VPLIV PODNEBNIH SPREMEMB NA RAZPOLOŽLJIVOST VODNIH VIROV

Transcription

1 BRAČIČ ŽELEZNIK * Tina ZAJC BENDA** dr. Petra SOUVENT*** dr. BarbaraČENČUR CURK** STANJE IN PERSPEKTIVNE VPLIV PODNEBNIH SPREMEMB NA RAZPOLOŽLJIVOST VODNIH VIROV PREDSTAVITEV PROBLEMATIKE Ekstremni vremenski dogodki, kot so dolga sušna obdobja ali močni padavinski dogodki, nas vedno znova opozarjajo, kako ranljivi so vodni viri, še posebej kadar gre za podzemno vodo. Podzemna voda se nahaja pod površjem in je ne vidimo, spremembe, ki vplivajo na njeno količinsko in kakovostno stanje pa ne zaznamo neposredno, ampak se pokažejo šele s časovnim zamikom. Podzemna voda je pomemben vodni vir, saj je v Sloveniji kar v 90 odstotkih vir pitne vode. Zaradi vse pogostejših vprašanj, kaj se dogaja z vremenom in kako se odražajo podnebne spremembe na razpoložljivost vodnih virov,,je Evropska okoljska agencija (The European Environmental Agency EEA) dala pobudo za regionalne in lokalne projekte ter študije z namnom oceniti obseg podnbnih spremeemb in določiti vpliv le-teh na vire pitne vode. Glavni poblemi oskrbe s pitno vodo na bmočju Evrope se v zadnjih desetletjih namreč pripisujejo opaznemu zmanjšanju količine in poslabšanju kakovosti podzemne vode, tako zaradi neprimerne rabe prostora kakor tudi zaradi podnebnih sprememb. V okviru programa Jugovzhodna Evropa se je v maju 2009 začel projekt»podnebne spremembe in njihov vpliv na oskrbo s pitno vodo (Climate Change and impact on water supply), ki je prepoznaven pod akronimom»cc-waters«( Glavni cilj projekta CC-WaterS je določiti vpliv opodnebnih prememb na oskrbo s pitno vodo na območju Alp, srednje in spodnje Donave in obale Jadranskega morja, se pravi na območjih z različnimi podnebnimi razmerami in topografskimi pogoji. Ob naštetem so cilji projekta tudi: Ocena neposrednih in posrednih vplivov podnebnih sprememb na rabo prostora in na oskrbo s pitno vodo Varovanje in zagotavljanje razpoložljivih količin in kakovosti pitne vode za dolgoročno zdravstveno ustrezno oskrbo s pitno vodo ob upoštevanju podnebnih sprememb in neustrezne rabe prostora Razvoji sistema meritev in kontrole za prilagoditev oskrbe s pitno vodo na predvidene spremembe Varovanje in zagotavljanje razpoložljivih količin in razvoji metod upravljanja, načrtovanja in varovanja virov pitne vode V Sloveniji smo izbrali dve testni območji (Slika 1), peščeno prodna vodonosnika Ljubljanskega polja in Murske kotline. V obeh primerih gre za aluvialna vodonosnika, ki pa se razlikujeta po geometriji, izdatnosti, rabi prostora in odzivu na ekstremne vremenske dogodke. Vodonosnik Ljubljanskega polja je primer urbanega vodonosnika, saj 49% vodonosnika leži pod urbaniziranimi površinami ter 26,4% pod kmetijskimi površinami, ki so predvsem na vodovarstvenih območjih. Podzemna voda, ki se črpa iz vodonosnika je vir pitne vode za okoli prebivalcev mesta Ljubljane in okolice, ki so vključeni v javno oskrbo s pitno vodo. * Branka BRAČIČ ŽELEZNIK, univ. dipl. inž. geol.., JP Vodovod-Kanalizacija d.o.o.; Vodovodna cesta 90, 1000 Ljubljana, e- mail: branka.bracic.zeleznik@vo-ka.si, **dr. Barbara ČENČUR CURK, univ. dipl. inž. geol, **Tina ZAJC BENDA,,univ. dipl. inž. geol,, Univerza v Ljubljani, Naravoslovnotehniška fakulteta, Oddelek za geologijo; Aškerčeva 12, 1000 Ljubljana, barbara.cencur@ntf.uni-lj.si, tina.zajc@ntf.uni-lj.si; *** dr. Petra SOUVENT univ. dipl. inž. geol., Agencija RS za okolje, Vojkova 1b, 1000 Ljubljana, petra.souvent@gov.si

2 B. BRAČIČ- ŽELEZNIK, T. ZAJC-BENDA, STANJE IN PERSPEKTIVNE K Vodonosnik Murske kotline je primer aluvialnega vodonosnika, kjer prevladuje kmetijska rabaa prostora (73%) pred urbano (9%). Na območju Murske kotline živi prebivalcev, od tega jih je v javno oskrbo s pitno vodo vključenih Slika 1. WaterS Območje vodonosnika Ljubljanskega polja in Murske kotline - testni območji v projektu CC- RABA VODE Aluvialni vodonosniki so najpomembnejši vir pitne vode v Sloveniji, saj se iz njih načrpa 57% vse potrebnee vode, iz kraških in razpoklinskih vodonosnikov pa 40% (Statistični urad RS, 2007). Površinske vode so vir pitne vode le v 3%. Za potrebe javne oskrbe je bilo v letu 2010, po podatkih Statističnega urada Slovenije, načrpanih ,000 m 3 vode. Od tega je bilo m 3 načrpanih iz podzemne vode, iz izvirov podzemne vode je bilo odvzetih m 3 in iz izvirov s površinskim dotokom m 3. Ljubljansko polje Na območju Ljubljanskega polja izvaja javno oskrbo s pitno vodo JP Vodovod-Kanalizacija d..o.o. Graf 1 nam prikazuje količine podzemne vode odvzete iz javnega sistema oskrbe, ki so bile prodane gospodinjstvom in gospodarstvu v obdobju 2001 do Trend črpanja podzemne vode za javno oskrbo je padajoč, saj se potrebee iz leta v leto zmanjšujejo. K temu nedvomno prispevajo vedno večja ekološka osveščenost porabnikov, manjša poraba vode gospodinjskih aparatov in manjša poraba v industrijski proizvodnji. Trenutno je povprečna raba vode v gospodinjstvu na območju Ljubljanskega polja 150 l/s na osebo. Po podatkih izdanih vodnhih pravic (stanje iz začetka leta 2010), je dovoljen odvzem podzemne vode na Ljubljanskem polju v skupni količini 43.Mm 3. Največji delež podzemne vode se glede na vodne pravice koristi za javno oskrbo s pitno vodo (82%) ter za potrebe gospodarstva (15%). V preostalih 3% pa je poraba vode za pivovarno, javna kopališča, namakanje kmetijskih površin, pridobivanje toplote ter za individualne potrebe.

3 STANJE IN PERSPEKTIVNE Graf 1: Raba vode iz javnega sistema oskrbe s pitno vodoo na Ljubljanskem polju v obdobju Murska kotlina Na območju Murske kotline izvajajo javno oskrbo s pitno vodo tri javnaa podjetja: Javno podjetje Prlekija d.o.o., Komunala Murska Sobota in EKO-PARK d.o.o. Lendava, ki oskrbujejo prebivalcev. Graf 2 nam prikazuje količine vode odvzete iz javnega sistema oskrbe, ki so bile prodane gospodinjstvom in gospodarstvu v obdobju 2004 do Količiner načrpane vode so se v tem obdobju rahlo povečale, predvsem se je povečala raba vode za gospodinjstva. Trenutno je povprečna raba na tem območju 109 l/s. Po podatkih izdanih vodnih povračil (stanje iz začetka leta 2010), je dovoljen odvzem podzemne vode v Murski kotlini v skupni količini 15 Mm 3. Največji delež podzemne se glede na vodne pravice koristi za potrebe gospodarstva (52%), za pridobivanje toplote (26%) in javno oskrbo s pitno vodo (19%). V preostalih 3% pa je poraba vode za namakanje kmetijskih površin in individualne potrebe Raba vode v Murski kotlini Mm3/leto 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 3,61 2,07 1,55 3,62 2,03 1,59 3,59 2,09 1,51 3,72 2,22 1, PRODANA VODA SKUPAJ GOSPODINJSTVA GOSPODARSTVO IN DRUGO Graf 2: Raba vode iz javnih sistemov oskrbe s pitno vodoo vmurski kotlini v obdobju

4 B. BRAČIČ- ŽELEZNIK, T. ZAJC-BENDA, K NAPOVEDI SPREMEMB TEMPERATURE IN PADAVIN V PRIHODNOSTI V sklopu določitve podnebnih sprememb je bila narejena analiza preteklih vremenskih razmer na padavinskih postajah Ljubljana in Kredarica za referenčno obdobje , ki je potrdila spremembe padavinskega režima. Za napoved podnebja v prihodnosti so bili izdelani scenariji, ki se predpostavljajo za verjetne in temeljijo na predpostavkah o povezavah med podnebnimi dejavniki in omogočajo oceno predvidenih posledic človeško pogojenih sprememb podnebja. Za izdelavo scenarijev razvoja podnebja za obdobji in so bili uporabljeni regionalni podnebni modeli (RCM), ki upoštevajo različne scenarijee razvoja družbe oziroma posledičnih izpustov toplogrednih plinov in delcev v ozračje. Uporabljeni so bili trije regionalni popdnebni modeli: ALADIN, RegCM3 in PROMES, ki temeljijo na srednjem scenariju emisij A1B ( Bergant). Simulacije meteoroloških parametrov (temperature in padavin) v prihodnosti kažejo, da bo povišanje temperature zraka največje v toplem delu leta, še posebej poleti. Padavinski podatki v prihodnjih obdobjih kažejo visoko stopnjo negotovosti, modelske simulacije pa kažejo na splošni trend manjše količine poletnih padavin. Modelski podatki nakazujejo tudi trende v smeri daljšega trajanjaa suše in večjega maksimumaa dnevnih padavin. Ljubljansko polje STANJE IN PERSPEKTIVNE Slika 2: Prikaz temperatur za obdobje v Ljubljani in rezultati modeliranja po različnih modelih (ALADIN, PROMES, RegCM3) ; polne črte prikazujejo rezultate za obdobje in črtkane črte za obdobje

5 STANJE IN PERSPEKTIVNE Slika 3: Merjene in modelirane letne količine padavin na merilni postaji Ljubljana v obdobjih: (levo), (sredina) in (desno) Murska kotlina Slika 4: Prikaz temperatur za obdobje v Ljubljani in rezultati modeliranja po različnih modelih (ALADIN, PROMES, RegCM3) ; polne črte prikazujejo rezultate za obdobje in črtkane črte za obdobje Slika 5: Merjene in modelirane letne količine padavin na merilni postaji Ljubljana v obdobjih: (levo), (sredina) in (desno)

6 B. BRAČIČ- ŽELEZNIK, T. ZAJC-BENDA, NAPOVEDI PRETOKOV REK V PRIHODNOSTI STANJE IN PERSPEKTIVNE Za izračun projekcij pretokov za obdobji in je bil uporabljen numerični model VNC. Model VNC upošteva korelacijsko odvisnost med standardnimi spremenljivkami ter različne kombinacije relacij. Vhodni podatki so podatki o temperaturi, padavinah in pretokih za obdobje Podatki so bili reducirani na srednja mesečna povprečja. Standardni proces generira serije srednjih mesečnih pretokov, mesečne količine padavin in srednje mesečne temperature za obdobje Osnovne odvisnosti so definirane kot U( q ) = α U ( p ) + α U 0 i.ko o1 1 i,k o2 2 ( t i, k ) kjer je:q i 0 srednji mesečni pretok, p i srednja mesečna količina padavin v hidrografskem bazenu in t i srednja mesečna temperatura v hidrografskem bazenu. Tako modelirani parametri v modelu VNC, kot tudi ustrezna funkcionalna odvisnost standardiziranih in realnih vrednosti obravnavanih naključnih spremenljivk (U (q i 0 ), U1 (p i ) in U2 (t i )), so bile določene z uporabo merjenih podatkov iz obdobja Zaradi relativno nizke vrednosti korelacijskih koeficientov med povprečnim mesečnim pretokom in mesečno količino padavin, kot tudi med povprečnim mesečnim pretokom in povprečno mesečno temperaturo zraka, je bil uporabljen iterativni korektivni postopek za izračun vrednosti standardizirane spremenljivke toka, ki zagotavlja pridobitev časovne vrste pretoka, ki ima približno enake statistične parametre (srednja vrednost, standardni odklon, koeficient variacije in asimetrije, min, max) kot osnovne serije (Prohaska). Reka Sava Reka Sava prispeva okoli 50% obnovljivih količin, ki se iz reke infiltrirajo v vodonosnik na območju Roj in Tomačevega. Poznavanje razmer na celotnem hidrografskem bazenu reke Save je pomembno za določitev razpoložljivosti vodnih virov, kakor za izdelavo ocene v prihodnosti. Podnebni modeli so pokazali, da bo manj padavin poleti in več pozimi, ki pa bodo zaradi višjih temperatur v obliki dežja in ne snega. To ima lahko zelo velik vpliv na bilanco vodonosnika Ljubljanskega polja, predvsem v deležu napajanja podzemne vode iz reke Save. Reka Sava izvira v Julijskih Alpah in na njeno vodnatost vpliva snežna odeja v visokogorju. Če je le ta, zaradi višjih temperatur tanjša ali pa je ni, pomeni da ni akumulacije za poletno obdobje. Na osnovi dolgoletnega niza meritev padavin in pretokov reke Save in ob upoštevanju scenarijev podnebnih sprememb so bile narejene simulacije pretokov reke Save. Izračuni kažejo, ob predpostavki, da se struga reke Save v nasledjih 100 letih ne bo spremenila, da se trend srednjih pretokov reke Save ne bo bistveno spremenil, vendar bo razpon vrednosti večji (večje vrednosti nizkih in visokih srednjih pretokov). Modelirani podatki na merilni postaji v Mednem kažejo, po obeh modelih, naraščanje pretoka v obdobju ( ). Na merilni postaji Šentjakob kaže model ALADIN upadanje trenda, RegCM3 pa stagnacijo enakomeren pretok.v obdobju ( ) sta trenda modelov nasprotna. Po ALADIN-u naj bi pretok reke Save rahlo upadal na obeh postajah, po RegCM3 pa rahlo naraščal. Sliki 6 in 7 prikazujeta izmerjene pretoke za obdobje in modelirane pretoke za obdobji in na dveh merilnih postajah na reki Savi.

7 STANJE IN PERSPEKTIVNE Slika 6: Povprečni letni pretok Save v Mednem za obdobje (siva) in modelirani pretoki za in (modra za ALADIN in rdeča za model RegCM3). Slika 2: Povprečni letni pretok Save v Šentjakobu za obdobje (siva) in modelirani pretoki za in (modra za ALADIN in rdeča za model RegCM3 Reka Mura in Ledava Razporeditev pretokov reke Mure tekom leta je odvisna predvsem od snežnih padavin in dolžine trajanja snežne odeje v avstrijskih gorah. Večji pretoki se pojavljajo spomladi med marcem in majem, v jesenskih in zimskih mesecih pa so pretoki nizki. Reka Mura ima pomembno vlogo pri ohranjanju zalog podzemne vode na območju Murske kotline. Za dobro količinsko stanje vodnosnikov je pomembno, da je v tleh poplavnega prostora reke stalno prisotna voda, da so rečni rokavi vodnati in da so mrtvice čim večkrat omočene. Na sliki 8 je prikazan povprečni letni pretok za obdobje na merilni postaji Petanjci in napovedi pretokov v obdobjih in , ki smo jih dobili z modelom VNC na osnovi rezulatov modelov ALADIN in RegMC3 Slika 8: Povprečni letni pretok Mure na merilni postaji v Petanjcih za obdobje (siva) in modelirani pretoki za in (modra za ALADIN in rdeča za model RegCM3

8 B. BRAČIČ- ŽELEZNIK, T. ZAJC-BENDA, STANJE IN PERSPEKTIVNE Rezultati modela kažejo, da bo pretok reke Mure v obdobju naraščal (od 0,31 do 0,41 m 3 /s na leto, kakor tudi v obdobju (od 0,33 do 0,55 m 3 /s na leto) Reka Ledava ima panonski dežno-snežni pretočni režim. Primarni višek vode je v marcu kot posledica dežja in taljenja snega po gričevju in nižinah, sekundarni, ki je manjši, pa je v novembru in decembru. Najmanj vode ima vodotok poleti, ko zaradi velikega izhlapevanja večino padavin porabijo rastline za rast in evapotranspiracijo. Slika 9: Povprečni letni pretok Ledave na merilni postaji Čentiba za obdobje (siva) in modelirani pretoki za in (modra za ALADIN in rdeča za model RegCM3 Slika 10: Povprečni letni pretok Ledave na merilni postaji Polana I za obdobje (siva) in modelirani pretoki za in (modra za ALADIN in rdeča za model RegCM3 Rezultati modela kažejo primerljive trende na obeh merilnih postajah. Pretok bo upadal na obeh merilnih postajah tako v obdobju kakor v obdobju KOLIČINSKO STANJE PODZEMNE VODE Razpoložljivost vodnih virov smo izvedli na podlagi ocene napajanja vodonosnikov z modelom GROWA-SI (Andjelov in sod., 2011) in na podlagi analize trendov dolgoletnih podatkovnih nizov meritev gladin podzemne vode. Z modelom GROWA-SI smo ob upoštevanju podnebnih pogojev, vrste tal, rabe prostora, naklona površja in hidrogeoloških lastnosti na testnih območjih izračunali površinski odtok, podzemni odtok in realno evapotranspiracijo za obdobje , in (Preglednica 1 in 2). Ljubljansko polje Količinsko stanje podzemne vode lahko določimo na osnovi analize dolgoletnih podatkovnih nizov podzemne vode. Trend gladin podzemne vode je v osrednjem delu Ljubljanskega polja pozitiven, kar pomeni da se gladina podzemne vode dviguje ter da je dinamični pretok večji od odvzetih količin (Slika 11).

9 STANJE IN PERSPEKTIVNE Slika 11: Trendi gladin podzemne vode za obdobje na Ljubljanskem polju Obdobje ETR (mm/leto) QD (mm/leto) QGW (mm/leto) Model ALADIN Model RegCM Model ALADIN Model RegCM Model ALADIN Model RegCM Preglednica 1: Realna evapotranspiracija (ETR), površinski odtok (QD) in podzemni odtok (QGW) izračunan z modelom GROWA-SI za različna obdobja in podnebne modele na testnem območju Ljubljanskega polja. Po napovedih za obdobje se zaradi višjih temperatur poveča izhlapevanje, zaradi bolj intenzivnih padavin se poveča površinski odtok kakor tudi podzemni odtok. Po napovedih za pa je izhlapevanje takšno kakor v obdobju , ravno tako površinski in podzemni odtok. Murska kotlina Negativni trendi so v Murski kotlini izraženi na severnem in osrednjem delu Prekmurskega polja. Negativne trende lahko pripišemo vrsti umetnih posegov v preteklosti, kot so izsuševanje močvirnatega sveta za potrebe kmetijstva, velikim prodnim jamam, kjer se izkop proda vrši tudi pod gladino podzemne vode, črpanju podzemne vode za oskrbo s pitno vodo in druge namene, erozijskemu poglabljanju reke Mure, pa tudi manjšemu napajanju s padavinami v letu 2002 in 2003 (Slika 12).

10 B. BRAČIČ- ŽELEZNIK, T. ZAJC-BENDA, STANJE IN PERSPEKTIVNE Slika 12: Trendi gladin podzemne vode za obdobje v Murski kotlini Obdobje ETR (mm/leto) QD (mm/leto) QGW (mm/leto) Model ALADIN Model RegCM Model ALADIN Model RegCM Model ALADIN Model RegCM Preglednica 2: Realna evapotranspiracija (ETR), površinski odtok (QD) in podzemni odtok (QGW) izračunan z modelom GROWA-SI za različna obdobja in podnebne modele na testnem območju Murske kotline.. Po napovedih za obdobje so razmere podobne kakor v obdobju , v obdobju pa so izrazitejšo manjši površinski odtok in podzemni odtok, kar je posledica manjših padovin v tem obdobju. ZAKLJUČKI Analize preteklih podatkov in rezultati modelov napovedi podnebnih sprememb so pokazali, da lahko v prihodnosti pričakujemo sezonske spremembe padavin in temperatur, kar bo imelo posledice na napajanje aluvialnih vodonosnikov. Ker so vodonosniki na obeh testnih območjih v neposredni povezavi z vodotoki, je za količinsko stanje podzemne vode pomembno, kakšne so napovedi sprememb pretokov rek na teh območjih. Razpoložljivost vodnega vira na Ljubljanskem polju, so kljub napovedanim podnebnim sremembam ne bo bistveno zmanjšala.

11 STANJE IN PERSPEKTIVNE Drugačna je slika razpoložljivosti vodnih virov v Murski kotlini, kjer so že seda,j v njenem zgornjem delu, negativni trendi. Napovedane podnebne spremembe bodo še zmanjšale razpoložljivost vodnih virov. Ocena podnebnih sprememb in razpoložljivosti vodnega vira v sedanjosti in projekcije v prihodnosti so zelo pomembne za upravljanje vodnega vira, ki se uporablja za oskrbo s pitno vodo. Na podlagi analize in projekcije rabe vode v se bo v nadaljevanju projekta določilo ukrepe prilagajanja podnebnim spremembam oz določilo alternative rešitve. Tako bo omogočeno pravočasno zaznavanje in ukrepanje ob negativnih posledicah podnebnih sprememb na način, da bo tudi v prihodnosti zagotovoljena zadostna in zdravstveno ustrezna javna oskrba s pitno vodo. LITERATURA Andjelov, M., Tetzlaf, B., Wendland, F., 2011, Groundwater recharge in Slovenia. Results of a bilateral German-Slovene Research Project. FZ Jülich, v pripravi Bat, M. et al. 2008, Water balance of Slovenia , Ministry of the Environment and Spatial Planning, Slovenian Environment Agency, P.: Bergant, K., and Muri, B. (2010) Applications to project test area. WP 3 Climate Change report, Southeast Europe Project Climate Change and Impacts on Water Supply, Ljubljana Bracic Zeleznik, B., Cencur Curk B. And Souvent P. (2011) Drinking water quality under changing climate conditions Water Quality: Current Trends and Expected Climate Change Impacts (Proceedings of symposium H04held during IUGG2011 in Melbourne, Australia, July 2011) (IAHS Publ. 348, 2011). EC 2008: Groundwater protection in Europe The new groundwater directive Consolidating the EU regulatory framework.- EC, Directorate General for the Environment, Luxembourg: Publications Office of the European Union. EEA 2010: The European environment - State and outlook Urban environment.- European Environment Agency, Copenhagen, Luxembourg: Publications Office of the European Union. Green Paper 2007: Green Paper from the Commission to the Council, the European Parliament, the European Economic and Social Committee and the Committee of the Regions - Adapting to Climate Change in Europe Options for EU Action {SEC(2007) 849}. nal&an_doc=2007&nu_doc=354 Kladnik, D., Rejec Brancelj, I., Smrekar, A Agricultural pollution. Groundwater on Ljubljana field, Geography of Slovenia 10. Ljubljana Stadler H., Skritek, P., Sommer, R., Mach, R.L., Zerobin, W. & Farnleiter, A. H. (2008) Microbiological monitoring and automated event sampling at karst springs using LEO-satellites. Water Sci. Technol. 58(4), Prohaska, S. 1980: Stohastic model for long range forecasting of river frow, Hydrological forecasting, Proceedins of the Oxford Symposium, IAHS Publ. No.129 Vizintin, G., Souvent, P., Veselič, M., Cencur Curk, B. 2009: Determination of urban groundwater pollution in alluvial aquifer using linked process models considering urban water cycle, Journal of Hydrology 377 (2009) Zajc,T., Bracic Zeleznik B., Souvent P., Cencur Curk B. (2011) WP4 Water Resourcest, Southeast Europe Project Climate Change and Impacts on Water Supply, Ljubljana Zajc,T., Bracic Zeleznik B., Souvent P., Cencur Curk B. (2011) WP5 Land uses and Water Safety, Southeast Europe Project Climate Change and Impacts on Water Supply, Ljubljana