(powodzie i niżówki) onki. Prognoza i redukcja zanieczyszczeń obszarowych, emisji stałej i przepływ ekstremalnych z obszarów w wiejskich

Transkrypt

1 SZKOŁA GŁÓWNA GOSPODARSTWA WIEJSKIEGO Prognoza i redukcja zanieczyszczeń obszarowych, emisji stałej i przepływ ywów ekstremalnych z obszarów w wiejskich Działanie anie 6: Przepływy ekstremalne (powodzie i niżówki) Niżówki rzeczne w zlewni Zagożdżonki onki Ewa Kaznowska

2 WPROWADZENIE Celem pracy - analiza występowania niżówek rzecznych w małej zlewni o charakterze rolniczym Zjawisko niżówki stanowi ostatnią fazę w cyku rozwojowym złożonego procesu hydrometeorologicznego jakim jest susza. Zjawisko niżówki utożsamiane jest z okresem występowania w rzekach niskich stanów i przepływów wody Susza atmosferyczna Susza glebowa Susza hydrologiczna Kierunek rozwoju procesu WQ NQ Rys.1 Schemat rozwoju suszy

3 WPROWADZENIE Okres Lata niżówkowe Tab.1 Kalendarium występowania susz i niżówek na ziemiach polskich (wg Fal 2004 i uzupełnione przez Kaznowską); kolor żółty lata o dużym zasięgu niżówki W 1653 r. w Wielkopolsce, a szczególnie na Śląsku, panuje do końca sierpnia posucha, powysychały wszystkie strumyki. Źródło historyczne Okres od roku 1982 do 2006 charakteryzował się permanentną suszą z dwoma 4-5 letnimi okresami, w których susze nie wystąpiły na większym obszarze kraju. Źródło: H. Lorenc i in. Wiadomości IMGW, 2008 r W ostatnich 25 latach susze w Polsce pojawiają się coraz częściej, są bardziej intensywne i obejmują znaczne obszary kraju Źródło: Łabędzki 2006

4 WPROWADZENIE Znaczące susze miały miejsce w latach: 2003, 2005, 2006, Susza z 2003 roku dotknęła ponad 100 milionów ludzi oraz 1/3 obszaru UE W ciągu 30 lat koszty występowania susz znacznie wzrosły w UE, osiągając całkowity koszt 100 mld euro Susze występują częściej Źródło: Tallaksen, van Lanen, 2007 Rys.2 Susze w Europie w ostatnich latach (wg Tallaksen, van Lanen, 2007)

5 WPROWADZENIE Pod wpływem obserwowanych zmian klimatu w ostatnim XX wieku, w rzekach Europy zmianie uległy zarówno przepływy roczne i sezonowe Dla południowej części Europy zaobserwowano spadek w wartościach przepływów rocznych. Natomiast dla rzek w północnej części Europy zaobserwowano tendencję wzrostową dla przepływów w skali roku, a szczególnie w okresie zimowym. Źródło: European Environment Agency 2009 Rys.3 Zmiana rocznego przepływu rzeki (w %) w okresie w stosunku do okresu (Źródło: European Environment Agency 2009 za Milly i in. Nature 2005) Dla Polski badania polegające na porównaniu stanów wody i przepływów w rzekach w okresie w stosunku do okresu poprzedniego wykazały wzrost częstości pojawiania się susz hydrologiczny na obszarze kraju. Źródło: Mager i in. [2000]

6 WPROWADZENIE Prognozowane zmiany klimatyczne na okres , sporządzone na podstawie wyników uzyskanych z modeli klimatycznych, dla scenariusza A2 zakładają prawdopodobieństwo występowania bardziej surowych i bardziej powszechnych susz w przyszłości: Szczególnie zagrożone występowaniem susz są kraje: Hiszpania, Portugalia, Włochy, północne wybrzeże Francji, południowe wybrzeże Wielkiej Brytanii, południowa Irlandia Źródło: MICE 2005 Największe zmniejszenie się wartości przepływów letnich i jesiennych w przyszłości przewiduje się w południowej i południowowschodniej Europie, co jest zgodnie z przewidywanym wzrostem częstości i nasilenia się suszy w tych regionach. Źródło: European Environment Agency 2009, Report 2 Rys.4 Różnica między średnią liczbą suchych i gorących dni (max temp. 30 C i opad 0,1mm) doświadczanych w całej Europie na podstawie scenariuszu A2 (wg MICE- Modelling the Impacts of Climate Extremes, 2005) Dla Polski scenariusze klimatyczne, przewidują dla pierwszej połowy XXI wieku częstsze występowanie niżówek, powodujących deficyty wody na znacznych obszarach kraju Źródło: Kaczmarek 1997

7 OBSZAR BADAŃ Nizina Mazowiecka jeden z regionów kraju, w którym niżówki pojawiają się najczęściej Źródło: Farat i in Nizina Mazowiecka należy do najbardziej posusznych regionów kraju, do których zalicza się prawie całą środkową, północno-zachodnią i środkowo-wschodnią część Polski. Susze występują tutaj najczęściej i charakteryzują się skrajnie długimi ciągami dni bez opadów Źródło: Łabędzki 2006 Rys.5 Obszar badawczy, rolnicza zlewnia rzeki Zagożdżonki

8 Działanie 6: Przepływy ekstremalne (powodzie i niżówki) OBSZAR BADAŃ Rzeka Zagożdżonka jest lewostronnym dopływem Wisły Powierzchnia zlewni zamknięta profilem Płachty Stare mierzy 82,4 km2 Średnia wysokość zlewni wynosi 165,7 m n.p.m Wodowskaz Płachty Stare Zlewnia rzeki Zagożdzonki

9 METODYKA BADAŃ Definicja zjawiska ZA NIŻÓWKĘ UZNANO SEKWENCJĘ PRZEPŁYWÓW, TRWAJĄCĄ MINIMALNIE 10 DNI, O WARTOŚCIACH RÓWNYCH I MNIEJSZYCH OD ZAŁOŻONEGO PRZEPŁYWU GRANICZNEGO Danymi wejściowymi do oceny niżówek były codzienne hydrogramy przepływów sporządzane w latach hydrologicznych (od 1 listopada do 31 października). Okres badawczy Poziom odcięcia: przepływ Q 90% odczytany z krzywej czasów trwania przepływów wraz z wyższymi - 0,087 [m 3 s -1 ] przepływ SNQ -średnia z minimalnych przepływów rocznych z wielolecia ,078 [m 3 s -1 ] Rys. 6 Krzywa sum czasów trwania przepływów w profilu Płachty Stare z okresu

10 METODYKA BADAŃ Parametry niżówek Rys. 6 Parametry niżówek

11 METODYKA BADAŃ Charakterystyki niżówek Średni deficyt niżówki [tys.m 3 ] Vśr,n Średni czas trwania niżówki [dni] Tśr,n Max czas trwania niżówki w badanym okresu [dni] - Tmax,n Max deficyt niżówki w badanym okresie [tys. m 3 ] - Vmax,n Najniższy z zaobserwowanych minimalnych przepływów niżówki (Qmin,n) w badanym okresie [m 3 s -1 ] - NQmin,n Średnia intensywność niżówki (za Kasprzyk 1998) [tys. m 3 ] Iśr obliczana jako iloraz wielkości deficytu odpływu przez liczbę dni z przepływami niżówkowymi w wieloleciu. Charakterystyka ta informuje, jaka wielkość deficytu odpływu przypada na jeden dzień niżówki. Wielkość tą przeliczono na procent średniego odpływu rocznego przypadającego na jeden dzień niżówki. V śr, n = V n n i i T śr, n = t n n i i I śr = V t n n i i gdzie: Σ Vni suma deficytów wody niżówek z badanego okres u Σ tni całkowita liczba dni w których wystąpiły niżówki w badanym okrsie Σni liczba wystąpień niżówek w czasie badanego okres

12 WYNIKI BADAŃ Liczba dni z niżówkami Number of days with droughts niżówki poniżej poziomu odcięcia Q90% droughts below truncation level Q90% niżówki poniżej poziomu odcięcia SNQ droughts below truncation level SNQ Lata-Years Rys.7 Liczba dni z niżówkami w półroczu letnim Okres niżówek odciętych poziomem Q90% 28 niżówek odciętych poziomem SNQ Brak niżówek zimowych potwierdza wyniki badań prowadzonych w zlewniach rzek położonych, jak Zagożdżonka na obszarze Nizin Środkowopolskich Początek pojawiania się niżówek letnich to maj dla Q90%, czerwiec dla SNQ, a koniec przypada najczęściej na wrzesień, w nielicznych przypadkach na październik, Średni czas trwania niżówek letnich dla poziomu odcięcia SNQ wynosi 35 dni, a dla Q90% 40 dni, Występowanie niżówek w zlewni Zagożdżonki można pogrupować w cykle: dwuletnie ( , , ) i trzyletnie ( , ) oraz jeden cykl wieloletni od , Lata, w których niżówki trwały ponad dwa miesiące to rok 1963, 1964, 1983, 1988, 1989, 1992, 1994 i Okresy te, za wyjątkiem roku 1998, pokrywają się z występowaniem susz hydrologicznych o dużym zasięgu w skali kraju

13 WYNIKI BADAŃ Suma deficytów niżowek, tys. m 3 Sum of deficit of droughts, thou. m niżówki poniżej poziomu odcięcia Q90% droughts below truncation level Q90% niżówki poniżej poziomu odcięcia SNQ droughts below truncation level SNQ Najdłuższa niżówka na Zagożdżonce trwała ok. 150 dni, rozpoczęła się pod koniec maja 1964 roku, a zakończyła w październiku. Objętość deficytu tej niżówki była także największa w rozpatrywanym wieloleciu 376 tys m 3 dla Q90%, 265 tys m 3 dla SNQ Lata-Years Rys. 8 Deficyty odpływów niżówek w półroczu letnim W rozpatrywanym wieloleciu na Zagożdżonce po profil Płachty Stare można zaobserwować 3 okresy charakteryzujące się występowaniem niżówek: Pierwszy okres to , w którym zjawisko niżówki ma największe rozmiary i pojawia się z coraz mniejszą częstotliwością : co roku, co drugi rok, co trzeci rok i z coraz łagodniejszym przebiegiem, Drugi okres to w którym niżówki występują prawie co roku i osiągają największą intensywność w całym wieloleciu, a wartości największych deficytów niżówek są zbliżone do maksymalnego deficytu niżówki z 1964 roku. W trzecim ostatnim okresie niżówki pojawiają się w każdym roku oprócz Jednak w stosunku do pozostałych wyróżnionych okresów sumy deficytów i intensywność niżówek są mniejsze, a jedynie zsumowane czasy trwania niżówek osiągają podobne rozmiary jak w pozostałych okresach.

14 WYNIKI BADAŃ Średnia intensywność niżówek, Mean intensity of droughts, % 0,05 0,04 0,03 0,02 0, intensywność niżówek poniżej poziomu odcięcia Q90% intensity of droughts below truncation level Q90% intensywność niżówek poniżej poziomu odcięcia SNQ intensity of droughts below truncation level SNQ Lata-Years Rys. 9 Średnia intensywność niżówek w półroczu letnim Dla rozważanych poziomów odcięcia Q90% i SNQ intensywność największej niżówki z 1964 roku rozumiana jako wielkość deficytu odpływu (objętość deficytu niżówki) przypadająca na jeden dzień niżówki wyniosła odpowiednio: dla Q90% 2,49 tys.m 3, dla SNQ 1,88 tys.m 3 i była większa od średniej intensywności niżówki (Iśr,,n) wyznaczonej dla całego badanego wielolecia Jednakże niżówka z 1964 mimo że trwała najdłużej i charakteryzowała się największą objętością deficytu wody nie była najintensywniejsza. Niżówki o największej intensywności wystąpiły w latach 90-tych w 1992 i 1994 roku Intensywność niżówek z 1992 roku była o około 80% większa od średniej intensywności 1997 niżówki wyznaczonej dla całego wielolecia wynoszącej 0,021% dla Q90%, i 0,018% dla SNQ

15 WYNIKI BADAŃ Rys. 10 Sumy opadów w półroczu letnim Wyznaczone w wieloleciu okresy występowania niżówek można porównać z sumami opadów z półroczy letnich. Okres charakteryzuje się niskimi opadami, dominują w nim półrocza suche i bardzo suche (opad nie osiągał 90% opadu średniego z półrocza letniego). W okresie przeważają półrocza suche i przeciętne nad bardzo mokrymi, W ostatnim okresie ponad połowa z półroczy letnich należy do suchych i bardzo suchych, w tym w trzech ostatnich latach badanego wielolecia (2005, 2006, 2007) W ostatnich latach rozpatrywanego wielolecia niżówki nie osiągają znacznych rozmiarów pod względem objętości deficytu i intensywności, mimo że największa z półrocznych letnich sum opadów w tych latach z niżówkami jest niższa niż w roku: 1963, 1992, 1994 charakteryzujących się jednymi z największych niżówek w wieloleciu

16 WNIOSKI Zlewnia rzeki Zagożdżonki usytuowana jest w regionie podatnym na częste występowanie zjawiska niżówki charakteryzującej się największymi deficytami objętości odpływu w kraju. Wyznaczone niżówki pojawiają się w półroczu letnim, najczęściej w miesiącach sierpniu i lipcu, trwają średnio ponad miesiąc, a na ich rozmiar w większym stopniu wpływa retencyjność zlewni niż czynniki klimatyczne. W 1964 roku wystąpiła najdłuższa dotychczas zaobserwowana niżówka o największym deficycie odpływu w wieloleciu , stanowiącym 3 4% średniego odpływu rocznego z tego okresu. Lata z okresami niżówkowymi grupują się w cykle najczęściej dwuletnie i trzyletnie, które charakteryzują się niedoborami opadów w stosunku do średniej sumy wieloletniej przyjmowanej za normę. Określona średnia intensywności niżówki w zlewni Zagożdżonki standaryzowana średnim rocznym deficytem odpływu, podobnie jak średni czas trwania oraz pora roku, w której niżówka występuje, są podobne do ustalonych wcześniej dla rzek w tym samym regionie kraju. W latach ostatnich w badanym wieloleciu, niżówki występują co roku (za wyjątkiem 2004 roku), jednak ich rozmiary i intensywność nie osiągają takich rozmiarów jak w przypadku niżówek z lat ubiegłych, mimo iż niedobory opadów w tych latach mają podobną wielkość.