Monitoring sucha

a jeho dopadů

Hodnocení velikosti sucha

Pro hodnocení velikosti sucha se často používají indikátory odvozené od Standardized Precipitation Index (SPI) (McKee et al., 1993). SPI byl původně založený výhradně na pozorování srážkových úhrnů (McKee et al., 1993). Indikátor porovnává srážkové úhrny s jejich dlouhodobým normálem typickým pro příslušný měsíc. Indikátor představuje transformaci šikmého rozdělení pravděpodobnosti časových řad srážkových úhrnů na standardní normální rozdělení se střední hodnotou rovnou nule a směrodatnou odchylkou rovnou jedné, tedy tzv. z-rozdělení. Hodnoty indikátoru jsou klasifikovány do kategorií, které určují charakter období (Obr.).

Standardizovaný srážkový evapotranspirační index (SPEI)

Standardizovaný srážkový evapotranspirační index (SPEI) patří mezi indexy sucha, které umožňují hodnotit klimatické sucho s využitím denních meteorologických měření. K výpočtu indexu se využívá standardizace rozdílu úhrnu atmosférických srážek a potenciální evapotranspirace travního porostu za hodnocené období pomocí statistického rozdělení pravděpodobnosti. Potenciální evapotranspirace na rozdíl od evapotranspirace aktuální vyjadřuje výdej vody půdním a rostlinným pokryvem za předpokladu optimálního zásobení půdy vodou, její výpočet není tedy závislý na reálném stavu půdní vlhkosti. Výpočet indexu SPEI vyžaduje dlouhodobé (minimálně 30 roků) kvalitní a úplné datové řady všech meteorologických prvků potřebných pro výpočet potenciální evapotranspirace, a to průměrné denní teploty vzduchu, průměrného denního tlaku vodní páry (vlhkosti vzduchu) trvání slunečního svitu za den, průměrné denní rychlosti větru a denního úhrnu srážek. Výpočet probíhá průměrně pro 120 klimatologických stanic.

Hodnoty indexu SPEI jako normované veličiny mohou být porovnávány pro různá místa a období, proto je jeho výpočet doporučován Světovou meteorologickou organizací (WMO) a Světovou organizací pro výživu a zemědělství (FAO). Index je nejčastěji počítán klouzavě s krokem 1 až 6 měsíců, zde je prezentován krok 3 měsíců. Pro rozdělení do 4 kategorií sucha bylo použito následujících hodnot indexu SPEI:

  • 0 - bez výskytu sucha (-0,7 a vyšší)
  • 1 - slabé sucho (-0,8 až -1,3)
  • 2 - silné sucho (-1,4 až -1,9)
  • 3 - mimořádné sucho (- 2,0 a nižší)

Indikátor hydrologického sucha – povrchové vody

V bezesrážkovém období dochází postupně k poklesu hladin a ke zmenšování průtoků ve vodních tocích. Po skončení srážkové epizody nejprve doznívá povrchový odtok a odtok z mělčích půdních vrstev a pokles hladiny vody v tocích bývá poměrně rychlý a je znatelný v řádu hodin až několika dnů. Po delším období beze srážek jsou vodní toky výhradně napájeny z rezervoárů podzemních vod. Jak dochází k  jejich vyčerpávání, průtoky v řekách se nadále zmenšují, ale pokles hladiny je již pozvolný a trvá v závislosti na délce období bez významnějších srážek. Vodní toky, které jsou zásobovány z bohatých rezervoárů podzemních vod, mohou mít pokles hladin v období sucha prakticky neznatelný i v horizontu několika týdnů.

Významnost hydrologického sucha na vodních tocích je hodnocena pomocí čáry překročení denních průtoků, která vzniká seřazením hodnot průtoků od největších po nejmenší v daném období. Pro účely statistického zhodnocení je používáno referenční období, od roku 2013 jde o období 1981–2010. Na Obr. 2 je čára překročení za referenční období 1981–2010 vyznačena černou čarou. Na této čáře je vyznačen oranžovou barvou bod se spojnicemi na obě osy, který odpovídá hodnotě 355denního průtoku, což je průtok, který je v dlouhodobém průměru dosažen nebo překročen po dobu 355 dní v roce (tj. s průměrnou pravděpodobností výskytu 2,8 %). Průtok této velikosti je obecně považován za hranici významnějšího hydrologického sucha.

Obr. 1 – Průběh průměrných denních průtoků ve vybrané vodoměrné stanici v letech 2015 a 2013 a vyznačené úrovně hydrologického sucha

Na Obr. 1 je znázorněn vývoj průtoků v letech 2013 (zeleně) a 2015 (modře). Je zjevné, že zatímco v roce 2013 hodnoty průtoků nepoklesly pod úroveň 355denního průtoku, během roku 2015 se pod touto úrovní držely po dobu 68 dní, tj. v 18,6 % z celkového počtu dní v roce. Na Obr. 2 jsou pro roky 2013 a 2015 zkonstruovány čáry překročení, a je tak možné provést porovnání s čarou překročení za období 1981–2010.

Obr. 2 – Čára překročení průměrných denních průtoků ve vybrané vodoměrné stanici za referenční období 1981–2010 s vyznačenou úrovní 355denního průtoku a čáry překročení denních průtoků za roky 2015 a 2013 s vyznačenými úseky trvání hydrologického sucha

V závislosti na hodnotě dosažení nebo podkročení průtoku určitého významu byly určeny tři stupně hydrologického sucha, které popisuje Tabulka 1 .

Stupeň Popis Charakteristika
0 průtoky jsou větší než hodnota 330denního průtoku průměrná pravděpodobnost výskytu během roku ≥ 90,3 %
1 Mírné sucho průtoky jsou rovné hodnotě 330denního průtoku, nebo menší než tato hodnota, ale větší než 355denní průtok průměrná pravděpodobnost výskytu během roku ≤ 9,7 %
2 Silné sucho průtoky jsou rovné hodnotě 355denního průtoku, nebo menší než tato hodnota, ale větší než 364denní průtok průměrná pravděpodobnost výskytu během roku ≤ 2,8 %
3 Mimořádné sucho průtoky jsou rovné hodnotě 364denního průtoku, nebo menší než tato hodnota průměrná pravděpodobnost výskytu během roku ≤ 0,3 %

Tabulka 1 – Jednotlivé stupně hydrologického sucha v povrchových vodách

Indikátor podzemních vod

Pro statistické hodnocení stavu sucha v podzemních vodách se jako referenční období používá rozpětí let 1981 -2010, a to od roku 2013 (dříve 1971 – 2000). Množina hodnot úrovně hladiny ve vrtu (příp. stavu vydatnosti pramene) za jednotlivé týdny (měsíce) tohoto období je rozdělena do jednotlivých kategorií. Pravděpodobnost výskytu jevu nám říká, jak často tato hodnota nastane, přičemž zohledňuje i určitou míru nejistoty (normál 25 -75 %).

Jako mírné sucho jsou označeny stavy mírně podnormální, které se vyskytují v 75 až 85 %, označené jako pravděpodobnost překročení 75–85 %, jako silné sucho stavy silně podnormální s pravděpodobností překročení 85–95 % a jako mimořádné sucho jsou označeny mimořádně podnormální stavy, které odpovídají nejnižším 5 % pozorování (tj. pravděpodobnost překročení 95%) (Obr.1). Hodnocení je prováděno jak pro jednotlivé objekty (Obr.2), tak souhrnně pro definované oblasti povodí.

Obrázek 1



Na Obr.2 jsou znázorněny týdenní mediány hladiny podzemní vody ve vrtu VO0030 na severovýchodě ČR v roce 2015 (modře) v porovnání s jeho dlouhodobými (30 let) týdenními statistikami.

Obrázek 2

Vyhodnocení pomocí indikátorů

Pomocí výše uvedených indikátorů byl vyhodnocen dosavadní průběh sucha v roce 2015 srážek a podzemních vod. Srážkové úhrny byly hodnoceny v jednotlivých týdnech jako průměr úhrnů ze stanic pro celou ČR pro klouzavé 1měsíční (SPI1, DMPI1), 3měsíční (SPI3, DMPI3), 6měsíční (SPI6, DMPI6) a 12měsíční úhrny (SPI12, DMPI12). Časová řada srážkových úhrnů začíná rokem 1961 a končí 12. 8. 2015.

Stav podzemních vod byl hodnocen v jednotlivých týdnech v hlásné síti mělkých vrtů pro jednotlivé vrty (180 objektů). Prezentované indikátory představují průměrné hodnoty indikátorů SGI a DMGI pro celou ČR. Časová řady objektů začínají velmi různě tak, jak byly vrty budovány, a končí k 16. 9. 2015 posledním přenosem dat.

Alternativním hodnocením sucha v případě vodních toků je uvažování situace, kdy průtok poklesne pod kritickou mez, kterou je hodnota tzv. 355denního průtoku Q355 . Jedná se o průtok, který je v dlouhodobém průměru dosažen či překročen po 355 dní v roce. Za stav sucha jsou tedy označena přibližně 3 % nejméně vodných dní.

V podzemních vodách je stav sucha možné definovat také pomocí pravděpodobnosti výskytu dané hladiny ve vrtu v daném kalendářním měsíci. Stav sucha je charakterizován třemi kategoriemi závažnosti podle pravděpodobnosti výskytu odvozené za referenční období 1981–2010 (viz obrázek). Jako mírné sucho jsou označeny stavy pod hodnotou spodního kvartilu (tj. pravděpodobnosti překročení 75–85 %, silné sucho je hodnoceno jako pravděpodobnost překročení 85–95 % a jako mimořádné sucho jsou označeny stavy, které odpovídají nejnižším 5 % historických pozorování (tj. pravděpodobnost překročení 95%). Hodnocení je prováděno jak pro jednotlivé objekty, tak souhrnně pro definované oblasti povodí.