Environmental modelling and spatial landscape analysis for the contamination risk assessment of sensitive areas

In this research the statistical relationship has been investigated between the selected water quality components, and lanscape indices in 33 Hungarian watersheds

Levels and origin of polycyclic aromatic hydrocarbons in fluvial sediment of Drava river

Within the scope of an international monitoring program to assess water and sediment quality in the Danube basin, sediment samples (river bottom/bank, suspended and active floodplain/overbank) were collected in the summer of 2020 at a sampling site in the Drava river to monitor 19 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) as apparent water contaminants. Among these, 8 PAHs were specified as priority pollutants in the corresponding EU Directive on environmental quality standards (2008/105/EC). The highest levels were measured for fluoranthene (1.73 µg/g), benzo(b)fluoranthene+benzo(k)fluoranthene (0.765 µg/g) and anthracene (0.528 µg/g) sampled from the upper 5 cm layer of the bottom sediment on 5th August 2020

A területhasználat változásának okai és következményei a Balaton északi vízgyűjtőjén = Causes and effects of land use transformation in the Northern Balaton catchment area

A kutatás fő célja a jövőbeli földhasználat optimalizációját, tervezését megalapozó tájváltozás elemzése volt. Kutatásaink főbb eredményei az alábbi témakörök szerint csoportosíthatóak: 1. A területhasználat változás környezeti, tájökológiai hátterének feltárásával több külföldi szerző is foglalkozott, ám többségük elhanyagolhatónak tartja a természeti (pl. agroökológiai) potenciál szerepét a tájváltozásban. Kutatásaink során kimutattuk, hogy a területhasználat (pl. szántóterületek) térszerkezetének változása szoros összefüggést mutat az agroökológiai (talaj értékszám) adottságokkal a Balaton-vízgyűjtőjén. 2. Elemezve a területhasznált történeti változását, tendenciáit kimutattuk, hogy a tájhasználati funkció változása is jelentős hatást gyakorol a művelési ágak térszerkezetére. A Balaton partmenti településein 1913-tól kezdődően ugrásszerűen megnőtt a gyümölcsösök aránya, az üdülési funkció erősödése miatt. 3. A területhasználat jövőbeli térszerkezetének előrejelzésére számos tájváltozás modell ismert, melyek rendkívül érzékenyek a bemeneti adatok (térképek) minőségére (méretarány, raszteres felbontás). A Balaton egyik kisvízgyűjtőjének példáján elemeztük az eltérő léptékú adatok hatását a logisztikus regresszión alapuló tájváltozás modellezés pontosságára. Az eltérő időpontokban készült eltérő méretarányú, térbeli és tartalmi pontosságú területhasználat térképek összehasonlíthatóságát tájmetriai módszerekkel javítottuk. | The main result of the OTKA project was to obtain information for optimalisation of the future land use by means of the GIS analysis of land use history. Detailed results: 1. There are few studies that examine the possible role of environmental characteristics such as soil quality in land use change, and most of these studies keep a marginal importance of the environmental factors on the land use change. It has been investigated the regional scale relationship between soil quality and land use change in Hungary. It has been demonstrated that the soil quality acts as a location factor in the case of arable land use change. 2. The main trends of the land use changes also have been analysed. Between 1913 and 1935, when the proportion of orchards and vineyard areas of inshore settlements was higher than of the whole catchment. This fact is in connection with the increasing importance of inshore settlements in recreation since 1913. 3. It is obvious that the quality of land cover change model predictions is somehow related to the quality of the input data layers. In our researches the impact of the use of low quality input data in stochastic LULC-models is examined by means of the application of a land cover change model based on logistic regression equations in the Lake Balaton catchment (Hungary). The comparability of different land use maps has been improved with landscape metrics methods

A területhasználat változás talajerózióra gyakorolt hatásainak vizsgálata a Káli-medence példáján

A Balaton vízminőségének változása szorosan összefügg a tó vízgyűjtőjének területhasználatában végbement változásokkal. Különösen élesen vetődik fel ez a kérdés a – nagyobb reliefenergiájú – északi part részvízgyűjtőin. A mintaterületül választott terület földrajzi lehatárolása nem egyértelmű, a továbbiakban Káli-medence alatt a Burnót-patak vízgyűjtőterületét értjük, mely a Balaton északi részvízgyűjtőinek egyike. A Káli-medencében a jövőbeni területhasználatot úgy kell kialakítani, hogy az erózióveszély minimalizálása mellet az e területre közel 2000 éve jellemző területhasznosítási formák (szőlőtermesztés) is fennmaradjanak. Az első eróziótérképek az 1980-es években készültek a területről. E térképeken terepi felvételezést követően kerültek ábrázolásra a recens lineáris eróziós formák, eróziós, és akkumulációs térszínek (Csillag, G. 1985, Farkas, P. 1985, 1990). A lineáris erózió dinamikáját – történeti, és régészeti adatokat is felhasználta – Csillag, G. (1991) Budai, T. – Csillag, G. (1998) vizsgálta. Dezsény, Z. (1984) az USLE modell alkalmazásával elkészítette a Balaton-felvidék erózióveszély térképét, majd ezt összehasonlította mérési eredményeivel. A szerző szerint a területhasználat jellege, és a lejtőszög az eróziót leginkább meghatározó két faktor, és a szántóföldek megjelenése a felső lejtőszakaszokon növeli az erózió kockázatát. Kertész, Á et. al. (1994, 1997) a Balaton-felvidék vízmérlegére, és üledékszállításra vonatkozó vizsgálatainak eredménye szerint főként a kis szemcseméretű frakció érkezik a vízgyűjtőről a tóba. JICA (1999) jelentés során vizsgálták a Balatonba érkező nitrát mennyiségét empirikus modell, valamint hosszú távú napi, és rövidtávú esemény alapú óránkénti monitoring modellek segítségével. A tanulmány szerint a vízgyűjtőt elhagyó nitrát, és lebegőanyag mennyisége kimutathatóan nő csapadékesemények után, ám a növekedés mértéke a területhasználat jellegétől függ. Geológiai, és talajtani terepi kutatások nyomán Csillag, G. (2003/a) megállapította, hogy a Káli-medencében lejtőkön mozgó üledék zöme a lejtőalji területeken akkumulálódik, nem éri el annak fő vízfolyását a Burnót-patakot. Tájtörténeti, történelmi kartográfiai adatok eróziómodellhez történő felhasználása egyedülálló lehetőséget teremt a jelenlegi, és jövőbeni területhasználat változás erózióra gyakorolt hatásainak vizsgálatához. Tanulmányunk célja felépíteni, kalibrálni, és ellenőrizni az üledékszállítás térbeni eloszlásának modelljét, valamint feltárni a területhasználat térszerkezetének, valamint a területhasználat változás dinamikájának erózióra és üledékszállításra gyakorolt hatását

Geokémiai transzport modellezés érzékeny vízgyűjtők szennyezésődés kockázatvizsgálatára = Geochemical transport modeling for contamination risk assessment in sensitive catchments

A ´Geokémiai transzport modellezés vízgyűjtők szennyezésődés kockázatvizsgálatára´ Norvég Alap – OTKA Project (NNF 78876) elérte tervezett céljait. Egy fenntartható nemzetközi jelentőségű kutatócsoport jött létre és nemzetközi szintű tudományos kutatást folytatunk a vízgyűjtő-alapú geokémiai modellezés környezeti kockázat elemzés céljából kutatási területen. Kettő külföldi és hat hazai diák kapott fokozatot BSc (1), MSc (4) and PhD (2) és dolgozik jelenleg is a csoportban (PhD: 6, MSc: 1). A projekt széles hazai (Szegedi és Miskolc Egyetemek) és nemzetközi (USGS, Baia Mare North University) kutatási együttműködést hozott létre. Hét EU és hazai projekt pályázat született a Norvég Alap – OTKA témából. A különféle díjak mellett, több mint 5 ISC publikáció és több mint 20 konferencia prezentáció dokumentálja a projekt sikerét. A 3 tanulmányterületen, Recsk-Parád ércbányászat, Ajka vörösiszap kiömlés. Baiut ércbányászat (Románia) minden terepi munkát és labor elvégeztünk, ideértve az újszerű kioldási teszteket is. Egy kockázatelemző szoftvert fejlesztettünk ki, valamint elkezdődött a geokémiai transzport modellezés. | The Norwegian Fund – OTKA Project (NNF 78876) ‘Geochemical Transport Modelling for Contamination Risk Assessment in Sensitive Catchments’ has accomplished its planned objectives. A sustainable research group of international significance has been developed and scientific research at the international level has been completed in the field of catchment-based geochemical modelling for environmental risk assessment. Two international and six Hungarian students received BSc (1), MSc (5) and PhD (2) degrees and still work for the group (PhD: 6, MSc: 1). The project has established wide national (Szeged University, Miskolc University, ELTE) and international (USGS, Baia Mare North University) research relations. Seven EU and national project proposals have been submitted based on the Norwegian Fund – OTKA Project. Besides various awards, more than 5 ISC papers and more than 20 conference presentations document the success of the project. For the 3 test sites, Recsk-Parád ore mining, Ajka red mud spill, Baiut ore mining (Romania) all field work has been completed and laboratory tests including the novel leaching tests have been accomplished. Risk assessment modelling tool has been developed and geochemical transport modelling has been initiated

Investigation of priority pollutants in the sediment phase-project Simona

The Framework Directive (WFD) of the European Union (EU) aims to achieve good status for water bodies in EU, but there occurs a delay in its implementation related to priority pollutant substances. A key issue in water protection and management is that priority pollutants should be monitored not only in the water bodies, but also in sediments and the biota. Distribution between the water and sediment phases is strongly affected by numerous factors, including the polarity of the analytes, as well as amorphous organic matter and suspended matter content in the water body, and are often affected by methodological parameters. As a result, certain pollutants will be detected in the water phase, others in the sediment, again others in both, as indicated by reported cases in the scientific literature. This challenge is illustrated in the case of project “Sediment-quality Information, Monitoring and Assessment System” (SIMONA) (2018-2021) within the Danube Transnational Program

Spatial relationship between the field-measured ambient gamma dose equivalent rate and geological conditions in a granitic area, Velence Hills, Hungary: An application of digital spatial analysis methods

In order to estimate the annual dose that the public receive from natural radioactivity, the identification of the potential risk areas is required which, in turn, necessitates understanding the relationship between the spatial distribution of natural radioactivity and the geogenic risk factors (e.g., rock types, presence of dikes, faults, physical conditions of soil, etc.). A detailed spatial analysis of outdoor ambient gamma dose equivalent rate was performed in the western side of Velence Hills, the largest outcropped granitic area in Hungary. In order to assess the role of local geology in the spatial distribution of gamma dose rates, field measurements were carried out at ground level at 300 sites along a 250 m x 250 m regular grid in a total surface of 19.8 km2. Digital image processing methods were applied to identify anomalies, heterogeneities and spatial patterns in the measured gamma dose rates, including local maxima and minima determination, digital cross sections, gradient magnitude and gradient direction, second derivative profile curvature, local variability, lineament density, 2D autocorrelation and directional variogram analyses. Statistical inference shows that different gamma dose rate levels are associated with the geological formations, with the highest level on the Carboniferous granite including outlying values. Moreover, digital image processing reveales that linear gamma dose rate spatial features are parallel to the SW-NE dike system and to the NW-SE main fractures. The results of this study underline the importance of understanding the role of geogenic risk factors influencing the ambient gamma dose equivalent rate received by public. The study also demonstrates the power of the image processing techniques for the identification of spatial pattern in field-measured geogenic radiation

Radon and thoron levels, their spatial and seasonal variations in adobe dwellings – a case-study at the Great Hungarian Plain

Radon and thoron isotopes are responsible for approximately the half of the average annual effective dose to humans. Although the half-life of thoron is short, it can potentially enter indoor air from adobe walls. Adobe was a traditional construction material in the Great Hungarian Plain, its major raw material is the alluvial sediments of the area. Here, seasonal radon and thoron activity concentrations were measured in 53 adobe dwellings in seven settlements by pairs of etched track detectors. The results show that the annual average radon and thoron activity concentrations are elevated in these dwellings and that the proportion of them with values higher than 300 Bq m-3 is 14-17% and 29-32% for radon and thoron, respectively. The calculated radon inhalation dose is significantly higher than the world average value exceeding 10 mSv y-1 in three cases. The study suggests that thoron also can be a significant contributor to the inhalation dose. The changes of weather conditions seem to be more relevant in the variation of measurement results than the differences in the local sedimentary geology. Still, on clay the highest, on loess medium and on turf the lowest radon values were detected, but in the case of thoron high values were found to be connected to both clay and turf. Through the year, radon follows the average temperature changes and is affected by the ventilation, however thoron seems to be more influenced by the amount of precipitation