המצב ההידרולוגי באגן הכינרת – מגמות נצפות וחזויות על בסיס מודלים הידרו-אקלימיים

דצמבר 2017, גליון 4, (עמ' 19-12)



-
הדפס PDF שלח לחבר



עמיר גבעתי ועדי טל
השירות ההידרולוגי, רשות המים

 

שפך הירדן לכינרת | צילום: עמיר אלוני, בפייסבוק: Amir Aloni aerial photography 

 

תקציר

בעשורים האחרונים ניתן לזהות שינוי במשטר ההידרו-אקלימי באגני ההיקוות הצפוניים במדינה, בעיקר באגן הכינרת. השינוי בא לידי ביטוי בירידה בכמויות המשקעים במעלה אגן ההיקוות, בפריסה, בעונתיות המשקעים, וכתוצאה מכך גם בירידה בשפיעת המעיינות, בירידה בספיקות הנחלים ובהתפתחות של גירעון חמור במאזן המים בכינרת. השירות ההידרולוגי מצביע על כך שהמחסור במילוי החוזר המצטבר מגשם בארבע השנים האחרונות (2014–2017) הוא הגדול ביותר המתועד ב-100 השנים האחרונות (1920 עד 2017). על אף הפחתה הדרמטית בנפחי השאיבה למוביל הארצי והיציבות בהיקפי ניצול המים באגן הירדן העליון ובסובב כינרת (מים עיליים ומי תהום) נמצא מפלס הכינרת בקיץ 2017 הרחק מתחת לקו האדום התחתון ([213.88- מטר] מתחת לגובה פני הים) ועד לתחילת הסתיו הוא צפוי לחזור לנקודת השפל מלפני עשור, אז הגיע לשפל של (214.38- מטר). מאמר זה מציג עדויות למצב ההידרולוגי באגן ההיקוות של הכינרת תוך ניתוח הגורמים המשפיעים עליו. המאמר מצביע על כך שהשפעת ההפקה של מי התהום על מגמת הירידה בזרימה בירדן בתקופה 1975–2016, כ-200 מלמ"ק בשנה בתקופה זו, זניחה, וכפי שהצביעו מחקרים קודמים, שינוי האקלים האזורי הוא הגורם העיקרי לירידה הדרסטית בספיקת הירדן ולירידה בשפיעה של מקורות הירדן ושל מעיינות הדן והבניאס, שאינם מושפעים כלל מהפקה.

תוצאות הפעלת מודל הידרולוגי שכויַל עבור אגן הירדן העליון ושמבוסס על הנתונים המטאורולוגיים שהתקבלו מצֶבֶר של מודלים אקלימיים חדשים ברזולוציה גבוהה לאזורנו בתרחישים שונים, מצביעות על כך שבעשורים הקרובים צפויות המגמות הנצפות להחריף. על פי המודל צפויות עלייה בהתאדות הפוטנציאלית באגן, הפחתה נוספת בכמויות המשקעים, עלייה בתדירות, במשך ובחומרה של תקופות הבצורת, וכתוצאה מכך הפחתה ניכרת בספיקות בנחלים בצפון.

היחס בין גשם, נגר, שפיעת מעיינות ומילוי חוזר באגן הכינרת משתנה בהתאם לכמות המשקעים. בכמויות גשם קטנות פוחתת יעילות הגשם, וכמות המים הנאגרת יורדת הרבה מעבר לירידה היחסית בכמות הגשם.

לתהליכים אלה יש כבר עתה השפעה עצומה על אגן ההיקוות של הכינרת בכל הנוגע לאספקת מים לחקלאות ולהבטחת מים לטבע. לשינויים ההידרולוגיים החריפים הנצפים והחזויים עשויות להיות השלכות מרחיקות לכת על הכימיה והביולוגיה של הכינרת, ולכך יש להיערך.                 

תעלת הירדן חוצה את עמק החולה, 30.8.2015. מודלים הידרו-אקלימיים צופים כי עד סוף המאה ירדו נפחי הזרימה בנהר הירדן ב-20-50% | צילום: Amir Aloni aerial photography 

מגמות הידרו-אקלימיות נצפות באגן הכינרת

משקעים

מחקרים קודמים הצביעו על מגמת הירידה בכמויות משקעים באגן ההיקוות של הכינרת [7], וכתוצאה מכך על ירידה בשפיעת המעיינות, בזרימות בנחלים ובנפחי המים הזמינים בכינרת בעשורים האחרונים [2, 3, 5, 6]. הירידה בשפיעה ובנפחי המים יוחסה בעיקר לירידה בכמות המשקעים במעלה אגן ההיקוות ופחות לעלייה בצריכת המים באגן [3] משנות ה-70 ועד עתה. בו-בזמן מתועדות גם עלייה בתנודתיות של המשטר ההידרולוגי, התארכות פרקי יובש והחרפה במדד הבצורת (עלייה בעוצמת הבצורת, במשכה ובחומרתה).

בתקופה 2014–2017 (ארבע שנים הידרולוגיות) החריפה המגמה ביתר שאת, והגירעון המצטבר של נפחי המים הזמינים (סך כל כניסות המים לכינרת מנחלים, ממעיינות ומגשם ישיר מעל האגם בניכוי התאדות) הסתכם ביותר ממיליארד קוב. איור 1 מציג את המהלך הרב-שנתי של כמות הגשם השנתית בשקלול ארצי (השקלול הכלל-ארצי מתייחס לממוצעי המשקעים באגן הכינרת, בגליל המערבי, באגן ההר ובחוף. לכל אגן משקל שונה בשקלול, על פי פוטנציאל המילוי החוזר שלו) ביחס לממוצע הרב-שנתי מאז שנת 1985/86. ניתן לראות את הירידה בכמויות המשקעים ב-30 השנים האחרונות במערכת הארצית. איור 2 מציג את מדד הבצורת SPI 24 (Standard Precipitation Index) באגן ההיקוות של הכינרת. המדד מייצג אנומליות מנורמלות בממוצע של כמויות הגשם באגן ההיקוות במשך שנתיים רצופות ובוחן התפתחות מגמות של תקופות בצורת, משך התארכותן, תדירותן ועוצמתן. כלי זה חיוני לתכנון מיטבי של משק המים והוא מאפשר לקבל מידע על נפח משקעים מצטבר לתקופה נתונה ביחס לממוצע ולא רק על כמויות המשקעים בשנה בודדת. ערכי מדד הגבוהים מ-0 (כל מה שבכחול באיור 2) מבטאים ערכים גבוהים מהממוצע, וערכים הנמוכים מ-0 מבטאים תקופות מחסור. בעשרים השנים האחרונות מרבית ערכי המדד נמוכים מאפס, וחלק מהם אף נמוכים ממנו משמעותית.

שפיעת מעיינות וזרימות בנחלים

בהמשך למגמת המשקעים שתוארה בתת-הפרק הקודם, שפיעת המעיינות הגדולים באגן הכינרת – הדן והבניאס, נמצאת בעשורים האחרונים בירידה מתמדת. בסתיו 2014 הגיעה השפיעה במעיינות לשפל של כל תקופת המדידות, ובקיץ 2017 היא התקרבה שוב לרמות ההיסטוריות הללו (ראו נספח 1). יש לזכור שמעיינות אלה אינם מושפעים משאיבה באזור ההזנה, למעט קידוח חורשת טל שייתכן שמשפיע על השפיעה במעיינות תל דן, כמו עין בריד, כפי שכבר דווח על ידי השירות ההידרולוגי [1]. על כן, את השינויים בספיקתם יש לייחס בעיקר לתנאים אקלימיים והידרולוגיים (אזור ההזנה של המעיינות, רכס החרמון, לא חווה שינויים ניכרים בשימושי הקרקע). עובדה זו מאפשרת להשתמש במעיינות אלה כמדד יעיל למגמות אקלימיות וכסמן לשינוי אקלים. נפחי השפיעה השנתיים ב"סכום מעיינות הדן" (סך כל הנביעות הנמדדות בדן) פחתו בצורה מובהקת משנות ה-70 (value=0.005, ראו נספח 2). נפחי השפיעה ירדו מכ-280 מלמ"ק בשנות ה-70 לכ-200 מלמ"ק בלבד כיום. מגמה דומה ניתן לזהות גם בשפיעת מעיין הבניאס. נספח 3 מציג מגמה דומה עבור נהר הירדן, כפי שנמדד בתחנה ההידרומטרית בגשר הפקק. ניתן לראות שנפח הזרימה השנתי בנהר הירדן ירד מכ-520 מלמ"ק באמצע שנות ה-70 לכ-320 מלמ"ק בלבד כיום. בניגוד למעיינות הדן והבניאס, הזרימה בירדן מושפעת מהפקה. ניתוח השפעת השאיבות (מים עיליים ומי תהום) על מאזני המים באגן הירדן העליון בפרט ובאגן הכינרת בכלל, מובא בהמשך. 

 

נפחי מים זמינים בכינרת

אגם הכינרת הוא בסיס הניקוז של אגן ההיקוות (2,730 קמ"ר, כשליש ממנו מחוץ לשטח ישראל). השינויים במשקעים, בשפיעת המעיינות ובזרימות בנחלים באים לידי ביטוי בסופו של דבר בנפחי המים הזמינים בכינרת (סך כל כניסות המים לאגם פחות התאדות). נפחי המים הזמינים אינם מושפעים משאיבה מהאגם עצמו, אלא מהפקה במעלה (צריכת מים, בעיקר לחקלאות, במעלה אגם הכינרת). איור 3 מציג את נפחי המים הזמינים השנתיים בכינרת מאמצע שנות ה-70. ניתן לראות את מגמת הירידה החדה  והמובהקת מנפח של כ-500 מלמ"ק לכ-300 מלמ"ק כיום (P=0.0001). בולט במיוחד הגירעון בנפח בשנים האחרונות, ובעיקר הנפח השלילי בשנת 2013/14 – אז לראשונה מאז החלו המדידות התאדו מהאגם יותר מים מאשר נכנסו אליו.     

השפעת ההפקה של מי התהום על נפחי הזרימה בנהר הירדן

ניתוח נפחי הזרימה בנהר הירדן (כפי שנמדדו בתחנה ההידרומטרית בגשר הפקק, נספח 3) מצביע על ירידה בנפחים של כ-200 מלמ"ק בתקופה 1975–2016. נבדוק מה תרומת ההפקה ממי התהום על ירידה זו. מיקום אגני מי התהום מצוין בנספח 4, והיקפי ההפקה מהאגנים מצוינים בנספח 5.  

  • אגן הגליל המזרחי אגן זה מתנקז ישירות לכינרת דרך ריכוזי המעיינות בטבחה ובפוליה, ולכן השאיבה בגליל המזרחי לא משפיעה על הזרימות בירדן.

  • קידוחי חורשת טל והחולה – קידוח חורשת טל 1 (מפיק 8 מלמ"ק בשנה) מזרים את מימיו לנחל בניאס, יובלו של הירדן. קידוחי החולה 7 ו-11 (4–5 מלמ"ק בשנה) זורמים בחלקם לנחל עיון וחלק מהם מסופקים על חשבון שחרור המים ממעיין עין זהב. בכל מקרה, השפעתם על נפחי הזרימה בירדן זניחה, מאחר שמרבית המים המופקים מוחזרים לטבע.

  • אגן עינן ניקוזו הטבעי של אגן עינן הוא במעיינות עינן שזרמו בעבר לנהר הירדן. בעקבות פיתוח ההפקה בשנות ה-60 יבש המעיין, ומקור זה נגרע ממאזן זרימות המים בירדן. עם זאת, מאחר שנגרע כבר בשנות ה-60, הוא אינו תורם למגמת הירידה בירדן בתקופה המנותחת במאמר זה: 1975–2016.

  • אגן בזלות ברמת הגולן ההפקה באגן היא כ-10 מלמ"ק, ולדעת מרבית ההידרוגיאולוגים, בתקופה זו ההפקה היא בעיקר על חשבון האוגר (storage) והיא מתבטאת פחות בירידה בנפח במוצאים (מעיינות הדופן וזרימות ברמת יהודיה). בכל מקרה, הפקה זו לא גרעה יותר ממספר מלמ"ק בודדים.

  • קידוחי שמיר-שונית ההפקה בקידוחים החלה ב-2013/14 (כפי שניתן לראות בנספח 4) ובכמויות של 3–5 מלמ"ק לשנה. על פי ההרכב האיזוטופי (1 PMC) של הפחמן הרדיואקטיבי (C14) בקידוחי שמיר, סביר שהם מפיקים מים עתיקים האגורים בשכבות העמוקות מתחת לרמת הגולן. בכל מקרה, השפעתם על הזרימות בירדן, אם קיימת בתקופת הניתוח, זניחה.

נספח 6 מציג את סך כל ההפקה (מי תהום + מים עיליים) באגן הכינרת בחלוקה גיאוגרפית מאמצע שנות ה-70. ניתן לראות שבאגן הירדן העליון פחתו נפחי ההפקה במגמה רב-שנתית, וכך גם באגן כולו. 

לסיכום: השפעת הפקה של מי התהום על מגמת הירידה בזרימה בירדן בתקופה 1975–2016 (ירידה של כ-200 מלמ"ק) זניחה, וכפי שהצביעו מחקרים קודמים [2, 3], שינוי האקלים הוא הגורם לירידה הדרסטית בספיקת הירדן (ולירידה בשפיעת מקורות הירדן, מעיינות הדן והבניאס).

מפלס הכינרת בקיץ 2009. צילום: בתאל בן עבו, מתוך אתר פיקיוויקי

מפלס הכינרת בקיץ 2009. צילום: בתאל בן עבו, מתוך אתר פיקיוויקי

 

מגמות הידרולוגיות חזויות לאגן הכינרת במאה ה-21

משקעים ותקופות בצורת

לצורך חישוב המגמות האקלימיות העתידיות נעשה במחקר זה שימוש בבסיס נתונים הכולל נתוני משקעים וטמפרטורה יומיים מ-14 מודלים אקלימיים שונים. מודלים אלה התקבלו ברשות המים במסגרת מיזםAfrica CORDEX . המודלים הם אזוריים, וכוללים את המרחב של אירופה, המזרח התיכון וצפון אפריקה ברזולוציה מרחבית גבוהה של 0.44 מעלות. המודלים האזוריים מבוססים על מודלים גלובליים המורצים על פי תרחישי פליטות CO2 שנקבעו על ידי ה-IPCC. התרחישים שנבחרו במיזם CORDEX הם RCP4.5 ("עסקים כרגיל") ו-8.5 RCP (המשך פליטות מוגבר) [4].

עבור סדרת גשם מכל מודל אקלימי בוצעו השלבים הבאים:

  • ביצוע מבחני מגמה כדי לקבוע באיזה מידה משחזר המודל את מגמת המשקעים המדודה (סדרת הגשם לתקופה 1950–2005). לשם כך נעשה שימוש במבחן T שבודק את מובהקות השיפוע של קו המגמה במודל ביחס לשיפוע המדוד (כלומר, עד כמה המודל מצליח לשחזר את סדרת הגשם המדודה).

  • אימות של המהלך החודשי של כמויות המשקעים ביחס לכמויות המדודות.

  • תיקון סטטיסטי עבור סדרת נתוני הגשם בהתאם לנתונים מדודים מתחנות גשם מייצגות (Statistical down scaling) כדי להתאים את הכמויות מהמודל האזורי ברזולוציה של 50 ק"מ לתחנות באגן ההיקוות של הכינרת.

תוצאות מגמות המשקעים של 14 המודלים השונים נבחנו עבור תחנות מדידת גשמים באגן הכינרת (כפר גלעדי, מרום גולן) ונמצא שהממוצע של כל ה-14, הצבר, משחזר בצורה הטובה ביותר את מגמות המשקעים המדודות עבור התקופה 1950–2005. ממצא זה מחזק את האמינות בשימוש בצבר גם עבור הסדרות העתידיות לתקופה 2020 עד 2100. איור 4 מציג את כמויות המשקעים השנתיות באזור כפר גלעדי כפי שחושב מממוצע 14 המודלים (צבר) בתרחישRCP4.5 . ניתן לראות שהמודל משחזר את מגמת הירידה שנמדדה משנות ה-50 ועד היום, ושלפיו היא צפויה להימשך גם בעשורים הקרובים, וכמויות המשקעים הממוצעות באזור זה יפחתו לסביבות 700 מ"מ בסוף המאה ה-21 (מגמת ירידה מובהקת, (P=0.0001. נספח 7 מציג את תוצאות חישוב מדד ה-SPI המבוסס על הצבר של 14 המודלים בתרחיש )  RCP4.57א) ו-RCP8.5 (7ב). ניתן לראות שעל פי המודלים האקלימים צפויה בעשורים הבאים עלייה בתדירות, בחומרה ובמשך תקופות הבצורת באגן הכינרת, בשני התרחישים, וביתר שאת בתרחיש RCP8.5.   


 

כיול מודל הידרולוגי לנהר הירדן לצורך חישוב ספיקות ונפחי זרימה עתידיים 

הנתונים המטאורולוגיים שהתקבלו מהמודלים האקלימיים (משקעים וטמפרטורה) הוכנסו כקלט למודל ההידרולוגי GR6 שכויַל בעזרת נתונים מדודים מתחנות מטאורולוגיות בגולן עבור הספיקה בנהר הירדן-תחנת גשר הפקק. נספח 8 מציג את תקופת הכיול של המודל (1981–1987), ונספח 9 את תקופת האימות (1988–2014). ניתן לראות שהמודל משחזר היטב את משטר הזרימה בירדן, ותוצאות המבחן הסטטיסטי KGE (מבחן מקובל בספרות, ביחד עם ה-NSE) שהשווה בין הנתונים המדודים בנהר לאלה שחושבו מהמודל, טובות: 0.91 לתקופת הכיול ו-0.84 לתקופת האימות. 

השפעות אקלימיות על המחזור ההידרולוגי באגן הכינרת

איורים 5 ו-6 מסכמים את תוצאות הרצות המודל 6GR לנהר הירדן. הקלט למודל היו נתונים מטאורולוגיים שהתקבלו מהצבר של המודלים האקלימיים עבור תקופות שונות, בתרחישים RCP4.5 ו-8.5 .RCPניתן לראות באיור 5 את המגמות הבאות עם השנים: עלייה בהתאדות הפוטנציאלית באגן (מ"מ), ירידה בכמויות המשקעים (מ"מ), ירידה בנפחי הזרימה בירדן (מלמ"ק). איור 6 מציג את המגמות הללו כאשר השינוי בין התקופות השונות הוא באחוזים. התמונה שעולה מהתרשימים מצביעה על כך שבעוד שהירידה הצפויה בכמויות המשקעים צפויה להסתכם בכ-5%-15% (תלוי באיזה תרחיש), הרי שהירידה הצפויה בנפחי הזרימה בנהר חדה הרבה יותר: בין 20% ל-50% עד סוף המאה בתרחישים השונים. המסקנה מהרצות אלה היא שיעילות הגשם צפויה להיפגע, כלומר שהיחס בין הגשם לנגר ישתנה. כפי שמשתקף כבר עתה בתצפיות, מתקבלת ירידה בשיעור של כ-50% בכמות הנגר הנאגרת ברמת הגולן בגין ירידה של כ-20% בלבד בכמויות המשקעים. שינוי הידרולוגי משמעותי מושפע גם משינוי באופי המשקעים (עוצמות), בפריסתם (במרחב ובזמן) ובעונתיות. לעונת גשמים שמתחילה מאוחר ומסתיימת מוקדם, וכן להפסקות ממושכות בין אירועי גשם ישנה משמעות הידרולוגיות גדולה: הקטנה של נפחי הנגר העילי, הפחתה בנפחי המילוי החוזר, ירידה בכמות מי התהום ומכאן בשפיעת מעיינות. מגמות אלה ישפיעו בהכרח על נפחי המים הזמינים ועל מפלס הכינרת. על פי מודל השירות ההידרולוגי לחישוב נפחי מים זמינים בכינרת [3, 5, 6], המבוסס על תוצאות המודל ההידרולוגי שהוצג כאן עבור אגן נהר הירדן העליון, צפויים נפחי המים הזמינים בכינרת לִפְחות ולהגיע לממוצע של כ-220–250 מלמ"ק בלבד בממוצע בתקופה 2020–2050 (ירידה של כ-25% נוספים ביחס לנפחים כיום). ההשפעה של רצף שנות בצורת על נפחי המים הזמינים תהיה אף משמעותית יותר, ותביא לעלייה בריכוזי המליחות ולחילוף מים איטי ביחס למשטר ששרר באגם בעשורים הקודמים. לפיכך, מתכננת רשות המים מספר פעולות להתמודדות עם המגמות המתוארות כאן.

סיכום

מחקר זה מציג ניתוח של מאזני המים באגן הכינרת: מגמות של שפיעות טבעיות במקורות הירדן והשפעת ההפקה של מים עיליים ומי תהום על הזרימות בירדן ועל נפחי המים הזמינים בכינרת. נוסף על כך, בוצע ניתוח של הזרימות החזויות בירדן ונפחי המים הזמינים שצפויים להתקבל בכינרת בעשורים הבאים של המאה ה-21 בהתבסס על ניתוח של מספר רב של מודלים אקלימיים חדשים ושימוש במודל הידרולוגי.

תוצאות המחקר מאפשרות לקבל מושג טוב יותר על אודות השפעת שינוי האקלים על המחזור ההידרולוגי ועל מאזני המים הצפויים להתקבל באגן, מידע הכרחי לצורך תפעול עתידי ותכנון.    

התוצאות מצביעות על כך שלשינוי האקלים האזורי יהיו השפעות דרמטיות על המשטר ההידרולוגי באגן ומכאן גם על האקולוגיה, הסביבה והטבע. מגמת ההתייבשות של מקורות המים הטבעיים באגן הכינרת המוצגת כאן בתרחישים שונים, תחייב היערכות שונה של כלל צרכני המים באגן: החקלאות, הטבע והסביבה. נפחי המים הזמינים באגן לא יוכלו להספיק לכלל השימושים, ויש לספק לאגן מים ממקורות נוספים מחוצה לו, נוסף על אלה הקיימים בו כיום.    

 

מקורות

[1] גבעתי ע וטל ע. 2010. ניתוח יחסי גשם שפיעה בעין באריד כאמצעי לניטור ומעקב אחר השפעה אפשרית של הפקה בקידוחים על שפיעת מעיינות באזור אגני דן-בניאס, דו"ח הידרולוגי, ירושלים. ISSN – 0334- 3367.

[2] Givati A and Rosenfeld D. 2007. Possible impacts of anthropogenic aerosols on water resources of the Jordan River and the Sea of Galilee. Water Resources Research 43: W10419.

[3] Givati A and Rosenfeld D. 2013. The Arctic oscillation, climate change and the effects on precipitation in Israel. Atmospheric Research 133: 114–124.

[4] IPCC. 2013. Climate change 2013: The physical science basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Stocker TF, Qin D, Plattner GK et al. (Eds). Cambridge (UK) and New York (USA): Cambridge University Press.

[5] Rimmer A and Givati A. 2014. Hydrology. In: Zohary T, Sukenik A, Berman T, and Nishri A (Eds.). Lake Kinneret – Ecology and Management. Heidelberg: Springer.

[6] Rimmer A, Givati A, Samuels R, and Alpert P. 2011. Using high resolution climate model to evaluate future water and solutes budgets in the Sea of Galilee. Journal of Hydrology 410: 248-259.

[7] Ziv B, Saaroni H, Pargament R, et al. 2014. Trends in rainfall regime over Israel, 1975–2010, and their relationship to large-scale variability. Regional Environmental Change 14: 1751-1764. 





רשות הטבע והגנים החברה להגנת הטבע Israel Nature and Parks Authority Society for the Protection of Nature in Israel