Szélsőségek legnagyobb tavunk vízháztartásában Varga György 1 Kravinszkaja Gabriella 2 Bevezetés A Balaton és közvetlen környezete mint kiemelkedő jelentőségű nemzeti kincs hosszú ideje áll a szűkebb szakmai és a szélesebb érdeklődő közvélemény figyelmének középpontjában. Az elmúlt mintegy három évtizedben a tó vízminőség-romlásának megállítása, javítása és védelme céljából számos tudományos kutatási eredményre alapozott döntés és beavatkozás történt. Az utóbbi csaknem másfél évtizedben pedig a korábbiaknál gyakrabban és többet hallottunk a tó vízmennyiségével, vízkészletének változásával és vízállásának alakulásával kapcsolatos kérdésekről, amelyeket alapvetően a tó vízháztartását meghatározó természeti tényezők befolyásoltak. A vízháztartási folyamatok jellemzésére kézenfekvő módszer a tó vízforgalmának megismerése és elemzése, amely a vízkészlet-változásban szerepet játszó vízháztartási tényezők meghatározását és ennek alapján a vízháztartási mérleg összeállítását jelenti. A sekély 5 m-nél kisebb átlagos mélységű tavak alapvető tulajdonsága, hogy a környezeti változásokra mind mennyiségi, mind minőségi vonatkozásban rendkívül érzékeny rendszerek. A mennyiségi érzékenység a tó vízháztartásában bekövetkező folyamatokkal jellemezhető. A Balaton vízháztartásának részletes vizsgálatával először Szesztay Károly foglalkozott, aki az 1921-1958. közötti évekre készített havi vízháztartási mérlegeket. Ezt megelőzően csupán a vízháztartás egy-egy tényezőjét (párolgás, természetes vízkészlet-változás) vizsgálták. Az 1863-1920. közötti évekre csak a leeresztést, a vízállásváltozást és ezek előjelhelyes összegeként a természetes vízkészlet-változást határozták meg. Az 1921 előtti időszak természetes vízkészlet-változás adatai pontatlanok, azokat vízháztartási mérlegben nem ellenőrizték. Hasonlóan nem megbízhatók a tó párolgására vonatkozó 1921 előtti adatok sem. A Balaton vízháztartását az alábbi egyszerű egyenletekkel írhatjuk le: ΔK = (C + H) (P + L + V h ) ΔK T = C + H P 1 Varga György, vízkészlet-gazdálkodási referens; Országos Vízügyi Főigazgatóság, Budapest varga.gyorgy@ovf.hu 2 Kravinszkaja Gabriella, osztályvezető; Közép-dunántúli Vízügyi Igazgatóság, Székesfehérvár kravinszkaja@kdtvizig.hu
2 ahol C a tóra hulló csapadék H hozzáfolyás a tóhoz P párolgás a tó felszínéről L lefolyás (vízeresztés) a Sió-csatornán V h közvetlen vízhasználat a tóból (a tóból kivett és használat után visszavezetett vízmennyiség különbsége) ΔK a tó vízkészlet-változása ΔK T a tó természetes vízkészlet-változása A Balaton vízháztartásának elemzéséhez 1921 óta állnak rendelkezésre ellenőrzött, megbízhatónak tekinthető havi és évi bontású vízháztartási mérlegek. Ez azt jelenti, hogy vízháztartási tényezőnként jelenleg 92 éves (1921-2012) idősorokkal rendelkezünk. Az alábbi 1. táblázatban összefoglaltuk a tó vízforgalmát meghatározó vízháztartási tényezők átlag- és szélsőértékeit. Vízmérleg elemek Tóra hulló csapadék (C) Hozzáfolyás a tóhoz (H) A tó felületéről történő párolgás (P) Természetes vízkészletkészletváltozás (ΔK T ) Leeresztés (L) Vízelhasználás (V h )* Minimum Átlag Maximum tómm 309 615 929 293 857 1974 723 900 1073-281 572 2031 0 559 1791 15 29 51 1. táblázat: A Balaton vízháztartási tényezőinek az 1921-2012 közötti időszakra vonatkozó átlag- és szélsőértékei * az adatok az 1971-2012 közötti időszakra vonatkoznak Megállapítható, hogy a természeti tényezők által meghatározott vízháztartási tényezők közül a legkisebb változékonyságot a párolgás (P), a legnagyobbat a hozzáfolyás (H) mutatja. A Balaton sokévi átlagban lefolyásos tó, az átlagos évi lefolyás megközelíti a tó felületére érkező átlagos évi csapadékmennyiséget. A tó lefolyása a Sió-csatornán keresztül 1863 óta szabályozott. A tóból történő vízlevezetés mértékét és időtartamát a mindenkori gazdasági, társadalmi és vízgazdálkodási igények, valamint a műszaki lehetőségek és a vízszintszabályozási rend határozzák meg.
3 A Balaton vízháztartási tényezői időbeli változásainak jellemzése A tó felületére és vízgyűjtő területére hulló csapadék A tó felületére sokéves (1921-2012) átlagban 615 tómm/év csapadék érkezik, a legkevesebb évi csapadékot (309 tómm) 2011-ben, a legtöbbet (929 tómm) 2010-ben jegyezték fel (1. ábra). Az 1970-es évektől a korábbi időszakokhoz képest nagyobb számmal fordultak elő az átlagosnál szárazabb évek. Ugyanebben az időszakban külön figyelmet érdemel az átlagosnál szárazabb évek (3, 7, 4, 2 egymást követő év) évcsoportokban történő jelentkezése. Ez a jelenség halmozódó vízhiányt eredményez, amely kedvezőtlenül érinti a tó vízforgalmát, jelentős és tartós vízkészlet- és vízszintcsökkenést okoz. 1. ábra: A Balaton felületére érkező csapadék évi összege (mm) Bár a Balaton vízgyűjtő területére hulló csapadék nem tartozik közvetlenül a tó vízforgalmát befolyásoló vízháztartási tényezők közé, azonban a vízgyűjtő területről történő lefolyás (a tó hozzáfolyása) szempontjából meghatározó szerepet tölt be.
4 2. ábra: A Balaton vízgyűjtő területére érkező csapadék évi összege (mm) Az 1966 utáni időszak túlnyomó részében az 1990-es évek második felének kivételével a megelőző időszakhoz képest nőtt az átlagosnál szárazabb évek előfordulásának a gyakorisága, ennek következményeként a csapadékhiány halmozódása. 1995-1999 között az átlagosnál szárazabb és nedvesebb évek követték egymást, majd a 2000 és 2003 közötti négyéves időszakban minden év csapadékösszege számottevően (17-30%-kal) elmaradt a sokévi átlagtól, a négy év alatt felhalmozódott csapadékhiány csaknem megegyezett egyévi átlagos csapadékmennyiséggel. Összehasonlítva a tófelületre és a vízgyűjtő területre hulló évi csapadékösszeg idősorokat, megállapítható volt, hogy a változások iránya és időtartama alig tért el egymástól, ugyanakkor a csapadékhiány- és csapadéktöbblet-halmozódások mértékében jelentős különbségek mutatkoztak. Példaként említjük a szélsőségesen száraz 2000-2003 közötti 4 éves időszakot: a halmozott csapadék-hiány a tófelületre hulló csapadék esetében a sokévi átlag mintegy 75%-a, a vízgyűjtő területen pedig a sokévi átlagnak több mint 90%-a volt. A 2011. év ismét az átlagosnál lényegesen szárazabb volt. A vízgyűjtőre hulló csapadék mennyisége 42%-kal (!) maradt el a sokévi átlagtól. A 2012. év is a csapadékszegény évek sorába tartozik. A vízgyűjtőre hulló évi csapadék területi átlaga 28%-kal maradt el a sokévi átlagtól. A 2011-2012. időszakban a Balaton vízgyűjtő területén felhalmozódott csapadékhiány az átlagos évi csapadékmennyiség mintegy 70%-a (!) volt. A 2011-2012. évi csapadékszegény időszakot követően 2013 első öt hónapjában április kivételével a lehullott csapadék mennyisége 70%-kal haladta meg az időszakos átlagot.
5 Hozzáfolyás a Balatonhoz A hozzáfolyás a vízháztartási mérleg bevételi oldalának átlagosan legnagyobb, egyúttal legváltozékonyabb tagja. A Balatonhoz történő hozzáfolyás sokéves (1921-2012) átlagban 857 tómm/év, a legkisebb évi hozzáfolyást (236 tómm) 2012-ben, a legtöbbet (1974 tómm) 1965-ben jegyezték fel (3. ábra). 3. ábra: A Balatonhoz történő hozzáfolyás évi összegei A rendkívül csapadékos 2010. év a hozzáfolyás esetében nem volt szélsőséges. Ennek valószínű oka az, hogy a lehulló csapadék egy része a megelőző átlagosnál szárazabb évek következtében részlegesen kiürült vízgyűjtő terület felszín alatti vízkészleteinek pótlására fordítódott elsődlegesen és csak a fennmaradó csapadékhányadból, mint hatékony csapadékból keletkezett a tó vízkészletét gyarapító hozzáfolyás. A 3. ábrán jól látszik, hogy az évi hozzáfolyás átlagtól való elmaradásainak száma, időtartama és mértéke, különösen az 1980-as évek első felétől napjainkig számottevően növekedett. Korábban nem tapasztalt hozzáfolyás-hiány alakult ki először 8 egymást követő évben (1988-1995), majd rövid kihagyás után 10 egymást követő évben (2000-2009) a tó vízmérlegének bevételi oldalán. 2011-ben és 2012-ben a hozzáfolyás az átlagosnál lényegesen szárazabb időjárás következményeként számottevően elmaradt a sokévi átlagtól (2011-ben 34%-kal, 2012-ben pedig 72%-kal (!)). A 2012. évi hozzáfolyás értéke 236 tómm volt, amely 1921 óta a legalacsonyabb érték a Balaton vízháztartásban.
6 Összegezve megállapító, hogy a 2000-2012 időszakban egy év kivételével a Balaton vízháztartását számottevő hozzáfolyás-hiány jellemezte. A vízháztartási mérleg bevételi oldala a tóra hulló csapadék és a tóhoz történő hozzáfolyás összegét jelenti. Megvizsgáltuk a két vízháztartási tényezőnek a vízmérleg bevételi oldalán képviselt arányát és ennek időbeli alakulását. 4. ábra: A tóra hulló csapadék és a tóhoz történő hozzáfolyás aránya a vízmérleg bevételi oldalán A 4. ábrán szembetűnő, hogy az 1980-as évek első feléig a vízmérleg bevételi oldalán átlagosan 60%-os aránnyal a hozzáfolyás, átlagosan 40%-os aránnyal a csapadék szerepelt. Ezt követően elsősorban a hozzáfolyás erőteljes csökkenésének hatására a vízmérleg bevételi oldalán lévő vízháztartási tényezők egyenkénti részaránya a korábbiakhoz képest lényegesebb nagyobb ingadozást, változékonyságot mutat. Nem zárható ki, hogy ez a csaknem három évtizede tapasztalható jelenség a Balaton vízforgalmának hosszabb távú megváltozását jelentheti. Párolgás a Balaton felületéről A Balaton vízháztartási mérlegének kiadási oldalán mint természeti tényező a párolgás szerepel. A tó vízforgalmát meghatározó természeti tényezők közül a párolgás a legkevésbé változékony elem. Az 5. ábrán bemutatott idősorban trendjellegű, jelentősnek nevezhető időbeli változások nem fedezhetők fel.
7 5. ábra: A Balaton párolgása A Balaton természetes vízkészlet-változása Egy tó vízháztartásában természetes vízkészlet-változásként a természeti tényezők által meghatározott vízmérleg-elemek (a Balaton esetében a tóra hulló csapadék, a tóhoz történő hozzáfolyás, valamint a vízfelületről történő párolgás) algebrai összegét értjük. Ez a számított mutatószám integráltan jellemzi a tó vízháztartásának alakulását. A Balaton természetes vízkészlet-változásának sokévi (1921-2012) átlaga 581 tómm/év, a minimum -281 tómm 2012-ben, a maximum 2031 tómm 1965-ben fordult elő. A 6. ábrán szemléltetjük a Balaton évi természetes vízkészlet-változásának idősorát. Szembetűnő az 1970-es évek közepétől jellemző erőteljes csökkenő irányultság, amely feltűnő hasonlóságot mutat a hozzáfolyás ugyanezen időszakban bekövetkezett változásával. További kiemelésre méltó tény az, hogy az 1921 és az 1999 között időszakban a természetes vízkészlet-változás évi összegének előjele, minden évben pozitív volt. Ez azt jelenti, hogy a tó természetes vízbevétele (csapadék+hozzáfolyás) több volt, mint a természetes vízleadás (párolgás) értéke. Ezt követően a 2000 és 2012 közötti 13 éves időszakban 7 olyan év fordult elő, amikor a természetes bevétel kisebb volt, mint a természetes kiadás!
8 6. ábra: A Balaton természetes vízkészlet-változásának évi összegei Jelenleg, 2013 első öt hónapjában a Balatonra meghatározott természetes vízkészlet-változása +746 tómm volt (mintegy 5%-os meghaladási valószínűségnek megfelelő érték), ami 345 tómm-rel haladja meg az időszakos átlagot. Vízelhasználás a Balatonból A vízelhasználás (társadalmi tényező) teljes időszakra vonatkozó átlagértéke 29 mm/év. A legkisebb érték (15 mm) 1975-ben, a legnagyobb (51 mm) 1989-ben fordult elő. Az utóbbi mintegy másfél évtized első felében a vízelhasználás évi értékei a sokévi átlag közelében voltak, ezt követően az értékek határozott csökkenést jeleznek. Lefolyás (vízeresztés) a Balatonból A Balatonból történő vízeresztés mindig is a legerőteljesebb emberi beavatkozások közé tartozott, amelynek mértékét és időtartamát a társadalmi, vízgazdálkodási igények és a műszaki lehetőségek együttesen határozták meg. Az 1921 óta rendelkezésre álló adatsor szerint a vízeresztés sokéves átlaga 559 tómm/év. A legnagyobb leeresztés (1791 tómm) 1965-ben történt, 2000 májusától 2005. szeptemberig pedig leeresztés egyáltalán nem volt a tóból (7. ábra).
9 A szélsőségesen csapadékos években/évcsoportokban (1964-1966) az évi leeresztés értéke megközelítette a sokévi átlag 2-3-szorosát, ugyanakkor az átlagosnál jóval szárazabb években (2001-2004, 2012) nem volt leeresztés. A Balaton természetes vízjárásában a hidrometeorológiai/hidrológiai tényezők jelentős természetes változékonysága miatt előfordulnak olyan időszakok, amikor a szabályozási sávon belül a vízállás nem tartható. Ilyen időszak volt a 2001. május 25. és 2004. december 27. közötti is, mikor a természetes készletnövekedés halmozódó hiánya miatt a Balaton vízállása (1313 napon át) az alsó szabályozási szint alatt tartózkodott mindamellett, hogy a tóból vízeresztés nem történt. A leeresztésre került többletvíz-készletek 1970-es évek közepétől mutatkozó csökkenése egyúttal a tó vízcsere-aktivitásának lassulására, csökkenésére is felhívja a figyelmet. 7. ábra: A Balatonból történt leeresztés évi összegei Összefoglalás, kitekintés Teljes bizonyossággal nem zárható ki, hogy az utóbbi mintegy másfél évtizedben jelentkező szélsőségek már egy változóban lévő éghajlat részei, hangsúlyozva, hogy a globális melegedés regionális és lokális (vízgyűjtő szintű) következményei csak nagy bizonytalansággal jelezhetők előre. Az Európai Unió Európai Regionális Fejlesztési Alapítványának támogatásával az Osztrák Műszaki Intézet 4 közép-európai tóra Garda-tó, Fertő-tó, Balaton, Charzykowskie-tó a XXI. század utolsó harmadáig előretekintő regionális éghajlati forgatókönyvet készített
10 (Project EULAKES). A regionális forgatókönyvek kidolgozásához az IPCC által közreadott közepes mértékű CO 2 -emisszió koncentráció-változás (A1B-szcenárió) szolgált alapul. A Balatonra vonatkozó regionális éghajlati forgatókönyv az 1971-2000 közötti viszonyítási időszak átlagához képest évszakos bontásban ad becslést a csapadék és a léghőmérséklet becsült alakulásáról. Az évi csapadékösszeg tekintetében a forgatókönyv szerint számottevő mértékű (10%-ot elérő vagy meghaladó) változás nem valószínűsíthető, ugyanakkor az éven belüli csapadékeloszlásban jelentős mértékű átrendeződés várható. A regionális forgatókönyv megállapításai szerint legkarakteresebb változás a tavaszi és a nyári évszakban becsülhető (tavaszi csapadéknövekedés és ennél nagyobb mértékű nyári csapadékcsökkenés). A téli és az őszi évszakra a forgatókönyv szerényebb mértékű változásokat valószínűsít (télen eleinte enyhe csapadékcsökkenés, a későbbiekben növekedés, ősszel enyhe csapadéknövekedés). A léghőmérséklet tekintetében a regionális forgatókönyv minden évszakra emelkedést valószínűsít (leginkább nyáron és ősszel, kisebb mértékben télen, legkevésbé tavasszal). Jelen dolgozat szerzői 2012 tavaszán a regionális éghajlatváltozási forgatókönyvben megadott becsült csapadék- és léghőmérséklet adatok alapján előzetes számításokat végeztek a Balaton vízforgalmának hosszútávú várható alakulásáról. Az elvégzett előzetes számítások szerint elsősorban a valószínűsített hőmérséklet-emelkedés miatt a vízháztartási tényezők közül leginkább a hozzáfolyás csökkenésére és a párolgás növekedésére lehet számítani, amely a deficites vízháztartású évek számának gyakoribb előfordulását, a tó vízcsere-aktivításának romlását vetíti előre. A legutóbbi csaknem másfél évtizedben tapasztalt szélsőséges éghajlati értékek függetlenül attól, hogy azok a jelenlegi éghajlat változékonysága, vagy egy változásban levő éghajlat részeként jelennek meg mindenképpen arra intenek, hogy megjelenésüknek olyan vízháztartási-vízjárási következményei vannak, amik a Balaton alapvetően üdülőtó jellegű hasznosításában hosszabb időtávlatban a nem-fenntartható állapotot idézhetik elő. A vízszintszabályozás esetleges módosítása önmagában nem képes ellensúlyozni az egyes vízháztartási elemeknél mutatkozó anomáliákat és azok hosszú távú hatásait.
11 IRODALOM Baranyi, S.: (szerk.) (1975): A Balaton kutatási eredményeinek összefoglalása. Vízügyi Műszaki Gazdasági Tájékoztató 112.sz., Budapest A. Farkas, G. Kravinszkaja, K. Kutics, P. Pomogyi, Gy. Varga: Project EULAKES Ref.No. 2CE243P3, European Lakes under Environmental Stressors (kézirat) 2011.,Siófok KÖDU-VIZIG: (1991-2012): A Balaton vízháztartási mérlegei. Témajelentés, Székesfehérvár Kravinszkaja G., Pappné Urbán J., Varga Gy.: A természeti és emberi tényezők hatásának értékelése a Balaton vízháztartásának hosszúidejű alakulásában MHT XXIX. Vándorgyűlés, 2010. Sopron Kravinszkaja G., Varga Gy., Pappné Urbán J.: Figyelmeztető jelek a Balaton vízháztartásában MHT XXXI. Vándorgyűlés, 2012. Kaposvár