Assessment of nitrogen pollution reduction options in the river Nemunas (Lithuania) using FyrisNP model

The paper quantifies and discusses diffuse and point sources total nitrogen (TN) inputs as well as retention and TN reduction options in the catchment of the main Lithuanian River Nemunas. Modelled average TN export between 2000–2006 from the River Nemunas catchment to the Baltic Sea was 37620 tonnes TN yr−1 according to the data oriented FyrisNP model. Loads of TN from diffuse and point sources as well as retention have been estimated for five subcatchments of the River Nemunas including the external load from Belarus. Agriculture contributes 74.6 to 89.5% of the TN load, increasing with the percentage of arable land and load from point sources. The main point source input is poorly treated wastewater at Kaunas city. The contribution from forest land to the TN load increases from 2.2% to 15.8% with an increase in forest land from 28.5 to 56.9% of the total subcatchments area. The highest retention of TN (30.7%) was observed in the Neris river subcatchment with the lowest hydraulic load (5.55 m yr−1). Scenario modelling suggests that the reduction target for Lithuania for nitrogen input to the Baltic Sea by 11700 tonnes can be achieved by installing biological treatment in sewage treatment plants in all district cities and by converting 20% of arable land to pastures or implementation of other equivalent measures in agriculture. Assessment of the FyrisNP model results shows that the model can be successfully applied for river basin management planning in catchments outside the area where the model originally has been developed. First published online: 11 Oct 201

Quantifications of the total nitrogen and total phosphorus loads and retention changes in the Mūša river catchment using FyrisNP 3.1 model

Straipsnyje pateiktos taikant FyrisNP 3.1 modelį apskaičiuotos bendrojo azoto (NB) ir bendrojo fosforo (PB) apkrovos, patenkančios iš žemės ūkio ir sutelktosios taršos šaltinių, įvertintas modelio patikimumas, azoto ir fosforo sulaikymas Mūšos upėje ir jos pagrindiniuose intakuose 2000-2010 metais. Mūšos upės baseino NB ir PB 2000-2010 m. modelio efektyvumas atitinkamai E = 0,42 ir 0,31, koreliacijos koeficientas r = 0,65 ir 0,58, santykinė paklaida 46,0 ir 37,2 %. Taikant FyrisNP modelį nustatyta, kad NB žemės ūkio tarša ir sutelktoji tarša sudaro atitinkamai 91,6 ir 6,1 %, o PB - 42,2 ir 38,9 %. Skaičiavimų rezultatai rodo, kad NB tarša iš žemės ūkio veiklos yra šiek tiek padidėjusi, o PB sutelktoji tarša gerokai sumažėjusi. Mažiausios NB ir PB vienetinės apkrovos buvo Lėvens upės pabaseinyje aukščiau Kupiškio, atitinkamai 5,1 ir 0,035, o didžiausios - Tatulos pabaseinyje aukščiau Trečionių - 12,7 ir 0,08 kg ha-1. NB ir PB taršos sulaikymas, apskaičiuotas taikant FyrisNP modelį, Mūšos upės ir intakų vagose yra atitinkamai 22,2 ir 11,5 %. Lyginant Mūšos baseino septynių upių pabaseinių 1997-2006 m. modeliavimo rezultatus su keturių upių pabaseinių modeliavimo 2000-2010 m. rezultatais nustatyta, kad NB tarša beveik nepakito, tuo tarpu PB sutelktoji tarša sumažėjo 4,1 %. Pakeitus vandens kokybės stebėsenos vietas ir sumažinus stebėsenos kiekį NB ir PB santykinė paklaida padidėjo atitinkamai 24,8 ir 7,0 %. Norint užtikrinti tinkamą modeliavimo efektyvumą, vandens kokybė visų didesnių upių žiotyse potvynio metu turi būti stebima 2-4 kartus per mėnesį, o likusį laiką - kartą per mėnesįThe paper presents the data-oriented FyrisNP 3.1 model based quantification and discussion of total nitrogen (NB) and total phosphorus (PB) transport, retention, loads and model reliability in the catchment of the River Muša and its tributaries during 2000-2010. NB and PB model effectiveness is 0.42 and 0.31, correlation coefficient - 0.65 and 0.58 and relative error - 46.0 and 37.2 %, correspondingly. Model source apportionment calculation assigns 91.6 and 6.1 % of the total NB load to agriculture and point sources correspondingly, while 42.2 % of the PB is assigned to agriculture and 38.9 % to point sources. Calculations show negligible increase of agriculture load and significant decrease of point source load during the investigated period. The lowest specific NB and PB loads are in the sub catchment L vuo upstream Kupiškis – 5.1 and 0.035 kg ha-1 correspondingly and the highest - in the Tatula sub catchment at Trecionys 12.7 and 0.08 kg ha-1. NB and PB retention in streams and lakes is estimated, correspondingly, 22.2 and 11.5 %. Comparison of the result of two periods (1997-2006 and 2000-2010) and different number of sub catchments has determined no change of load form agriculture, and increase of PB load by 4.1 %. Reduction of monitored catchments and transfer of monitored sites upstream increases relative error by 24.8 and 7.0 % for NB and PB correspondingly. To increase model accuracy it is necessary to establish water quality measurement sites in outlets of all larger tributaries and take composite samples 2-4 times per month during peak flow and once a moth in the rest of the yearVytauto Didžiojo universitetasŽemės ūkio akademij

Tendencies of the total nitrogen and total phosphorus changes in the Nevėžis river

Straipsnyje nagrinėjama Nevėžio upės debito, bendrojo azoto (N) ir bendrojo fosforo (P) kaita 1986–2010 m. laikotarpiu. Tiriamasis laikotarpis apima sovietinio centralizuoto valdymo (1986–1991 m.) ir rinkos ekonomikos laikotarpį (1992– 2010 m.). Straipsnio tikslas – išaiškinti Nevėžio upės debito, N ir P koncentracijų pokyčius ir jų reikšmingumą Mann-Kendall metodu, taip pat nustatyti N ir P taršos krūvių tendencijas taikant normalizavimo metodą, eliminuojantį upės nuotėkio kaitos poveikį. 1986–2010 m. debito metiniai pokyčiai nėra dideli. Daugiausia (4,5 m3 s-1) sumažėjo vasaros debitas, kai 1993 m. buvo nutrauktas vandens pumpavimas iš Šventosios upės į Nevėžį. Sezoninis Mann-Kendall (SMK) testas parodė, kad vasaros debito pokyčiai yra reikšmingi. 1991–2010 m. N koncentracija padidėjo vidutiniškai 46,6 %, o P sumažėjo 16,5 %. 1986–1991 m. laikotarpiu vidutinė N koncentracija buvo 2,6 mg l-1 ir neviršijo geros ekologinės būklės klasės viršutinės ribos (3,0 mg l-1). 1992–2010 m. laikotarpiu vidutinė N koncentracija buvo 4,8 mg l-1 (1,6 karto viršijo geros ekologinės būklės klasės reikalavimus). P koncentracijos tik nuo 2007 m., kai buvo rekonstruoti Panevėžio ir Kėdainių nuotekų valymo įrenginiai, neviršijo geros ekologinės būklės klasės viršutinės ribos (0,14 mg l-1). N ir P – pokyčiai pagal SMK testą reikšmingi visais metų laikais, išskyrus vasarą. Tik N taršai įtakos turėjo žemės nuosavybės ir naudojimo perėjimas iš centralizuoto valdymo į rinkos ekonomiką. P taršai ir debito pokyčiams gamybos santykių pasikeitimas įtakos neturėjoThe paper analyses variation of the Nevezis river discharge, total nitrogen (N) and total phosphorus (P) in the period of 1986— 2010. The analysed period encompasses the last years of Soviet rale (1986-1991) and market economy period (1992-2010). Annual discharge variation was not significant in the period of 1986-2010. The biggest decrease of the summer discharge was observed after termination of water pumping from the S ventoj i River to the Nevezis in 1993. SMK test shows significant changes of the discharge in summer. In the period of 1991-2010 N concentration increased by 46.6 % but P concentration decreased by 16.5 %. In 1986-1991 mean N concentration was 2.6 mg H and did not exceed the permitted limit of 3.0 mg 1"' but in 1992-2010 mean N concentration increased to 4.8 mg 1"' and 1.6 times exceeded the permitted limit. Only after reconstruction of wastewater treatment plants in Panevezys and Kedainiai in 2007, P concentration decreased to the permitted limit of 0.14 mg 1'. SMK test produced significant changes in all seasons except summerVytauto Didžiojo universitetasŽemės ūkio akademij

Nutrient losses from agriculture in Lithuania

Vytauto Didžiojo universitetasŽemės ūkio akademij

Fyrisnp model for quantification nitrogen and phosphorus balance elements in the Nevėžis river in 1997-2006

Straipsnyje pateikti pagal FyrisNP modelį apskaičiuoti bendrojo azoto ir bendrojo fosforo kiekiai iš pasklidosios ir sutelktosios taršos šaltiniu, įvertintas modelio patikimumas, azoto ir fosforo sulaikymas Nevėžio upėje 1997-2006 m. Modeliuojant bendrojo azoto (NB) ir bendrojo fosforo (PB) taršą Nevėžio upės baseine 1997-2006 m. modelio efektyvumas yra atitinkamai E = 0,501 ir 0,562, koreliacijos koeficientas r = 0,72 ir 0,757, santykinė paklaida 34,4 ir 25,9 %. Pagal FyrisNP modelį nustatyta, kad NB žemės ūkio tarša ir sutelktoji tarša sudaro atitinkamai 83,7 ir 6,8 %, o PB - 36,6 ir 57,6 %. NB ir PB taršos sulaikymas apskaičiuotas pagal FyrisNP modelį Nevėžio upės vagoje yra atitinkamai 17,8 ir 13,2 %. Modeliavimo rezultatai rodo, kad FyrisNP modelis tinka NP ir PB taršos šaltiniams išskirti, apkrovoms ir sulaikymui apskaičiuoti Lietuvos vidutinio dydžio upių baseinuoseThe paper quantifies and total nitrogen and total phosphorus input from diffuse and point sources, reliability of the Nevezis river during the period 1997-2006. FyrisNP model efficiency for total nitrogen and spectively £ = 0.501 and 0.562, coefficient of correlation r~ 0.72 and 0.757, relative error 14.4 tributes respectively 83.7 and 36.6 % of the total nitrogen and phosphorus catchment load. The Band total phosphorus load was computed 17.8 and 13.2 % of the total catchment load. FyrisNP model can be successfully applied for total nitrogen and total phosphorus source apportionment, wd^e size Lithuanian river catchmentsVytauto Didžiojo universitetasŽemės ūkio akademij

Mokslo žurnalo "Vandens ūkio inžinerija" leidybos istorija

Vytauto Didžiojo universitetasŽemės ūkio akademij

Pažangaus ūkininkavimo taisyklės ir patarimai : Antrasis pataisytas ir papildytas leidimas

Vytauto Didžiojo universitetasŽemės ūkio akademij

Fyris NP: fosforo šaltinių, sulaikymo ir taršos Nemuno upėje mažinimo galimybių vertinimo modelis (Lietuva)

Straipsnyje pateikti fosforo patekimo iš pasklidosios ir sutelktosios taršos šaltinių, o taip pat ir sulaikymo skaičiavimai ir vertinimas bei taršos mažinimo galimybės Nemuno upės baseine. Bendrojo fosforo (PB) apkrovos iš pasklidosios ir sutelktosios taršos šaltinių vertinamos penkiuose Nemuno pabaseiniuose, įskaitant išorinę apkrovą iš Baltarusijos teritorijos. Statistiniu Fyris NP modeliu nustatyta 2000-2006 m. vidutinė metinė taršos apkrova iš Nemuno baseino į Baltijos jūrą yra 1770 tonų. Priklausomai nuo ariamosios žemės dalies ir sutelktosios apkrovos upių baseinuose, žemės ūkio tarša sudaro nuo 42,2 iki 71,1 % visos PB apkrovos. Daugiausiai sutelktosios taršos (29,5-37,0 %) patenka iš Neries, Nemuno ir Nevėžio baseinų, kuriuose nemažai didelių pramoninių miestų su prastai valomomis nuotekomis. Didėjant baseino miškingumui nuo 28,5 iki 56,9 % PB patekimas iš miškų kinta nuo 6,6 iki 34,8 %. PB sulaikymas Nemuno baseine kinta nuo 3,5 iki 15,1 % visos PB apkrovos. Didžiausias PB sulaikymas (15,1 %) yra Neries baseine. Daug PB sulaikoma dėl mažos hidraulinės apkrovos (5,55 m metai'1), kuri yra nuotėkio modulio ir vandens paviršiaus baseine santykis. Modeliuojant įvairius scenarijus nustatyta, kad metinę PB apkrovą sumažinti 880 tonų galima būtų įrengus tinkamas nuotekų valyklas visuose apskričių ir rajonų centruose. Nors modelis sudarytas Švedijoje, Fyris NP modelio rezultatų vertinimas rodo, kad šį modelį galima sėkmingai taikyti sudarant upių baseinų valdymo planus ir Lietuvos sąlygomisThe paper quantifies and discusses the phosphorus input from diffuse and point sources as well as retention and reduction options in the catchment of the main Lithuanian River Nemunas. TP load from diffuse and point pollution sources as well as retention have been estimated in five subcatchments of the River Nemunas including the external load from Belarus. Total phosphorus (TP) export for the period from 2000 to 2006 from the River Nemunas catchment to the Baltic Sea is 1770 tonnes TP yr1 according to the data oriented Fyris NP model. Agriculture contributes from 42.2 to 71.1 % of the total phosphorus load depending on the percentage of arable land and load from point sources. The main input from point sources (29.5-37.0 %) enters from the Neris, the Nemunas and the Nevezis rivers subcatchments with industrialised cities and poorly treated wastewater. Forestry contribution to the TP load rises from 6.6 % to 34.8 % with increase of the forest land from 28.5 to 56.9 % of the total subcatchments area. The TP retention in the River Nemunas subcatchments varies from 3.5 to 15.1 % of the total TP input. The largest retention 35.1 % of the load at sources is retained in the Neris river subcatchment. High retention is due to low hydraulic load (5.55 m yr1) which is ratio of the specific runoff and surface area of water bodies. A scenario modelling suggests that the target of phosphorus input to the Baltic Sea reduction by 880 tonnes can be achieved having installed proper waste water treatment plants in all county and district cities. Assessment of Fyris NP model results shows that the model can be successfully applied for the river basin management planning in the catchments outside the area where the model has been developedVytauto Didžiojo universitetasŽemės ūkio akademij

Application of Fyris model to evaluate nitrogen leaching in the Nevėžis river basin

Nors Nevėžio baseinas sudaro tik 6,2 % Nemuno baseino ploto, iš Nevėžio į Nemuną 2004 m. pateko 9454 t bendrojo azoto ir 298 t bendrojo fosforo. Tai sudaro 22,2 % bendrojo azoto ir 18,2 % Nemuno ties Smalininkais bendrojo fosforo apkrovos. Nevėžio upės taršos bendruoju azotu (N) šaltinių poveikiui nustatyti pasirinktas konceptualusis FYRIS modelis. Kalibruoto FYRIS modelio efektyvumas E = 0,39 buvo pakankamai geras, o koreliacijos koeficientas r = 0,633. Naudojant modelį gautų N koncentracijų kaita tiriamuoju laikotarpiu ne visuose pabaseiniuose vienodai atitinka stebėtas koncentracijas. Pagrindinė modelio ir stebėjimų linijų nesutapimo priežastys yra didelis stebėjimo duomenų išsibarstymas. Geriausiai modeliavimo ir stebėjimų rezultatai dera Nevėžio aukščiau Raudondvario baseinui, kuris integruoja azoto taršą visame Nevėžio baseine. Čia modelio ir stebėjimų ryšio lygtis artima 45° tiesei x ir y ašių atžvilgiu, o determinacijos koeficientas R2 = 0,49. Per 1993-2004 m. tiriamąjį laikotarpį Nevėžio baseine vidutiniškai buvo sulaikoma 26 % azoto. Daugiausia N sulaikoma Nevėžio aukštupyje, kur tankus griovių bei upelių tinklas ir gana daug vandens telkinių. Mažiausiai sulaikoma pabaseinyje aukščiau Raudondvario. Čia atstumas tarp azoto koncentracijos stebėjimo postų nedidelis, o azoto kiekis nuotėkyje iš aukščiau esančio pabaseinio labai didelis. Visuose pabaseiniuose daugiausia azoto patenka iš ariamosios žemės, tik pabaseinyje žemiau Panevėžio 45,9 % azoto patenka iš miestų. Įvertinus gamtinio fono taršą nustatyta, kad iš žemės ūkio gamybos šaltinių įThough the Nevėžis River basin makes only 6.2% of the River Nemunas basin area, 9454 t of total nitrogen and 298 t of total phosphorus enter into the River Nemunas from the Nevėžis River in 2004. That accounts for 22.2% of total nitrogen and 18.2% of total phosphorus load in the River Nemunas at Smalininkai. A conceptual FYRIS model was chosen to identify the impact of the sources of pollution with total nitrogen (N) in the Nevėžis River. The efficiency of the calibrated FYRIS E = 0.39 was fairly good and correlation coefficient: r = 0.633. The model application revealed that not in all sub-basins the variation of model N concentrations during the research period correspond to the monitored. The main reason for the disagreement between the model and monitoring lines is vast dispersal of the monitoring data. The best agreement of the modelling and monitoring results are for the Nevėžis River monitoring post upstream Raudondvaris which integrates the nitrogen pollution in the entire Nevėžis River basin. Here, the equation of the model and monitoring relation is close to 45° line in respect of x and y axes and determination coefficient: R2 = 0.49. During 1993-2004 research period 26% of nitrogen was retained in the Nevėžis basin on average. The greatest amount of N was retained in the headwater of the Nevėžis River with the dense network of ditches and streams and rather big number of lakes and ponds. The least amount is retained in the sub-basin upstream Raudondvaris. Here, the distance between the neighbouring monitoring stations is short and the amount of nitrogen coming from the upstream sub-basin is extremely huge. In all sub-basins the major amount of nitrogen comes from agricultural land, only in the sub-basin downstream Panevėžys 45.9% of nitrogen comes from urban territoriesVytauto Didžiojo universitetasŽemės ūkio akademij

Mūšos baseino upių vandens taršos bendruoju azotu analizė

The quality of water in rivers depends on numerous hydrological and anthropogenic factors. The Mūša catchment, belonging to the Lielupė river basin district (RBD) in the northern part of Lithuania, was taken for water quality investigation. In this catchment, 63% of the territory is under arable land. The conceptual FYRIS model was chosen to identify the impact of the sources of pollution with total nitrogen (N) in the Mūša river. Th e modelling encompasses the 1997–2006 period. After calibration, the model effi ciency coeffi cient was E = 0.46, i. e. fairly good, and the correlation coeffi cient was r = 0.69. While modelling the variation of nitrogen concentrations during the study period (1997–2006), the results did not correspond to the monitored concentrations equally well in all subcatchments. One of the main reasons for the disagreement between the model and monitoring data can be a vast dispersal of the monitoring data. The model represents the monitoring results in the Mūša, Daugyvenė and Tatula rivers quite well. There is a strong linear correlation between the model and the monitoring results. The determination coeffi cient of the regression equation R2 varies from 0.48 to 0.56. Analysis of the total nitrogen load to the Mūša catchment from diff erent pollution sources has shown that about 87% of it comes from arable land, 10% enters from waste water treatment plants (WWTP), households and urban territories, and only 3% of all nitrogen within the catchment comes from wooded territories and pastures.Lietuviška santrauka. Upių vandens kokybė priklauso nuo daugelio hidrologinių ir antropogeninių veiksnių. Vandens kokybės tyrimams pasirinktas šiaurinėje Lietuvos dalyje esantis, Lielupės upių baseinų rajonui priklausantis Mūšos baseinas. Dirbama žemė užima 63 % baseino teritorijos. Mūšos upės taršos bendruoju azotu šaltinių poveikiui nustatyti pasirinktas konceptualusis FYRIS modelis. Modeliavimas apima 1997–2006 m. Atlikus kalibravimą, modelio efektyvumo koefi cientas E = 0,46 ir buvo daugiau nei pakankamai geras, o koreliacijos koefi cientas r = 0,69. Modeliuojant azoto koncentracijų kaitą tiriamuoju (1997– 2006 m.) laikotarpiu ne visuose pabaseiniuose modeliavimo rezultatai vienodai gerai atitiko stebėtas koncentracijas. Viena pagrindinių modelio ir stebėjimo duomenų nesutapimo priežastis gali būti didelis stebėjimo duomenų išsibarstymas. Modelis palyginti gerai atspindi Mūšos, Daugyvenės ir Tatulos upių stebėjimų rezultatus. Egzistuoja stiprus modelio ir stebėjimų rezultatų tiesinis koreliacinis ryšys. Ryšio lygties determinacijos koefi cientas R2 kinta nuo 0,48 iki 0,56. Išanalizavus bendrojo azoto patekimą iš įvairių taršos šaltinių į Mūšos baseiną nustatyta, jog iš žemės ūkio naudmenų į baseiną patenka apie 87 %, iš valymo įrenginių, namų valdų ir užstatytų teritorijų – 10 %, o iš miškingos teritorijos ir ganyklų – vos daugiau kaip 3 % viso baseinui tenkančio azoto