1 Zagadnienia oceny Jednolitych części wód dr inż. Małgorzata LogaWzmocnienie 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

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

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

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

5 Ocena eutrofizacji ze źródeł komunalnychWskaźnik Jednostka Wartość graniczna z rozp r Dz.U poz. 2093 Wartość graniczna stanu bdb 2008r rozp. Dz.U poz. 1008 Wartość graniczna stanu db 2008r rozp. Dz.U 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

6 Algorytm oceny JCW przeznaczonej do celów rekreacyjnychStwierdzenie 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

7 Ocena JCW niemonitorowanych - RDW i Prawo polskieRDW: „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”.

8 Ocena niemonitorowanych JCWPrzenoszenie oceny na podstawie elementów biologicznych Szacowanie oceny na podstawie elementów fizykochemicznych

9 Przenoszenie oceny biologicznej – idea metodyMetodą 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

10 Przenoszenie oceny biologicznej – kryteriaWybrane 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

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

12 Analiza skupień – metody hierarchiczneStatistica 8.0

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

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

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

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

17 Testowane metody statystyczneMetoda analizy regresji dla stężeń

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

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

20 Przygotowanie informacji hydrologicznejMetoda 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.

21 Przygotowanie informacji hydrologicznejPrzykłady badanych funkcji regresji: Kryterium wyboru: wielkość błędu względnego oszacowania przepływu Regresja liniowa

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

23 Szacowanie oceny dla profilu na zamknięciu „układu” JCWε ε

24 Testowanie metody oceny parametrów fizyko-chemicznychWynik oszacowania oceny stanu fizyko-chemicznego wybranych JCW: Lp. JCW Ocena oszacowana Ocena rzeczywista 1 Układ nr 1, punkt d2 PLRW Y II 2 Układ nr 1, punkt k PLRW 3 Układ nr 1, punkt d1 PLRW 4 PLRW

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

26 Testowanie metody oceny elementów jakości fizyko-chemicznejMiesiąc 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

27 Testowanie metody oceny elementów jakości fizyko-chemicznejRok Zlewnia EU_CD Nazwa Rzeki Ocena Rzeczywista zgodnie z Rozporządzeniem… Oszacowana na podstawie 50 percentyla 2008 "dolna" Raba PLRW Niżowski Potok Y II PLRW Lipnica PLRW Stradomka I 2007 2005 "górna" Raba PLRW Mszanka Ropa PLRW Kobylanka Skawa PLRW Skawica Biała PLRW Jasienianka

28 Algorytm oceny stanu fizyko-chemicznegoDla 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 …

29 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.

30 Przygotowanie układów do obliczeńRaba dolna

31 Przygotowanie układów do obliczeńStyczeń Luty

32 Ocena wszystkich JCW w zlewni RabyNazwa 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 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

33 Ocena wszystkich JCW w zlewni Raby

34 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 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

35 Oceny a kryteria porównawczeOznaczone 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

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

37 Podsumowanie metody oceny stanu ekologicznegoOrganizacja 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

38 Podsumowanie metody oceny stanu ekologicznegoZe 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

39 Nowe metody oceny stanu wód

40 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: …

41 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 [ ] [ ] [0.4 – 0.6] [0.2 – 0.4] [0 – 0.2]

42

43