Iszapos pocsolya vagy fürdőzésre alkalmas üdülőhely? Ez lehet a tétje a kibocsátás-csökkentésnek a Velencei-tónál
2023.09.06.Forrás: Másfél fok; Baják Petra (Hidrogeológus, az ELTE Általános és Alkalmazott Földtani Tanszékének doktorandusza és a Tóth József és Erzsébet Hidrogeológia Professzúra és Alapítvány munkatársa), Szabó Péter, Csepregi András, Erőss Anita
A 2022-es nyár nemcsak az extrém meleg és a súlyos aszály miatt vált emlékezetessé, hanem mert tavaly őszre rekord alacsonyra (53 cm) süllyedt a Velencei-tó vízszintje. Azóta állandóan visszatérő kérdés, hogy hazánk harmadik legnagyobb természetes tava kiszáradhat-e, és ha igen, mikor? Bár a Velencei-tó egy kiszáradásra hajlamos tó (utoljára 1866-ban száradt ki teljesen), a klímaváltozás a lehulló csapadék mennyiségén és a (forróság miatti) párolgás erősségén keresztül rendkívüli módon befolyásolja a vízszintet. Már most jelentősége van annak, hogy mit kezdünk a kibocsátásokkal, és hogyan alakul a tó sorsa 2050-ig: a klímamodell szimulációval meghajtott hidrogeológiai modell szerint ha tartjuk magunkat a Párizsi Megállapodásban rögzített célokhoz (optimista forgatókönyv), akkor a csapadék-párolgás mérlegben nem történik jelentős változás, és 2031-2050 között a nyári vízszint a jelenlegi átlag körül maradhat – jó vízminőséggel és a fürdőzés lehetőségével kísérve. Ha a pesszimista forgatókönyv valósul meg (nem kezdünk semmit a kibocsátásokkal), akkor csökkenhet a tó átlagos nyári vízszintje, és a tavalyi extrém alacsony vízállás egyáltalán nem lesz szélsőséges a következő évtizedekben. A felszín alatti vizek már most is említésre méltó – javarészt eddig feltérképezetlen – segítséget és utánpótlást nyújtanak abban, hogy ne száradjon ki a Velencei-tó, és ez a jövőben is így lehet, de csak ha tudatos és felelős vízgazdálkodást (vízkitermelés csökkentése) folytatunk, és betartjuk a párizsi klímacélokat. Ellenkező esetben a felszín alatti vizek sem lesznek elegendőek az alkalmazkodáshoz, és Magyarország legkedveltebb üdülőhelyeinek egyike, ahogy most ismerjük, teljesen meg fog változni. Baják Petra, Szabó Péter, Csepregi András és Erőss Anita elemzése.
A fővárostól csupán 50 km-re található hazánk harmadik legnagyobb természetes tava és egyik legkedveltebb üdülőhelye, a Velencei-tó. A „napfény tavának” is nevezett tó 2022-ben a szokásosnál is gyakrabban szerepelt a sajtóban, ugyanis tavaly nyáron a tó vízszintje az elmúlt évtizedekben soha nem látott alacsony szintre süllyedt. A strandokon a hűsítő víz helyett az iszapos meder látványa fogadta a fürdőzőket. Az alacsony vízszint és a meleg víz kellemetlen velejárója volt a tömeges halpusztulás is: a tavalyi év során több mint 1,5 tonnányi haltetemet távolítottak el a tóból. Mindezek miatt az egyik strandon a kifogásolható vízminőség miatt fürdőzési tilalmat léptettek érvénybe.
Azóta rendszeresen visszatér a kérdés a közbeszédben: tényleg kiszáradhat a Velencei-tó, és ha igen, mikor?
A helyzetre reagálva megindultak a lehetséges vízpótlási megoldásokról szóló tárgyalások, melyek azóta eredményt is hoztak: első lépésként egy, a Zámolyi-tározót megkerülő csatornát fognak építeni, hogy a vízgyűjtő területről a tavasszal lehullott csapadék közvetlenül a tóba jusson. Kérdés, hogy ez hosszú távon is megoldást jelent-e? A Velencei-tó jövőbeli sorsának felfedése érdekében vizsgáljuk meg, hogy mi okozta a tó vízszintjében bekövetkező extrém csökkenést.
Régen is kiszáradt már, de ez nem azt jelenti, hogy mentes lenne a klímaváltozás hatásaitól
A Velencei-tó egy úgynevezett szemisztatikus tó, mely hajlamos a kiszáradásra. Történelmi feljegyzésekből tudjuk, hogy a tó élete során többször is teljesen kiszáradt, legutóbb 1866-ban. A tó vízmérleg egyenlegét elsősorban a lehulló csapadék és a vízfelszín párolgás mértéke alakítja.
Emiatt az éghajlatváltozás rendkívüli módon befolyásolhatja a tó vízállását.
A környező vízfolyásokból érkező felszíni vízbefolyás a csapadéknál általában kisebb jelentőségű, míg a felszín alól érkező vízutánpótlással és elszivárgással – adatok hiányában – az elmúlt 20-30 évben nem foglalkoztak érdemben a tó állapotát érintő vízgazdálkodási döntések során. A pozitív oldalon jelentkező, a Pátkai- és Zámolyi tározókból történő vízbeeresztés , valamint a negatív oldalon szereplő vízleeresztés és vízkivétel pedig emberi beavatkozás következménye. A tó vízmérlegében a pozitív érték a tó vízszintjének növekedését, a negatív érték pedig annak csökkenését jelenti.
Hazánkban a megbízható, modern mérések kezdete óta a 2022-es volt a legmelegebb nyár (így hatalmas volt a párolgás), ami az év első hét hónapjában – az ország nyugati részét leszámítva – nagyon kevés csapadékkal járt együtt. Ezt tovább erősítette, hogy már 2021 nyarával kezdődően alacsony volt a beszivárgás a talajba, így a felszín alatti vízkészletek sem kaptak elég utánpótlást.
Mindez azt eredményezte, hogy a tó vízszintje tavaly ősz elejére rekord alacsonyra (53 cm-re) csökkent.
Ezen legalacsonyabb érték meghaladta az utóbbi évtizedek csapadékban szegény és intenzív párolgással jellemezhető éveiben (1990-1993, 2000-2003, 2011-2012) megfigyelt, szintén jelentős mértékű vízszint csökkenéseket (1. ábra, kék vonal). Az éves csapadék és párolgás különbsége egyértelműen deficitessé tenné a tó vízmérlegét (kiszárítaná), hiszen az elmúlt évtizedekben 2010 kivételével mindig nagyobb volt az éves párolgás, mint a lehullott csapadék mennyisége (1. ábra, narancs oszlopok).
Ugyanakkor a vízgyűjtőről érkező felszíni vízfolyásoknak, az idáig figyelmen kívül hagyott felszín alatti víz hozzáfolyásnak, valamint az emberi beavatkozásnak (Pátkai- és Zámolyi-tározók) köszönhetően a Velencei-tó vízmérlege az említett vízhiányos időszakokat követően mindig helyreállt.
Felmerül azonban a kérdés, hogy ha a tó vízmérlege ennyire érzékeny a csapadék és párolgás mennyiségének változásaira, akkor hogyan fog reagálni a vízszint a jövőbeli éghajlati változásokra?
Átlagosan 40 cm a különbség a vízszintben az optimista és a pesszimista forgatókönyv között
A kérdés megválaszolásához, vagyis a tó jövőbeli vízszintváltozásainak vizsgálatához egy hidrogeológiai modellt állítottunk össze. Ezen modell bemenő éghajlati paramétereit regionális klímamodellek szolgáltatják. Jelen vizsgálathoz három regionális klímamodell-szimulációt választottunk ki. A Velencei-tó vízszintjének csak a következő pár évtizedben várható változásaira voltunk kíváncsiak, így a hidrogeológiai modellel a 2050-ig tartó időszakot szimuláltuk. Továbbá azt is szerettük volna megvizsgálni, hogy az emberi tevékenység okozta globális felmelegedés hatása 2050-ig megjelenik-e a tó vízszint változásaiban, ezért ebben a tekintetben egymástól jelentősen különböző, kétféle forgatókönyvet vettünk figyelembe:
- Az azonnali kibocsátás-csökkentéssel számoló, optimista forgatókönyvet (RCP2.6), amely a párizsi klímacélok teljesülését, azaz az ipari forradalom előtti időszakhoz képest 2100-ra legfeljebb 2 Celsius-fokos globális felmelegedést jelenti.
- A pesszimista forgatókönyvet (RCP8.5), amely esetén az eddigi kibocsátási trendek folytatódnak tovább, s 2100-ig egyáltalán nem kezdünk kibocsátás-csökkentésbe, az emberiség energiafelhasználása folyamatosan növekszik, és ehhez továbbra is jellemzően fosszilis tüzelőanyagokat használunk.
Tisztában kell lennünk azonban azzal is, hogy az azonnali kibocsátás-csökkentésnek sincs rögtön észlelhető hatása, csak egy-két évtized múlva érezhetjük majd annak kedvező hatásait. Éppen ezért a jövőbeli eredményeket csak a 2031-2050 időszakra mutatjuk be.
A vizsgált három regionális klímamodell-szimulációval mind a múltbeli, mind a jövőbeli időszakra modelleztük a tó vízszintváltozásait. A szimulációk közül kettő nem adott megfelelő egyezést a tó megfigyelt múltbeli vízszintjeire: az egyik modell a tó kiszáradását, míg a másik a vízszint jelentős növekedését mutatta. A harmadik modell eredményeként kapott vízszintek megfelelően leképezték a múltbeli mért vízszint értékeket, ami alapján ez a modell megbízható képet ad a jövőre vonatkozóan. Így a következőkben csupán ennek a modellnek az eredményeit mutatjuk be.
Fontos megjegyezni, hogy az egyetlen modellel kapott hatásvizsgálatok óvatosan kezelendők, hiszen a jövőbeli éghajlati eredmények csak több klímamodell-szimuláció együttes figyelembevételével megbízhatóak. Ezt a jelen kutatás folytatásaként a jövőben tervezzük elvégezni.
Az eredmények alapján a Velencei-tó környezetében az optimista forgatókönyv szerint az évek előrehaladtával nem következik be jelentős változás az éves csapadék-párolgás mérlegben. Ugyanakkor a pesszimista forgatókönyv szerint a csapadék és párolgás éves különbsége 2050 felé közeledve egyre negatívabb értékeket vehet fel, ami a Velencei-tó utánpótlásának és a felszín alatti vízkészleteknek a csökkenését eredményezheti (2. ábra).
Nézzük meg közelebbről, hogy ez mit is eredményez a nyári hónapok vízszintjeiben, hiszen a Velencei-tó esetében országos figyelmet a fürdőzés lehetősége vagy lehetetlensége vált ki. A pesszimista forgatókönyv megvalósulása az optimista forgatókönyvvel szemben az utánpótlódás csökkenését és ezáltal a tó vízszintjének csökkenését jelentheti majd a nyári hónapokra (3. ábra).
A 2002-2021 közötti időszakban a tó átlagos, megfigyelt nyári vízszintje 136 cm volt. Az optimista forgatókönyv szerint 2031-2050 között a nyári átlagos vízszint akár gyengén, 143 cm-re nőhet (ez inkább jelenti a kellemesen magas vízszintet), a pesszimista forgatókönyv szerint pedig 100 cm-re csökkenhet. Utóbbi érték a 2022 előtti legalacsonyabb 1993-as és 2021-es vízszinteknek felelne meg.
A két forgatókönyv eredményezte tó vízszintek közötti átlagosan 40 cm-es különbséget elsősorban a csapadék-párolgás mérlegekben megfigyelhető eltérés okozza.
Ugyanakkor itt megjegyezzük, hogy a felszíni vízbefolyás és a mesterséges szabályozás mértéke nem ismert a jövőre nézve, így ezen paraméterek esetén a múltbeli mérések átlagát vettük a 2031-2050 közötti időszakra is.
Segíthetnek a felszín alatti vizek, de kibocsátás-csökkentés nélkül nem fog menni
A Velencei-tónak az éghajlatváltozás hatásaival szembeni ellenálló képességét azonban növelheti az, hogy egy számunkra láthatatlan forrásból, a felszín alól is kap vizet, ugyanis a tó a térség felszín alatti vizeinek megcsapolódási pontja. Ezen vízutánpótlás szerepét a tó vízháztartásában a vízgazdálkodási szakemberek eddigi vizsgálataik alapján elhanyagolhatónak ítélték.
Pedig a felszín alól érkező folyamatos vízutánpótlás enyhítheti az éghajlatváltozásnak a tó vízmennyiségére és vízminőségére gyakorolt hatását.
A hidrogeológiai modellel végzett múltbeli szimulációk eddigi eredményei azt mutatják, hogy a tóba a felszín alól jelentős mennyiségű (~3100 m3) víz érkezik naponta, ami átlagosan közel 5 cm-nyi vízszintemelkedésért felelős évente.
A Velencei-tó jövőbeli sorsa tehát azon is múlhat, hogy hogyan bánunk a felszín alatti vízkészletekkel a tó környezetében.
A felszín alatti vizek mennyiségének védelmével (pl. a vízkitermelés csökkentésével) ugyanis biztosíthatjuk a tóba a felszín alól érkező vízutánpótlást, ami javíthatja a tó vízmérlegét és gyengítheti a Velencei-tó kiszáradását. Emellett a felszín alatti vizek áramlási rendszereinek ismeretében célzott felszín alatti vízpótlással, ún. MAR rendszerek alkalmazásával a párolgásra érzékeny csatornákkal szemben hatékonyabb vízpótlást is elérhetünk.
Összefoglalva tehát az eredményeinket, azt mondhatjuk, hogy ha továbbra sem fogjuk vissza a kibocsátásokat, akkor egy-két évtized múlva az 1993-as vagy 2021-es alacsony tó vízszintre kell majd minden évben felkészülnünk – ez azt jelenti, hogy a rekord 2022-es érték is szinte normális lehet. Ugyanakkor, ha betartjuk a Párizsi Megállapodásban rögzített klímacélokat, akkor kellemesebb vízmennyiségekre számíthatunk, ami jobb vízminőséggel is jár együtt.
A pesszimista forgatókönyv által felvázolt vízszint csökkenést valószínűleg a felszín alatti vízbefolyás, illetve az alkalmazkodásként hozott vízkitermelés csökkentése és egyéb vízügyi döntések sem tudják majd befolyásolni. Érdemes tehát a megelőzésre, a kibocsátások visszafogására koncentrálnunk.
A hidrogeológiai modellezés és az ehhez kapcsolódó kutatás a Kulturális és Innovációs Minisztérium ÚNKP-22-3 kódszámú, a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alapból finanszírozott szakmai támogatásával, az Éghajlatváltozás Nemzeti Multidiszciplináris Laboratórium RRF-2.3.1-21-2022-00014 számú projekt keretében és a Bolyai János Kutatási Ösztöndíj támogatásával valósult meg. Köszönet illeti a regionális klímamodell-eredményekért az Euro-CORDEX konzorcium modellező intézeteinek tagjait, a hazai megfigyelésekért pedig az Országos Meteorológiai Szolgálatot és a Közép-Dunántúli Vízügyi Igazgatóságot.
Rövid tudományos módszertan:
1. Hidrogeológiai modellel végzett szimulációk:
A hidrogeológiai modellezést a Visual MODFLOW 2011 szoftver segítségével végeztük. A modell az 1990 és 2021 közötti időszakot fedi le havi időlépcsőkkel. A Velencei-tó tágabb környezetét magába foglaló, 50 x 56 km-es területet modellrétegenként összesen 70 000 db 200 x 200 m oldalhosszúságú cellával képeztük le. A modell 10 rétegből áll, melyek leképezik a különböző korú törmelékes üledékes és kristályos kőzeteket. A tó vízmérleg elemeit a LAKE csomag alkalmazásával vittük be a modellbe, a csapadék, számított vízfelszín párolgás, a vízkivételek és a befolyó felszíni vizek mennyiségének megadásával. Az ehhez szükséges adatok forrása az OMSZ, valamint a Közép-dunántúli Vízügyi Igazgatóság adattára volt. A modell egyik legfontosabb bemenő paramétere az ún. utánpótlódás, mely megadja, hogy a lehulló csapadékból mennyi jut be ténylegesen a felszín alatti víztartó rétegekbe. Az utánpótlódás mértékét a Morton-féle módszerrel számítottuk ki: a szükséges négy változó (havi csapadékösszeg, átlaghőmérséklet, átlagos relatív nedvesség és globálsugárzás) értékét az 1990 és 2021 közötti időszakra az OMSZ illetve az E-OBS 27. verziója szolgáltatta, a jövőre pedig regionális klímamodellek adták, melyeket szintén 1990-ben indítva 2050-ig futtattunk. A hidrogeológiai modell által számított tó vízszint éves szinten legfeljebb 30 cm-es (de 32 éves átlagban 5 cm-es) hibával bírt, azaz a modell jól leképezi a megfigyelt tó vízszint értékeket, így a klímamodellekkel is futtathatjuk azt.
2. Regionális klímamodellekkel végzett szimulációk:
A hidrogeológiai modell bemenő négy változójához regionális klímamodellekre van szükség, hiszen azok a légköri folyamatokat már elég pontosan és finom térbeli felbontással írják le. A regionális klímamodellek historikus szimulációi nagy számban továbbra is csak 2005-ig állnak rendelkezésünkre, míg a jövőre vonatkozóan, 2006-tól indítva azt szimuláljuk, hogy egy-egy feltételes üvegházgáz-kibocsátási forgatókönyvre hogyan reagál az éghajlati rendszer. Jelen tanulmányban két forgatókönyvet tekintettünk: az azonnali kibocsátás-csökkentést feltételező, a Párizsi Megállapodásban szereplő 2°C-os globális melegedést leíró, optimista RCP2.6-ot; valamint a visszafogás nélküli, pesszimista RCP8.5-öt. A hidrogeológiai modell input adatait adott forgatókönyvön belül az Európa egészét ~10 km-es rácsfelbontással lefedő, EURO-CORDEX együttműködés keretében futtatott ugyanazon három-három regionális klímamodell-szimulációból (NorESM1-M_RCA4, EC-EARTH_HIRHAM5, CNRM-CM5_ALADIN63) vettük át egészen 2050-ig.
3. Szimulációk hibakorrekciója:
Az elmúlt évtizedek folyamatos fejlesztései ellenére az éghajlati szimulációk még ma sem tökéletesek, így meteorológiai változótól függően kisebb-nagyobb hibával terheltek a megfigyelésekkel szemben. A hibák javításához hibakorrekciós módszerre és megfigyelésekre egyaránt szükségünk van. Mivel a felhasznált négy bemenő változó külön vett korrekciója elrontaná a változók közötti kapcsolatot, ezért a hidrogeológiai modell kimenő változóit, pl. a tó vízszintet korrigáljuk a megfigyelésekkel. A jövőbeli eredmények bemutatásakor az ún. standardizálás módszerét használtuk, amely a megfigyelt eloszlások átlagát és szórását figyelembe véve végzi a hibák javítását (referenciaidőszaknak a megfigyelések utolsó 20 évét, a 2002‒2021-t tekintettük).
