Modern geomatematikai módszerek alkalmazása a vízminőség-védelemben, a Kis-Balaton Vízvédelmi Rendszer példáján Hatvani István Gábor Harmadéves doktori beszámoló 2013.05.30., ELTE TTK Budapest ELTE TTK Általános és Alkalmazott Földtani Tanszék Témavezető: Dr. Kovács József
VÁZLAT Utolsó doktori évem és az elmúlt három évet együttesen foglalom össze. Négy hónapos Ernst Mach Ösztöndíj támogatásával elért eredmények Kutatási terület rövid bemutatása Eredmények tételes bemutatása publikációk megjelölésével
Ernst Mach Ösztöndíj Négy hónapos ösztöndíj a Bécsi Műszaki Egyetem Vízmérnöki Tanszékén Osztrák-Magyar Akcióalapítvány támogatásával Prof. Alfred Paul Blaschke Kutatási terület Seewinkel
Seewinkel
Ernst Mach Ösztöndíj Négy hónapos ösztöndíj a Bécsi Műszaki Egyetem Vízmérnöki Tanszékén Osztrák-Magyar Akcióalapítvány támogatásával Prof. Alfred Paul Blaschke Kutatási terület Seewinkel Közös kutatás Magyar Norberttel Hatvani, István; Magyar, Norbert; Zessner, Matthias; Kovács, József; Blaschke, Alfred. The Water Framework Directive: can more information be extracted from groundwater data? A case study: Seewinkel, Burgenland, E-Austria(bírálat alatt) Hydrogeology Journal
KBVR Koncepciója Zala-völgy 1860-as évek előtti állapotának visszaállítása Zalából a Balatonba jutó szervetlen növényi tápanyagok visszatartása, víz tartózkodási idejének megnövelése Eutrofizációs folyamatok Keszthelyi-öböl elé helyezése Balaton további vízminőségromlásának megakadályozása Mintavételezés a területen 1975 óta Megvalósítás két lépésben I. ütem (Hídvégi tó)
I. Ütem - 1985 5 lépcsős elárasztás után Nyílt, eutróf víztér Algadominancia 30 napos tartózkodási idő
II. Ütem -1992 Befejezetlen (16 km 2 ) Wetland Makrofita vegetáció 60 napos tartózkodási idő Változó vízszintet igényel
Koncepció Zala-völgy 1860-as évek előtti állapotának visszaállítása Zalából a Balatonba jutó szervetlen növényi tápanyagok visszatartása, víz tartózkodási idejének megnövelése Eutrofizációs folyamatok Keszthelyi-öböl elé helyezése Balaton további vízminőségromlásának megakadályozása Mintavételezés a területen 1975-óta Megvalósítás két lépésben I. ütem (Hídvégi tó) KBVR mai napig befejezetlen, Tervezett átadás: az ezredforduló Valós átadás 2013
Adathalmaz ábrázolása négy dimenzióban Kémiai Vizsgált komponensek paraméterek z CO 3 2- NO 3 - Cl - S 2 Na + t 4 t 3 t 2 Mg 2+ Ca 2+ t 1 mf1 (x, y ) 1 1 mf2 (x, y ) 2 2 S 3 mf3 (x, y ) 3 3 mfn (x, y ) n n Megfigyelési pontok S 1 Idő t t n Kovács, 2007
Kis-Balatont ért hatások és változások éves statisztikák alapján Három kardinális mintavételi pontra Z15 (Zala folyó, befolyó ) Z11 (I. ütem, átfolyó ) Z27 (II. ütem, kifolyó ) Kszt (Keszthelyi medence)
S3 idősoros vizsgálatok - áttekintés Történeti mérföldkövek KBVR I. és II. üteme Mezőgazdaság átrendeződése Foszfortalanító 1994
S1 sík - Klaszter csoportok 1997-es év
S1-sík Klaszter csoportok 2008, 2009-es kontroll évek
Klaszter csoportokat alakító változók (Wilks lambda statisztika) 0,32
Részösszefoglalás I. A KBVR I és II. üteme közötti határ, dinamikusan változik a vízszintmenedzsmenttől függően A két fő élőhely közötti határt elsősorban az eutrofizációs paraméterek befolyásolják. Változó vízszint javasolt a KBVR eddig befejezett II. ütemén Hatvani István Gábor, Kovács József, Székely Kovács Ilona, Jakusch Pál, Korponai János. Analysis of longterm water quality changes in the Kis-Balaton Water Protection System with time series-, cluster analysis and Wilks' lambda distribution ECOLOGICAL ENGINEERING 37: (4)629-635 (2011)
S1 sík, Keszthely vizsgálata - CA Keszthely tóközép mintavételi pont bevonása Vízhozamtól függően változott hovatartozása Alapvetően két időszak különíthető el a KBVR idősoraiban 1993 óta Wilks lambda alacsony vízhozamú években P formák befolyásolják elsősorban a csoportosítást
S1 sík, Keszthely vizsgálata - PCA KBVR + Keszthely 1993-2000-2009 (I. és II. Ü is működik) első főkomponens variancia ~30%-át magyarázza Keszthelyi-medence 1981-1992 (kontroll időszak) Első két főkomponens ~50%-ot magyaráz Eutrofizációhoz kapcsolódó paraméterek 1985-től egyre kisebb jelentőséggel bírnak Keszthely folyamataiban Térben előre helyeződnek Alacsony vízhozamú években (2000-2009) P formák megjelennek az 1. főkomponensben a KBVR-ben, kivéve Keszthelyen!!!
S3 sík - Input-output analízis 140 1977-83 több P jut ki mint be Z27 - Fenélpuszta TP (t a-1) 120 79 78 82 77 100 81 80 83 87 98 95 96 84 80 86 99 92 88 60 94 89 90 07 93 05 40 91 97 01 02 06 20 00 03 04 0 0 08 20 09 40 60 80 100 120 140 Z15 - Zalaapáti TP (t a-1) II. Ütem vízgyűjtője többletet eredményez 1984-85 I. ütem elárasztása látszik 1985-91 P eltávolítás 1992 noha a hatásfok csökken,de a befolyó terhelés is 1:1 85
Részösszefoglalás II. Keszthelyi-öböl eutrofizációs folyamatai térben előre helyeződnek a KBVR-be Input-output modellel foszfor visszatartás modellezése időben Noha a KBVR hatásfoka csökkent, de jótékony hatása jól látszik a sztochasztikus kapcsolatokból Hatvani, István Gábor, Adrienne Clement, János Korponai, Mrs. Ilona Székely Kovács, József Kovács Assessing water-quality data to study the relationship between the water quality melioration of Lake Balaton and the construction of its mitigation wetland. (bírálat alatt) JOURNAL OF GREAT LAKES RESEARCH
S1 sík Balaton térbeli mintavételi gyakoriság becslése VKI bevezetéséhez kapcsolódó kutatás (Kovács J.) Kódolt klaszter analízis Balaton öt víztájra osztható Keszthelyi-öböl és a KBVR kifolyója (Z27) önálló víztáj Kovács József, Mária Nagy, Brigitta Czauner, Ilona Székely Kovács, Andrea K Borsodi, István Gábor Hatvani. Delimiting sub-areas in water bodies using multivariate data analysis on the example of Lake Balaton (W Hungary) JOURNAL OF ENVIRONMENTAL MANAGEMENT 110: 151-158. (2012)
S3 sík periodicitás vizsgálat periódusidõ(év) normá 10 5 0-5 0.960621 1.35852 1.92124 2.71705 3.84248 5.43409 7.68497 10.8682 Z11 leba. 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 1900. jan. 1. ó x 10 4 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 1900. jan. 1. ó x 10 4 periódusidõ(é normált koncentr. [mg/l] 8 6 Kb 210 leba. 4 2 0-2 3.4 3.45 3.5 3.55 3.6 3.65 3.7 3.75 3.8 3.85 3.9 1900. jan. 1. óta eltelt napok száma x 10 4 0.960621 1.35852 1.92124 2.71705 3.84248 5.43409 7.68497 10.8682 3.4 3.45 3.5 3.55 3.6 3.65 3.7 3.75 3.8 3.85 3.9 1900. jan. 1. ó x 10 4 Összegezve paraméterenként és mintavételi pontonként azon időszakokat ahol jelen van az éves periódus
Wavelet spektrum felbontás eredménye az éves periódus vonatkozásában Mintavételi pont Éves periódus megléte (%) Z15 befolyó 36,4 Z11 átfolyó 59,1 Kb210 többlet előtt 40,9 Z27 kifolyó 31,8
Részösszefoglalás III. II. ütem zavart és zavartalan II. ütem befejezésének szükségessége Pufferkapacitás növelése autokorrelációvizsgálat Kovács József, Hatvani István Gábor, Korponai János, Székely Kovács Ilona. Morlet wavelet and autocorrelation analysis of long-term data series of the Kis-Balaton water protection system (KBWPS) ECOLOGICAL ENGINNERING 36: (10)1469-1477 (2010)
Adathalmaz ábrázolása négy dimenzióban Kémiai Vizsgált komponensek paraméterek z CO 3 2- NO 3 - Cl - S 2 Na + t 4 t 3 t 2 Mg 2+ Ca 2+ t 1 mf1 (x, y ) 1 1 mf2 (x, y ) 2 2 S 3 mf3 (x, y ) 3 3 mfn (x, y ) n n Megfigyelési pontok S 1 Idő t t n Kovács, 2007
S2 sík Időbeli mintavételezési gyakoriság becslése variogrammal Meghatározható az az időköz amin felül már függetlenné válnak az adatok egymástól Empírikus félvariogram Adatokból nagy mintázatok LOESS-el eltávolítva Röghatás
Átlagos hatástávolság meghatározása napi adatok alapján Terhelésbecslés kulcskérdés a KBVR üzemelése és a Balaton vízvédelme szempontjából Összes nitrogén és összes foszfor alapján Végső hatástávolságok meghatározásánál ezek voltak figyelembe véve 7 6 5 4 3 2 1 0 Mintavételezési gyakoriságok napi adatok alapján Z15 Z11 Kb210 Z27 teljes átlag Összes nitrogén Összes foszfor ÖN 3,83 (val. vált.) 3 nap ÖP 5,00 nap Z15 Z11 Kb210 Z27 teljes átlag Összes N 4,59 4,25 2,48 4,03 3,8375 Összes P 5,14 4,22 4,4 6,25 5,0025
Részösszefoglalás IV. Információveszteség nélkül csökkenthető három napra a KBVR napi mintavételezett ÖN és ÖP paramétere (Térbeli mintavételezési gyakoriság becslés CCDA-val) Kovács J, Korponai J, Kovácsné Székely I, Hatvani I G. Introducing sampling frequency estimation using variograms in water research with the example of nutrient loads in the Kis-Balaton Water Protection System (W Hungary) ECOLOGICAL ENGINEERING 42: 237-243 (2012)
S2 sík Dinamikus faktoranalízis Cél: felmérni a rendszerváltás okozta gazdasági visszaesés, illetve a szennyvíztisztítók üzembelépésének hatását a KBVR és ebből kifolyólag a Balaton vízminőségére. Dinamikus faktor idősorok korreláltatása magyarázó paraméter idősorokkal Futási eredmények kiértékelés alatt
Összefoglalás Modern geomatematikai módszerek segítségével olyan többletinformációkhoz jutottam, melyek nagyban segíthetik a KBVR működésnek további megértését Gazdasági és menedzsment szempontból nagy jelentőséggel bírnak A vízvédelmi gyakorlatba ültetve megkönnyíthetik a kutatók mindennapi munkáját Segítik nemzeti kincsünk a Balaton vízminőségének megóvását