Vliv klimatické změny na podzemní vody v České republice

Voda je nezbytná pro existenci všech živých organismů a určuje fungování lidské společnosti. V důsledku klimatické změny dochází stále častěji k extrémním výkyvům počasí, jež vedou k nedostatku srážek a vzniku sucha, nebo naopak k extrémním srážkám a povodním.

Česká geologická služba (ČGS) se mimo jiné zaměřuje na výzkum podzemních vod a na poznání zákonitostí proudění podzemních vod v hydrogeologických strukturách. Studium zahrnuje také stanovení hydraulických vlastností hornin a chemického složení podzemních vod včetně stanovení doby zdržení podzemní vody v horninovém prostředí.

Hydrologické modelování a klimatické scénáře

Hydrologické studie dopadů klimatické změny na průtoky prováděné Výzkumným ústavem vodohospodářským T. G. Masaryka jsou založeny na hydrologickém modelování vodní bilance pomocí modelu Bilan (Tallaksen a van Lanen, 2004). Vstupem do systému jsou časové řady srážkového úhrnu, teploty a relativní vlhkosti vzduchu spolu s měřenými průtoky.

Model počítá v měsíčním kroku chronologickou hydrologickou bilanci povodí či území. Vyjadřuje základní bilanční vztahy na povrchu povodí, v zóně aerace, do níž je zahrnut i vegetační kryt povodí, a v zóně podzemní vody. Jako ukazatel bilance energie, která hydrologickou bilanci významně ovlivňuje, je použita teplota vzduchu.

Výpočtem se modeluje potenciální evapotranspirace, územní výpar, infiltrace do zóny aerace, průsak touto zónou, zásoba vody ve sněhu, zásoba vody v půdě a zásoba podzemní vody. Odtok je modelován jako součet tří složek: dvě složky přímého odtoku (zahrnující i hypodermický odtok) a základní odtok.

Čtěte také: Luboše Motla o klimatické změně

V měsíčním kroku byla pomocí přírůstkové metody modelována hydrologická bilance pro 210 povodí napříč Českou republikou pomocí scénářů založených na simulaci modelu ALADIN-CLIMATE/CZ (nekorigovaná data a dvě metody korekce) a pomocí scénářů založených na globálních modelech, jež jsou rovněž výstupem uvedeného projektu. Pro porovnání byla stejná povodí modelována i dle scénářů založených na patnácti regionálních klimatických modelech z projektu ENSEMBLES.

Bylo zjištěno, že modelem ALADIN-CLIMATE/CZ simulované poklesy odtoku zpravidla patří k nejvyšším z celého ensemblu modelů.

V souhrnu můžeme konstatovat, že pokles základního odtoku, resp. odtoku, tj. s mělkým oběhem podzemních vod, jsou velmi citlivé na klimatické změny.

Značný vliv oteplení, které již v posledních desetiletích nastalo, se zatím projevil na hydrologické bilanci v povodích s nízkými úhrny srážek v případě, že tyto srážky zůstaly na původní úrovni (tj. nezvyšovaly se). Jako příklad uvedeme výsledky ze studie povodí Rakovnického potoka (Kašpárek et al., 2011).

Analýza vlivu odběrů vod a klimatických změn

Analýza vlivu odběrů vod a klimatických změn na vodní zdroje v Česku ukazuje značnou regionální variabilitu. V některých oblastech, jako jsou jižní Morava, severozápadní Čechy a povodí Bíliny, byly zaznamenány výrazné změny v odběrech povrchových a podzemních vod, což může ovlivnit dostupnost vody.

Čtěte také: Klimatická změna: podrobný pohled

Klimatické scénáře naznačují rostoucí teploty vzduchu, přičemž pesimističtější scénář SSP5-8.5 předpovídá nárůst teploty do konce století až o 5 °C. Co se týče srážek, obecně platí, že scénáře předpovídají variabilnější vývoj. Scénář SSP2-4.5 ukazuje na mírný nárůst srážek, zatímco scénář SSP5‑8.5 předpovídá výraznější změny s vyššími úhrny srážek v západní a jižní části Česka.

Výpočet SPI indexu potvrzuje výskyt extrémně suchých a vlhkých období, přičemž rozdíly mezi jednotlivými povodími naznačují potřebu přizpůsobit vodohospodářská opatření regionálním podmínkám.

Tato práce se zaměřuje na analýzu vlivu odběrů, vypouštění a akumulace vody na průtoky ve vodoměrných stanicích na území Česka za referenční období 1991-2020. Součástí práce je také zhodnocení regionálních rozdílů v hydrologickém režimu českých povodí a identifikace oblastí, kde dochází k výrazným změnám v dostupnosti vody.

Pro mapové výstupy celkového ovlivnění byla zvolena vrstva rozvodnic 3. řádu, zahrnující 346 vybraných vodoměrných stanic s kompletní časovou řadou o celkovém procentu ovlivnění pro hydrologické období 1991-2020. Kompletní byly taktéž časové řady ostatních zkoumaných prvků.

V další fázi byla provedena analýza trendu s cílem zjistit, zda ve vybraném období existují statisticky významné graduální změny v časových řadách prvků týkajících se ovlivnění průtoku českých řek.

Čtěte také: Větrná energie a klima v ČR

Za využití gridů průměrné denní teploty a denních úhrnů srážek produktu 1) byl proveden výpočet denních časových řad gridů potenciální evapotranspirace (PET; dle [32]) a klimatické vodní bilance (zde jako rozdíl mezi srážkami a PET). Podkladové CSV soubory pocházející z produktu 2) byly převedeny do formátů GeoTIFF a NetCDF.

Pro analýzu byly použity pouze dva scénáře, neboť jiné k dispozici ještě nebyly: střední klimatický scénář SSP2-4.5 a pesimističtější scénář SSP5-8.5. ČHMÚ následně využil rastry těchto scénářů pro zjišťování situa­ce v povodích 3. řádu.

Byla zkoumána změna průměrné měsíční teploty vzduchu a průměrného měsíčního úhrnu srážek oproti normálu za období 1991-2020 podle obou scénářů. Dále byl počítán index SPI (Standardized Precipitation Index), jenž slouží k odhadu vlhkých a suchých podmínek na základě úhrnu srážek.

Jak ukazuje obr. 1, nejvyšších hodnot celkového ovlivnění povrchových vod dosahovala povodí na jižní Moravě a povodí Osoblahy, Labe od Orlice po Loučnou a zejména povodí Bíliny (v tomto povodí však vstupovala data pouze z jedné vodoměrné stanice); nejnižších hodnot naopak povodí Rybné a Lužnice od Rybné po Nežárku, Sázavy od Želivky po ústí a Dyje od Svratky po ústí. Při zahrnutí odběrů z podzemních vod byly vysoké hodnoty zjištěny opět u povodí na jižní Moravě a dále v povodích západních a severozápadních Čech. Nejvyšší hodnoty míry ovlivnění lze pozorovat u povodí Loděnice, Osoblahy a Oslavy.

Z analýzy trendů pro referenční období 1991-2020 lze u odběrů a vypouštění vod vypozorovat rozdílné chování ve vybraných vodoměrných stanicích, často vytvářející nápadné shluky v několika oblastech (obr. 2). Z celkového hlediska však převládá napříč odběry a vypouštěním vod nulový trend.

V případě odběrů povrchových vod včetně podzemních byl pozorován mírně klesající a mírně rostoucí trend u zhruba 8 % ze všech sledovaných stanic. Stejný poměr byl naměřen u stanic s významně rostoucím trendem. U 47 stanic byl pak zjištěn významně klesající trend (necelých 14 % ze všech stanic), tvořící nápadné shluky u stanic v severních Čechách (zejména povodí Ploučnice) a východních Čechách (povodí Metuje, Orlice od soutoku Divoké a Tiché Orlice po ústí a Loučné a Labe od Loučné po Chrudimku). Dalšími povodími s převahou významně klesajících trendů jsou povodí Moravské Sázavy a Moravy od Moravské Sázavy po Třebůvku, Třebůvky a Svitavy. Shluky mírně klesajících trendů lze pozorovat taktéž u povodí ve Slezsku (Opava po Moravici, Olše a Odra po Opavu).

V případě odběrů jenom povrchových vod bylo naopak zjištěno pouze minimum stanic s rostoucím trendem. Klesající trendy byly zaznamenány u necelých 30 % sledovaných stanic, které jsou poměrně rovnoměrně rozloženy po celém území Česka. Převahu významně klesajících trendů lze opět pozorovat v oblasti severních Čech, zejména v povodích Lužické Nisy po Mandavu, Jizery a Kamenice.

U vypouštění vod byla zjištěna mírná převaha rostoucích trendů (celkem 62 stanic) oproti trendům klesajícím (34 stanic). Oblasti s převahou rostoucích trendů tvoří povodí západních Čech (Mže po soutok s Radbuzou či Otava po Volyňku), jižní Moravy (Svratka a Svitava) a východní Moravy (Vsetínská a Rožnovská Bečva či Ostravice).

Teploty vzduchu jsou, na rozdíl od srážek, dle očekávání rovnoměrněji rozloženy mezi jednotlivými povodími, což umožňuje analyzovat jejich změny pro celé území Česka. Ve srovnání s normálem z období 1991-2020 oscilují změny průměrné měsíční teploty mezi 0 °C a +2 °C u obou scénářů přibližně do roku 2055 (obr. 3). Od tohoto roku lze pozorovat výraznější nárůst změny teplot vzduchu u obou scénářů, zejména u pesimističtějšího scénáře SSP5-8.5. To potvrzují i vypočtené průměrné teploty pro jednotlivé dekády 21. století. Zatímco se změna průměrné měsíční teploty vzduchu oproti normálu pohybuje v prvních čtyřech dekádách (mezi lety 2020-2060) v celorepublikovém měřítku okolo +1 °C, v dekádě 2060-2070 překračuje u scénáře SSP5-8.5 hodnotu +2 °C a průběžně roste až k extrémním +5 °C ke konci století.

U srážek jsou predikce více variabilní, přičemž průběh podle různých scénářů se výrazně liší (obr. 4). Z celorepublikového hlediska se podle scénáře SSP2-4.5 měsíční úhrn srážek dlouhodobě pohybuje okolo průměru referen­čního období 1991-2020 (59,9 mm/měsíc).

Naopak scénář SSP5-8.5 naznačuje výraznější změny, podobně jako tomu bylo u vývoje teplot vzduchu. Kolem roku 2055 dochází k pozitivní změně měsíčního úhrnu srážek oproti normálu z let 1991-2020.

Ačkoli výhledy celorepublikových průměrných měsíčních úhrnů srážek mohou působit poměrně optimisticky, průměry pro jednotlivá desetiletí vykazují významné rozdíly mezi povodími 3. řádu. Z mapových výstupů pro oba analyzované scénáře (obr. 5 a 6) lze na první pohled rozpoznat opakující se vzor napříč jednotlivými dekádami. Tím je přechod vyšších srážkovýc...

Role půdy a vegetace

Půdní voda je nezastupitelným médiem při tvorbě půdního tělesa a ve fyziologii živých organismů. Voda se v půdě vyskytuje v různých skupenstvích, které utvářejí její hydrofyzikální vlastnosti a ovlivňují tak všechny ekosystémové funkce lesů. Jejich vývoj, včetně vztahů mezi chemickými a fyzikálními vlastnostmi, je však ovlivňován a měněn způsobem využívání krajiny.

Obsah kapalné vody dosahuje v anhydromorfních minerálních půdách průměrně 20-30 %. Půdní voda je médiem pro mikroheterogenní roztok obsahující rozpuštěné soli, organické látky a plovoucí koloidní částice. Půdy vystavené nedostatku srážek nebo nízké hladině podzemní vody závisejí na kondenzaci vodních par v pórech. Půda brání bezprostředním ztrátám vody pomocí sorpce nebo koheze.

Hydrofyzikální vlastnosti charakterizují obsah půdní vody staticky, nebo dynamicky. Hydrostatické pojetí charakterizuje vodní režim (bilanci) půdy, zatímco hydrodynamické pojetí charakterizuje pohyb vody. Půdní vlastnosti ovlivňují vodní bilanci prostřednictvím vododržnosti. Vliv vododržnosti na celkovou vodní bilanci půdy probíhá ve sledu hydrolimitů rozdělených podle převažujících forem půdní vody.

Vodní bilance lesů je hodnocena pomocí základních nebo aplikovaných hydrolimitů. Hydrografická regionalizace lesů se odvozuje prostřednictvím prostorového rozdělení evapotranspirace. Lesní evapotranspirace se liší jak podle dřevinné skladby a hustoty porostu, tak podle nadmořské výšky a sezónního rozložení atmosférické vlhkosti. Jedinečná soustředění vlhkosti prostředí ohraničují přirozené oblasti akumulace vod. Přizpůsobivost rostlinných společenstev změně klimatu závisí na půdní vlhkosti. Přesto pouze podloží nejvíce ovlivňuje prostorové rozdíly mezi hodnotami jednotlivých půdních vlastností.

Doporučení a adaptační opatření

Podle Tomáše Hrdinky z Výzkumného ústavu vodohospodářského T. G., se zvyšuje extrémnost klimatu, což může být problematické. „Prodlužují se období sucha, která se střídají s prudkými lijáky, které nedokáže krajina, a potažmo i lidstvo, beze zbytku využít. Voda řekami rychle odtéká, a to i v zimě, kdy dnes u nás více prší, než sněží.

Podle něj lze obecně dělat dvě věci. Buď posilovat retenční kapacitu půdy zvyšováním její kvality a přeměnou krajiny. Tím se zvýší zásoby vody v půdě i podzemní vody, z čehož prosperuje krajina a zemědělská a lesní produkce. Druhou možností je zvyšovat zásoby vody v povodí prostřednictvím nových zdrojů, například výstavbou multifunkčních vodních nádrží. Jsou to zásoby využitelné pro člověka a jeho činnost v hospodářství.

Pan RNDr. Petr Kubala promýšlí úlohu vodního živlu v širokých souvislostech. Jak svědčí i široký záběr jeho profesních aktivit. S ohledem na téma letošního Světového dne vody jsem se na něj obracel jako na předsedu Svazu vodního hospodářství, člověka, který se účastní mnohých jednání mnoha komisí.

Kubala: Určitě nás čeká zejména ideová změna v přístupu, jak se chovat k naší krajině a ujasnění si priorit. Nemyslím pouze priority ve vazbě na krajinu a hospodaření s vodou. Myslím tím priority civilizační a životní. Je a bude potřeba realizovat systémová adaptační opatření konečně již v praxi.

Je mimo jiné třeba podporovat zejména retenci vody v krajině a opatření vedoucí k obnově a ochraně vodního režimu v zemědělsky využívaných oblastech a v lesích.

Abychom zajistili zásobování obyvatel pitnou vodou, musíme začít propojovat vodárenské soustavy, aby bylo možné dostat vodu k našim spoluobčanům tam, kde jí bude zrovna nedostatek. A to jak povrchové, tak podzemní. Nedílnou součástí zajištění dostatečného množství vody bude i propojování vodohospodářských soustav. Taková je realita!

Je zcela nezbytné docílit toho, aby ve společnosti byla voda konečně vnímána jako alfa a omega, bez které není život a není ani myslitelný udržitelný rozvoj společnosti. Proto je potřeba věnovat se intenzivní osvětě o nenahraditelném významu vody již od útlého věku nejmladších dětí, a to doma i ve škole.

Kubala: Pro vodohospodáře z toho plyne zachovat si svoji odbornost, navrhovat a realizovat komplexní opatření v jednotlivých povodích. Zajistit dostatečné zdroje vody a zásobování obyvatel pitnou vodou. Máme schválenou Koncepci na ochranu před negativními dopady sucha.

Aktivity České geologické služby

ČGS se zaměřuje na hodnocení stavu a vývoje přírodních zdrojů podzemních vod pomocí měřených hladin podzemní vody v kombinaci s podzemním (základním) odtokem.

Odborníci z ČGS se zaměřují na stanovení dopadů lidské činnosti a klimatických změn na podzemní vodu v krasových systémech. Předmětem studia je Moravský, Mladečský a Javoříčský, Hranický a Chýnovský kras.

ČGS řeší problematiku struktur minerálních vod, zejména z pohledu jejich geologické stavby. Správně definovaný koncepční model vzniku, akumulace a výstupu minerální vody je klíčový pro účelné vymezení ochranných pásem přírodních léčivých zdrojů.

Průběžně vznikají hydrogeologické mapy ČR měřítka 1 : 25 000 a jejich doprovodné vysvětlivky. Hydrogeologické mapování probíhá také v zahraničí, byla sestavena např. mapa Etiopie v měřítku 1 : 1 000 000.

ČGS se dlouhodobě věnuje hodnocení dopadů těžby polského hnědouhelného dolu Turów na podzemní a povrchové vody v příhraniční oblasti České republiky. Součástí činnosti je také sledování dalších faktorů, které mohou vodní režim v regionu ovlivňovat.

Na čtyřech vybraných lokalitách pro hlubinné úložiště probíhá hydrogeologické mapování, příprava hydrogeologického monitoringu a shromažďování podkladů pro optimalizaci následných technických prací.

Využívání geotermální energie zemského nitra a ukládání tepla do horninového prostředí je aktuálně významným výzkumným úkolem souvisejícím s potřebou přechodu energetiky na obnovitelné zdroje energií. Hydrogeologické aspekty jsou nedílnou součástí geotermického výzkumu ať už z pohledu přenosu tepla podzemní vodou, nebo naopak z pohledu ochrany zdrojů podzemních vod.

ČGS v rámci tohoto projektu vyhodnotila přírodní zdroje podzemní vody v 58 hydrogeologických rajonech pro referenční období 1981-2010. Zaměřila se na území, kde podzemní voda představuje hlavní nebo dokonce jediný zdroj pitné vody, případně tam, kde její odběr výrazně převyšuje využití vody povrchové.

Degradace půdy a klimatická změna

Půda je neobnovitelný, omezený přírodní zdroj, kdy se 1 cm půdy tvoří až tisíce let. Rozsáhlý vliv na stav a kvalitu půdy má i probíhající klimatická změna. Půdu ovlivňuje povrchová teplota, ať už vysoká, či nízká, vlhkost a tlak vzduchu, úhrn a intenzita srážek, směr a rychlost větru, výška sněhové pokrývky atd.

Změna teploty - v detailu jde především o nárůst průměrných ročních teplot o 0,3 °C za 10 let, o změny přízemní minimální teploty a o extrémní horka. Růst teploty vzduchu ovlivňuje hydrologické poměry v půdě, zrychluje evapotranspiraci a způsobuje dezertifikaci a zasolení (salinizaci) půdy. Do jisté míry je pak společně se změnou hydrologie spouštěcím mechanismem půdních sesuvů.

Změna hydrologických poměrů - celková změna vodního režimu je způsobena především změnou výskytu a intenzity srážek v jednotlivých obdobích roku při poměrně stálých dlouhodobých srážkových úhrnech, častějším výskytem suchých období a nárůstem výparu. Při suchých horkých obdobích je zemědělská půdy náchylná k vysychání, při silných větrech a extrémních srážkách k půdní erozi. V celkovém důsledku vše ovlivňuje snižování zásob podzemní vody a pokles vláhových indexů zemědělských oblastí.

tags: #zmena #klimatu #vliv #na #podzemní #vody

Oblíbené příspěvky:

• Dotace pro vodní ekologii v ČR
• Likvidace odpadu Mšeno
• Stanoviště v Mariánských Lázních
• Udržitelná mobilita
• Separační WC a jeho funkce