Klimatická zmena – povodne nebo sucho?
Klimatická zmena – povodne nebo sucho?
Klimatická zmena – povodne nebo sucho?
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Výzkumný ústav vodohospodářský T.G.M.<br />
Prognóza kapacity vodních zdrojů v České<br />
republice v dlouhodobém výhledu<br />
Ladislav Kašpárek
Výzkum dopadů klimatické změny<br />
na hydrologii <strong>–</strong> hlavní projekty:<br />
1995 <strong>–</strong> Country Studies Program <strong>–</strong> financovaný USA<br />
1997 <strong>–</strong> účast na projektu Evropské komise<br />
1997, 2002 Národní klimatický program ČR<br />
2003 <strong>–</strong> Projekt MŽP „Vliv klimatických změn na<br />
množství a kvalitu vodních zdrojů a na hydrologické<br />
poměry v ČR“<br />
.<br />
2005 <strong>–</strong> Subprojekt Výzkumného záměru řešeného ve<br />
VÚV T.G.M.
Pro modelování vlivu klimatických změn na<br />
hydrologické poměry jsou rozhodujícím vstupem<br />
scénáře klimatické změny.<br />
Ty jsou založeny na Modelech globální cirkulace<br />
atmosféra-oceán, oceán, z nich se odvozují regionální<br />
klimatické modely.<br />
Scénáře se liší podle použitého modelu, zejména<br />
podle scénáře vývoje emisí a zvolené časové<br />
úrovně.
Scénáře klimatické změny jsou používány podle<br />
doporučení Mezinárodního panelu pro<br />
klimatickou změnu (IPCC).<br />
Značná nejistota scénářů klimatické změny je<br />
dána:<br />
velkým rozmezím odhadů možného vývoje emisí<br />
skleníkových plynů,<br />
nejistotou podílu vlivu jejich nárůstu na<br />
globálním oteplování v porovnání s přirozeným<br />
kolísáním klimatu.
Pro modelování vlivu změn klimatu na<br />
hydrologický režim jsou nejpodstatnější scénáře:<br />
změn teploty vzduchu<br />
změn úhrnů srážek,<br />
jsou k dispozici simulace v denním kroku,<br />
používají se zejména přepočtené na roční chod<br />
změn v<br />
měsíčním kroku.<br />
Teplotní poměry modely vystihují poměrně<br />
dobře, srážkové poměry, na kterých vodní zdroje<br />
závisí nejvíce, se zatím nedaří modelovat<br />
dostatečně věrně.
Regionální scénáře klimatické změny z roku 2005<br />
HIRHAM a RCAO<br />
Zpracovala Matematicko <strong>–</strong> fyzikální fakulta<br />
UK, katedra meteorologie a ochrany<br />
prostředí,<br />
podle výsledků projektu Evropské komise<br />
PRUDENCE,<br />
pro časovou úroveň 2071-2100, 2100, scénáře emisí<br />
SRES A2 a SRES B2<br />
v gridech 50x 50 km
Scénář HIRHAM řízený globáln<br />
lním m modelem<br />
ECHAM4/OPYC navazuje na scénáře ECHAM z roku<br />
2000, zpracované pro časovou úroveň 2050<br />
Scénář HIRHAM jeví vliv orografie. V nížinách nastává<br />
v létě větší<br />
oteplení než v hornatých oblastech, v zimě<br />
se spíš<br />
íše e naopak nížiny n<br />
méněm<br />
oteplují než hory. Srážky<br />
v létě klesají výrazněji v nížinách než v hornatých<br />
oblastech. V zimě se srážky v nížinách zvyšuj<br />
ují více než<br />
na horách.
Regionální variabilita dle modelu HIRHAM
Scénář RCAO řízený globáln<br />
lním m modelem HadAM3H<br />
navazuje na předcházející scénáře z Hadleyova centra.<br />
Scénář RCAO vliv orografie v měřítku ČR nevyjadřuje.<br />
Gradienty změn klimatických charakteristik podle<br />
modelu RCAO probíhají ve směrech sever-jih a západ-<br />
východ. Změna teploty v létě narůstá od severu k jihu.<br />
V zimě narůstá změna teploty od západu k východu.
Regionální variabilita dle modelu RCAO
Povodí Labe po Děčín, regionální scénář RCAO (2071-2100)<br />
2100)<br />
Teplota vzduchu - měsíční průměry na povodí<br />
25<br />
původní stav klimatu<br />
20<br />
scénář emisí A2<br />
Průměrná měsíční teplota (st.C)<br />
15<br />
10<br />
5<br />
scénář emisí B2<br />
Největší zvýšení teploty<br />
0<br />
v letních měsících<br />
-5<br />
XI XII I II III IV V VI VII VIII IX X
Povodí Labe po Děčín, regionální scénář RCAO (2071-2100)<br />
2100)<br />
Srážky <strong>–</strong> průměrné měsíční výšky na povodí<br />
100<br />
Prům ě rná m ě síč ní výška srážek (mm)<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
pův o dní s tav klimatu<br />
scénář emisí A2<br />
scénář emisí B2<br />
30<br />
20<br />
Zvětšení srážek prosinec-březen,<br />
pokles srážek červenec-září<br />
XI XII I II III IV V VI VII VIII IX X
Postup hydrologických výpočtů:<br />
1. Pozorované řady srážek, teplot a vlhkostí vzduchu se<br />
upraví o změny udávané scénáři.<br />
2. Na základě pozorovaných (neupravených) řad se<br />
optimalizací stanoví parametry hydrologického modelu<br />
povodí.<br />
3. Za použití těchto parametrů se modelem provede<br />
výpočet složek hydrologické bilance pro scénáři upravené<br />
vstupní řady.<br />
4. Porovnání výchozího stavu a předpovídaného stavu.
Hydrologické modelování<br />
<strong>–</strong> model BILAN<br />
Tallaksen, L., Lannen, H.<br />
(editors) 2004. Hydrological<br />
drought - processes and<br />
estimation methods for<br />
streamflow and<br />
groundwater.<br />
Developments in water<br />
science, 48, Elsevier.<br />
Teplota Relativní Srážky<br />
vzduchu<br />
vlhkost vzduchu<br />
Typ<br />
režimu<br />
t t h p<br />
Potenciální<br />
evapotranspirace<br />
Vstupní řady<br />
ZIMA TÁNÍ SNĚHU LÉTO<br />
Bilance Zásoba Bilance<br />
povrchu povodí ve sněhu povrchu povodí<br />
[ Dgw ] sw [Dgm ]<br />
inf<br />
inf<br />
Bilance Zásoba Bilance (povrch<br />
půdy v půdě povodí, půda)<br />
[ Spa ] ss [ Spa, Alf ]<br />
perc perc<br />
rc<br />
Rozdělení mezi hypodermický odtok a doplnění<br />
zásoby podzemní vody<br />
[ Wic, Mec,Soc]<br />
Bilance Zásoba podpodzemní<br />
vody zemní vody<br />
[ Grd ] gs<br />
bf I dr<br />
Celkový odtok
30<br />
Povodí Labe po Děčín, regionální scénáře RCAO (2071-2100)<br />
2100)<br />
Průměrné měsíční výšky odtoku<br />
25<br />
původní stav klimatu<br />
Průmě rná mě síč ní výška odtoku (mm)<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
scénář e mis í A2<br />
scénář e mis í B2<br />
0<br />
XI XII I II III IV V VI VII VIII IX X
Povodí Labe po Děčín, regionální scénáře RCAO (2071-2100)<br />
2100)<br />
Minimální měsíční výšky odtoku<br />
7<br />
původní stav klimatu<br />
6<br />
scénář e mis í A2<br />
Minimální mě síč ní výš ka odtoku (mm)<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
scénář e mis í B2<br />
1<br />
0<br />
XI XII I II III IV V VI VII VIII IX X
Příčina poklesu průtoků:<br />
- podstatné zvětšení potenciálního výparu<br />
- změna sezónního rozložení srážek (zvětšení v zimě,<br />
pokles v létě) vede ke<br />
- zvětšení výparu vždy, když je voda ze srážek a z<br />
půdní zásoby k dispozici<br />
- k podstatnému omezení odtoku v letních a<br />
podzimních měsících, , kdy velmi často potenciální<br />
výpar je větší než srážky.
Výsledky získané pro povodí Labe po Děčín jako jeden<br />
celek jsou orientační <strong>–</strong> klimatické i hydrologické podmínky<br />
v dílčích částech ČR jsou velmi rozmanité.<br />
Dále uvedené výsledky regionální studie ukazují na značné<br />
rozdíly dopadu klimatické změny v regionálním měřítku.<br />
Z osmi scénářů pro úroveň roku 2050 (Kalvová(<br />
Kalvová, , 2000) byly vybrány<br />
dva <strong>–</strong> vymezují předpokládané rozmezí změn.
Scénáře, označené EC1L a EC2H udávají<br />
změny srážek, teploty a vlhkosti vzduchu<br />
‣pro jednotlivé měsíce v roce,<br />
‣stejné pro území celé ČR.<br />
změna srážek (%)<br />
20<br />
10<br />
0<br />
-10<br />
Změna srážek<br />
EC1L<br />
EC2H<br />
změna teploty (°C)<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
Změna teploty<br />
EC1L<br />
EC2H<br />
-20<br />
XI XII I II III IV V VI VII VIII IX X<br />
měsíc<br />
0<br />
XI XII I II III IV V VI VII VIII IX X<br />
měsíc
Vstupní data:<br />
z 50 profilů na větších tocích v ČR<br />
za období 1971 <strong>–</strong> 2002<br />
časové řady v měsíčním kroku.
Změny dlouhodobých průměrů<br />
Výpar<br />
Potenciální tenciální evapotranspirace se zvětší výrazně.<br />
Územní výpar se zvětší, vlivem omezeného množství<br />
srážek ve vegetačním období méně výrazně.<br />
Celkový odtok<br />
Základním důsledkem klimatické změny je pokles<br />
průměrné dlouhodobé odtokové výšky ve všech<br />
povodích..
100<br />
Celkový a základní odtok při změně klimatu podle scénářů<br />
EC1L a EC2H<br />
Výzkumný ústav vodohospodářský T.G.M.<br />
90<br />
% výchozího stavu<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
celkový odtok EC1L<br />
základní odtok EC1L<br />
celkový odtok EC2H<br />
základní odtok EC2H<br />
40<br />
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950
Změny sezónního chodu<br />
Celkový odtok<br />
Průměry<br />
V jarních, letních a podzimních měsících výrazně poklesnou<br />
(EC1L: 80-90%, EC2H: 60-70%).<br />
V zimních měsících klesnou méně výrazně <strong>nebo</strong> vzrostou.<br />
Minima<br />
Kromě zimních měsíců poklesnou minima velmi podstatně<br />
(EC1L: 70%, EC2H 40%).<br />
Vyskytují se i poklesy do 15% původní hodnoty (v měsíci<br />
srpnu, v povodí Moravy).
Dopad na hospodaření v nádržích<br />
Zmenšení celkového nalepšovacího účinku nádrží.<br />
Dopad klimatické změny postihne především ty zásobní nádrže,<br />
které v současné době zabezpečují celkové nalepšení<br />
v návrhových hodnotách. Pokud je zásobní objem využíván pro<br />
nalepšení pouze z části, pak se v některých případech může<br />
vyrovnat i s klimatickou změnou.
Dopad na hospodaření v nádržích -<br />
příklad<br />
Nádrž Švihov na Želivce se zásobním prostorem 245 mil. m 3<br />
schopna se zabezpečeností 95% poskytnout odběr<br />
je<br />
6,4 m 3 s - 1 pro původní stav klimatu<br />
5,3 m 3 s - 1 pro stav klimatu podle scénáře EC1L<br />
3,8 m 3 s - 1 pro stav klimatu podle scénáře EC2H
Dopady na kvalitu povrchových vod<br />
Předpokládané klimatické změny ovlivní kvalitu vody velmi<br />
nepříznivě<br />
Zmenšení celkového odtoku znamená větší koncentrace<br />
znečišťujících látek ve vodě. Nejvážnější situace při malých<br />
průtocích nastane na drobných tocích, do kterých odtékají<br />
splaškové vody.<br />
Se stoupající teplotou klesá obsah kyslíku. Zvýšení teploty<br />
vody vede také ke zrychlení pochodů produkce a rozkladu<br />
organické hmoty. Při rozkladných pochodech se zvyšuje<br />
spotřeba kyslíku. Větší rozvoj fytoplanktonu (řas a sinic)<br />
komplikuje vodárenské i rekreační využití vody.
Shrnutí<br />
Vliv změny klimatu povede k těmto změnám:<br />
Průměrné průtoky se zmenší,<br />
obdobně poklesne i odtok ze zásob podzemní vody,<br />
minimální průtoky se na většině povodí zmenší radikálně,<br />
což bude mít významný dopad na zásobní funkci nádrží,<br />
které nemají dostatečný prostor pro překrytí období sucha.<br />
Kvalita vody v tocích a nádržích se zhorší.
Jak zajistit dostatek čisté vody?<br />
Obnova retenční schopnosti krajiny-přispěje ke zlepšení kvality vody<br />
Větší využití stávajících nádrží a vodohospodářských soustav<br />
Výstavba nových nádrží (rezervovat pro ně vhodná území)<br />
Ekonomické nástroje vedoucí k šetření s vodou a menšímu znečišťování<br />
vody<br />
Rekonstrukce vodovodních sítí, aby se zamezilo ztrátám v rozvodech vody<br />
Výstavba čistíren a účinnější čistění odpadních vod<br />
Rekonstrukce kanalizačních sítí k zamezení pronikání balastních vod a<br />
únikům znečištěných vod
Možnosti kompenzace dopadu klimatické<br />
změny pomocí vodních nádrží<br />
Směrný vodohospodářský plán ČSR (1988) uvažoval:<br />
Lokality výhledových vodních nádrží, 210 je dosud<br />
územně hájených.<br />
Cíl studie:<br />
odhad celkového objemu nádrží ve zvolených povodích,<br />
který řádově odpovídá potřebě kompenzovat pokles<br />
odtoku vlivem klimatické změny (pod zvolenou mezní<br />
hodnotou) a jeho regionální zhodnocení
Postup<br />
Použitá data:<br />
pozorované řady srážek, odtoků, teplot vzduchu a<br />
relativních vlhkostí vzduchu - měsíční řady z 32 povodí<br />
(pro povodí Labe od r.1932, pro povodí Moravy a Odry<br />
1971-1990)<br />
Použité prostředky:<br />
scénář klimatické změny EC2H pro rok 2050<br />
model hydrologické bilance BILAN<br />
program EXDEV pro výpočet nedostatkových objemů
140<br />
120<br />
Jizera - Předměřice (plocha povodí 2158 km 2 )<br />
odtok - výchozí stav<br />
odtok - rok 2050<br />
práh Q70%<br />
Výzkumný ústav vodohospodářský T.G.M.<br />
největší rozdíl 54 mm*2158 km 2 *10 3 =<br />
116 mil. m 3<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
1<br />
13<br />
25<br />
37<br />
49<br />
61<br />
73<br />
85<br />
97<br />
109<br />
121<br />
133<br />
145<br />
157<br />
169<br />
181<br />
193<br />
205<br />
217<br />
229<br />
odtok (mm)<br />
měsíc
Výzkumný ústav vodohospodářský T.G.M.
Výzkumný ústav vodohospodářský T.G.M.
Výzkumný ústav vodohospodářský T.G.M.
Závěr<br />
V povodí Labe objemy plánovaných nádrží<br />
řádově odpovídají chybějícím objemům vody<br />
předpokládaným v podmínkách klimatické<br />
změny.<br />
Objem plánovaných nádrží: 3540 mil. m 3<br />
Chybějící objem vody: 6584 mil. m 3
.<br />
Jak se projevuje probíhající změna klimatu<br />
na povodí Labe po Děčín?<br />
Je ještě přijatelné extrapolovat charakteristiky<br />
průtoků z pozorování v předcházejících<br />
desetiletích jako návrhové hodnoty?
Teplota v Čechách významně kolísala až do poloviny 19. století, pak<br />
podstatně méně, posledních 20 let vzestup o 1 st.C <strong>–</strong> klima se mění<br />
11<br />
Průmě rná roční teplota na povodí Labe<br />
10<br />
Klouza vý průmě r za 10 let<br />
9<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
1777<br />
1787<br />
1797<br />
1807<br />
1817<br />
1827<br />
1837<br />
1847<br />
1857<br />
1867<br />
1877<br />
1887<br />
1897<br />
1907<br />
1917<br />
1927<br />
1937<br />
1947<br />
1957<br />
1967<br />
1977<br />
1987<br />
1997<br />
Průměrná roční teplota (st.C)<br />
Rok
Povodí Labe po Děčín 1851-2004, směrodatné odchylky srážek a odtoků<br />
(desetileté klouzavé průměry)<br />
20<br />
srážky<br />
teploty<br />
10<br />
Odchylka (%)<br />
0<br />
-10<br />
-20<br />
Odchylky teplot a srážek byly v minulosti vždy opačné,<br />
po roce 1990 se obě veličiny poprvé současně zvětšují<br />
-30<br />
1851<br />
1861<br />
1871<br />
1881<br />
1891<br />
1901<br />
1911<br />
1921<br />
1931<br />
1941<br />
1951<br />
1961<br />
1971<br />
1981<br />
1991<br />
2001<br />
Rok
8.4<br />
8.2<br />
8<br />
7.8<br />
7.6<br />
7.4<br />
7.2<br />
7<br />
6.8<br />
6.6<br />
6.4<br />
Měsíční řada z období 1971-2004 : Teplota se zvýšila o 0,6 až 1 st. C<br />
Klouzavý<br />
průměr/120<br />
(Teplota )<br />
XI.72<br />
XI.74<br />
XI.76<br />
XI.78<br />
XI.80<br />
XI.82<br />
XI.84<br />
XI.86<br />
XI.88<br />
XI.90<br />
XI.92<br />
XI.94<br />
XI.96<br />
XI.98<br />
XI.00<br />
XI.02<br />
XI.70<br />
teplota ( s t. C)
XI.02<br />
60<br />
58<br />
56<br />
54<br />
52<br />
50<br />
Měsíční řada z období 1971-2004 : srážky rostou po roce 1998<br />
Klouzavý<br />
prům ěr/120<br />
(výška srážek)<br />
XI.72<br />
XI.74<br />
XI.76<br />
XI.78<br />
XI.80<br />
XI.82<br />
XI.84<br />
XI.86<br />
XI.88<br />
XI.90<br />
XI.92<br />
XI.94<br />
XI.96<br />
XI.98<br />
XI.00<br />
XI.70<br />
výška srážek (mm/měsíc)
říje n<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
Mění se ročního chod srážek <strong>–</strong> v zimě více, na jaře méně<br />
lis to pad<br />
prosinec<br />
le de n<br />
únor<br />
b řezen<br />
duben<br />
kvě ten<br />
č erven<br />
č ervenec<br />
srpen<br />
září<br />
1960-1981 1982-2003<br />
Prů m ě rná výška srážek (mm/mě síc)
Územní výpar se zvětšuje méně, než potenciální evapotranspirace<br />
60<br />
55<br />
50<br />
45<br />
40<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
1971<br />
1972<br />
1973<br />
1975<br />
1976<br />
1977<br />
1979<br />
1980<br />
1981<br />
1983<br />
1984<br />
1985<br />
1987<br />
1988<br />
1989<br />
1991<br />
1992<br />
1993<br />
1995<br />
1996<br />
1997<br />
1999<br />
2000<br />
2001<br />
2003<br />
(mm/měsíc)<br />
Klouzavý prům ě r/120 (Potenciální evapotranspirace)<br />
Klouzavý prům ě r/120 (Územní výpar)<br />
Klouzavý prům ě r/120 (Srážky)<br />
Klouzavý prům ě r/120 (Odtok)<br />
Rok
2002<br />
2001<br />
80<br />
75<br />
70<br />
65<br />
60<br />
55<br />
50<br />
45<br />
40<br />
35<br />
30<br />
Územní výpar je limitován převážně srážkami<br />
Územní výpar je limitován převážně srážkami<br />
Klouzavý průmě r/12 (Potenciální evapotranspirace)<br />
Klouzavý průmě r/12 (Úze mní výpar)<br />
Klouzavý průmě r/12 (Srážky)<br />
1971<br />
1972<br />
1973<br />
1974<br />
1999<br />
1976<br />
1977<br />
1978<br />
1979<br />
1981<br />
1982<br />
1983<br />
1984<br />
1986<br />
1987<br />
1988<br />
1989<br />
1991<br />
1992<br />
1993<br />
1994<br />
1996<br />
1997<br />
1998<br />
Ro k<br />
Srážky, výpar (mm/mě síc)
Měsíční řady z období 1971-2004 :<br />
odtok se zvětšuje méně, než odpovídá vzestupu srážek<br />
srážky<br />
odtok<br />
60<br />
20<br />
58<br />
19<br />
výška o d t o k u ( m m / m ě s í c)<br />
18<br />
17<br />
16<br />
15<br />
14<br />
13<br />
12<br />
11<br />
v ý ška srážek ( m m /m ě síc)<br />
56<br />
54<br />
52<br />
50<br />
XI.70 XI.75 XI.80 XI.85 XI.90 XI.95 XI.00<br />
10<br />
XI.70 XI.75 XI.80 XI.85 XI.90 XI.95 XI.00
2003<br />
2001<br />
2000<br />
60<br />
55<br />
50<br />
45<br />
40<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
Rozdíl mezi srážkami a odtokem se zvětšuje<br />
Rozdíl mezi srážkami a odtokem se zvětšuje<br />
Klouzavý prům ě r/12 (Rozdíl<br />
srážek a odtoku)<br />
Klouzavý prům ě r/120 (Rozdíl<br />
srážek a odtoku)<br />
1971<br />
1972<br />
1973<br />
1999<br />
1975<br />
1976<br />
1977<br />
1979<br />
1980<br />
1981<br />
1983<br />
1984<br />
1985<br />
1987<br />
1988<br />
1989<br />
1991<br />
1992<br />
1993<br />
1995<br />
1996<br />
1997<br />
Rok<br />
Rozdíl srážky-odtok (mm/mě síc)
Výsledky statistické analýzy padesátileté řady pozorování<br />
výparu ve stanici Hlasivo<br />
Výparoměry Class-A, GGI, v pozadí srovnávací výparoměr a meteorologické<br />
přístroje
Od poloviny osmdesátých let (1983) dochází k statisticky<br />
významnému zvyšování výparu z vodní hladiny v důsledku<br />
zvyšování teploty vzduchu<br />
Nárůst je přibližně o 5 mm ročně<br />
mm/day<br />
Trend line<br />
Time series plot<br />
Trend occurred: year=1983<br />
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 Year<br />
Test vzniku trendu pro časovou řadu průměrných sezónních hodnot<br />
výparu za období 1957 až 2005
Děkuji za pozornost