BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM VÍZI KÖZMŰ ÉS KÖRNYEZETMÉRNÖKI TANSZÉK H-1111 Budapest, Műegyetem rkp. 3-5. Telefon: (361) 463 1530 Fax: (361) 463 3753
A Kis-Balaton Védőrendszer vízminőségének térbeni változása: mérések és összefüggések Tudományos Diákköri Dolgozat
Készítette:
Szilágyi Eszter BME Vegyészmérnöki kar, Környezetmérnöki szak, IV. évfolyam
Témavetető: Dr. Szilágyi Ferenc tudományos főmunkatárs, BME Építőmérnöki kar, Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék
Budapest, 2003. október 22.
TARTALOMJEGYZÉK 1
BEVEZETÉS ....................................................................................................................1
2
ANYAG ÉS MÓDSZER ..................................................................................................3 2.1 A KIS-BALATON VÉDŐRENDSZER ...............................................................................3 2.2 ADATGYŰJTÉS .............................................................................................................5 2.2.1 Mintavételi helyek...............................................................................................6 2.2.2 Helyszíni mérések és mintavételezés...................................................................8 2.2.3 Adatfeldolgozás ..................................................................................................9
3
EREDMÉNYEK ÉS ÉRTÉKELÉSÜK:.......................................................................10 3.1 A TELJES ADATSOR STATISZTIKAI JELLEMZÉSE ..........................................................10 3.2 HÍDVÉGI-TÓ VÍZMINŐSÉGE ........................................................................................11 3.2.1 Statisztikai jellemzők.........................................................................................11 3.2.2 A vízminőségi jellemzők keresztszelvény menti változásai ...............................13 3.3 FENÉKI-TÓRA VONATKOZÓ ADATOK ..........................................................................15 3.3.1 Statisztikai jellemzők.........................................................................................15 3.3.2 A vízminőségi jellemzők keresztszelvény menti változásai ...............................16 3.4 A VÍZMINŐSÉGI JELLEMZŐK FOLYÁSIRÁNY MENTI VÁLTOZÁSAI ................................19 3.5 A VÍZMINŐSÉGI JELLEMZŐK MÉLYSÉG SZERINTI VÁLTOZÁSAI ...................................21 3.6 A VÍZMINŐSÉGI JELLEMZŐK KÖZTI ÖSSZEFÜGGÉSEK .............................24 3.6.1 A PO4-P koncentráció és más vízminőségi jellemzők közti összefüggések.......24 3.6.2 Az ÖOP koncentráció és más vízminőségi jellemzők közti összefüggések .......26 3.6.3 Az ÖOFe koncentráció és más vízminőségi jellemzők közti összefüggések......26 3.6.4 A pH és más vízminőségi jellemzők közti összefüggések ..................................27
4
KÖVETKEZTETÉSEK.................................................................................................29
5
IRODALOMJEGYZÉK ................................................................................................30
RÖVIDÍTÉSEK JEGYZÉKE GPS KBVR Mvh Oldott O2 ÖOA ÖOFe ÖOMn ÖOP ÖP PO4-P Vezkép
Földrajzi információs rendszer Kis-Balaton Védőrendszer Mintavételi hely oldott oxigén koncentráció összes oldott anyag koncentráció összes oldott vas koncentráció összes oldott mangán koncentráció összes oldott foszfor koncentráció összes foszfor koncentráció foszfát-foszfor koncentráció Vezetőképesség
1
BEVEZETÉS
A Kis-Balaton Védőrendszer (KBVR) tervei a Balaton és első sorban a Keszthelyi-medence tápanyagterhelésének és feliszapolódásának csökkentésére készültek közel harminc évvel ezelőtt. A KBVR célja volt a Zala tápanyag terhelésének csökkentése, mely tápanyag felvétel, kiülepedés és szorpciós folyamatok révén valósul meg. A növényi tápelemek közül a hangsúly a foszforterhelés csökkentésén volt. Ez azzal magyarázható, hogy a növények tápanyagaikat a Liebig-féle minimumtörvény szerint meghatározott arányban veszik fel a környezetükből. (C:H:O:N:P=106:263:110:16:1) A tápelemek közül általában a foszfor és a nitrogén válhat limitálóvá a tavakban. Tavak esetében általában a foszforterhelés csökkentésével oldható meg legkönnyebben az eutrofizáció szabályozása. Egységnyi tömegű foszfor eltávolításával kb. hétszer nagyobb tömegű biomassza képződése akadályozható meg, mint azonos tömegű nitrogén esetében. További érv a foszfor mellett az, hogy ez az elem nem képes levegőből való megkötés útján pótlódni, míg a nitrogén igen (Ryding és Rast, 1986). A jelenleg is építés alatt levő KBVR-ben eddig két tározórész üzemel, 1985-től a Hídvégi-tó (Felső-tározó) és 1993-tól a Fenéki-tó (Alsó-tározó) Ingói-berek része. A Zala-folyó vize ezen a kaszkád rendszeren halad keresztül, mielőtt a Balatonba folyna. Az elárasztott területen eltöltött idő alatt megy végbe a tápanyag és a lebegőanyag visszatartása. Mindkét területen jelentős a vízminőség térbeni változása, ez miatt a jellemző állapot meghatározása néhány mintavételi pont alapján meglehetősen nehéz. Szükséges a térbeni változások részletes felmérése annak érdekében, hogy a jellemző állapot meghatározás bizonytalansága a ritka rendszeres térbeni mintavételezések adatai alapján becsülhető legyen. A megfigyelések alapján a Hídvégi-tavat nyílt vízi (algás) eutrofizálódás jellemzi. 1991-től a zalaegerszegi szennyvíztelepen bevezetett foszfor kicsapatás hatására az addig hatékony foszfor visszatartás csökkent. E tározóban a belső foszforterhelés növekedése tapasztalható az elmúlt években. A részlegesen elárasztott Fenéki-tavon a megfigyelések alapján a biológiailag hozzáférhető foszfor visszatartása, ami az eutrofizáció szempontjából alapvető, a jelenlegi vízszint mellett csak kis mértékű, (a PO4-P koncentrációt tekintve ez a vízterület forrásként működik). A Hídvégi-tóban lejátszódó kedvezőtlen foszforforgalmi folyamatokban, az Ingói-berekben megfigyelt PO4-P kibocsátásban szerepet játszhat az üledékben levő vascsapadékok oldódása, ami a jellemző redox viszonyok megváltozásán keresztül következhet be. A Fe(III) vegyületek, így a természetes vizeinkben gyakori Fe(OH)3 és vas-foszfátok nagyon rosszul oldódnak a vízben, oldhatósági szorzatuk nagyon kicsi. A vizekben a tiszta vas-foszfátokon kívül jelentős mennyiségben fordul elő vas-hidroxidokhoz kötött foszfát zárványok formájában. A Fe(III) vegyületek redukciója Fe(II)-vé redukált körülmények közt könnyen végbemegy. Mivel a Fe(II) vegyületek oldhatósága sokkal jobb, mint a Fe(III)-é, redukált környezetben a vas és a hozzá kötött foszfor felszabadul. (Stumm és Morgan 1970). Ez a jelenség az alapja a természetes vizeinkben megfigyelhető belső foszforterhelés növekedésének (Gelencsér et al. 1982). A korábbi vizsgálatok eredményei azt mutatják, hogy a KBVR-ben a redukált vashoz kötött foszfor oldódása fontos tényező a víz foszfát koncentrációjának alakításában, a két tó vízminősége és foszfor eltávolítása közti különbségben. Istvánovics (2001) Hídvégi-tóra elvégzett laboratóriumi vizsgálatai is ezt támasztják alá. 1
A dolgozat keretében végzett munka célja volt: • •
A KBVR elárasztott területein a vízminőség térbeni változásának felmérése. Statisztikai összefüggések keresése a víz PO4-P és oldott vas koncentrációja, valamint egyéb vízminőségi jellemzők közt a KBVR üzemszerűen elárasztott területein.
2
2
ANYAG ÉS MÓDSZER
Először a KBVR bővebb bemutatásra kerül sor, majd a helyszíni munkát ismertetjük ezután a laboratóriumi vizsgálatokat, majd az adatfeldolgozást mutatom be. 2.1
A Kis-Balaton Védőrendszer
A Balaton, elsősorban a Keszthelyi-medence tápanyagterhelésének csökkentésének szükségességére a tó fokozódó algásodása miatt már több évtizede felfigyeltek. A tápanyagok csökkentésével a befolyó vízben a tó trofitása, a lebegőanyag terhelés mérséklésével pedig tó feliszapolódása csökkenthető. A Kis-Balaton két mesterséges tava a Balaton korábbi “ötödik” és “hatodik” medencéjének egy részén található (Alsó-Zalavölgy és Kis-Balaton). A múlt század közepéig a Zalának ezen a területen nem volt medre, a folyó eltűnt a mocsárvilágban. A Balaton vízszintje a jelenleginél magasabb volt és a vízjárástól függően jelentős mértékben változott. A múlt század második felében kezdték meg a déli vasút építését. A Balaton déli magasabb dűnesora volt a pálya nyomvonala. Az építési munkákat követő jóval csapadékosabb években a tó vízszintje megemelkedett, ami veszélyeztette a vasutat, ezért a Balaton vízszintjét csökkenteni kellett, ami együtt járt az Alsó-Zalavölgy és a Kis-Balaton területén jelentős vízszintsüllyedéssel. Az eddig nedves területek egy része kiszáradt, az Alsó-Zalavölgy és a Kis-Balaton funkcionálisan ekkor szakadt el a Balatontól, habár az összeköttetést még a Zala részben biztosította. E század 20-as éveiben megkezdődött a Zala (és a befolyó patakok) medrének rendezése, amelynek során a folyót töltések közé zárták: megszűnt a kapcsolat az alsó Zala völgy és a Kis-Balaton területe, valamint a Zala között. Bár a normális vízforgalomban a területek nem vettek részt - különösen a Kis-Balatonban, kialakultak időlegesen vagy állandóan vízzel borított, tocsogós részek (Lotz 1988). Később megkísérelték a talajvízszintet süllyeszteni és egyre nagyobb területeket mezőgazdasági művelésbe vonni. Ez a munka az 1960-as évekig folyt. A rossz vízgazdálkodású tőzeges talajokon a növénytermesztés nem váltotta be a hozzá fűzött reményeket (Pomogyi 1995). Ezek után felmerült a gondolat a 70-es évek közepén, hogy a Kis-Balaton szűrő funkcióját vissza kell állítani. A múlt századi állapot és annak tervezett részbeni visszaállítása között azonban alapvető különbségek vannak: • • •
A múltban a Zala tápanyag terhelése lényegesen kisebb volt. Az eredeti állapotban a területen a vízszintet kizárólag a vízjárás határozta meg (a tavaszi nagyvizek és a nyári kisvizek voltak jellemzőek) és az egész Balaton vízszintje magasabb volt. Az eredeti állapot természetesnek volt tekinthető. A jelenlegi tározók mérnöki létesítmények műtárgyakkal és meghatározott üzemrenddel (amelyek nem is egészen esnek egybe az egykori Kis-Balatonnal).
A kis-balatoni létesítmények közül számos napjainkra már megvalósult, a Hídvégi-tó és a Fenéki-tó Ingói-berek része már elárasztásra került. A még hátralévő területeken is folynak a műszaki létesítmények építési munkálatai. A Fenéki-tó vörsi és sávolyi területének elárasztása a tervek szerint szintén hamarosan megkezdődik fokozatos és lassú vízszintemeléssel.
3
A KBVR helyszínrajzát a fő víztájakkal az 1. ábra mutatja. A Hídvégi-tó 1985 tavaszán kezdett üzemelni, az Fenéki-tó részleges elárasztására csak 1992. december 15-én került sor, a tervekhez képest jelentős késéssel. Az elárasztott terület az Ingói-berek. E terület tápanyag visszatartása bizonytalan, ám természetvédelmi szempontból a Kis-Balaton térségének egyik legértékesebb területe a nem bolygatott nagy kiterjedésű nádasai miatt. A Kis-Balaton térsége tájvédelmi körzet és a Ramsari Egyezmény hatálya alá tartozik. Bár a védőrendszer tervezésekor a természetvédelmi szempontok a tápanyag visszatartás fontossága miatt a második helyre szorultak, a víz- és természetvédelmi célok összehangolása és az együttműködés az illetékes hatóságok között az elmúlt években jelentősen javult (Fejér 2001). A Hídvégi-tóban a felület legnagyobb része nyíltvíz, a fitoplankton végzi a szervesanyag termelés nagyobb részét. Az Ingói-berekben még ma is nagy felületet borítanak hinarasok és vízből kiemelkedő magasabbrendű vízinövényzet. Jellegében jelentősen különbözik tehát a két víztér, ez a vízminőségükre is kihat. A Hídvégi-tó legfontosabb részei a Bárándi-víz, a Szabari-víz, a Pogányvári-víz, a Kazetta, a Radai-víz, a Sanyari-víz, a Kányvári-víz, a Grabonci-víz és a Magyaródi-víz. A Kazetta a tó egy különálló része, amely az esetleges havária jellegű szennyezések csapdázására került kialakításra. Térfogata 5 millió m3, vízminősége jelentősen eltér a tó többi részétől, lévén ez egy elszigetelt területrész. A Hídvégi-tó vízkészletének 90%-át a Zala adja, a vízgyűjtőről érkező mezőgazdasági terhelés a legjelentősebb. A tó területe megközelítőleg 70 km2, átlagos vízmélysége 1,1 m. A Fenéki-tó legfőbb részei a Zalavári-víz, az Ingói-víz, a Zalasomogyi Határárok a Cölömpös-árok, a Marótvölgyi-csatorna és az Egyesített Övcsatorna. A Fenéki-tó befolyói közül a Zala a legjelentősebb, ami a vízkészlet 70%-át adja. A maradék 30%-ot az Egyesített Övcsatorna, a Marótvölgyi-csatorna és a Zala-Somogyi-határárok vizeiből gyűlik össze. A tó vízgyűjtőjén a szennyvízátemelésből származó terhelés jelentős, melynek jó része tisztított szennyvíz eredetű. Fontos még megemlíteni a nem pontszerű mezőgazdasági eredetű szennyezéseket is. A Fenéki-tó területe körülbelül 51 km2, átlagos vízmélysége 1,1 m. A víz átlagos tartózkodási ideje a rendszerben mintegy 120 nap.
4
1. ábra KBVR víztájak átnézeti vázrajza
A Hídvégi-tó víztájainak elnevezése: 1: Bárándi-víz; 2: Szabari-víz; 3: Pogányvári-víz; 4: Radai-víz; 5: Garabonci-víz; 6: Magyaródi-víz; 7: Kányavári-víz; 8: Sanyari-víz; 9: Kazetta; 10: Major-tó; A Fenéki-tó víztájainak egyelőre nincs egyedi elnevezése, de az 1-4. víztájakat együttesen Ingói-berek-nek hívjuk.
2.2
Adatgyűjtés
A nagy sűrűségű expedíció jellegű helyszíni méréseket, mintavételezést és laboratóriumi vizsgálatokat a 2002. augusztus 29. és szeptember 4. közötti időszakban végeztük. A mérések során segítségünkre volt Süle György laborvezető, aki a vízminták vételét, kezelését, tartósítását végezte, valamint Mezei László, aki a motorcsónakot vezette. Munkájukért köszönettel tartozunk. A munka Dr. Szilágyi Ferenc irányításával folyt. E dolgozat készítője a mintavételezésnél és a helyszíni méréseknél működött közre. Összesen a KBVR területén 140 ponton végeztünk méréseket és 94 ponton vettünk mintát a vízből. A mérési pontokat GPS helymeghatározó készülékkel mértem be és térképen abszolút koordinátákkal kerültek rögzítésre. A készülék kölcsönzésében és az adatok térképre vitelében köszönet illeti Dr. Pomogyi Piroskát és Dömötörffy Zsoltot.
5
2.2.1
Mintavételi helyek
A 2. ábra mutatja a mintavételi helyeket, a mintaterületek a következők voltak: Zala A Zala medrében a Hídvégi-tó felett, Balatonhídvégnél, a Bukóélnél és a 21T-nél végeztünk méréseket és mintavételezést. Hídvégi-tó A Hídvégi-tavon a következő keresztszelvényeket vettük fel: • • • • • • •
Bárándi-víz a zalavári út közelében Szabari-víz a 2T magasságában Pogányvári-víz Radai-víz déli vége Kányavári-víz Sanyari-víz Kazetta hossz- és kereszt szelvénye a 2T és a 3T között.
Fenéki-tó • • • • •
• • •
Zala meder a 21T és a Bukóél között Zalavári-víz Ingói-víz A Zalasomogyi Határárok A Cölömpös-árok
6
A Marótvölgyi-csatorna Az Egyesített Övcsatorna Speciális vízterek a megközelíthetőségtől függően.
2. ábra: Mintavételi helyek
7
