Klimatická zmena – povodne nebo sucho?

Výzkumný ústav vodohospodářský T.G.M.
Prognóza kapacity vodních zdrojů v České
republice v dlouhodobém výhledu
Ladislav Kašpárek

Výzkum dopadů klimatické změny
na hydrologii – hlavní projekty:
1995 – Country Studies Program – financovaný USA
1997 – účast na projektu Evropské komise
1997, 2002 Národní klimatický program ČR
2003 – Projekt MŽP „Vliv klimatických změn na
množství a kvalitu vodních zdrojů a na hydrologické
poměry v ČR“
.
2005 – Subprojekt Výzkumného záměru řešeného ve
VÚV T.G.M.

Pro modelování vlivu klimatických změn na
hydrologické poměry jsou rozhodujícím vstupem
scénáře klimatické změny.
Ty jsou založeny na Modelech globální cirkulace
atmosféra-oceán, oceán, z nich se odvozují regionální
klimatické modely.
Scénáře se liší podle použitého modelu, zejména
podle scénáře vývoje emisí a zvolené časové
úrovně.

Scénáře klimatické změny jsou používány podle
doporučení Mezinárodního panelu pro
klimatickou změnu (IPCC).
Značná nejistota scénářů klimatické změny je
dána:
velkým rozmezím odhadů možného vývoje emisí
skleníkových plynů,
nejistotou podílu vlivu jejich nárůstu na
globálním oteplování v porovnání s přirozeným
kolísáním klimatu.

Pro modelování vlivu změn klimatu na
hydrologický režim jsou nejpodstatnější scénáře:
změn teploty vzduchu
změn úhrnů srážek,
jsou k dispozici simulace v denním kroku,
používají se zejména přepočtené na roční chod
změn v
měsíčním kroku.
Teplotní poměry modely vystihují poměrně
dobře, srážkové poměry, na kterých vodní zdroje
závisí nejvíce, se zatím nedaří modelovat
dostatečně věrně.

Regionální scénáře klimatické změny z roku 2005
HIRHAM a RCAO
Zpracovala Matematicko – fyzikální fakulta
UK, katedra meteorologie a ochrany
prostředí,
podle výsledků projektu Evropské komise
PRUDENCE,
pro časovou úroveň 2071-2100, 2100, scénáře emisí
SRES A2 a SRES B2
v gridech 50x 50 km

Scénář HIRHAM řízený globáln
lním m modelem
ECHAM4/OPYC navazuje na scénáře ECHAM z roku
2000, zpracované pro časovou úroveň 2050
Scénář HIRHAM jeví vliv orografie. V nížinách nastává
v létě větší
oteplení než v hornatých oblastech, v zimě
se spíš
íše e naopak nížiny n
méněm
oteplují než hory. Srážky
v létě klesají výrazněji v nížinách než v hornatých
oblastech. V zimě se srážky v nížinách zvyšuj
ují více než
na horách.

Regionální variabilita dle modelu HIRHAM

Scénář RCAO řízený globáln
lním m modelem HadAM3H
navazuje na předcházející scénáře z Hadleyova centra.
Scénář RCAO vliv orografie v měřítku ČR nevyjadřuje.
Gradienty změn klimatických charakteristik podle
modelu RCAO probíhají ve směrech sever-jih a západ-
východ. Změna teploty v létě narůstá od severu k jihu.
V zimě narůstá změna teploty od západu k východu.

Regionální variabilita dle modelu RCAO

Povodí Labe po Děčín, regionální scénář RCAO (2071-2100)
2100)
Teplota vzduchu - měsíční průměry na povodí
25
původní stav klimatu
20
scénář emisí A2
Průměrná měsíční teplota (st.C)
15
10
5
scénář emisí B2
Největší zvýšení teploty
0
v letních měsících
-5
XI XII I II III IV V VI VII VIII IX X

Povodí Labe po Děčín, regionální scénář RCAO (2071-2100)
2100)
Srážky – průměrné měsíční výšky na povodí
100
Prům ě rná m ě síč ní výška srážek (mm)
90
80
70
60
50
40
pův o dní s tav klimatu
scénář emisí A2
scénář emisí B2
30
20
Zvětšení srážek prosinec-březen,
pokles srážek červenec-září
XI XII I II III IV V VI VII VIII IX X

Postup hydrologických výpočtů:
1. Pozorované řady srážek, teplot a vlhkostí vzduchu se
upraví o změny udávané scénáři.
2. Na základě pozorovaných (neupravených) řad se
optimalizací stanoví parametry hydrologického modelu
povodí.
3. Za použití těchto parametrů se modelem provede
výpočet složek hydrologické bilance pro scénáři upravené
vstupní řady.
4. Porovnání výchozího stavu a předpovídaného stavu.

Hydrologické modelování
– model BILAN
Tallaksen, L., Lannen, H.
(editors) 2004. Hydrological
drought - processes and
estimation methods for
streamflow and
groundwater.
Developments in water
science, 48, Elsevier.
Teplota Relativní Srážky
vzduchu
vlhkost vzduchu
Typ
režimu
t t h p
Potenciální
evapotranspirace
Vstupní řady
ZIMA TÁNÍ SNĚHU LÉTO
Bilance Zásoba Bilance
povrchu povodí ve sněhu povrchu povodí
[ Dgw ] sw [Dgm ]
inf
inf
Bilance Zásoba Bilance (povrch
půdy v půdě povodí, půda)
[ Spa ] ss [ Spa, Alf ]
perc perc
rc
Rozdělení mezi hypodermický odtok a doplnění
zásoby podzemní vody
[ Wic, Mec,Soc]
Bilance Zásoba podpodzemní
vody zemní vody
[ Grd ] gs
bf I dr
Celkový odtok

30
Povodí Labe po Děčín, regionální scénáře RCAO (2071-2100)
2100)
Průměrné měsíční výšky odtoku
25
původní stav klimatu
Průmě rná mě síč ní výška odtoku (mm)
20
15
10
5
scénář e mis í A2
scénář e mis í B2
0
XI XII I II III IV V VI VII VIII IX X

Povodí Labe po Děčín, regionální scénáře RCAO (2071-2100)
2100)
Minimální měsíční výšky odtoku
7
původní stav klimatu
6
scénář e mis í A2
Minimální mě síč ní výš ka odtoku (mm)
5
4
3
2
scénář e mis í B2
1
0
XI XII I II III IV V VI VII VIII IX X

Příčina poklesu průtoků:
- podstatné zvětšení potenciálního výparu
- změna sezónního rozložení srážek (zvětšení v zimě,
pokles v létě) vede ke
- zvětšení výparu vždy, když je voda ze srážek a z
půdní zásoby k dispozici
- k podstatnému omezení odtoku v letních a
podzimních měsících, , kdy velmi často potenciální
výpar je větší než srážky.

Výsledky získané pro povodí Labe po Děčín jako jeden
celek jsou orientační – klimatické i hydrologické podmínky
v dílčích částech ČR jsou velmi rozmanité.
Dále uvedené výsledky regionální studie ukazují na značné
rozdíly dopadu klimatické změny v regionálním měřítku.
Z osmi scénářů pro úroveň roku 2050 (Kalvová(
Kalvová, , 2000) byly vybrány
dva – vymezují předpokládané rozmezí změn.

Scénáře, označené EC1L a EC2H udávají
změny srážek, teploty a vlhkosti vzduchu
‣pro jednotlivé měsíce v roce,
‣stejné pro území celé ČR.
změna srážek (%)
20
10
0
-10
Změna srážek
EC1L
EC2H
změna teploty (°C)
5
4
3
2
1
Změna teploty
EC1L
EC2H
-20
XI XII I II III IV V VI VII VIII IX X
měsíc
0
XI XII I II III IV V VI VII VIII IX X
měsíc

Vstupní data:
z 50 profilů na větších tocích v ČR
za období 1971 – 2002
časové řady v měsíčním kroku.

Změny dlouhodobých průměrů
Výpar
Potenciální tenciální evapotranspirace se zvětší výrazně.
Územní výpar se zvětší, vlivem omezeného množství
srážek ve vegetačním období méně výrazně.
Celkový odtok
Základním důsledkem klimatické změny je pokles
průměrné dlouhodobé odtokové výšky ve všech
povodích..

100
Celkový a základní odtok při změně klimatu podle scénářů
EC1L a EC2H
Výzkumný ústav vodohospodářský T.G.M.
90
% výchozího stavu
80
70
60
50
celkový odtok EC1L
základní odtok EC1L
celkový odtok EC2H
základní odtok EC2H
40
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950

Změny sezónního chodu
Celkový odtok
Průměry
V jarních, letních a podzimních měsících výrazně poklesnou
(EC1L: 80-90%, EC2H: 60-70%).
V zimních měsících klesnou méně výrazně nebo vzrostou.
Minima
Kromě zimních měsíců poklesnou minima velmi podstatně
(EC1L: 70%, EC2H 40%).
Vyskytují se i poklesy do 15% původní hodnoty (v měsíci
srpnu, v povodí Moravy).

Dopad na hospodaření v nádržích
Zmenšení celkového nalepšovacího účinku nádrží.
Dopad klimatické změny postihne především ty zásobní nádrže,
které v současné době zabezpečují celkové nalepšení
v návrhových hodnotách. Pokud je zásobní objem využíván pro
nalepšení pouze z části, pak se v některých případech může
vyrovnat i s klimatickou změnou.

Dopad na hospodaření v nádržích -
příklad
Nádrž Švihov na Želivce se zásobním prostorem 245 mil. m 3
schopna se zabezpečeností 95% poskytnout odběr
je
6,4 m 3 s - 1 pro původní stav klimatu
5,3 m 3 s - 1 pro stav klimatu podle scénáře EC1L
3,8 m 3 s - 1 pro stav klimatu podle scénáře EC2H

Dopady na kvalitu povrchových vod
Předpokládané klimatické změny ovlivní kvalitu vody velmi
nepříznivě
Zmenšení celkového odtoku znamená větší koncentrace
znečišťujících látek ve vodě. Nejvážnější situace při malých
průtocích nastane na drobných tocích, do kterých odtékají
splaškové vody.
Se stoupající teplotou klesá obsah kyslíku. Zvýšení teploty
vody vede také ke zrychlení pochodů produkce a rozkladu
organické hmoty. Při rozkladných pochodech se zvyšuje
spotřeba kyslíku. Větší rozvoj fytoplanktonu (řas a sinic)
komplikuje vodárenské i rekreační využití vody.

Shrnutí
Vliv změny klimatu povede k těmto změnám:
Průměrné průtoky se zmenší,
obdobně poklesne i odtok ze zásob podzemní vody,
minimální průtoky se na většině povodí zmenší radikálně,
což bude mít významný dopad na zásobní funkci nádrží,
které nemají dostatečný prostor pro překrytí období sucha.
Kvalita vody v tocích a nádržích se zhorší.

Jak zajistit dostatek čisté vody?
Obnova retenční schopnosti krajiny-přispěje ke zlepšení kvality vody
Větší využití stávajících nádrží a vodohospodářských soustav
Výstavba nových nádrží (rezervovat pro ně vhodná území)
Ekonomické nástroje vedoucí k šetření s vodou a menšímu znečišťování
vody
Rekonstrukce vodovodních sítí, aby se zamezilo ztrátám v rozvodech vody
Výstavba čistíren a účinnější čistění odpadních vod
Rekonstrukce kanalizačních sítí k zamezení pronikání balastních vod a
únikům znečištěných vod

Možnosti kompenzace dopadu klimatické
změny pomocí vodních nádrží
Směrný vodohospodářský plán ČSR (1988) uvažoval:
Lokality výhledových vodních nádrží, 210 je dosud
územně hájených.
Cíl studie:
odhad celkového objemu nádrží ve zvolených povodích,
který řádově odpovídá potřebě kompenzovat pokles
odtoku vlivem klimatické změny (pod zvolenou mezní
hodnotou) a jeho regionální zhodnocení

Postup
Použitá data:
pozorované řady srážek, odtoků, teplot vzduchu a
relativních vlhkostí vzduchu - měsíční řady z 32 povodí
(pro povodí Labe od r.1932, pro povodí Moravy a Odry
1971-1990)
Použité prostředky:
scénář klimatické změny EC2H pro rok 2050
model hydrologické bilance BILAN
program EXDEV pro výpočet nedostatkových objemů

140
120
Jizera - Předměřice (plocha povodí 2158 km 2 )
odtok - výchozí stav
odtok - rok 2050
práh Q70%
Výzkumný ústav vodohospodářský T.G.M.
největší rozdíl 54 mm*2158 km 2 *10 3 =
116 mil. m 3
100
80
60
40
20
0
1
13
25
37
49
61
73
85
97
109
121
133
145
157
169
181
193
205
217
229
odtok (mm)
měsíc

Výzkumný ústav vodohospodářský T.G.M.

Výzkumný ústav vodohospodářský T.G.M.

Výzkumný ústav vodohospodářský T.G.M.

Závěr
V povodí Labe objemy plánovaných nádrží
řádově odpovídají chybějícím objemům vody
předpokládaným v podmínkách klimatické
změny.
Objem plánovaných nádrží: 3540 mil. m 3
Chybějící objem vody: 6584 mil. m 3

.
Jak se projevuje probíhající změna klimatu
na povodí Labe po Děčín?
Je ještě přijatelné extrapolovat charakteristiky
průtoků z pozorování v předcházejících
desetiletích jako návrhové hodnoty?

Teplota v Čechách významně kolísala až do poloviny 19. století, pak
podstatně méně, posledních 20 let vzestup o 1 st.C – klima se mění
11
Průmě rná roční teplota na povodí Labe
10
Klouza vý průmě r za 10 let
9
8
7
6
5
4
1777
1787
1797
1807
1817
1827
1837
1847
1857
1867
1877
1887
1897
1907
1917
1927
1937
1947
1957
1967
1977
1987
1997
Průměrná roční teplota (st.C)
Rok

Povodí Labe po Děčín 1851-2004, směrodatné odchylky srážek a odtoků
(desetileté klouzavé průměry)
20
srážky
teploty
10
Odchylka (%)
0
-10
-20
Odchylky teplot a srážek byly v minulosti vždy opačné,
po roce 1990 se obě veličiny poprvé současně zvětšují
-30
1851
1861
1871
1881
1891
1901
1911
1921
1931
1941
1951
1961
1971
1981
1991
2001
Rok

8.4
8.2
8
7.8
7.6
7.4
7.2
7
6.8
6.6
6.4
Měsíční řada z období 1971-2004 : Teplota se zvýšila o 0,6 až 1 st. C
Klouzavý
průměr/120
(Teplota )
XI.72
XI.74
XI.76
XI.78
XI.80
XI.82
XI.84
XI.86
XI.88
XI.90
XI.92
XI.94
XI.96
XI.98
XI.00
XI.02
XI.70
teplota ( s t. C)

XI.02
60
58
56
54
52
50
Měsíční řada z období 1971-2004 : srážky rostou po roce 1998
Klouzavý
prům ěr/120
(výška srážek)
XI.72
XI.74
XI.76
XI.78
XI.80
XI.82
XI.84
XI.86
XI.88
XI.90
XI.92
XI.94
XI.96
XI.98
XI.00
XI.70
výška srážek (mm/měsíc)

říje n
90
80
70
60
50
40
30
20
Mění se ročního chod srážek – v zimě více, na jaře méně
lis to pad
prosinec
le de n
únor
b řezen
duben
kvě ten
č erven
č ervenec
srpen
září
1960-1981 1982-2003
Prů m ě rná výška srážek (mm/mě síc)

Územní výpar se zvětšuje méně, než potenciální evapotranspirace
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
1971
1972
1973
1975
1976
1977
1979
1980
1981
1983
1984
1985
1987
1988
1989
1991
1992
1993
1995
1996
1997
1999
2000
2001
2003
(mm/měsíc)
Klouzavý prům ě r/120 (Potenciální evapotranspirace)
Klouzavý prům ě r/120 (Územní výpar)
Klouzavý prům ě r/120 (Srážky)
Klouzavý prům ě r/120 (Odtok)
Rok

2002
2001
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
Územní výpar je limitován převážně srážkami
Územní výpar je limitován převážně srážkami
Klouzavý průmě r/12 (Potenciální evapotranspirace)
Klouzavý průmě r/12 (Úze mní výpar)
Klouzavý průmě r/12 (Srážky)
1971
1972
1973
1974
1999
1976
1977
1978
1979
1981
1982
1983
1984
1986
1987
1988
1989
1991
1992
1993
1994
1996
1997
1998
Ro k
Srážky, výpar (mm/mě síc)

Měsíční řady z období 1971-2004 :
odtok se zvětšuje méně, než odpovídá vzestupu srážek
srážky
odtok
60
20
58
19
výška o d t o k u ( m m / m ě s í c)
18
17
16
15
14
13
12
11
v ý ška srážek ( m m /m ě síc)
56
54
52
50
XI.70 XI.75 XI.80 XI.85 XI.90 XI.95 XI.00
10
XI.70 XI.75 XI.80 XI.85 XI.90 XI.95 XI.00

2003
2001
2000
60
55
50
45
40
35
30
25
20
Rozdíl mezi srážkami a odtokem se zvětšuje
Rozdíl mezi srážkami a odtokem se zvětšuje
Klouzavý prům ě r/12 (Rozdíl
srážek a odtoku)
Klouzavý prům ě r/120 (Rozdíl
srážek a odtoku)
1971
1972
1973
1999
1975
1976
1977
1979
1980
1981
1983
1984
1985
1987
1988
1989
1991
1992
1993
1995
1996
1997
Rok
Rozdíl srážky-odtok (mm/mě síc)

Výsledky statistické analýzy padesátileté řady pozorování
výparu ve stanici Hlasivo
Výparoměry Class-A, GGI, v pozadí srovnávací výparoměr a meteorologické
přístroje

Od poloviny osmdesátých let (1983) dochází k statisticky
významnému zvyšování výparu z vodní hladiny v důsledku
zvyšování teploty vzduchu
Nárůst je přibližně o 5 mm ročně
mm/day
Trend line
Time series plot
Trend occurred: year=1983
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 Year
Test vzniku trendu pro časovou řadu průměrných sezónních hodnot
výparu za období 1957 až 2005

Děkuji za pozornost