341
Poreenje razliitih pristupa za sagledavanje uticaja klimatskih
promena na vodne resurse u slivu reke Crnice
Vesna Tripkovi1
Aleksandra Ili2
Stevan Prohaska3
Borislava Blagojevi4
APSTRAKT: U ovom radu je prikazana uporedna analiza projektovanog uticaja klimatskih promena na vodne
resurse sliva reke Crnice (289 km2) primenom dva tipa modela. SHETRAN kao fiziko baziran distributivni
model ovde je korien za simulaciju protoka. Potrebne podloge za formiranje modela su: elevacija, klimatski
podaci (padavine i potencijalna evapotranspiracija), tipovi zemljita i vegetacioni pokriva. Model VNC je
razvijen u Institutu za vodoprivredu Jaroslav erni iz Beograda. Zasniva se na odreivanju zavisnosti izmeu
standardizovanih promenljivih koristei razliite kombinacije uzrono-posledinih veza izmeu hidrolokih i
meteorolokih vremenskih serija. Osnovu za odreivanje ovog tipa zavisnosti predstavlja teorija viestruke
nelinearne korelacije. Ovi modeli su korieni sa scenarijima projektovanih klimatskih promena u proceni za
koliko e se protok verovatno promeniti u budunosti. Scenario A1B je odabran kao umeren i A2 kao jaeg
intenziteta. Analiza je sprovedena za dva budua perioda 2013-2050 i 2051-2100 u poreenju sa referentnim
periodom 1961-2012.
Kljune rei: standardna nelinearna korelacija, protok, klimatski model, vodni resursi, klimatske promene
Different approaches to assess the impacts of climate change on
water resources in the Crnica river catchment ABSTRACT: This paper presents a comparative analysis of the projected climate change impacts on water
resourse in the Crnica river catchment (289 km2) using two types of models. SHETRAN as a fully distributed,
physically based model is used here to simulate water flow. The spatial data required by SHETRAN includes a
Digital Elevation Model (DEM), land use map and soil map. The meteorological variables include rainfall and
potential evapotranspiration data. Model VNC was developed at the Institute for Water Resources "Jaroslav
Cerni" in Belgrade. It is based on the determination between standardized variables using different combinations
of cause-effect relationship between hydrological and meteorological time series. The basis for the determination
of this type of dependence is the theory of the multiple nonlinear correlation. These models were used with
projected climate change scenarios to assess how discharge is likely to change in the future. The emission
scenarios medium A1B and high A2 were selected. The analysis was conducted for two future periods 2013-
2050 and 2051-2100 compared with the reference period 19612012.
Keywords: standard nonlinear correlation, discharge, climate model, water resources, climate change
1 Dr Vesna Tripkovi, dipl. in. geol., Institut za vodoprivredu Jaroslav erni, Jaroslava ernog 80, 11226
Beograd, [email protected] 2Ass. Aleksandra Ili, dipl. in. gra., Graevinsko-arhitektonski fakultet Univerziteta u Niu, Aleksandra
Medvedeva 14, [email protected] 3 Prof. dr Stevan Prohaska, dipl. in. gra., Institut za vodoprivredu Jaroslav erni, Jaroslava ernog 80,
11226 Beograd, [email protected] 4 Doc. dr Borislava Blagojevi, dipl. in. gra., Graevinsko-arhitektonski fakultet Univerziteta u Niu,
Aleksandra Medvedeva 14, [email protected]
342
1 Uvod
Prvi nacionalni izvetaj o klimatskim promenama, ukazao je da e prema scenarijima budue
klime, 21. vek biti okarakterisan znaajnim smanjenjem godinjih suma padavina. Takoe, u
izvetaju se napominje da promena klime moe dovesti do intezivnih pojava ekstremnih
dogaaja, kao to su poplave i sue u pogledu obima, uestalosti i intenziteta. Preliminarne
procene uticaja klimatskih promena na vodne resurse Republike Srbije pokazuju da se u
predstojeem periodu (do 2100. godine) moe u dogoronom trendu oekivati smanjenje
protoka voda na nacionalnom nivou.
Prognozirane promene u koliinama padavina i temperaturi vazduha imae negativan
uticaj na sadanji sistem upravljanja vodnim resursima. Za rene tokove postoje dostupne
informacije o vodostajima koje se koriste za odreivanje ukupne raspoloivosti vode, dok su
podaci o vodnim resursima veoma ogranieni.
Cilj istraivanja ovog rada je uvid u potencijalne uticaje i mogunost stvaranja smernica
za efikasnije korienje vodnih resursa (povrinskih i podzemnih voda) u okolnostima koje
donose klimatske promene. Takoe, cilj je da se stvori strategija odrivog razvoja u vezi sa
aktuelnim poplavama i bujicama, kao rezultat klimatskih promena u Srbiji.
Primenom programskog paketa SHETRAN i njegovim povezivanjem sa GIS-om
formiran je fiziko baziran distributivni model, pomou koga je prikazan protok reke Crnice.
Ovaj model je korien za poreenje potencijalne koliine protoka sa rezultatima dobijenih sa
VNC modelom.
Procena budue klime prikazana je po rezultatima klimatskog modeliranja po najee
korienim scenarijima Meunarodnog panela za klimatske promene, IPCC [1]). Scenariji
klimatskih promena na osnovu dve emisije scenarija (A1B i A2) klimatskog modela su
korieni za generisanje hidrolokih scenarija za sliv reke Crnice za dva vremenska perioda
(2013-2051 i 2051-2100).
2 Prikaz modela
2.1 SHETRAN model
SHETRAN model je razvijen u laboratoriji WRSRL (Water Resources Systems Research
Laboratory) Univerziteta u Njukaslu u Velikoj Britaniji i vodi poreklo od Systme
Hydrologique Europen (SHE) [2, 3]. To je fiziko baziran, prostorno distributivan model
koji je primenljiv za simulaciju kretanja vode, sedimenata i transporta nanosa u slivnom
podruju [4, 5]. SHETRAN se moe primeniti na irok spektar renih basena razmera od
velikih (2500 km2) sa viestrukim podslivovima do pojedinanih ili parcijanih susednih renih
basena, pojedinanim izdvojenim jedinicama kao brda i podruja slivova (0.94 km2) [6].
Kretanje vode i infiltracija kroz nezasienu sredinu se modeliraju primenom jednaine
Richard ime su regulisani zemljino-hidrauliki parametri (matrini potencijal i hidraulika
propustljivost zemljita koji se izraunavaju korienjem jednaine Brooks i Corey [7]). Ova
zona predstavlja sastavni deo podpovrinskog toka gde su podpovrinski tok i transport
direktno povezani sa povrinskim tokom i transportom.
Aplikaciju programskog paketa SHETRAN da simulira protok za slivna podruja
razliite razmere u Velikoj Britaniji i uticaj klimatskih promena na vodne resurse unutar
343
slivnog podruja je prikazan u radu Tripkovi [8]. Ovaj model je izabran za razvoj modela
reke Crnice zbog svoje dostupnosti i iskustva. Detaljniji opis jednaina i prirode programskog
paketa SHETRAN sa svim svojim prednostima i slabostima, potrebnim podacima i njenim
irokim spektrom aplikacija, dostupna je na drugim mestima u literaturi [9, 10] i ovde se nee
ponavljati.
2.2 VNC model
Osnovu modela VNC ine linearne korelacione zavisnosti izmeu standardizovanih
promenljivih hidrolokih i meteorolokih vremenskih serija koje su u uzrono-posledinim
vezama [11].
Model se bazira na teoriji nelinearne standardizovane korelacije i prostorne korelacione
analize. Prva ideja je bila napraviti alat pomou kojeg e biti mogua prostorna interpolacija
podataka na mestima gde ne postoje merenja ali je, kasnije, prilagoen za potrebe
popunjavanja prekida i produavanja serija hidrolokih i meteorolokih podataka na mernim
stanicama.
Kao zavisno promenljiva, obino se uzima protok na hidroloki neizuenom profilu
(prostorna interpolacija) ili na profilu mernog mesta gde postoje prekidi u merenjima. Kao
nezavisno promenljive veliine uzimaju se poznate vrednosti vremenskih serija: protoka na
hidrolokim stanicama u irem regionu i/ili razliite klimatske veliine, kao to su padavine,
srednje temperature vazduha, vlanost vazduha, napon vodene pare i dr.
Saglasno polaznoj postavci uspostavlja se linearna zavisnost izmeu standardizovanih
promenljivih, zavisno i nezavisno promenjljivih (1):
jLL0jii02j021j010j U...U...UUU (1)
Koeficijenti 0i se odreuju po relaciji (2):
00
i0i0
D
D (2)
gde je D00 determinanta standardizovanih koeficijenata korelacije rji (3), dok je D0j minor koji
se dobija zamenom j-te kolone koeficijentima r0i.
1..rrr
......
......
r..r1r
r..rr1
D
3L2L1L
L22321
L11312
oo (3)
Koeficijenti korelacije r0i (4) izmeu podataka za stanicu i = 0 i ostalih stanica i = 1, 2, 3,, L
se odreuju na osnovu nizova podataka za sinhroni period merenja duine M.
344
)M(
UU1M
1
r2
M
1jji0j
i0
(4)
gde je:
0.1U1M
1)M(
M
1j
2
ji
2
(5)
Koeficijenti korelacije izmeu i-te i k-te stanice za koje postoji niz sinhronih merenja
duine N, odreuju se prema jednaini (6):
)N(
UU1N
1
r2
N
1jjkji
ik
(6)
Gde je:
1.0U1N
1(N)
N
1j
2
ji
2
(7)
Da bi se odredio konaan broj lanova jednaine linearne regresije neophodno je
odrediti teinske koeficijente 0i (8) svih stanica (parametara) i uporediti ih za zadatim
kriterijumom.
2o
oioioi
R
