VODNOBILANČNI MODEL MGROWA-SI · 2018-11-27 · Slika 2: Odstopanje napajanja podzemne vode od dolgoletnega povprečja 1981–2010. ... 29th June - 2nd July, Ljubljana. Kunkel, R.,

dr. P. FRANTAR, dr. F. HERRMANN, dr. M. ANDJELOV, A. DRAKSLER, dr. F. WENDLAND

- 199 - AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJA

UPRAVLJANJA Z VODAMI IN UREJANJA VODA

29.MIŠIČEV VODARSKI DAN 2018

dr. Peter FRANTAR *

dr. Frank HERRMANN**

dr. Mišo ANDJELOV*

Andrej DRAKSLER***

dr. Frank WENDLAND**

VODNOBILANČNI MODEL MGROWA-SI

UVOD

Vodna bilanca je osnova za poznavanje vodnega okolja in uspešno trajnostno upravljanje z vodami. V Sloveniji je bilo izdelanih več obdobnih vodnih bilanc, ki so pokrile vse ozemlje (Kolbezen, 1998; Frantar ur., 2008 in drugi). V zadnjem desetletju smo na Agenciji RS za okolje (ARSO) skupaj z raziskovalnim centrom Jülich v Nemčiji (FZJ) razvili model GROWA. To je obdobni vodnobilančni model v letni (hidrološko leto) časovni natančnosti, ki zajema vse ozemlje Slovenije in je bil predstavljen na Mišičeven dnevu leta 2013. Od leta 2015 do 2018 pa smo na ARSO skupaj s FZJ razvili nov vodnobilančni model mGROWA-SI. Model ima nove metodološke pristope, izboljšano časovno natančnost in integriran snežni modul, razvit za Slovenijo. Rezultati modela so uporabni za analize vodnobilančnih elementov, za ocene količinskega stanja v Sloveniji in osnova za analize toka hranil.

KRATEK OPIS MODELA

Model mGROWA-SI je determinističen rastrski model za modeliranje vodne bilance. Ne gre za tipičen hidravličen model, temveč za GIS model na mrežni osnovi. V vsaki rastrski celici modela se tako računajo točkovne vrednosti vodnobilančnih elementov. Osnovni namen modela je bil izdelava napajanja podzemne vode v sezonski časovni skali, vsi ostali elementi modela pa so rezultat potrebnih elementov za dosego osnovnega cilja. Modeliranje poteka v 100 m rastrskih celicah, v katerih potekajo poenostavljeni hidrološki procesi. Geografski vhodni podatki za model so raba tal, topografija, neprepustne površine, prsti in značilnosti, globina do podzemne vode, hidrogeološke enote in prepustnost, odvodnjavanje, zastajanje vode. Osnova hidrologije modela so meteorološki vhodni podatki: padavine in potencialno izhlapevanje ter meteorološki podatki za simulacijo snežne odeje. Na osnovi vseh podatkov v vsaki celici najprej poteka modeliranje transporta vode v prsti / tleh. Modul vode v tleh temelji na nemškem modelu vodne bilance v prsti BOWAB, ki je enodimenzionalen model večslojnih podmodelov vode v prsti. Vsak podmodel predstavlja del profila prsti in deluje na osnovi hidravličnih in pedoloških parametrov. Zelo uporaben produkt modela BOWAB je tudi kazalec SWD – kazalec primanjkljaja vode v prsti, ki je zelo uporaben pri analizah suš. Skupni odtok se tako na osnovi modela BOWAB deli na odtok in napajanje podzemne vode. Količina napajanja podzemne vode se ocenjuje glede na različne metodologije analize baznega odtoka. Na osnovi modula in rabe tal se modelira tudi dejansko izhlapevanje ter korigira skupni odtok. Ocena dejanskega izhlapevanja se ocenjuje za površine z rastlinsko odejo, posebne analize pa se izvedejo za območja urbanih površin, vodnih površin,...

* dr. Peter FRANTAR, *dr. Mišo ANDJELOV, Agencija RS za okolje, Vojkova 1b, 1000 Ljubljana.,**dr. Frank HERRMANN, **dr. Frank WENDLAND, Forschungszentrum Jülich GmbH, Agrosphere Institute (IBG-3), D-52425 Jülich, Germany.***Andrej DRAKSLER, Zgornje Bitnje 14a, 4209 Žabnica





Format, natančnost Vir, literatura

Podnebje Dnevni podatki po postajah ARSO

Padavine

Potencialna evapotranspiracija

Temperatura

Sneg

Podnebje Mesečni rastri. 100m ARSO

Padavine

Potencialna evapotranspiracija

Raba tal CORINE land cover, 100 m EEA

20 m sloj nepropustnosti

Prsti Karta prsti, tal > 10.000 profilov BF UNI LJ

Prsti Evropska karta prsti Hiederer, R. 2013

Topografija Relief, 100m GURS

Geologija Geološka karta 1:100000 GeoZS

Hidrogeološka karta 1:250000

Podzemne vode Globina do podzemne vode, 1:25000 ARSO

Umetno odvodnjavanje Umetno odvodnjavanje,1:25000 MKGP, Tetzlaff et al. 2009

Hidrologija Hidrometrična zaledja, poligoni 1:25000 ARSO

Povprečni dnevni pretok 1981–2010

Osnovne podlage Rečna mreža, upravne meje GURS

Preglednica 1: Osnovni podatki za model mGROWA-SI

Slika 1: Shema modela mGROWA-SI.





Odtok je en glavnih rezultatov modela. Skupni odtok se tako razdeli na dele odtoka, katerih glavna elementa sta površinski odtok in napajanje podzemne vode. Za Slovenijo je bil na novo razvit snežni modul. Snežni modul opravlja več funkcij povezanih s snegom. Na osnovi metode DDF z modulom tvorimo snežne padavine, računa se sublimacija, taljenje, ponovno zmrzovanje ter zadržek vode v snegu. Verifikacija glavnih hidroloških parametrov modela se izvaja z analizo primerjave merjenih in modeliranih obdobnih vrednosti za odtok, napajanje podzemne vode in trajanje snežne odeje. Izračunani so NSEc vrednosti in PBIASc za vse tri glavne evalvacijske spremenljivke. Metoda modela je postavljena na dnevno oz. mesečno časovno skalo, zaradi česar je mogoče opravljati sezonske analize vodnobilančnih elementov za vso Slovenijo. Poleg referenčnih izračunov pa model mGROWA-SI omogoča tudi analize na osnovi scenarijev podnebnih sprememb. Na osnovi vhodnih podatkov podnebnih scenarijev lahko izračunamo vse rezultate vodnobilančnih elementov v spremenjenem podnebju. Na naslednjih slikah predstavljamo zgolj nekaj primerov izračuna elementov vodne bilance.

Slika 2: Odstopanje napajanja podzemne vode od dolgoletnega povprečja 1981–2010.





Slika 3: Povprečno število dni s snegom v obdobju 1981-2010.

Slika 4: Povprečno mesečno napajanje podzemne vode v obdobju 1981–2010.





Slika 5: Sprememba števila dni s primanjkljajem vode v prsti po podnebnem scenariju RCP4.5.

Slika 6: Povprečno letno dejansko izhlapevanje v obdobju 1981–2010.





Slika 7: Povprečni letni odtok v obdobju 1981–2010.

Slika 8: Povprečno letno napajanje podzemne vode v obdobju 1981–2010.





LITERATURA

Andjelov, M., Mikulič, Z., Uhan, J., Dolinar, M., 2013: Vodna bilanca z modelom GROWA-SI za količinsko ocenjevanje vodnih virov Slovenije. 24. Mišičev vodarski dan - Zbornik referatov, Maribor.

Andjelov, M., Frantar, P., Pavlič, U., Savić, V., Souvent, P. 2018: Količinsko stanje podzemnih voda v Sloveniji, Poročilo o monitoringu v letu 2016, Agencija RS za okolje. Dostopno na: http://www.arso.gov.si/vode/podzemne%20vode/publikacije%20in%20poro%c4%8dila/Kolicinsko_stanje_podzemnih_voda_v_Sloveniji_Porocilo_o_monitoringu_2016.pdf

ARSO – Agencija RS za okolje, 2018: Meteorološki podatki.

ARSO – Agencija RS za okolje, 2018: Baza hidroloških podatkov Hidrolog.

BF – Biotehniška fakulteta, Univerza v Ljubljani, 2016: Pedološke podlage na osnovi Pedološke karte Slovenije.

Dörhöfer, G., Josopait, V. 1980: Eine Methode zur flächendifferenzierten Ermittlung der Grundwasserneubildungsrate. Geol . Jb. C 27, 45-65.

Frantar, P. (ur.), 2008: Vodna bilanca Slovenije 1971-2000. Ljubljana: Ministrstvo za okolje in prostor, Agencija Republike Slovenije za okolje, 119 str.

Gömann, H., Kreins, P., Kunkel, R. and F. Wendland, 2004: Model based impact analysis of policy options aiming at reducing diffuse pollution by agriculture: a case study for the river Ems and a sub-catchment of the Rhine. Environmental Modelling & Software 20(2), 261–271.

Herrmann F, Kunkel R, Ostermann U, Vereecken H, Wendland F. Projected impact of climate change on irrigation needs and groundwater resources in the metropolitan area of Hamburg (Germany). Environmental Earth Sciences 2016; 75. DOI: 10.1007/s12665-016-5904-y

Herrmann F, Keller L, Kunkel R, Vereecken H, Wendland F. Determination of spatially differentiated water balance components including groundwater recharge on the Federal State level – A case study using the mGROWA model in North Rhine-Westphalia (Germany). Journal of Hydrology: Regional Studies 2015; 4: 294-312. DOI: 10.1016/j.ejrh.2015.06.018

Herrmann F, Chen S, Heidt L, Elbracht J, Engel N, Kunkel R, Müller U, Röhm H, Vereecken H, Wendland F. Zeitlich und räumlich hochaufgelöste flächendifferenzierte Simulation des Landschaftswasserhaushalts in Niedersachsen mit dem Model mGROWA. Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 2013; 57: 206-224. DOI: 10.5675/HyWa_2013,5_2

Kolbezen, M., Pristov, J., 1998: Površinski vodotoki in vodna bilanca Slovenije. Ministrstvo za okolje in prostor, Hidrometeorološki zavod RS. Ljubljana.

Kreins, P., Goemann, H., Hirt, U., Richmann, A., Tetzlaff, B. and F. Wendland, 2009: Costs of achieving objectives of the water framework directive by reducing diffuse nitrogen leaching in agriculture in the Weser river basin. 8th International Conference of the European Society for Ecological Economics. 29th June - 2nd July, Ljubljana.

Kunkel, R., Wendland, F. 1998: Der Landschaftswasserhaushalt im Flusseinzugsgebiet der Elbe - Verfahren, Datengrundlagen und Bilanzgrössen . Schr. d. FZJ, Reihe Umwelt 12, 107 p., Jülich.

Kunkel, R., Wendland, F. 2002: The GROWA98 model for water balance analysis in large river basins - the river Elbe case study. Journal of Hydrology 259, 152-162.

Wendland, F., Kunkel, R., Gömann, H. and P. Kreins, 2009: Regional modelling of nitrate flux into groundwater and surface water in the Ems Basin and the Rhine basin, Germany. In Mikulič, Z. (Ed.): Groundwater modeling. Proceedings of invited lectures of Symposium on Groundwater Flow and Transport Modelling, MOP - Agencija RS za okolje, 95 str., Ljubljana. Dostopno na: http://www.arso.gov.si/en/water/reports%20and%20publications/Groundwater_Modelling.pdf

Wendland, F., Herrmann, F., Kunkel, R. and B. Tetzlaff, 2013: System of GROWA models – History and application in Germany and abroad. 24. Mišičev vodarski dan - Zbornik referatov, Maribor.

Documents

VODNOBILANČNI MODEL MGROWA-SI · 2018-11-27 · Slika 2: Odstopanje napajanja podzemne vode od dolgoletnega povprečja 1981–2010. ... 29th June - 2nd July, Ljubljana. Kunkel, R.,