Proč roste význam adaptačních opatření k omezení dopadů změny klimatu na vodní zdroje?

Příspěvek přináší údaje o nezbytnosti vyhodnotit vodní bilanci na území České republiky podle scénářů vývoje změny klimatu pro situace souběhu rostoucích teplot vzduchu a následném
nárůstu evapotranspirace při současném 2–5letém poklesu srážkových úhrnů o 20–30 %, ke kterým historicky docházelo. Jsou uvedena nezbytná efektivní adaptační opatření k udržení „vodního blahobytu“ dostupnými dostatečnými vodními zdroji nejenom v současnosti, ale zejména pro budoucí generace v období po roce 2050.

Úvodem

Od devadesátých let minulého století probíhá intenzivní výzkum klimatu, jehož výkyvy a trend postupně potvrzují, že dochází ke změně, která se projevuje nejmarkantněji růstem teploty vzduchu a nerovnoměrností globálního rozdělení srážek. Z analýzy možných příčin vyplynulo, že hlavním důvodem jsou emise tzv. „skleníkových plynů“ (rozhodující jsou oxid uhličitý
a metan) v důsledku lidské (antropogenní) činnosti na celé zeměkouli. Růst teploty vzduchu nejvíce ovlivňuje vodní poměry a vývoj i složení vegetace, což vede k zásadním změnám přírodních ekosystémů. Nárůst teploty vzduchu vede ke zvyšování evaporace z vodních ploch při současném nárůstu evapotranspirace, což samozřejmě mění a zhoršuje situaci našich omezených vodních zdrojů, kterými při přepočtu na 1 obyvatele patříme k posledním 4 státům Evropy. Z tohoto důvodu jsou údaje o situaci našich vodních zdrojů z málo vodného období let 2014–2020 analyzovány s cílem posoudit jejich další očekávaný vývoj podle scénářů vývoje změny klimatu. Cílem je navrhnout opatření v rámci adaptačních plánů a strategií, aby byl dosavadní vodní blahobyt, vytvořený předchozími generacemi vodohospodářů, zachován
a dosažitelný i pro budoucí generace našich potomků.

Východiska

Záměry a plány na omezení příčin změny klimatu (mitigaci) v Evropě předpokládají, že se produkci skleníkových plynů podaří omezit natolik, aby globální teploty vzduchu v roce 2050 nepřekročily nárůst o 1,5–2^o C. To ovšem představuje dosažení poklesu produkce skleníkových plynů v roce 2033 na polovinu množství produkovaného na začátku průmyslové revoluce (období 1850–1900), a v roce 2050 dosáhnout tehdejší úrovně emisí, tzv. „uhlíkové neutrality“. Problémem však je, že i kdyby evropské státy dosáhly uvedeného snížení emisí, v celosvětovém měřítku se projeví snížením přibližně do 10 %. Údajně se dalších 195 signatářů Pařížské dohody o změně klimatu také snaží, nicméně tempo omezování emisí je příliš pomalé. Navíc řada mimoevropských zemí emise významně nesnižuje, a mnohé státy dokonce emise zvyšují. Recentně publikovaná zpráva ČTK (19. 6. 2023) přinesla informaci Světové meteorologické organizace (WMO), že teplota vzduchu v Evropě vzrůstá rychleji, než se uvádí v předpovědích globálních scénářů. Podle uvedené zprávy navýšení teploty o + 2,3^o C nastalo již v r. 2022. Tím se, samozřejmě, cíl pro r. 2050 stává problematický a spíše nedosažitelný. Ostatně i z průběhu dřívějších scénářů vývoje emisí a teploty vzduchu je zjevné, že k navýšení nad
+2^o C dojde kolem r. 2030 a lze očekávat další nárůst. Regresní vztah zvyšování teploty v čase na obr. 1 ukazuje, že při zachování dosavadního trendu bude průměrná roční teplota na povodí Labe v Děčíně zhruba 10 ^o C. Tuto hodnotu jako horní odhad pro rok 2050 v ČR s odhadovanou chybou +- 0,3^o C uvedl v rozhovoru pro VTEI 5/2023 Radim Tolasz, Ph.D., expert Světové meteorologické organizace.

Obr. 1

 Průběh a extrapolace průměrných teplot na povodí Labe po Děčín

Z této situace vyplývá, že na udržení nárůstu teploty vzduchu pod + 2^o C nelze v dalších desetiletích spoléhat, a proto vodohospodáři a rovněž hospodářské strategie evropských států musí přijmout tzv. adaptační opatření jako doprovodná k mitigačním snahám o snížení emisí
(a tím i teplot vzduchu), aby kvalita života obyvatel a úroveň hospodářství nebyla negativně zasažena nedostatkem vody v následujících letech. Východiskem jsou jednoznačně scénáře změny klimatu podle globálních i regionálních hledisek, s jejichž výstupy je nutné pracovat pro návrhy efektivních opatření k omezení dopadů vývoje klimatu.

Očekávané dopady změny klimatu na stávající stav vodních zdrojů a jejich využívání v České republice

Je historickou skutečností, že vzhledem k reliéfu našeho území prakticky všechna voda odtéká do okolních států, a naopak, neexistuje žádný výrazný přítok. Řadíme se tím ke státům náchylným k výskytu a dopadům „vodního stresu“, tedy k nedostatku disponibilních zdrojů vody. Potvrzuje to analýza Evropské agentury pro životní prostředí /1/, která jednotnou metodikou vyhodnotila podíly odběrů vody odebíraných ze stávajících disponibilních vodních zdrojů v jednotlivých státech EU. Dosažení a překročení úrovně 20 % již je považována za vodní stres a nad 30 % již jde o vážné ohrožení nedostatkem vody. Z rozboru vyplynulo, že v České republice byla několikrát úroveň 30 % překročena. Došlo k tomu v devadesátých letech minulého století, kdy odběry vody byly dvojnásobné oproti současnosti. Podobná situace nastala ovšem i během nedávných málo vodných letech, kdy důvodem nebyla vysoká potřeba, ale pokles úrovně disponibilních vodních zdrojů. Úsporami ve spotřebě vody jsme tedy vykročili výborně, a patříme k zemím s nejnižší spotřebou vody v Evropě. Další snižování spotřeby již nelze očekávat, mj. s ohledem na kapacity vodárenské infrastruktury, budované na původní velké objemy spotřeby. Tím by se doba zdržení vody ve vodovodních sítích zvyšovala a výborná jakost na odtoku z úpraven a vodojemů pitné vody by klesala nárůstem zdržení v potrubí. Patříme tedy k územím s ohrožením stávajících vodních zdrojů následkem vývoje změny klimatu, která růstem teplot vzduchu výrazně posiluje evapotranspirací. Ta poroste, neboť účinek mitigačních aktivit je globálně nedostatečný, mnohé země dokonce emise zvyšují, jak dokládá Obr. 2. Po roce 2040 bude nárůst teploty nejenom překročen o + 2^o C, ale lze zjevně očekávat zvýšení o + 3^o C i více stupňů v dalších letech.

Obr. 2

Emise skleníkových plynů vztažené na 1 obyvatele několika států svědčí o velmi pomalém průměrném poklesu, nicméně je zjevný naopak nárůst emisí v rozmezí 1–9 % v pěti státech mimo EU.

Dopad rostoucích teplot vzduchu na evapotranspiraci a pokles vodních zdrojů i při stejné úrovni srážek je zřejmý. Podle zhodnocení pozorovaných řad teplot, srážek a odtoků po roce 1980 viz /7/ byl pokles průměrného odtoku mezi obdobími 1961–1980 a 1981–2018 v rozmezí 0 až
35 % (v souboru 41 povodí). Velmi podstatné je, že pokles odtoku za letní čtvrtletí byl v relativních hodnotách v letním pololetí 5,8krát větší než v zimním pololetí. V absolutních hodnotách například pro Labe v Děčíně podle článku /2/ průměrný odtok v letním pololetí poklesl o 18,5 mm, v zimním pololetí vlivem mírného nárůstu srážek se zvětšil v období
1991–2019 oproti období 1961–1980 o 2,3 mm.

Z uvedených výsledků je zřejmé, že riziko poklesu průtoků vlivem oteplování je podstatně větší v letním pololetí, kdy se navíc teploty zvyšují více než v ročním průměru. Při pokračujícím oteplování bude ve stále větší míře ubývat odtoku v letním pololetí, prodlouží a prohloubí se hydrologická sucha. Obrázek 2 ukazuje, že při extrapolaci dosavadního průběhu průměrných letních průtoků Labe v Děčíně do časové úrovně roku 2050 poklesne průměrný roční průtok do hodnot zhruba 100 m³.s^-1.

Pokles letního odtoku dosáhne v poměrech úrovně roku 2050 průměrný odtok z celé ČR hranice, kdy nebude postačovat ani na zachování současné verze minimálních zůstatkových průtoků v závěrových profilech toků odtékajících z ČR. V provedené bilanci se předpokládá, že všechny odběry vody se vrátí do toků jako vypouštění vod, zmenšené jen o ztrátovou složku. Je zřejmé, že v oblastech ČR s menšími srážkami než průměr ČR, nastane tato situace dříve.  Pro odběry vody i zachování ekologických průtoků bude třeba v letním pololetí využívat vodu převedenou z pololetí zimního. To nelze zajistit jinak než pomocí zásobních nádrží. Je proto nezbytné posoudit, do jaké míry při předpokládané intenzitě oteplování stačí tuto funkci stávající nádrže zajistit. Vzhledem k dlouhé době od záměru po realizaci nádrží je třeba tuto úlohu řešit v potřebném předstihu.

Obr. 3

 Průběh a extrapolace průměrných průtoků Labe v Děčíně v letním pololetí.

Z hodnocení ohroženosti odběrů vody pro zásobování obyvatel pitnou vodou a pro další hospodářské účely vyplynulo, že při stejném podílu odběrů ze zdrojů povrchových
a podzemních vod jsou nejohroženější odběry z podzemních vod. K pokrytí celkových objemů vody pro vodárenské účely se využívá z 50 % podzemních vod, což je 80 % stávajících celkových odběrů podzemních vod. Stav jejich zdrojů byl v málo vodných letech trvale pod hranicí výrazně nízké až mimořádně nízké úrovně /3/. Jejich doplňování v období jarního tání, které bylo standardní v minulosti, nyní nenastává, v důsledku mírných zim se dotace podzemních vod posunuje do zimního období a je méně intenzivní. V letním období potenciální evapotranspirace převyšující i průměrné srážky způsobuje, že voda z půdy se vypaří a do podzemní vody neprosákne. Výskyt přívalových srážkových epizod, provázených rychlým povrchovým odtokem, k doplňování podzemních vod také nepřispívá. Výsledkem je deficitní bilance objemů podzemních vod, která se projevuje nejenom u hladin mělkých podzemních vod, ale rovněž u hladin hlubokých vrtů.

Tabulka 1      
Přehled vodárenských nádrží spravovaných s. p. Povodí a informace, kdy došlo v posledních 30 letech (1990–2020) ke snížení zásobního objemu pod 30 % a zda byl omezen odběr pro vodárny. /Zdroj: Údaje s. p. Povodí/.

Naštěstí je situace pro zdroje povrchové vody z přehradních, především vodárenských nádrží, výrazně příznivější. Poklesy zásobních objemů vody následkem odběrů se během ročního průběhu vždy stačily dostatečně doplnit v období zimních a jarních měsíců, takže byly schopné překlenout další sezonu. Z analýzy údajů o kolísání zásobních objemů vodárenských nádrží, poskytnutých s. p. Povodí, vyplývá, že za posledních 30 let nikdy odběry pro vodárenství nebyly omezeny ani při poklesu objemů nádrží pod 30 % (Tab. 1). Příznivá je skutečnost, že roční srážkové úhrny se nemění ani pro budoucí období (předpokládá se spíše mírný nárůst), takže akumulace srážek v přehradních nádržích představuje způsob, jak naše vodní zdroje zajistit a posílit i do budoucích let, přestože trend změny klimatu bude zřejmě pokračovat. Proto se vlastníci a provozovatelé vodovodů v případech nedostatečnosti svých zdrojů podzemní vody orientují na připojení k soustavám, zajištěným ze zdrojů povrchových vod v nádržích. To ovšem má své limity, neboť stávající objemy vody ve vodárenských nádržích neumožňují kompletně pokrýt odběry, které doposud poskytují zdroje podzemní vody, a nedokáží pokrýt ani současná povolená množství (reálné odběry jsou výrazně nižší než povolené). Situace se bude zhoršovat v budoucnu, jak vyplývá ze scénářů vývoje klimatu. S ohledem na velmi nízké procentuální zachycení srážek do našich disponibilních vodních zdrojů (přibližně 10–12 % ročního úhrnu, z nichž pro vodárenské účely se využívá jen 1–2 %), je více než zřejmé, že i po zohlednění následků rostoucí evapotranspirace, lze ze srážkových úhrnů zachytit výrazně vyšší podíl /4/. Samozřejmě, toto posílení akumulací se musí orientovat na zimní a jarní období, kdy neohrozí úroveň průtoků ve vodních tocích.

V těchto souvislostech je ovšem nezbytné řešit situace, kdy zvýšená evapotranspirace bude snižovat (především v letním období) objemy vod v povrchových i podzemních zdrojích, a zároveň dojde k situaci opakovaného poklesu srážkových úhrnů v několika po sobě jdoucích letech. Variabilita srážkových úhrnů meziročně kolísá v rozmezí až -30 % i při zachování neměnné úrovně dlouhodobého průměru, jak vyplývá z jejich dlouhodobého vývoje (viz
Obr. 3).

V podmínkách zvýšené teploty vzduchu se však uplatňuje vliv změn sezónního rozložení srážek, které se na jejich ročních průměrech výrazně nemusí projevit. Ukazuje to porovnání desetiletých průměrů srážek a odtoku z povodí Labe v Děčíně mezi obdobími 1991–2000 a 2013–2022. Desetileté průměry srážek se liší jen o 1 %. Na poklesu průměrných ročních průtoků z těchto desetiletí o 59,4 m3s-1 (20,3 %) se podílí pokles průtoků v březnu o 217 m3s-1 a v dubnu o 204 m3s-1. Březnový pokles lze jen z malé části vysvětlit změnami doby tání, neboť únorový vzestup činí jen 13 m3s-1. Podstatný vliv má zřejmě pokles srážek v období únor až duben o 25 %. Vlivem vysokých teplot mírná zvětšení srážek v letním období o 9 % a v podzimním období o 6 % zvýšení odtoku nezpůsobí, viz obr. 4.

Obr. 4
Roční chod průměrných měsíčních průtoků Labe v Děčíně v desetiletích 1991–2000
a 2013–2022.

Následky uvedené koincidence vysoké evapotranspirace a poklesu srážkových úhrnů je naprosto nutné prověřit s využitím modelových řešení. Zásadní je při zohlednění dopadu tzv. středního scénáře změny klimatu, který poskytl Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka v. v. i. /5/ jednotlivým s. p. Povodí pro ověření dostatečnosti stávajících objemů vodárenských nádrží. Toto ověření se však týkalo existujících, tzv. průměrných situací (tedy plnění nádrží průměrnými průtoky v přítocích), nikoliv možnosti víceletého poklesu srážkových úhrnů, který se historicky několikrát objevil (viz Obr. 3). Tyto analýzy s vyhodnocením je třeba provést v jednotlivých lokalitách (regionech) s vodárenskými nádržemi, a na základě výsledků navrhovat případnou potřebu nové výstavby nádrží i jejich umístění s využitím Generelu LAPV /6/.

Obr. 5
Roční srážkové úhrny na území České republiky.          
Zdroj: CzechGlobe (se svolením autorů grafu).

Závěr

Z vyhodnocení situace našich disponibilních zdrojů a jejich využívání v málo vodných obdobích vyplývá, že strategie vodohospodářů k zajištění dostatečných a udržitelných vodních zdrojů pro potřeby obyvatel a hospodářskou prosperitu spočívá v navýšení akumulace vody na našem území, především v přehradních nádržích. Jejich potřebu, lokalizaci a využití v budoucích letech je třeba prověřit na základě vyhodnocení následků změny klimatu za různých scénářů a při zohlednění koincidence zvýšené evapotranspirace s víceletým poklesem srážkových úhrnů pro jednotlivá povodí (v úrovni 3. řádu). Následné výstupy je třeba urychleně implementovat a realizaci nových akumulací rozhodovat nyní, aby budoucí generace obyvatel mohly žít po r. 2040–2050 v obdobném dostatku vodních zdrojů, který jsme doposud měli zásluhou předchozích generací vodohospodářů. Předpokládané zastavení růstu teplot razantním globálním omezením emisí skleníkových plynů se zatím nedaří, naopak, v případě několika států mimo EU emise dokonce rostou. Většina klimatologů předpokládá, že předpokládaný „stop“ nárůstu teploty vzduchu o +1,5^o C nebude dosažen, lze očekávat nárůst o +2,5^o
až + 3^o C v polovině století.

 Reference

/1/ European Environmental Agency (2019): Use of freshwater resources in Europe. (Coppenhagen) 46 p.

/2/ Kašpárek, L., M. Peláková, (2023): Budou průtoky ve vodních tocích v létě k horizontu 2060 o polovinu menší? VTEI /2023/ 5: 34–38.

/3/ Analýza málo vodného období 2014–2020 v povodí Labe. Studie Pracovních skupin „Hydrologie“ a „Podzemní vody“, Sekretariát Mezinárodní komise pro ochranu Labe (Magdeburg) (www.IKSE-MKOL.org).

/4/ Punčochář, P., (2023): What adaptation measures to limit the effects of climate change in the Czech Republic will lead to the security of water resources? Sborník Magdeburského semináře o ochraně vod 2023 (Chomutov) Povodí Ohře s. p., 49–52 /ISBN: 978-80-11-0329-0/ nebo http://www.poh.cz/sbornik-tagungsband/d-11408/p1=3768

/5/ Vizina a kol., (2021): Střední scénář klimatické změny pro vodní hospodářství v České republice. VÚV TGM v.v.i., (Praha) 34 s.

/6/ Generel území chráněných pro akumulaci povrchových vod, (2020) www.eAgri.cz („voda“).

/7/ Kašpárek, L., Kožín, R. (2022) Změny srážek a odtoků na povodích v ČR v období intenzivního oteplování. VTEI 2022/2: 17–27.

RNDr. Pavel Punčochář, CSc.,¹⁾ Ing. Ladislav Kašpárek, CSc.,²⁾ Ing. Adam Vizina,²⁾ Ph.D., Ing. Petr Šercl, CSc.,³⁾

¹⁾Ministerstvo zemědělství, ²⁾ Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka, v. v. i., ³⁾ Český hydrometeorologický ústav