pontra, ahol megfelelő számú (legalább havi rendszerességű) monitoring adat áll rendelkezésre, de vízhozam adat nem feltétlenül - ÖN Moneris TP terhelés eredményeinek összevetése a mért értékekkel (1000 t/év alatti) 300 TP Számított TP terhelés t/év ábra Mért és számított terhelések összevetése az összes olyan monitoring pontra, ahol megfelelő számú (legalább havi rendszerességű) monitoring adat áll rendelkezésre, de vízhozam adat nem feltétlenül - ÖP Összegzésképpen a mért adatokkal való összevetésből azt mindenképp ki kell hangsúlyozni, hogy egyrészt az országos mérlegre nem lehet támaszkodni a modell ellenőrzésekor, viszont a tisztán hazai lefolyású vízgyűjtők szolgálhatnak a legjobb 22

23 ellenőrzésre. Ez utóbbiakra történő összevetés során az tapasztalható, hogy a modell átlagos összevetésben a dombvidéki vízgyűjtőkön alulbecsli mind a nitrogén, mind a foszfor terhelést. Hegyvidéki vízgyűjtőkre végzett leválogatás azt mutatja, hogy ott a nitrogénterhelést túlbecsli a modell, mely gyaníthatóan a túlzott arányú talajvíz hozamnak, illetve a felszín alatti víztestre számolt a valóságosnál feltételezhetően magasabb nitrogén koncentrációknak köszönhető. Szintén fontos kiemelni, hogy a síkvidékeken és az országban több régióban is a talajvíz magas nitrátkoncentrációját adathiány miatt nem tudjuk jól becsülni, így víztestenként ebből nagy alulbecslések is adódhatnak az össz-terhelést illetően. Végül fontos kiemelni azt is, hogy a modell beállítását megfelelő számú mérés hiányában nehézkes megtenni, mert a modell paramétereit több vízgyűjtőn beállítva eltérő típusú vízgyűjtőkön kellene validálni, ehhez sok olyan adatra lenne szükség, mely nem áll rendelkezésre. Emiatt jelen tanulmány a Moneris modell eredeti paramétereivel számol. Meg kell azonban jegyezni, hogy a modell paramétereinek javítása folyamatban van, ha igazolásuk sikerül, a modellel újraszámításra kerül a tápanyag emisszió. 1.4 Moneris bemenő adatainak létrehozása Talajveszteség számítása A Moneris modell diffúz terhelésszámításának egyik sarkalatos pontja az erózióbecslés, mivel a tápanyagok számottevő része, különösen a foszfor esetében csapadék okozta erózió eredményeképpen kerül a befogadóba. A modell bemeneti adatként igényli számítási egységenként az átlagos talajveszteséget, kölön agrárgazdasági hasznosításban lévő területek esetén és külön a természetes vegetációval borított területek esetén. A Wishmeyer S. által fejlesztett USLE modell (Wishmeyer, 1978) került felhasználásra eredeti formájában (1) A = R*K*LS*C*P (1) A - aktuális talajveszteség (t/ha/év) R csapadék eróziós potenciálja (MJ*cm/(ha*h) K talaj erodálhatósági tényező (t*h*h/(ha*mj*cm) LS felszín esés lejtőhossz tényező (-) C felszínborítás talajművelés tényező (-) P talajvédő művelés tényező (-) A talajveszteség cellaszinten került kiszámításra, raszterműveletek segítségével. A bemeneti adatok közül az R, C, P és K tényezőket ( ábra, ábra, ábra, ábra) a JRC (Joint Research Centre Egyesült kutatóközpont, Ispra, Olaszország) talajkutató részlege által teljes Európára elkészített térképeiből (Panos 2011, 2015) vettük. Az LS tényezőt ( ábra) a rendelkezésre álló hydrodem 50*50 m-es felbontású grid ( ábra) alapján számítottuk. 23

24 Az (1) egyenlettel kiszámolt talajveszteség országos eloszlását az ábra mutatja ábra Az USLE modell csapadéktényezőjének országos eloszlása 24

25 ábra Az USLE modell felszínborítási és talajművelési tényezőjének országos eloszlása 25

26 ábra Az USLE modell talajeróziós tényezőjének országos eloszlása 26

27 ábra Az USLE modell eróziógátló talajművelés tényezőjének országos eloszlása 27

28 ábra Az USLE modell lejtés lejtőhossz tényezőjének országos eloszlása 28

29 ábra Az USLE modell által számított aktuális országos talajveszteség országos eloszlása 29

30 1.4.2 Domborzati tulajdonságok A Moneris számításokhoz három domborzattal kapcsolatos adatot szükséges előállítani víztestenként: átlagos tengerszint feletti magasság, átlagos lejtés 1 km-es és 100 m-es cellaméret alapján. A számítások alapja az ország pontos és jó felbontású domborzat térképe (hydrodem, ÁKIR adatbázis), amit a következő ábrán láthatunk ( ábra) ábra. Magyarország vízrajzilag helyes domborzati térképe (hydrodem) A létrehozott víztestenkénti átlagokat a következő ábrákon láthatjuk ( ábra). 30

31 ábra. Víztestek átlagos tengerszint feletti magassága A 100 méteres cellamérethez tartozó lejtés térképet és a víztestenkénti átlagot a következő térképeken mutatjuk be ( ábra, ábra) ábra. Magyarország lejtésviszonyai 31

32 ábra. Víztestek átlagos lejtései Területhasználattal kapcsolat bemenő adatok Területhasználattal kapcsolat Moneris bemenő adatok alapja a Corine 2012-es térképe volt ( ábra). Ez a térkép 37 kategóriát tartalmaz, amiből Magyarországon 28 létezik. Ezeket újra kellett osztályozni a Monerisben meghatározott osztályok szerint. 32

33 ábra. Magyarország területhasználata, Corine

34 táblázat. Corine kategóriák újraosztályozása Moneris bemenő paramétereknek megfelelően Moneris kategóriák Corine kategóriák 1 Település Mezőgazdasági területek Füves területek Természetes borítottság Vízfelület Bányaterületek Nyílt területek Mocsár, vizes élőhely A mezőgazdasági kategóriákat tovább kellett bontani és a lejtésszög alapján is további kategóriákat létrehozni, így a fentebb bemutatott lejtéstérkép is a számítás bemenő paramétere volt. Ezeknél a szükséges térinformatikai számításoknál ügyeltünk a feladatok gyors megismételhetőségére, ezért a térinformatikai műveleteket tartalmazó eszközöket egy algoritmusba programoztuk. Automatizálásra a több, mint ezer víztest és az esetlegesen változó adatbázisok miatt volt szükség. Ezt szemlélteti a ábra, ahol láthatjuk az területhasználattal kapcsolatos paraméterek létrehozásának sémáját. 34

35 ábra. Térinformatikai műveletek algoritmusba helyezése - területhasználat, lejtés A térinformatikai lépések elején készítettünk térképeket külön a területhasználati kategóriákra. A mezőgazdaságra létrehozottat látjuk a ábra-n. Ezt aztán még a lejtés alapján tovább kellett osztályozni és víztestenként átlagolni. Ezeket a műveleteket a további Moneris területhasználati kategóriákra is elvégeztük és az eredményeket táblázatos formában exportáltuk, így minden bemenő paraméterhez és minden víztestre kaptunk egy értéket ( ábra). 35

36 ábra. Magyarország mezőgazdasági területei aggregálás után 36

37 ábra. Víztestek mezőgazdasági területaránya a lejtés függvényében A talajfizikai tulajdonságok A Moneris a mezőgazdasági művelés alatt álló földek esetén bemenő talajtani adatként használja fel a vízgyűjtőn található homok-, vályog-, iszap-, agyag- és mocsár/láp dominált területek km 2 -ben mért kiterjedését, valamint a feltalaj átlagos agyagtartalmát. Ezek meghatározása során két hazai adatbázisra támaszkodtunk: (i) AGROTOPO GIS, fizikai féleség térkép ( (ii) MARTHA Magyarországi Részletes Talajfizikai és Hidrológiai Adatbázis (Farkas et al. 2009, Az AGROTOPO hat vonatkozó fizikai féleség kategóriája (homok, homokos vályog, vályog, agyagos vályog, agyag, tőzeg-kotu) közvetlenül nem feleltethető meg a Moneris öt osztályának (homok-, vályog-, iszap-, agyag- és mocsár/láp dominált), ezért szükséges volt a két kategóriarendszer illesztésére. Ez a MARTHA adatbázis darab talajrekordjához tartozó Arany-féle kötöttség, illetve mechanikai összetétel (homok-, iszap- és agyagtartalom) adatai alapján történt táblázat. Martha adatbézis újraosztályozása Moneris kategóriákba. Homok Homokos vályog Vályog Agyagos vályog Agyag Tőzeg, kotu MDVR Martha Moneris input Sand Loam Silt

38 Clay Fen Bog A MARTHA adatbáziásnak fizikai féleségre vonatkozó térképét láthatjuk a ábran. Ez a térkép volt az alapja moneris talajokra vonatkozó víztestenkénti tulajdonságának létrehozására. A számításhoz a mezőgazdasági és a füves területek talajtulajdonságaira van szükség, így még a korábban ismertetett újraosztályozott Corine térkép is bemenő adat volt ábra. MARTHA talajadatbázis talajfizikai kategóriái Magyarországon. A táblázat és a bemenő térképek alapján létrehoztuk a víztestenkénti talajfizikai tulajdonságokat, vagyis, hogy az egyes víztesteken belül mekkora területen domináns az adott talajfizikai tulajdonság. A térinformatikai feladatoknál ügyeltünk a feladatok gyors megismételhetőségére, ezért a térinformatikai műveleteket tartalmazó eszközöket egy algoritmusba programoztuk. A szükséges talajfizikai tulajdonságok létrehozásának sémája a következő ábrán látható. 38

39 ábra. Térinformatikai műveletek algoritmusba helyezése - talajfizikai paraméterek létrehozása A számítás eredményét mutatja a következő ábra. Az ábrán láthatjuk, hogy egy víztestnek mekkora területét dominálja az agyag. 39

40 ábra. Víztesteket területeinek agyag dominált aránya Bár ez az előző ábra szemléletesebb, a Moneris bemenő adatnak a víztestenénti területet kell megadni km 2 -ben. Ezt láthatjuk a következő ábrán ábra. Víztesteket agyag dominálta területnagyságai 40

41 Ezeket a víztestenkénti tulajdonságokat illetve térképeket a többi talajfizikai tulajdonságra is előállítottuk (homok-, vályog-, iszap-, agyag- és mocsár/láp dominált). Az agyagtartalomra vonatkozó tulajdonság előállítása Továbbá az Agrotopo adatbázisban nincs az agyagtartalomra vonatkozó számszerű információ. Utóbbi meghatározása az AGROTOPO-MARTHA illesztést követően lehetővé vált. Homok Homokos vályog Vályog Agyagos vályog Agyag Tőzeg, kotu MDVR Agyag % Az így előállított térképet láthatjuk a következő ábrán ábra. Magyarország agyag dominálta térképei, MARTHA adatbázis újraosztályozva Moneris kategorizáláshoz Ezt továbbá víztestenként kellett átlagolni ( ábra). 41

42 ábra. Agyagtartalom víztestenkénti aránya. 42

43 1.4.5 Meteorológiai adatok előállítása A Moneris vízmérleg számítás fontos eleme a csapadék. Ehhez víztestenként az éves- és nyári csapadékösszeget valamint az éves párolgás értékét kellett előállítani hosszú idejű átlag alapján. A csapadék esetében a számítási időtartamra is meg kellett határozni az említett két értéket, tehát 4 év átlagát, 2009 és 2012 között, kiszámolni. A párolgás értékeinek meghatározására Kovács Ákos doktori értekezésében publikált térképet használtuk (Kovács 2011) ábra. Magyarország területi párolgás térképe, 9év átlaga (Kovács 2011) Ennek a párolgásszámítási módszernek az előnye, hogy viszonylag jó felbontású térkép állítható elő (a felhasznált térképe cellamérete kb. 1 km), ugyanakkor, mivel műholdas adatok nem állnak rendelkezésre hosszabb időszakra, csak 9 év átlagával dolgozhattunk. A rövid idejű átlag miatt érzékenység-vizsgálattal fogjuk elemezni a bemenő párolgás adatot a végeredményre. A hosszú idejű csapadék átlaghoz 30 év adatait használtuk fel. Az es periódusra 136 állomás adatai álltak rendelkezésre, amiket a következő ábra mutat. 43

44 ábra. Hosszúidejű csapadékösszeg számításhoz használt állomások, Az es időszak A es időszakra állomás adatai álltak rendelkezésre, minden évben kisebb eltérésekkel. Példának a 2000-es és a 2009-es év rendelkezésre állomásait mutatjuk be a következő két ábrán. 44

45 ábra. Hosszúidejű csapadékösszeg számításhoz használt állomások, 2000-ben működő állomások ábra. Hosszúidejű csapadékösszeg számításhoz használt állomások, 2009-ben működő állomások. 45

46 Az állomások közötti értékeket Thiessen poligon alapján számoltuk ki, tehát meghatároztuk minden pontra, hogy melyik a legközelebbi állomás és annak az értékét vettük figyelembe. A 30 év adatait átlagolva előállítottuk az éves átlagos csapadékösszeget és a nyári csapadékösszeget. A térinformatikai feladatoknál ügyeltünk a feladatok gyors megismételhetőségére, ezért a térinformatikai műveleteket tartalmazó eszközöket egy algoritmusba programoztuk. A szükséges meteorológia adatok létrehozásának sémája a következő ábrán látható. 46

47 47

48 ábra. Térinformatikai műveletek algoritmusba helyezése - Meteorológiai paraméterek létrehozása A Thiessen poligonok módszerével kiszámolt 30 éves átlagos csapadéktérképet a ábra mutatja ábra. Magyarország éves csapadékösszeg térképe 30 év alapján, Thiessen poligonok módszerével. Ezt továbbá víztestenként kellett átlagolni, ami a Moneris számításainak alapegysége. 48

49 ábra. Éves csapadékösszeg víztestenként, hosszú idejű átlag ábra. Éves csapadékösszeg víztestenként, 4 éves átlag 49

50 Az hosszú és rövid idejű átlagos éves összeg mellett a nyári csapadékösszeget is ki kellett számolni víztestenként. A térképen látszódik, hogy a vizsgált időszak egy csapadékosabb időszaknak számít az átlagnál. Ez főleg a 2010-es csapadékos év miatt van ábra. Nyári csapadékösszeg víztestenként, hosszú idejű átlag 50

51 ábra. Nyári csapadékösszeg víztestenként, 4 éves átlag A területi párolgás víztestenkénti átlagos értékeit a következő ábrán láthatjuk. 51

52 ábra. Víztestek éves párolgásösszeg Légköri kiülepedéssel kapcsolatos adatok A légköri kiülepedés alapja az EMEP (The European Monitoring and Evaluation Programme) adatbázis volt. Ez tartalmaz NO3 és NH4 éves kiülepedés térképeket az ország területére, amire példákat a következő ábrákon láthatunk. 52

53 ábra. EMEP adatbázis légköri kiülepedés térképei - NH4, NO3 A térképek georeferálása után a térinformatikai feladatoknál ügyeltünk a feladatok gyors megismételhetőségére, ezért a térinformatikai műveleteket tartalmazó eszközöket egy algoritmusba programoztuk. A légköri kiülepedéshez tartozó bemenő adatok létrehozásának sémája a következő ábrán látható ábra. Térinformatikai műveletek algoritmusba helyezése - Légköri kiülepedés paraméterek létrehozása A víztestenkénti kiülepedés értékeket a számítási időszakra ( ) átlagoltuk ki ( ábra). 53

54 ábra. Víztestenkénti bemenő paraméterek légköri kiülepedésre - NH4, NO3 54

55 1.4.6 Drénezett területek nagysága A drénezett területek nagyságának meghatározására a rendelkezésre álló OFV adatbázisra (ÁKIR) támaszkodtunk, ahol a 2014-es évre, vízügyi igazgatóságonként szerepel egy adat erre vonatkozólag ( ábra) ábra. Drénezett területek nagysága Ezt az adatot a vízügyi igazgatóságok területén egyenletesnek vettük és újra szétosztottuk a víztestek területére ( ábra). 55

56 ábra. Víztestenként a drénezett területnagyságok értéke Talaj tápanyagtartalmának becslése A diffúz tápanyagterhelés jelentős része köthető a mezőgazdasági művelés alatt lévő területek trágyázásához/műtrágyázásához. Egyrészt a felszíni lemosódás által, másrészt a felszín alatti bemosódás által a talajvízen keresztül kerül a befogadókba. Minthogy ez a legjelentősebb tápanyag emisszió forrás, fontos, hogy megfelelő ismeretekkel rendelkezzünk a tápanyag felhalmozódás mértékével illetve a mindenkori tápanyagmérlegekkel, ezek időbeli és térbeli változásával, változékonyságával. Jelen vizsgálathoz megyei illetve régebbről nagytérségi statisztikák alapján készült tápanyagmérlegeket használtunk. A tápanyagmérleg számítás módszertanát többek között a CMEF kutatási jelentésben lehet megtalálni (Mozsgai és mtársai 2013). Ebben a jelentésben leírt módszertan jelen vizsgálathoz némileg módosult. A tápanyagmérleg ig terjedő idősorát az első vízgyűjtőgazdálkodási tervből vettük, míg az újabb adatokat a fent hivatkozott kutatásból. Az így előállt 50 éves adatsort használtuk a különböző felszín alatti tartózkodási időkhöz tartozó átlagos nitrogéntöbblet számításához. 56

57 A feltalaj nitrogéntartalmára is készült becslés ( ábra), mely az AGROTOPO adatbázisban szereplő szervesanyag tartalom és a talaj termőrétegének vastagsága alapján, valamint a szervesanyag átlagos nitrogéntartalma alapján került számításra. 57

58 140,0 Összes nitrogén többlet megyei szinten (kg/ha/év) 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0, Budapest Baranya Bács-Kiskun Békés Borsod-Abaúj-Zemplén Csongrád Fejér Győr-Moson-Sopron Hajdú-Bihar Heves Komárom-Esztergom Nógrád Pest Somogy Szabolcs-Szatmár-Bereg Jász-Nagykun-Szolnok Tolna Vas Veszprém Zala 58

59 ábra - Az országos nitrogénmérleg évenkénti idősora az összes megyére 59

60 60

61 ábra A felső talajrétegek nitrogén tartalma 61

62 Felhalmozódott foszfor mennyisége kg/ha K-Dunántúl Ny-Dunántúl D-Dunántúl É-Magyaro. É-Alföld D-Alföld 62

63 ábra Magyarország hat nagytérségében átlagosan felhalmozódott foszfor mennyiségének alakulása. 63

64 Ez a számítás több tényező miatt is bizonytalan, egyrészt az agrotopo adatbázisban szereplő szervesanyag tartalmak nem mindenhol konzekvens módon válogathatók le a talajvastagság értékekkel. Ilyen anomáliát fedezhetünk fel a Bakony területén, ahol feltűnően nagy nitrogéntartalmak adódtak a kis talajvastagság miatt, holott az erdőtalajok szervesanyagtartalma nem nagy. Ezen adatok korrekciójára jelen tanulmányhoz nem volt lehetőség, de a pontosabb adatok beszerzése, előállítása fontos feladat. A nitrogénhez hasonlóan számítottuk a talajban felhalmozott foszfor mennyiségét, azzal a különbséggel, hogy a foszfor felhalmozódásának köszönhetően az éves foszfor mérlegeket összegeztük az előbb is bemutatott időszakra, így alakult ki a ábra-n látható akkumulált foszfor mennyiség. A foszfor elérhető mennyiségét azonban elég nagy bizonytalanság övezi, a reaktív formák egy része idővel (éves léptékben) erősebb kötéssel tapad a talajrészecskékhez, mely már nem elérhető a növények számára és nem kerül oldatba. Más folyamatok is csökkenthetik az elérhető foszfor mennyiségét, például oldhatatlan csapadék képződik belőle. Mindezek együttes hatására azt lehet feltételezni, hogy az éves többletek alapján egyszerűen számított akkumuláció inkább felülbecslést eredményez. Mivel a korábbi statisztikai adatok csak hat nagy régióra álltak rendelkezésre, és az utóbbi 10 évre számolt megyei mérlegek közel voltak a nullához, az akkumulált foszfor mennyiségét az 1960-as évek elejétől 1990-ig terjedő időszak határozza meg erre a hat régióra. Ezek szerint a Kelet-Dunántúli régióban halmozódott fel a legjelentősebb foszfor mennyiség (1630 kg/ha) Észak-Alföldi régióban a legkevesebb, mintegy 550 kg/ha. Fontos megemlíteni, hogy a talajok tápanyagtartalmának ilyen durva eloszlása óriási hibákhoz vezethet a víztest szintű terhelésbecslésben, hiszen a tápanyag felhasználás nagy szórást mutathat a víztestek között. Ezen adatok pontosabb nyomon követését mindenképpen célul kell kitűzni a diffúz eredetű tápanyag emissziók pontosabb becsléséhez. 1.5 A Moneris modellel végzett tápanyagbecslés eredményeinek ismertetése Az ismertetett eredmények nem véglegesek, a modell bemenő adatai változhatnak és a jövőben a modell paraméterei Magyarországi mért adatok alapján esetlegesen újrakalibrálásra kerülhetnek a számítás pontosságának javítása érdekében Az erodált hordalék-becslés eredménye A Moneris modell területhasználati-, talajveszteség, domborzat adatok alapján számolja a vizekbe kerülő hordalék mennyiségét. Két kategóriát különböztet meg, mezőgazdasági eredetű és természetes, azaz természetes vegetációval borított területeken keletkező hordalékmennyiséget. Érdekesség, hogy míg a mezőgazdasági hordalék esetében számol a területi lerakódással, addig természetes erózió esetén figyelmen kívül hagyja ezt a jelenséget. Ennek helyességét nehéz eldönteni, a további vizsgálatok során a felszíni vizekben mért lebegőanyaggal 64

65 történő összevetéssel ennek ellenőrzésére is sor fog kerülni. A modell számítási eredményei a következők: Összes erodált hordalék: 2.62 millió tonna/év Ebből természetes eredetű: 2.18 m t/év Mezőgazdasági eredetű: 0.44 m t/év Összes országos erodált hordalék emisszió megoszlása 83% 17% Mezőgazdasági hordalék emisszió Természetes hordalék emisszió ábra Erodált hordalék megoszlása Mint látható, a természetes eredetű hordalék az összes hordalék mennyiség 83 %-át teszi ki, ami (ha a későbbiekben igazolást nyer) elgondolkodtató adat Összes nitrogén terhelés A víztest szintű, Magyarország teljes területére összegzett, víztesteket érő összes nitrogén terhelés 25.1 ezer t/év volt az időszakban átlagban, melynek mintegy 59%-a diffúz eredetű, közel 15 ezer t/év mennyiséggel. ( ábra). Ha a terhelési útvonalankénti megoszlást tekintjük, azt lehet mondani, hogy összes nitrogén esetében a várakozásoknak megfelelően a talajvíz számít az elsőszámú szennyezőnek, mely a teljes diffúz terhelés mintegy felét (47 %-át) adja ( ábra). A modell, felépítéséből adódóan még valószínűleg alul is becsli ezt az arányt, tekintve, hogy a felszín alatti vizek az ország jelentős részén nitrát szennyezettnek tekinthető részben az elmúlt évtizedek mezőgazdasági tevékenységeinek köszönhetően. Ezt az előéletet a modell jelen adatellátottságával nem képes víztest szinten figyelembe venni, csupán nagy területi átlagban képes a hosszabb idejű nitrogén mérleg átlagok figyelembevételére, mely a mérésekkel történő 65

66 összevetésben úgy tűnik, hogy jelentős alulbecsléseket okoz. Második legjelentősebb forrás a mezőgazdasági erózióval a vizekbe jutó többnyire szerves nitrogén, melyet ha kiegészítünk a felszíni lefolyással a befogadókba kerülő oldott szervetlen nitrogénformákkal, akkor több mint 20 %-os részarányt tulajdoníthatunk a mezőgazdasághoz szorosan kötődő terhelésnek. Jelentős terhelés származik a légköri kiülepedésből (különösen nagy felszíni víztesteink esetében), valamint városi eredetű szennyezésből (a teljes diffúz terhelés %-a). A talajvíz nitrogén koncentrációjának becslési nehézsége olyan jelentős probléma, mely mellett nem lehet elsiklani, ugyanis a koncentráció növekedése a teljes országos terhelést döntően befolyásolja a felszín alatti vízből származó vízhozamok következtében, mely becsléseink szerint mindenhol meghaladja a teljes mederbeli lefolyás 50 %-át, és néhol megközelítheti a lefolyás 85-90%-át. Emiatt végeztünk több elemzést a talajvíz nitrogén tartalmának hatásainak becslése céljából. Ennek során két forgatókönyvet alkalmaztunk: egyrészt az ország minden víztesténél egyenletesen kétszeres növekményt alkalmaztunk, másrészt a felszín alatti vízminőségi monitoring adatállományban rendelkezésre álló talajvíz tápanyag koncentrációkat is bevittük kezdő adatként, ahol nem volt információ ott a területtípusra jellemző mért számított koncentrációkülönbségek átlagával szoroztuk fel a Moneris által számolt koncentrációkat Előbbi esetben az összes országos TN terhelés mintegy 32.3 kt/évre nőtt, melyből a felszín alatti terhelés értelemszerűen duplájára nőtt, és az országos teljes terhelés mintegy 43%-át adja, míg utóbbi esetben a terhelés az 50 kt/évet is meghaladta. Ez utóbbi szám egyértelműen túlzás, mivel az összes mérési ponttal történt összevetésben a számított terhelés mintegy 80 %-al meghaladta a mért terheléseket. Az első forgatókönyv viszont talán reális eredmény lehet, mivel a tisztán hazai lefolyású vízgyűjtőkkel történő összevetés jó egyezést mutat, illetve ez az eredmény megegyezik az ICPDR által hazánkra végzett elemzéssel. A talajvizek nitrogén koncentrációjának első forgatókönyv szerinti növelésével az országos arányok is erősen változnak, a diffúz terhelés országos összes terheléshez viszonyított részaránya 68%-ra míg a talajvíz okozta terhelés részarány a teljes diffúz terhelésen belül 64 %-ra növekedne. A felszín alatti vizek szervetlen nitrogén koncentrációjának területi megoszlása nagy változékonyságot mutat a mérési eredmények alapján, de kellő adatmennyiség hiányában erre a modellezésnél nem lehet építeni. A fenti forgatókönyvek alapján csupán azt a következtetést lehet levonni, hogy a felszín alatti vizekből érkező nitrogén terhelés feltehetően - helyenként akár jelentősen - meghaladhatja a modell által számított értéket. 66

67 Összes országos nitrogén terhelés megoszlási aránya 41% 59% Összes diffúz Összes pontszerű ábra TN diffúz és pontszerű forrás szerinti megoszlása Összes országos diffúz nitrogén terhelés elérési útvonalankénti megoszlása 12% 12% 6% Légköri kiülepedés Felszíni lefolyás 47% 15% Mezőgazdasági erózió Természetes erózió Talaj drén 4% 4% Talajvíz Városi lefolyás ábra Magyarország felszíni víztesteit érő összesített összes nitrogén terhelés terhelési útvonankénti megoszlása a teljes terhelés százalékában Az összes nitrogén terhelések területi megoszlását (4 év átlagában) nagy léptékben jól mutatja a négy fő vízgyűjtő szerinti megkülönböztetés ( ábra). Az ábrán jól látható, hogy a Duna és a Tisza vízgyűjtők adják a terhelések döntő többségét 67

68 t/év Vízgyűjtő-gazdálkodási Terv 2015 területi hányaduknak megfelelően. A terhelési útvonalak közti eloszlásnál szembetűnő a talajvíz kiemelkedő részaránya mindegyik részvízgyűjtőn, illetve az is látszik, hogy a Duna vízgyűjtőjén az erózióból származó, míg a Tisza vízgyűjtőjén a talajvíz okozta terhelés némileg hangsúlyosabb szerepet kap a többi vízgyűjtővel való összevetésben, ami természetszerűleg a síkvidéki és domb- illetve hegyvidéki területek arányából fakad. Kiemelendő talán az is, hogy a városi lefolyásból adódó terhelés megközelíti a mezőgazdasági erózió okozta terhelést. A Balaton esetében szembetűnő a légköri kiülepedésből származó nitrogén terhelés dominanciája, ez természetesen amiatt van, mert a Balaton vizére hulló csapadék direkt terhelést jelent Balaton Dráva Tisza Duna ábra - Magyarország nagy vízgyűjtőiről a felszíni víztesteket elérő összes nitrogén terhelés a es időszak átlagára terhelési útvonalanként A terhelések területi eloszlása A víztesteket érő nitrogén terhelés területi jellegzetességeket mutat, ami egyrészt az eróziónak köszönhető, mivel nagyobb lejtésű és többnyire mezőgazdasági területek terhelése fajlagosan nagyobb, mint a kisebb esésű területeké. Másrészt annak köszönhető, hogy a talajvízben tapasztalható nitrogénkoncentrációk becslésénél a modell a talajvíz utánpótlódásból, illetve a felszín alatti közeg kőzettípusából következtet a denitrifikáció nagyságára, ezáltal a hegyvidéki és nagyobb porozitású területeken a nitrogén koncentráció a talajvízben jóval magasabb lesz, mint a síkvidéki területeinken, ahol gyakorlatilag nincs utánpótlódás és nagyok a tartózkodási idők. Itt is meg kell jegyezni, hogy a vízminőségi monitoring kutak tanúsága szerint a modell becslése sok esetben nem helytálló, ami alapvetően a bemenő adatok elnagyoltságából adódik, hiszen a talajok tápanyagtartalmára 68

69 nincsen olyan adatbázis, amely a finom térbeli megoszlást vissza tudja adni. A ábra azt mutatja, hogy a Dunántúl déli és nyugati részén, illetve az északi középhegységben a talajvízből származó nitrogén terhelés dominanciája jellemző, a Duna-Tisza-közén és az Alföld jelentős részén nagy hangsúlyt kap a városi lefolyás, valamint a mezőgazdasági erózió, mint terhelési útvonal. A síkvidékeken ehhez mindenképp hozzá tartozik egy jelentősnek is mondható torzulás, ami az országos terhelésnél leírt okra vezethető vissza, azaz a felszín alatti víz helyenként nitrogénban sokkal gazdagabb, mint a modell számolja (a rendelkezésre álló adatok alapján), tehát valójában nagyobb arányt képviselhet sok alföldi vízgyűjtőn a talajvíz, mint terhelő forrás ábra A felszíni vizeket érő összes nitrogén terhelés kis részvízgyűjtőkre történő összegzése, illetve az egyes terhelési útvonalak közti megoszlása A területegységre (ha) fajlagosított terhelések térképi ábrázolása ( ábra) teszi teljessé a képet a nitrogén terhelések megértéséhez. A terhelések becslésének jelenlegi állása szerint tehát egyértelműen kiemelkedik a talajvíz szállította nitrogén szerepe, amely elsősorban hegy és dombvidékeinken okozza a legjelentősebb terhelést. Mint azt az országos összegzésnél is megemlítésre került itt is fontos leszögezni, hogy a mért adatok (kis számú) alapján ez az egyértelmű megoszlás nem rajzolódik ki. Az összesített terhelések esetében az eloszlás természetszerűleg nem ugyanazt a képet rajzolja ki, mint a fajlagos terhelések, hiszen itt a vízgyűjtő nagyságától is függ a terhelés érték. Ennek is köszönhető a Balaton és a Tisza-tó vízgyűjtőjének magas terhelés értéke 69

70 ábra- Magyarország felszíni víztest-vízgyűjtőinek diffúz eredetű fajlagos összes nitrogén terhelése a 2009 és 2012 közti időszak átlagában 70

71 ábra- Magyarország felszíni víztest-vízgyűjtőinek diffúz eredetű összes nitrogén terhelése a 2009 és 2012 közti időszak átlagában 71

72 1.5.3 Összes foszfor terhelés A figyelembe vett hét terjedési útvonalból az egész ország területére összesen 3523 t/év terhelés adódott a 4 év átlagában, melyből mintegy 1250 t/év származik pontszerű kibocsátásból és 2270 t/év diffúz eredetű kibocsátásból, ami a teljes terhelés mintegy 64 %- a ( ábra). Országos átlagban a diffúz terhelés útvonalankénti megoszlásában ( ábra) egyértelműen dominál a mezőgazdasági illetve az összes erózióból származó foszfor terhelés, mely kettő közel 2/3-át adja a teljes terhelésnek. A fennmaradó hányadban a városi eredetű terhelés az uralkodó 20%-os részaránnyal, melyet az egyesített szennyvízhálózatok magas aránya okoz, és ehhez a terheléshez nagyban a nagyvárosok járulnak hozzá. A talajvíz, mint közvetítő közeg itt kisebb hangsúlyt kap, a teljes terhelésnek csak valamivel több, mint egy tizede származik innen. A talajdrének szerepe elhanyagolható annak köszönhetően, hogy az országban kevés helyen van meliorált, drénezett terület, azonban fontos hangsúlyozni, hogy a drénezés elterjesztésével ennek a terjedési útnak az aránya nagyot nőne, mivel a drén rendszerben elfolyó vizeknek jóval magasabb a koncentrációja, mint a talajvíznek. Összes országos foszfor terhelés megoszlási aránya 35% 65% Összes diffúz Összes pontszerű ábra TP diffúz és pontszerű forrás szerinti megoszlása Az összes foszfor terhelések területi megoszlását (4 év átlagában) mutatja a ábra. Az ábrán jól látható, hogy a Duna és a Tisza vízgyűjtők adják a terhelések döntő többségét területi hányaduknak megfelelően. A terhelési útvonalak közti eloszlásnál annyit érdemes megjegyezni, hogy a Duna vízgyűjtőjén a mezőgazdasági erózióból származó terhelés játszik egyértelműen kiemelkedő szerepet, a Tisza vízgyűjtőn viszont nagyon hangsúlyos a városi lefolyásból származó foszforterhelés. A talajvízből származó foszforterhelés vízgyűjtők közti megoszlásában nem látszik arány eltolódás, ami a modell azon tulajdonságán alapul, miszerint a felszíni lefolyás részarányát vízgyűjtő nagyság és nem domborzat alapján becsli. 72

73 t/év Vízgyűjtő-gazdálkodási Terv 2015 Összes országos diffúz foszfor terhelés elérési útvonalankénti megoszlása 20% 3% 2% Légköri kiülepedés Felszíni lefolyás 0% 12% 14% 49% Mezőgazdasági erózió Természetes erózió Talaj drén Talajvíz Városi lefolyás ábra Magyarország felszíni víztesteit érő összesített diffúz eredetű összes foszfor terhelés terhelési útvonalankénti megoszlása a teljes terhelés százalékában Balaton Dráva Tisza Duna ábra - Magyarország nagy vízgyűjtőiről a felszíni víztesteket elérő összes foszfor terhelés a es időszak átlagára terhelési útvonalanként A szennyezési útvonalak szerinti terhelés országos területi megoszlását ( ábra) tekintve valamelyest kirajzolódik az ország domborzati térképe. A síkvidékeken a talajvíz, valamint a városi lefolyásból származó terhelés dominánsabb szerepet kap, mint az 73