Harmonised Inventory of Point and Diffuse Emissions of Nitrogen and Phosphorus for a Transboundary River Basin
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Environmental Research of the Federal Ministry of the Environment, Nature Conservation and Nuclear Safety Water Research Project Research Report 200 22 232 Harmonised Inventory of Point and Diffuse Emissions of Nitrogen and Phosphorus for a Transboundary River Basin by Heide Schreiber Lucian Theodor Constantinescu Irena Cvitanic Dumitru Drumea Dalila Jabucar Stanislav Juran Beata Pataki Sergej Snishko Matthias Zessner and Horst Behrendt ON BEHALF OF THE FEDERAL ENVIRONMENTAL AGENCY August 2003 Environmental Research of the Federal Ministry of the Environment, Nature Conservation and Nuclear Safety Water Research Project Research Report 200 22 232 Harmonised Inventory of Point and Diffuse Emissions of Nitrogen and Phosphorus for a Transboundary River Basin by Heide Schreiber Lucian Theodor Constantinescu Irena Cvitanic Dumitru Drumea Dalila Jabucar Stanislav Juran Beata Pataki Sergej Snishko Matthias Zessner and Horst Behrendt ON BEHALF OF THE FEDERAL ENVIRONMENTAL AGENCY August 2003 Authors Heide Schreiber Leibniz-Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries, Müggelseedamm 310, D- 12587 Berlin, Germany e-mail: [email protected] . Lucian Theodor Constantinescu Romanian Waters, National Administration, Str. Edgar Quinet 6, RO-70106 Bucharest, Romania e-mail: [email protected] . Irena Cvitanic Environmental Agency of the Republic of Slovenia, Vojkova 1b, SI-1000 Ljubljana, Slovenia, e-mail: [email protected] . Dumitru Drumea National Institute of Ecology, Academiei str., 6/1, ap. 25, MD-2028 Chisinau, Moldova e-mail: [email protected] . Dalila Jabucar Hydro-Engineering Institute Sarajevo, Stjepana Tomica 1, BA-71000 Sarajevo, Bosnia and Herzegovina e-mail: [email protected] . Stanislav Juran Water Research Institute, T.G.M., Drevarska 12, CZ-65757 Brno, Czech Republic e-mail: [email protected] . Beata Pataki Institute for Water Pollution Control, Water Resources Research Centre Plc., Kvassay Jeno út 1. H-1453 Budapest, Hungary e-mail: [email protected] . Sergej Snishko Faculty of Geography, Taras Shevchenko National University, Vasylkiwska Str. 90, UA- 03022 Kiew, Ukraine e-mail: [email protected] . Matthias Zessner Institut für Wassergüte und Abfallwirtschaft, University of Technology Vienna, Karlsplatz 13, A - 1040 Vienna, Austria e-mail: [email protected] . Horst Behrendt Leibniz-Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries, Müggelseedamm 310, D- 12587 Berlin, Germany e-mail: [email protected] . Berichts-Kennblatt Berichtsnummer 1. UBA-FB 2. 3. 4. Titel des Berichts Harmonisiertes Emissionsinventar punktförmiger und diffuser Einträge von Stickstoff und Phosphor in einem internationalen Gewässereinzugsgebiet 5. Autoren: 8. Abschlußdatum Heide Schreiber 31.10.2002 Lucian Theodor Constantinescu 9. Veröffentlichungsdatum Irena Cvitanic 30.06.2003 Dumitru Drumea 10. UFOPLAN - Nr. Dalila Jabucar 200 22 232 Stanislav Juran Beata Pataki Sergej Snishko Matthias Zessner Horst Behrendt 6. Durchführende Institution 11. Seitenzahl Leibniz-Institut für Gewässerökologie und 159 Seiten Binnenfischerei im Forschungsverbund Berlin e.V. 12. Literaturangaben Müggelseedamm 310 60 Quellen 12561 Berlin 13. Tabellen 48 Tabellen 7. Fördernde Institution 14. Abbildungen und Karten Umweltbundesamt 53 Abbildungen Bismarckplatz 1 41 Karten 14193 Berlin 15. Zusätzliche Angaben 16. Kurzfassung Im gesamten Einzugsgebiet der Donau wurden für 388 Flussgebiete die Nährstoffemissionen von punktuellen und diffusen Quellen für den Zeitraum 1998-2000 mit Hilfe des Modellsystems MONERIS quantifiziert. Das Modell erlaubt die Abschätzung von 6 verschiedenen diffusen Eintragspfaden und berücksichtigt darüber hinaus die Einträge aus kommunalen Kläranlagen und durch industrielle Direkteinleiter. Für Stickstoff konnten für den Zeitraum 1998-2000 im Donaugebiet Einträge von insgesamt ca. 690 kt/a ermittelt werden, davon 80 % aus diffusen Quellen. Für Phosphor betrugen die Einträge im gleichen Zeitraum 67,2 kt/a, wovon 64 % auf diffuse Quellen entfielen. Der Vergleich von gemessenen und beobachteten Frachten für die untersuchten Flussgebiete zeigt eine mittlere Abweichungen von 21 % für Stickstoff und 30 % für Phosphor. Die regionale Auflösung der Eintragsberechnungen erlaubt die Identifikation von Schwerpunkten der Nährstoffbelastung und die Ableitung gebietsspezifischer Maßnahmen. 17. Schlagwörter Stickstoff- und Phosphoreinträge, Emissionsmethode, MONERIS, Punktquellen, diffuse Quellen, Donau, Nährstofffrachten, Retention, kommunale Kläranlagen, industrielle Direkteinleiter, atmosphärische Deposition, Abschwemmung, Erosion, Dränage, Grundwasser, urbane Flächen 18. Preis 19. 20. Report No. 1. UBA-FB 2. 3. 4. Report Title Harmonised Inventory of Point and Diffuse Emissions of Nitrogen and Phosphorus for a Transboundary River Basin 5. Authors: 8. Report Date Heide Schreiber 31.10.2002 Lucian Theodor Constantinescu 9. Publication Date Irena Cvitanic 31.05.2003 Dumitru Drumea 10. UFOPLAN - Ref.No. Dalila Jabucar 200 22 232 Stanislav Juran Beata Pataki Sergej Snishko Matthias Zessner Horst Behrendt 6. Performing Organisation 11. No. of Pages 159 pages Leibniz-Institute of Freshwater Ecology and Inland 12. No. of References Fisheries 60 references Müggelseedamm 310 13. No. of Tables D-12561 Berlin 48 Tables 7. Sponsoring Agency 14. No. of Figures and Maps Umweltbundesamt 53 Figures Bismarckplatz 1 41 Maps 14193 Berlin 15. Supplementary Notes 16. Abstract The nutrient emissions from point and diffuse sources were estimated for 388 subcatchments of the Danube river basin for the period 1998-2000 with the model system MONERIS. The model distinguishes between six diffuse pathways and point source emissions from waste water treatment plants and direct industrial discharges. It was estimated that the total nitrogen emission into the Danube river system amounts about 690 kt/a in the period 1998 to 2000, with 80 % from diffuse sources. For phosphorus the emissions accounted for the same time period 67.2 kt/a, with a share of diffuse sources of 64 %. The comparison between measured and observed loads in the investigated subcachments shows a mean deviation of 21 % for nitrogen and 30 % for phosphorus. The spatial resolution of the emission calculations allows the identification of regional hot spots and the derivation of specific regional measures for emission reduction. 17. Keywords nitrogen and phosphorus inputs, emission method, MONERIS, source apportionment, point sources, diffuse sources, river basins, Danube, nutrient loads, retention, municipal wastewater treatment plants, direct industrial discharges, atmospheric deposition, surface runoff, erosion, tile drainage, groundwater, urban areas 18. Price 19. 20. i Contents Figures.......................................................................................................................................iii Tables ......................................................................................................................................... v Maps......................................................................................................................................... vii Abbreviations ............................................................................................................................ ix Summary ................................................................................................................... xvii 1 Introduction ..................................................................................................................1 2 Database ........................................................................................................................ 3 2.1 Spatial input data ................................................................................................ 3 2.2 Data for calculating point source emissions..................................................... 25 2.3 Monitoring data for surface waters................................................................... 27 2.4 Administrative data........................................................................................... 34 2.5 Agricultural data ..............................................................................................34 3 Methodology................................................................................................................ 36 3.1 Nutrient Emissions........................................................................................... 36 3.1.1 Nutrient discharges from municipal waste water treatment plants and industry .............................................................................................. 37 3.1.2 Nutrient Emissions from Diffuse Sources ............................................ 38 3.1.2.1 Nutrient Balances................................................................. 38 3.2.1.2 Harmonisation Procedure of Land Use Information............ 41 3.1.2.3 Nutrient Emissions via Atmospheric Deposition................. 46 3.1.2.4 Nutrient Emissions via Surface Runoff................................ 47 3.1.2.5 Nutrient Emissions via Water Erosion................................. 50 3.1.2.6 Nutrient Emissions via Tile Drainage .................................. 52 3.1.2.7 Nutrient Emissions via Groundwater ................................... 54 3.1.2.8 Nutrient Emissions via Urban Areas.................................... 59 3.2 River Loads....................................................................................................... 66