Klimatická zmena – povodne nebo sucho?

hbu.cas.cz

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

More magazines by this user
Similar magazines