Zagadnienia oceny Jednolitych części wód dr inż. Małgorzata Loga Wzmocnienie kontroli przestrzegania prawa w zakresie ochrony i wykorzystania zasobów wodnych w województwie małopolskim Tarnów 8-10 grudnia 2009 Zagadnienia oceny Jednolitych części wód dr inż. Małgorzata Loga Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska w Krakowie Politechnika Warszawska

Plan prezentacji Oceny JCW na podstawie istniejących rozporządzeń Oceny na podstawie dyrektyw unijnych dla których nie ma polskich rozporządzeń Oceny stanu JCW nie podlegających pomiarom monitoringowym Nowe metody oceny stanu wód

Oceny wód wykonywane wg rozporządzeń do Prawa Wodnego Ocena stanu i potencjału wód art. 38a ust. 3 UPW - 2008r Dz.U 162 poz. 1008 Ocena wód przezn. do bytowania ryb art. 50 ust.2 UPW 2002 Dz.U.176 poz. 1455 Ocena wód przezn. do zaopatrzenia ludności art. 50 ust.1 UPW 2002r Dz.U. 204 Poz. 1728 Ocena eutrofizacji ze źródeł rolniczych art. 47 ust.8 pkt.1 UPW 2002r Dz.U. 241 poz. 2093

Oceny nie ujęte polskimi przepisami Ocena eutrofizacji ze źródeł komunalnych na podstawie dyrektywy 91/271/EWG Ocena wód przeznaczonych do rekreacji na podstawie dyrektywy 2006/7/WE

Ocena eutrofizacji ze źródeł komunalnych Wskaźnik Jednostka Wartość graniczna z rozp. 2002r Dz.U. 241 poz. 2093 Wartość graniczna stanu bdb 2008r rozp. Dz.U. 162 poz. 1008 Wartość graniczna stanu db 2008r rozp. Dz.U. 162 poz. 1008 Proponowana wartość graniczna do oceny eutrofizacji komunalnej Azot amonowy mg NNH4/dm3 brak < 0,78 1,56 Azot Kiejdahla mg N/dm3 <1 2 Azot azotanowy mg NNO3/dm3 >2,2 <2,2 5 Azot ogólny > 5 <5 10 Fosfor ogólny mg P/dm3 > 0, 25 <0,2 0,4 Fosforany 0,1 Chlorofil µg/dm3 >25 20 25 35 60 Wartość graniczna dla klasy II jak w rozporządzeniu z 20 sierpnia 2008 Wskaźnik okrzemkowy - Makrofitowy indeks rzeczny

Algorytm oceny JCW przeznaczonej do celów rekreacyjnych Stwierdzenie występowania eutrofizacji lub zagrożenia eutrofizacją Elementy jakości fizykochemicznej spełniają kryteria stanu ekologicznego co najmniej dobrego Wskaźniki mikrobiologiczne przekraczają wartości graniczne Nie Tak Tak Nie Nie Tak JCWP nie spełnia wymagań JCWP nie spełnia wymagań JCWP nie spełnia wymagań JCWP spełnia wymagania dla wód kąpieliskowych

Ocena JCW niemonitorowanych - RDW i Prawo polskie RDW: „Państwa Członkowskie mogą dokonywać oceny prawdopodobieństwa, że części wód powierzchniowych w ramach obszaru dorzecza nie spełnią środowiskowych celów jakości za pomocą technik modelowania.” (Aneks II) Rozporządzenie (Dz. U. 162 poz. 1008): „Jeżeli w jednolitej części wód powierzchniowych nie ustanowiono żadnego punktu pomiarowo-kontrolnego, oceny jej stanu ekologicznego dokonuje się na podstawie wyników uzyskanych dla innej jednolitej części wód powierzchniowych należącej do tej samej kategorii, typu i będącej pod takim samym wpływem wynikającym z działalności człowieka”.

Ocena niemonitorowanych JCW Przenoszenie oceny na podstawie elementów biologicznych Szacowanie oceny na podstawie elementów fizykochemicznych

Przenoszenie oceny biologicznej – idea metody Metodą Analizy skupień pogrupowanie JCW w takie klasy, aby uzyskać jak największą jednorodność oceny biologicznej w grupie, a następnie dołączyć niemonitorowaną JCW do klasy, do której pasuje ona najlepiej pod względem wybranych cech i nadać jej ocenę charakterystyczną dla danej klasy

Przenoszenie oceny biologicznej – kryteria Wybrane cechy charakterystyczne JCW wykorzystane do grupowania: Wielkość powierzchni zlewni Szerokość rzeki Typ biologiczny Przynależność do grupy okrzemkowej Użytkowanie terenu Ilość presji punktowych w danej JCW Ocena fizyko-chemiczna Informacja o zagrożeniach wynikających z analizy presji ze źródeł punktowych i obszarowych

Przenoszenie oceny biologicznej - dane Zbiór danych, obejmował 69 obiektów JCW ze znaną oceną biologiczną Fragment zbioru danych:

Analiza skupień – metody hierarchiczne Statistica 8.0

Analiza skupień – metody niehierarchiczne Określenie liczby skupień na podstawie dendrogramu metody Warda → ~14 skupień Kolejny krok -> dołączenie do skupień JCW niemonitorowanych i nadanie im oceny najczęściej występującej w grupie + +/- -

Testowanie metoda oceny elementów jakości biologicznej Grupowanie w skupienia z wykluczeniem JCW, dla których testowane jest przenoszenie oceny biologicznej: JCW4 JCW3 JCW5 JCW1 JCW2

Testowanie metody oceny elementów jakości biologicznej, cd. Wynik symulacji przypisywania oceny biologicznej wybranym JCW: Lp. JCW Ocena przypisana Ocena rzeczywista 1 PLRW200012214849 III 2 PLRW2000142148579 3 PLRW2000122139669 IV 4 PLRW200019213969 5 PLRW2000142141399 II I Wynik – porównanie z oceną rzeczywistą

Szacowanie oceny na podstawie elementów fizyko-chemicznych Przetestowanie metod statystycznych do analizy stężeń wskaźników fizyko-chemicznych

Testowane metody statystyczne Metoda analizy regresji dla stężeń

Testowane metody statystyczne Metoda wektorów wspierających (Support Vector Machines ) SVM R=0,644 Statistica 8.0

Metoda szacowania stężeń na podstawie informacji o ładunkach Model do oszacowania stężenia Cdm w profilach dm : gdzie: - współczynnik rozdziału ładunku L Model do oszacowania stężenia Ck w profilu k: gdzie: - współczynniki proporcjonalności przepływów

Przygotowanie informacji hydrologicznej Metoda regresji liniowej przepływów w zależności od powierzchni zlewni. Metoda regresji kwadratowej przepływów w zależności od powierzchni zlewni. Metoda zlewni różnicowej. Metoda „małych” zlewni. Metoda dwuwymiarowej regresji liniowej przepływów w zależności od powierzchni zlewni.

Przygotowanie informacji hydrologicznej Przykłady badanych funkcji regresji: Kryterium wyboru: wielkość błędu względnego oszacowania przepływu Regresja liniowa

Oszacowanie wartości przepływów Wielkość powierzchni zlewni jest ograniczeniem stosowalności metody Do wyznaczania regresji przepływów w zależności od powierzchni zlewni zaleca się wykorzystanie aktualnych danych hydrologicznych

Szacowanie oceny dla profilu na zamknięciu „układu” JCW ε ε

Testowanie metody oceny parametrów fizyko-chemicznych Wynik oszacowania oceny stanu fizyko-chemicznego wybranych JCW: Lp. JCW Ocena oszacowana Ocena rzeczywista 1 Układ nr 1, punkt d2 PLRW200012214849 Y II 2 Układ nr 1, punkt k PLRW2000142148579 3 Układ nr 1, punkt d1 PLRW2000122139669 4 PLRW200019213969

Szacowanie oceny dla profilu na dopływie „układu” JCW Zagrożenia wynikające ze źródeł obszarowych 1 2 3 I Y II

Testowanie metody oceny elementów jakości fizyko-chemicznej Miesiąc I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Wskaźnik Crzeczywiste [mgC/l] 2,25 2,81   1 2,85 2,97 6,18 9,34 3,99 4,87 3,2 Ogólny węgiel organiczny Coszacowane [mgC/l] 0,61 2,9 -0,95 0,93 2,06 0,99 0,77 9,63 1,76 4,04 Błąd względny 0,74 0,17 1,95 0,6 0,24 0,38 0,2 1,67 0,1 Ocena Rzeczywista Oszacowana na podstawie… zgodnie z Rozp… 90 percentyla: 75 percentyla: 50 percentyla: Crzeczywiste [mg N-NO3/l] 1,8 1,7 0,95 0,58 0,31 0,32 0,44 N-NO3 Coszacowane [mg N-NO3/l] 1,22 2,26 0,91 0,68 0,86 -0,37 6,27 0,41 5,93 0,33 0,05 0,52 1,02 4,25 0,02 11,51 1,03 4,93 Y Crzeczywiste [mgP/l] 0,04 0,11 0,12 0,57 0,94 0,25 0,09 Fosfor ogólny P Coszacowane [mgP/l] -0,01 -0,03 -0,05 0,18 -0,23 0,01 0,48 1,51 1,29 1,48 2,08 3,39 10,44 otrzymuje się wartość ujemną

Testowanie metody oceny elementów jakości fizyko-chemicznej Rok Zlewnia EU_CD Nazwa Rzeki Ocena Rzeczywista zgodnie z Rozporządzeniem… Oszacowana na podstawie 50 percentyla 2008 "dolna" Raba PLRW200012213876 Niżowski Potok Y II PLRW200062138789 Lipnica PLRW2000142138899 Stradomka I 2007 2005 "górna" Raba PLRW2000122138299 Mszanka Ropa PLRW2000122182729 Kobylanka Skawa PLRW2000122134499 Skawica Biała PLRW200012214849 Jasienianka

Algorytm oceny stanu fizyko-chemicznego Dla ocenianej JCW istnieją pomiary wskaźników fiz-chem. z okresu T-1 (T – rok bieżący) Tak Oceny dokonuje się na podstawie danych z okresu T-1 Nie Dla ocenianej JCW istnieją pomiary wskaźników fiz-chem. z okresu T-2 (T – rok bieżący) Tak Oceny dokonuje się na podstawie danych z okresu T-2 Nie Ustalić liniową zależność regresyjną przepływów średnich miesięcznych od powierzchni zlewni reprezentatywną dla interesujących zlewni Określić przepływy SQ dla cieków: - ocenianej JCW - cieków z których przenoszona będzie informacja dla roku , dla którego dokonywana będzie ocena stanu oraz dwóch lat poprzedzających Algorytm oceny stanu fizyko-chemicznego …

Czy oceniany jest profil na dopływie czy na zamknięciu układu? Profil na zamknięciu Profil na dopływie Znaleźć podobny do ocenianego układ dwóch lub więcej mierzonych JCW (optymalnie trzech) , dla których istnieją dane pomiarowe z okresów :T, T-1, T-2 Obliczyć ładunek L zgodnie z opracowanym modelem: Obliczyć średnie 3-letnie ε, z układu wybranego w kroku poprzednim Obliczyć współczynnik χd rozdziału ładunku L: Obliczyć wartości wskaźników zgodnie z opracowanym modelem: Obliczyć wartości wskaźników zgodnie ze wzorem: Dokonanie oceny stanu JCW zgodnie z obowiązującym rozporządzeniem w oparciu o uzyskane oszacowane wartości stężeń Dokonanie oceny stanu JCW w oparciu o 50 percentyl z uzyskanych oszacowanych wartości stężeń Algorytm oceny stanu fizyko-chemicznego c.d.

Przygotowanie układów do obliczeń Raba dolna

Przygotowanie układów do obliczeń Styczeń Luty

Ocena wszystkich JCW w zlewni Raby   Nazwa JCW Ocena biologiczna Ocena fiz-chem na podstawie 50 percentyla Stan ekologiczny Oszacowane na podstawie bilansu ładunków Tusznica II I dobry potok Gnojski Potok Łapczycki Dopływ spod Zagórzan III umiarkowany Suszanka Olszówka Y Skomielna Poniczanka od źródeł do ujścia Kasinka Młynówka bardzo dobry Babica IV słaby Trzemeśnianka Pomiary z 2007 roku Bysinka Polanka Stradomka od źródeł do Tarnawki bez Tarnawki Lubieńka Oszacowana ocena biol (fiz-chem – WIOŚ) Mszanka Zbiornik Dobczyce Raba od źródeł do Skomielnej Ocena na podst mniejszej ilości wskaźników Krzczonówka Trzebuńka Ocena na podstawie pomiarów WIOŚ Raba od Skomielnej do Zb. Dobczyce Raba od Zb.Dobczyce do ujścia Krzyworzeka stan słaby Niżowski Potok Lipnica Królewski Potok Stradomka od Tarnawki do ujścia stan dobry Tarnawka Potok Sanecka Ocena wszystkich JCW w zlewni Raby

Ocena wszystkich JCW w zlewni Raby

Porównanie ocen dla niemonitorowanych JCW Raby metodą na podstawie bilansu ładunków i analizy skupień z oceną IMiGW   Nazwa JCW Ocena biologiczna Ocena fiz-chem Stan ekologiczny Stan ekologiczny wg oceny IMGW Oszacowane na podstawie bilansu ładunków Tusznica II I dobry umiarkowany potok Gnojski Potok Łapczycki Dopływ spod Zagórzan III Suszanka Olszówka Y Skomielna Poniczanka od źródeł do ujścia Kasinka Młynówka bardzo dobry Babica IV słaby Trzemeśnianka Pomiary z 2007 roku Bysinka Polanka Stradomka od źródeł do Tarnawki bez Tarnawki Lubieńka Oszacowana biol, fiz-chem - WIOŚ Mszanka Zbiornik Dobczyce Raba od źródeł do Skomielnej ocena na podstawiemniwjszej ilości wskaźników Krzczonówka Trzebuńka

Oceny a kryteria porównawcze Oznaczone wsp. korelacji są istotne z p < 0.1 N=69 Powierzchnia zlewni Tereny rolne Tereny zantrop. Ilość presji Zrzut. punkt. Zrzut. obszar. RISKSTATUS Ocena fiz-chem. Ocena biol 1.000 0.909 0.364 0.440 0.200 -0.077 0.174 -0.114 -0.183 0.292 0.414 0.195 0.116 0.289 0.077 0.060 0.187 0.459 0.340 0.417 0.198 0.081 0.190 0.030 0.023 -0.280 -0.082 0.449 0.676 0.303 0.066 0.730 0.585 0.473 0.573 0.307 0.562

Uwagi do zastosowania Dokonywanie oceny długich odcinków po modyfikacji sieci JCW i podzieleniu długich odcinków

Podsumowanie metody oceny stanu ekologicznego Organizacja pomiarów monitoringowych powinna uwzględniać przeprowadzanie pomiarów w tym samym okresie czasu dla ppk zlokalizowanych w jednej części zlewni W przypadku JCW dla których istnieją tylko informacje o wskaźnikach fizykochemicznych, proponowana metoda zapewnia oszacowanie oceny biologicznej Wykonywanie oceny według zaproponowanej metody przewiduje się jedynie w przypadku gdy JCW nie była objęta monitoringiem w żadnym roku z trzech lat przeznaczonych na wykonywania monitoringu diagnostycznego

Podsumowanie metody oceny stanu ekologicznego Ze względu na uzyskanie większej wiarygodności ocen na podstawie elementów fizyko-chemicznych, porównywanie wartości z granicznymi wartościami podanymi w rozporządzeniu klasyfikacyjnym powinno być przeprowadzane na podstawie 50-tego percentyla obliczonego na podstawie wartości oszacowanych W terminach w których wykonywane są pobory prób do badań powinna być dostępna informacja hydrologiczna Rzetelne opracowanie analizy presji pod względem lokalizacji i kwantyfikacji wielkości oddziaływania poprawiłoby wiarygodność dokonywanych ocen

Nowe metody oceny stanu wód

Algorytm EQR 1. Wyznaczanie wartości wskaźników w okresie T dla wszystkich chwil pomiarowych na podstawie pomiarów biologicznych z tego okresu:   gdzie  - (i = 1,...,Nb) - - zbiór chwil czasu w okresie T w których wykonane zostały pomiary biologiczne Kb - liczba pomiarów biologicznych w okresie T; w warunkach polskich Kb = 12 2. Przypisanie danemu wskaźnikowi odpowiadający mu parametr statystyczny: - parametr statystyczny skojarzony z i-tym wskaźnikiem biologicznym wyznaczony na podstawie pomiarów w okresie T, (i = 1,...,Nb) 3. Wyznaczenie oceny na poziomie wskaźników: …

Algorytm EQR c.d. 4. Wyliczenie średniej ważonej ocen EQR wskaźników skojarzonych z danym elementem biologicznym: , gdzie: 5. Wyznaczanie ocen stanu biologicznego JCW : , gdzie: 6. Prezentacja stanu biologicznego JCW w okresie T: Stan bardzo dobry Stan dobry Stan umiarkowany Stan słaby Stan zły [0.8 - 1] [0.6 - 0.8] [0.4 – 0.6] [0.2 – 0.4] [0 – 0.2]