Hydrologické sucho v podzemních a povrchových vodách Konference Podzemní vody ve vodárenské praxi Ing. Eva Soukalová, CSc. Dolní Morava. 2. dubna 25
Obsah přednášky Pozorovací síť podzemních vod Aktuální stavy PZV Předpovědi podzemních vod Periodicita časových řad podzemních vod Aktuální stavy průtoků Dopad klimatické změny na PVV
Hydrologické sucho Hydrologické sucho vzniká následkem nedostatku srážek a projevuje se jako nedostatek zdrojů povrchových a podzemnich vod (průtoky ve vodních tocích, hladiny jezer a nádrží, podzemní vody). Přitom vznik hydrologického sucha je ovlivněn i způsobem lidského užívání vody, proto je nutno na hydrologické sucho pohlížet jako na přírodní fenomén, který však může být prohlouben lidským působením. Nedostatek srážek se v komponentách podzemní části hydrologického cyklu projevuje s určitým zpožděním. Hydrologické sucho je pak nezbytné pojímat jako výsledek působení procesů hydrologického cyklu a antropogenního ovlivnění v rámci celého povodí
Pozorovací síť podzemních vod Český hydrometeorologický ústav (ČHMÚ) provozuje jedinou státní celoplošnou pozorovací síť podzemních vod na území ČR, která v roce 23 zahrnovala asi 2 objektů. Pro účely sledování stavu podzemních vod se objekty pozorovací sítě dělí na - prameny - a vrty vmělkých a hlubinných zvodních. Vsíti pramenů se sledují vydatnosti a teploty vody, zatímco ve vrtech se měří výšky hladiny podzemní vody. Vrty v mělkých zvodníchjsou zpravidla umístěny vpoříčních zónách a přilehlých terasových stupních, většina z nich je umístěna v kvartéru. Hlubinné vrty jsou situovány tak, aby charakterizovaly různé hydrogeologické struktury
Hlásná síť podzemních vod
PZV stav sucha Charakterizován třemi kategoriemi závažnosti podle pravděpodobnosti výskytu odvozené za referenční období 8 2 Mírné sucho jsou označeny stavy pod hodnotou spodního kvartilu(tj. pravděpodobnosti překročení 75 85% Silné sucho je hodnoceno jako pravděpodobnost překročení 85 5 % Mimořádné sucho jsou označeny stavy, které odpovídají nejnižším 5 % historických pozorování (tj. pravděpodobnost překročení 5%). Hodnocení je prováděno jak pro jednotlivé objekty, tak souhrnně pro definované oblasti povodí.
Mapa vyhodnocení kategorií sucha
Stav PZV březen 25 Vrty celá republika Hodnocení nárůstu nebo poklesu hladin ve vrtech ve srovnání s předchozím měsícem U 2% objektů velmi rychle klesají hladiny. U % objektů hladiny klesají. U 52% objektů hladiny stagnují nebo pomalu klesají. U 2% objektů hladiny stagnují nebo pomalu rostou. U 5% objektů hladiny rostou. U % objektů hladiny velmi rychle rostou. Prameny -celá republika Hodnocení nárůstu nebo poklesu vydatnosti pramenů ve srovnání s předchozím měsícem U 3% objektů velmi rychle klesají vydatnosti. U % objektů vydatnosti klesají. U 5% objektů vydatnosti stagnují nebo pomalu klesají. U 3% objektů vydatnosti stagnují nebo pomalu rostou. U 3% objektů vydatnosti rostou. U 5% objektů vydatnosti velmi rychle rostou.
Únor 25 nárůst nebo pokles hladin PZV srovnání s únorem 24
Aktuální informace PZV http://hydro.chmi.cz/hpps/hpps_pzv.php VB34 Charvatská Nová Ves
Aktuální stav hladin PZV Hevlín Vítonice
Předpovědi hladin PZV Doba předpovědi Středně dlouhé předpovědi hladin PZV zpracovávají se řady průměrných měsíčních hladin Dlouhodobé předpovědi zpracovávají se časové řady ročních průměrných hladin hladina PZV v m n.m. 86,4 85, 85,4 84, 84,4 hladina PZV v m n.m. 54, 54,4 53, 53,4 52, 52,4 6 6 6 8 7 7 2 VB262 Božice průměrné roční hladiny periody: 3, 4, 5, 66 7 74 78 82 86 4 8 22 26 2 24 VB36 Lanžhot průměrné měsíční hladiny 7 4 7 6 7 8 8 8 2 8 4 8 6 VB262 AR model 8 8 2 4 6 8 2 2 2 2 4 2 6 2 8 2 2 2
Korelační analýza Prognózy se stanoví korelační analýzou na základě koeficientu korelace mezi měsíčními stavy Koeficienty korelace mezi sousedními měsíci jsou poměrně vysoké r =,7, klesají s délkou předpovědi
Harmonická analýza V hydrologických časových řadách je možno vyčlenit: trend, sezonní složku, cyklickou složku víceletou, složku náhodnou a složku katastrofální. Trend představuje systematickou změnu v časové řadě. Projevuje se jako dlouhodobý vzestup nebo pokles hladiny podzemní vody. Po identifikaci trendu se přistoupí k jeho aproximaci matematickými křivkami. Nejvhodnější je trend lineární. Je-li statisticky významný (určíme podle koeficientu korelace), provede se eliminace trendu, což je první krok dekompozice časové řady. Dalším krokem dekompozice časové řady je určení krátkodobých a dlouhodobých periodických kolísání podle periodogramu. Vybraný časový úsek by měl být homogenní (např. po odečtení trendu). Podle periodogramu vybereme podle délky časové řady 4 8 maximálních hodnot a pomocí těchto frekvencí se spočítá prognoza pro následující měsíce. Významnost periody se posuzuje Fisherovým testem. Protože většina period je statisticky nevýznamná, uvažuje se o tendenci Graf 3: Průměrný roční chod hladiny podzemní vody za období 4-2 k periodicitě nebo kvaziperiodicitě. Nejvýznamnější u většiny vrtů je 2 měsíční perioda, která koresponduje se sezóním doplňováním podzemní vody. Úroveň hladiny [m n.m.] 62,8 62,7 62,6 62,5 62,4 62,3 62,2 62, 62, XI XII I II III IV V VI VII VIII IX X Měsíce KB634 KB645
Periodogram,4 Periodogram VB25 Kralice vybrané periody: 2, 3, 5, 8 let,2,,8,6,4,2 2 3 4 5 6 7 8 2 3 4 5 6 7 8 2 2 22 23 24
Roční předpovědi hladiny PZV $y = y t + p ( A cosω t + B sin ω t) j j j j j= VB25 Kralice na Hané průměrné roční hladiny periody: 2, 5, 8 roků 25,6 25,4 hladina PZV v m n.m. 25,2 25 24,8 24,6 24,4 VB25 24,2 24
Reziduální složka,6 VB25 Rezidua,4,2 Rezidua -,2 -,4 -,6
26,6 26, 25,6 25, 24,6 24, 23,6 Měsíční předpovědi hladina PZV v m n.m. 64 66 68 7 72 74 76 78 8 82 84 86 88 2 4 6 8 2 22 24 26 28 2 22 23 VB25 Kralice na Hané průměrné měsíční hladiny periody:, 5, 8 let Použití autoregresní analýza třetího řádu ~ r a a r a r a r t = + t + 2 t 2 + 3 t 3 26,6 26, VB25 AR model 25,6 25, 24,6 24, 23,6 64 66 68 7 72 74 76 78 8 82 84 86 88 2 4 6 8 2 22 24 26 28 2 22 23 Název osy 25,2 25, 24,8 24,6 24,4 24,2 24, 23,8 6 8 2 22
Hodnocení prognóz Klasifikace efektivnosti předpovědního modelu se posuzuje podle podílu směrodatných odchylek předpovídaných hodnot a směrodatných odchylek pozorovaných hodnot s p s Hodnocení prognózy s = n i= ( y y) t n 2.4 dobrá.6 Uspokojivá.8 slabá s p = n ( ~ yt yt ) 2 i= n Velikost rozdílu mezi skutečnou a předpovídanou hodnotou posoudíme přípustnou chybou: F =,674 s, kde s je směrodatná odchylka naměřených hodnot
KB527 Lanžhot, vrt V 2 Banín KB527 Lanžhot průměrné roční hladiny 34 22 54 Hladina PZV v m.m. 53,5 53 52,5 34 3 44 4 54 5 64 6 74 7 84 8 4 24 Výskyt minimálních hladin: 22, 3, 34, 43, 52, 64, 74, 84, 3, 23 2 24 hladina PZV v m n.m. KB527 AR model 5letá perioda 48 46 44 42 4 38 Vrt V 2 Banín Průměrné roční hladiny -2 36 2 3 4 5 6 7 8 2 2
roční úhrn srážek v mm 8 7 6 5 4 Napajedla- roční úhrny srážek model: periody 2, roků 3 2 4 6 8 2 22 Min. 32: 368 mm 2 38 mm 73 44 mm 83 465 mm 23 457 mm 8 7 6 5 Periody -srážky hodnoty periodogramu Peridogram roční úhrny srážek Napajedla 5-24 nejvýznamnější periody: 2,, 5 let 8 6 4 2 3 5 7 357223252723333537344345474 Napajedla -roční úhrny srážek 5-24 periody: 2,, 5, 4, 3 roky 4 3 2 4 6 8 2 22 24
Výskyt minimálních hladin podzemní vody Jako málo vodné se zhlediska podzemních vod jevily roky 34, 44, 54, 64, 74, 84,3, 23 a 22. Vpovodí Moravy byly dosaženy minimální hladiny převážně vletech 74, 3 a 84, vpovodí Jihlavy většinou vletech 5 a 83, vpovodí Svratky vletech 73 74 vpovodí Dyje vletech 74, 83a 23. Vroce 22 se hladiny podzemních vod přiblížily nebo překročily absolutní minimální hladiny vhorním povodí Jihlavy a vpovodí Dyje.
Významné periody Nejvýznamnější u většiny vrtů se jeví dvanáctiměsíčníperioda, která koresponduje se sezónním doplňováním podzemní vody. Jako druhá nejvýznamnější ze směrodatně prokázaných je perioda přibližně pětiletá. Dvouletá perioda je třetí nejvýznamnější. U řad s šedesátiletou řadou pozorování se vyskytují rovněž statisticky významné 3-leté periody VB2 Šaratice průměrné roční hladiny periody: 2, 5, 7, let VB84 Kunovice průměrné roční hladiny periody:, 2, 5, 2 hladfina PZV v m n.m. 4,5 4 3,5 3 2,5 66 7 74 78 82 86 4 8 22 26 2 24 VB2 AR model hladina PZV v m n.m. 75, 74,6 74, 73,6 63 68 73 78 83 88 3 8 23 28 23 VB84 AR model
Vrt Banín 2 hladina PZV vm n.m. Banín- 25letá perioda 48 46 44 42 4 38 36 2 3 4 5 6 7 8 2 hladfina PZV v m n.m. Banín-periody 5, 6, 25 let 48 46 44 42 4 38 36 23456782 Banín -periody 2, 5,, 6, 25 let Banín -AR model hladina PZV v m n.m.zev osy 48 46 44 42 4 38 36 2 3 4 5 6 7 8 2 hladina PZV v m n.m. 48 46 44 42 4 38 36 23456782
Trendy minimální roční hladiny 5,4 y 5,2 = -,73x + 72,4 R² =,58 5, 58,8 58,6 58,4 58,2 58, 57,8 57,6 4 6 8 2 22 hladiny PZV v m n.m. hladina PZV v m n.m. 66,4 66,2 66, 65,8 65,6 65,4 KB6 Ladná KB556 Strážnice 65,2 65, y = -,5x + 75,43 R² =,674 64,8 5 6 7 8 2 2 22 hladina PZV v m n.m. 3,5 3, 2,5 2,,5, KB8 Břest-Kyselovice y = -,6x + 223,53 R² =,368,5 2 386,8 4 6 8 2 22 386,7 386,6 386,5 386,4 386,3 386,2 386, VB35 Vladislav 386, 385, y = -,33x + 32,72 R² =,583 385,8 6 8 2 22
Povrchové vody hydrologické sucho V případě povrchových vod, vodních toků, je za sucho považována situace, kdy průtok poklesne pod určitou kritickou mez. V České republice je za tuto mez považována hodnota tzv. 355denního průtoku Q 355d. Q 355d označuje průtok, který je v dlouhodobém průměru dosažen či překročen po dobu 355 dní v roce, za stav sucha jsou tedy označena přibližně 3 % nejsušších dní.
4 2 8 6 4 2 Vodoměrná stanice Strážnice Strážnice - Morava průměrné roční průtoky Qmin = 2,46 m 3 /s.8.5 Q 355 =. m 3 /s Qa = 58. m 3 /s průtok v m3/s 2 23 25 27 2 3 33 35 37 3 4 43 45 47 4 5 53 55 57 5 6 63 65 67 6 7 73 75 77 7 8 83 85 87 8 3 5 7 2 23 25 27 2 2 23
Povrchové vody
Aktuální denní průtokové hodnoty http://www.chmi.cz/files/portal/docs/poboc/cb/vodnosti/vodnosti.html
Odhad vlivu klimatické změny na průtoky Pro horizont 2 23: nevýrazné nárůsty nebo poklesy průměr Qa= do 5% Q355d = do 5% průměr Qmin7d = +.2% Qmin7d = -2.% Pro horizont 24 26: výraznějších poklesy průměr Qa= cca -5% Q355d = cca -3% průměr Qmin7d = -7,% Qmin7d = -,% Pro horizont 27 2: ještě výraznější poklesy průměr Qa= cca -3% Q355d = cca -23% průměr Qmin7d = -5,5% Qmin7d = -8,2% Výsledky porovnání charakteristik minimálních průtoků ukazují na vliv klimatické změny ve druhém a zejména v třetím časovém horizontu.
Hladový kámen v Děčíně jedna z nejstarších hydrologických památek v Evropě Nejstarší čitelný nápis je z roku 66 Částečně viditelný kámen na konci července 23 Q 4 = 3 m 3 /s Q 47 = 4, m 3 /s
Hladový kámen 2. srpna 4
Ústí nad Labem. srpen 4
Děkuji za pozornost Eva Soukalová eva.soukalova@chmi.cz