Komerční prezentace
Registrace uživatele

Přihlašte se k odběru informací, novinek, získejte přístup do diskuzního fóra.

Vesmír č. 10
Vesmír č. 10
Toto číslo vychází
2. 10. 2017
Novinky
Zdarma jedno celé číslo Vesmíru v pdf.
• Říjnové číslo Vesmíru
reklama

Klimatické změny a vodní zdroje v povodí Vltavy

Modely klimatických změn pro vodní zdroje k roku 2085
Publikováno: Vesmír 87, 776, 2008/11

Sledujete s obavami pohyb rtuťového sloupce, nebo vás spíš dohřívají návrhy politiků na nákladná opatření proti emisím skleníkových plynů? Nechává vás problematika očekávaného nepříznivého vývoje klimatu chladnými? Málokdo si problém připouští, dokud se ho nezačne přímo týkat. Život v české kotlině zdánlivě nemusí ohrozit ani stoupající hladina světových oceánů, ani ubývající vysokohorské ledovce. Mnozí z nás by nebyli proti, kdyby roční průměrná teplota poposkočila o stupínek nahoru. Jaké jsou však reálné dopady očekávaného vývoje klimatu na místní podmínky? 1)

Počáteční předpoklad
Jednoznačnou představu o vývoji koncentrací skleníkových plynů si vytvořit neumí me. Antropogenní produkce těchto plynů závisí na mnoha faktorech – například na vývoji technologií převládajících v průmyslu či dopravě a na socioekonomickém i demografickém vývoji společnosti. Aby se tyto nejistoty daly překonat, byly mezivládním panelem pro klimatickou změnu v rámci Speciální zprávy o emisních scénářích vytvořeny čtyři různé varianty vývoje společnosti:

  • SRES A1 popisuje svět s velmi rychlým růstem ekonomiky a vývojem nových technologií, kdy maximálního počtu obyvatel na Zemi bude dosaženo už v polovině tohoto století.
  • SRES A2 je pesimistický scénář, jenž počítá s růstem populace během celého jednadvacátého století a s ekonomikou nepříliš nakloněnou řešení problémů životního prostředí.
  • SRES B1 je optimistický scénář, který počítá s maximem obyvatel na Zemi již v polovině tohoto století a s ekonomikou nastavenou pro veškerá ekologická opatření, kdy růst hrubého domácího produktu nebude hlavní hnací silou světové ekonomiky.
  • SRES B2 je trochu méně optimistický scénář, podle nějž bude očekávaný růst obyvatel pokračovat v průběhu celého století, avšak s nižším gradientem než v případu SRES A1. Ekonomika bude fungovat v rámci mezí daných principem trvale udržitelného rozvoje.

Globální a regionální klimatické modely
Informace o vývoji koncentrací skleníkových plynů v atmosféře slouží jako vstupní parametr pro globální klimatický model (GCM), což je velmi komplikovaný matematický popis všech známých podstatných fyzikálních dějů v klimatickém systému Země, jenž vychází z podobných podkladů jako modely pro předpověď počasí. Globální klimatické modely řeší průměrné změny klimatologických veličin ve 30 vrstvách atmosféry, s poměrně malým rozlišením v horizontálním měřítku (mají pouze 1 sadu výsledků pro plochu 200 × 300 km). Při takovém rozlišení získáme pro Českou republiku jedno řešení. Kvůli tomu, abychom se mohli zabývat dopady klimatické změny v konkrétní oblasti, byly vyvinuty regionální klimatické modely. Ty dokážou informace o atmosféře z „velkorozměrového“ globálního modelu převést na podrobnější údaje o dějích na zemském povrchu. Regionální modely řeší změny klimatických veličin s rozlišením 50, 25 nebo až 10 km.

Výsledky regionálních modelů s různými variantami vstupních koncentrací skleníkových plynů nabízejí scénáře klimatických změn. Na Matematicko-fyzikální fakultě Karlovy univerzity byly vytvořeny pro okrajové podmínky dané hranicemi České republiky v období 2070–2100 (referenční rok 2085 je středem simulovaného období) čtyři možnosti průběhu klimatických změn. Předpokládané klimatické změny jsou výsledkem dvou nezávislých regionálních modelů HIRHAM a RCAO 2) se vstupními parametry vývoje koncentrace skleníkových plynů podle scénáře „mírně pesimistického“ (SRES A2) a „mírně optimistického“ (SRES B2). Konkrétně jde o čtyři varianty časových řad relativní změny dané klimatologické veličiny.

Modelování hydrologických veličin
Scénáře těchto klimatických změn byly použity pro modelování hydrologických veličin očekávaných koncem tohoto století. 3) Do modelu vstupují měsíční teploty, srážky a vlhkosti vzduchu, jež byly změněny podle scénářů. Výstupem jsou jednotlivé složky vodní bilance povodí ovlivněné změnou klimatu – územní výpar, infiltrace do půdy a do podzemní vody, zásoba vody ve sněhu, v půdě a v podzemní vodě. Nejvýznamnějším výstupem z hydrologického modelu je očekávaný celkový odtok z povodí. Podle něj lze simulovat funkce vodohospodářské soustavy povodí Vltavy a sestavit vodohospodářskou bilanci pro rozhodující vodní zdroje.

Simulace funkce vodohospodářské soustavy
K tomu, aby se dala odhadnout vydatnost vodních zdrojů v povodí Vltavy, bylo potřeba sestavit simulační model celé vodohospodářské soustavy včetně všech nádrží, jezových zdrží, odběrných míst, míst pro vypouštění ad. Matematický model, který simuluje chování soustavy v čase, zahrnuje informace o říční síti – o technických parametrech (kapacitě vodních nádrží, převodech vody) včetně pravidel, podle nichž se určuje množství vypuštěné vody. Dále model obsahuje například současné a výhledové požadavky na vodu, množství vypuštěných odpadních vod a hodnoty předepsaných minimálních zůstatkových průtoků. Ovlivněné odtoky z povodí, které vystupují z hydrologického modelu, se stávají vstupní veličinou pro simulaci chování vodohospodářské soustavy. Výstupem jsou časové řady průtoků, odběrů a vypouštění v sledovaných profilech a hodnoty mezidobých zásob vody v nádržích.

Nakonec se hodnotí vodohospodářské bilance pro jednotlivé významné profily v říční soustavě. Při řešení se porovnává dostupné množství vody v tocích a nádržích v daném časovém období s požadavky na odběry a minimální průtoky. Když je zřejmé, že odběry budou ve výhledovém r. 2085 proveditelné, je v daném profilu bilance aktivní. Vodohospodářská bilance je vyvážena v profilech, kde požadavky na vodu sice nejsou uspokojeny stoprocentně, ale míra zabezpečení v čase neklesne pod hodnotu danou normou (v rozsahu 99,5–95 % podle významnosti odběru). Pokud období s nedostatkem vody překročí normové limity, hovoříme o bilanci pasivní. 4)

Může být hůř
Kdyby klimatická změna neměla vliv na vstupní data (výpočet odpovídající současnému stavu klimatu), výsledky by byly pro většinu pro- filů uspokojivé. Pasivní bilance byla zjištěna „pouze“ pro čtyři lokality ze všech osmdesáti zkoumaných profilů. Když však uvažujeme vliv předpokládaných klimatických změn, situace již tak příznivá není. Pro nejoptimističtější scénář klimatické změny (RCAO B2) bylo předpovězeno 24 % profilů s negativní vodohospodářskou bilancí a pro scénář nejpesimističtější (HIRHAM A2) dokonce 77 % profilů s nedostatkem vody. Příčinou jsou především významné změny v ročním chodu srážek, neboť z výsledků modelování vyplývá, že by měly vzrůst srážky v zimních měsících, a to o 20–50 %. V letních měsících je však očekáván úbytek srážek o 20–50 %, což v kombinaci s vyšší teplotou vzduchu a větší evapotranspirací 5) může vést až k situaci, kdy průtoky nedosáhnou ani minimální zůstatkové hodnoty pro udržení základní ekologické funkce toku.

Na míru změny v režimu srážek má významný vliv orografie terénu. Nárůst zimních srážek bude výraznější v oblastech horských než v nížinných, v létě se očekává výraznější pokles srážek v nížinách než na horách. Nedostatkem vody jsou proto více ohroženy profily na malých povodích v nižších a středních polohách, např. v Neměticích na Volyňce či v Dolním Ostrovci na Lomnici (viz obrázek 1).

Musíme se připravit
Problematika očekávaných dopadů klimatické změny je komplexní problém. Obsahuje nejistoty v očekávaném vývoji emisí skleníkových plynů i nejistoty spojené s trendy ve spotřebě vody. Spolu s vývojem těchto faktorů se budou měnit také výsledky modelování. Bude nutno se zabývat nejen vodohospodářskými preventivními opatřeními, musí se zapojit i ostatní oblasti. Zejména v problematických lokalitách musíme mít připravena řešení pro situaci, kdyby nedostatek vody opravdu nastal. Probíhající a připravované aktivity spojené s výzkumem a zaváděním adaptačních opatření v politice Evropské unie i České republiky jsou velmi aktuální, jestliže chceme zmírnit očekávané nepříznivé dopady klimatické změny na vodní zdroje.

Další údaje o vodách v ČR najdete v rubrice Data a souvislosti v pdf příloze.

Poznámky

1) To je otázka, které se dlouhodobě věnuje Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka (VÚV T. G. M.). Právě problematika vodohospodářské bilance vodních zdrojů v povodí Vltavy s výhledem k roku 2085 byla řešena v rámci nedávno dokončeného projektu pro Ministerstvo zemědělství.
2) Model HIRHAM (vychází z globálního klimatického modelu ECHAM) a pracuje na něm Max-Planck-Institut für Meteorologie v Hamburku. Vznikl ve spolupráci meteorologických služeb Dánska, Finska, Irska, Holandska, Norska, Švédska, Španělska a Islandu. Model RCAO byl sestaven v Rossbyho centru ve Švédsku, skládá se z regionálního modelu atmosféry a regionálního oceánického modelu. Základem pro RCAO je globální model HadAM3H britského Hadleyho centra.
3) Hydrologické modelování je řešeno pomocí modelu BILAN, vyvinutého ve VÚV T. G. M.
4) Simulace funkce vodohospodářské soustavy byla řešena pro hydrologická data za současného stavu, dále pak pro čtyři sady hydrologických dat změněných podle scénářů klimatických změn HIRHAM-A2, HIRHAM-B2, RCAO-A2 a RCAO-B2. Bylo vyhodnoceno celkem 53 profilů vodoměrných stanic a 27 pro- filů vodních nádrží.
5) Evapotranspirace – celkový výpar, tj. úhrnné množství vody, které se na určitém místě dostává do atmosféry výparem fyzikálním (evaporací) a výparem fyziologickým (transpirací, tedy výdejem vody do ovzduší ve formě vodní páry z rostlin).

Soubory

článek ve formátu pdf: 200811_V776-779.pdf (807 kB)
příloha ve formátu pdf: 2008_011.pdf (1 MB)

Diskuse

Žádné příspěvky