שינויים ארוכי טווח בהידרולוגיה של אגן הכנרת - השפעות מקומיות או התחממות גלובלית ?

1. שינויים ארוכי טווח בהידרולוגיה של אגןהכנרת - השפעות מקומיות או התחממות גלובלית? אלון רימר חקר ימים ואגמים בע"מ, המעבדה לחקר הכנרת 320 1970 1980 1990 300 X Data 280 התאדות (מלמ"ק) 260 240 מקורות 220 1970 1980 1990 2000 2010 שנה ת.ה.ל

2. תודות המחקרים להלן בוצעו בשיתוף פעולה עם האנשים הבאים: • Andreas Hartmann, Jens Lange, Freiburg Univ., Germany • Amir Givati, Israeli Hydrological Service. • Rana Samuels, Simon Krichak, Pinhas Alpert, TAU. • Yigal Salingar, Rotem Sade, Michael (Misha) Denisyuk, STAV-GIS, Israel • Michael (Iggy) Litaor, Tel Hay College, Israel. • Gideon Gal, Tamar Opher, Yury Lechinski, Yosef Z. Yacobi, IOLR-KLL, Israel • Harald Kunstmann, Andreas Heckl, Peter Suppan, IMK-IFU, Germany • Rafi Halevi, Nahara, Israel. • Israeli Hydrological Service. • Israeli Meteorological Service. • Israel Survey. • The Israeli Water Authority. • Christian Zammit, Western Australia

3. מטרה • לבחון מה סדר הגודל הצפוי של השינויים שמקורם בהתחממות גלובלית בהשוואה לשינויים באגן ההיקוות שמקורם בפעילות אנושית ובניהול משאבי המים באגן הכנרת שיטה • יוצגו שינויים ארוכי טווח שקרו בעשרות השנים האחרונות באגן ההיקוות ובכנרת עצמה: • משטר גשמים והפחתה בכמות המים שזורמת לכנרת • שינויים במליחות האגם • שינוי משטר השכוב וטמפרטורת האפילימניון • נבחן את הסיבות לשינויי עבר אלה, ונציג אותם בהשוואה לתחזיות ארוכות טווח של שינויים צפויים כתוצאה מהתחממות גלובלית

4. מודלים אקלימיים(בשיתוף ר. סמואלס, פ. אלפרט, ש. קריצ'אק)

5. Global or Regional Climate Model (GCM,RCM) Precipitation,temperature, relative humidity, radiation, wind speed Precipitation Temperature, relative humidity, radiation, wind speed Lake heat storage change HYdrological Model for Karst Environment (HYMKE) Annual Water Inflows Model (Hydrological Service) Lake Evaporation Model Evaporation Water inflows Daily Dan, Snir and Hermon discharge Lake salinity Model Water outflows Solute inflow Lake volume Lake salinity שילוב מודלים אקלימיים ומודלים הידרולוגיים Rimmer A., A. Givati, R. Samuels and P. Alpert. 2011. Using ensemble of climate models to evaluate future water and solutes budgets in Lake Kinneret, Israel. Journal of Hydrology 410: 248–259.

6. משטר גשמים והפחתה בכמות המים שזורמת לכנרת

7. שינויים ארוכי טווח- מים זמינים בכנרת1951-2008 AW = -2.6873xYear + 559.44 1600 1400 Available Water Total Outflows 1200 Linear (Total Outflows) 1000 Available water (Mm^3) 800 600 400 200 0 1951/52 1961/62 1971/72 1981/82 1991/92 2001/02 Year

8. הסיבות לירידה במים זמינים בכנרת: • פחיתה בגשם שהביאה לפחיתה במעיינות הראשיים. • עלייה בצריכה הכוללת באגן ההיקוות. נפח שנתי במעיין הדן גשם ברמת הגולן נפח שנתי במעיין הבניאס 279 מלמ"ק 73 מלמ"ק 954 מ"מ 63- 14- 246- 708 מ"מ 59 מלמ"ק 216 מלמ"ק Givati and Rosenfeld, 2007: Possible impacts of anthropogenic aerosols on water resources of the Jordan River and the Sea of Galilee, Water Resour. Res., 43

9. 1969-2002מגמות בגשם שנתי EIN ZIWAN GOLAN EXP. . 1400 KESHET 1600 1800 1600 1400 1200 1400 1200 1000 1200 1000 800 1000 800 800 600 600 600 400 400 400 Annual precipitation (mm) 200 200 200 0 0 0 1965 1985 2005 1965 1985 2005 1965 1985 2005 1800 AMIRIM 800 1400 DEGANIA MERON 1600 700 1200 1400 600 1000 1200 500 800 1000 400 800 600 300 600 400 200 400 200 100 200 0 0 0 1965 1985 2005 1965 1985 2005 1965 1985 2005 Year

10. 1950-2002מגמות בכמויות גשם שנתיות למרות שקיימת הפחתה ברורה בכמויות המים הזמינים בין השנים 1950 – 2002 לא ניכרות מגמות משמעותיות של הפחתה בתחנות הגשם באגן הירדן (לא כולל את רמת הגולן) HUQUQ BANYAS 1600 KFAR GILADI 1000 1200 900 1400 1000 800 1200 700 800 1000 600 500 600 800 400 נתוני השמ"ט 2011 600 400 300 400 200 Annual precipitation (mm) 200 200 100 0 0 0 1948 1968 1988 1948 1968 1988 1948 1968 1988 AMIRIM 1800 800 1400 DEGANYA MIRON 1600 700 1200 1400 600 1000 1200 500 800 1000 400 800 600 300 600 400 200 400 200 100 200 0 0 0 1948 1968 1988 1948 1968 1988 1948 1968 1988 Year

11. 180 160 140 y = 1.8279xYear + 71.862 120 100 Consumption (Mm^3) 80 60 40 20 0 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 Year 1974-2002מגמות בצריכה במעלה

12. אגן הכנרת - מפעלי מים מקור: סתיו ממ"ג

13. הסיבות לירידה במים זמינים בכנרת 1975-2010עמיר גבעתי ודורון מרקל, רשות המים ירידה בשפיעת מעיין הדן - 63 מלמ"ק ירידה בשפיעת מעיין הבניאס - 14 מלמ"ק ירידה במקורות נוספים - 23 מלמ"ק סה"כ ירידה בכמות המים הפוטנציאליים - 90 מלמ"ק עלייה בצריכה חקלאית ללא רמת הגולן - 26 מלמ"ק הקמת מאגרי גיא ברמת הגולן - 20 מלמ"ק עלייה בצריכה ביתית באגן הישראלי - 4 מלמ"ק (לפי 20 מ"ק לנפש 200,000) עלייה בצריכה הלבנונית - 10מלמ"ק סה"כ עלייה בצריכה - 60 מלמ"ק סה"כ ירידה במים הזמינים - 150 מלמ"ק

14. גשם שנתי ממודל השינוי המחושב באמצעות המודלים בגשם השנתי קטן מהמגמות שנצפו ברמת הגולן בעשורים האחרונים Annual precipitation (mm)

15. זרימה בירדן (גשר יוסף) לפי המודל המשולב השינוי המחושב באמצעות המודל בכמות הזרימה השנתית בירדן קטנה בהרבה מהמגמות שנצפו בזרימת הירדן בעשורים האחרונים Annual inflows (Mm^3)

16. שינויים במליחות האגם

17. נחלים ומקורות המלחה עיקריים של הכנרת • למליחות הכנרת חשיבות רבה מבחינת משק המים הארצי, מאחר ומליחות המים הנשאבים בה (כ- 250 מגכ"ל) גבוהה יחסית למקורות מים אחרים. • מליחות הכנרת משפיעה על מליחות המים המסופקים לצרכן בחלק גדול מהמדינה, וכן היא משפיעה על מליחות מי תהום (דרך החדרת מים לאקוויפר החוף), ועל מליחות קרקעות (דרך השקיה). • מתוך כ- 160,000 טון כלוריד שנכנסים לכנרת כל שנה, כ-55,000 טון מוטים דרך המוביל המלוח.

18. ההיסטוריה של מליחות הכנרת 400 380 (2) 360 salinity (4) 340 (3) 320 (10) (1) מליחות הכנרת (מגכ"ל) (12) 300 (5) 280 (8) 260 (6) 240 (9) (11) 220 200 (7) 1950 1960 1970 1980 1989 1999 2009 • לפני שנת 1950 מליחות האגם הייתה בין 250 ל- 300 מגכ"ל • בין השנים 1953 ל- 1960 עלתה המליחות מ – 300 ל – 390 מגכ"ל. • בשנת 1964 הופעל המוביל הארצי והחלה שאיבה קבועה. • בינואר 1965 החלה הפעלתו של המוביל המלוח המטה מים מלוחים ממעיינות החוף המערבי . • המליחות פחתה באופן משמעותי בשנים 1965-1968. • חורף יוצא דופן בעונת 1968-69 (כניסות נגר עילי בשיעור 200% משנה רגילה) • מליחות מינימלית (192 מגכ"ל) נרשמה בחודש מאי 1988. • מליחות עולה ל – 250 מגכ"ל כתוצאה משלוש עונות שחונות ברצף (1989-1991). • ירידת מליחות ל- 210 מגכ"ל כתוצאה מהחורף הגשום במיוחד של שנת 1992. • מסוף חורף 1993-1994 עד חורף 2002-2003: עלייה קבועה במליחות. • ירידה חדה בגלל חורף יוצא דופן בעונת 2002-2003 • המשך עלייה במליחות עד שנת 2010.

19. Step change Sin Solute inflow S0 q: leaching factor 1.5 1.4 System memory 1.3 S0 -Sin/q 1.2 Low q Solute mass in the lake 1.1 1.0 high q 0.9 Sin/q -5 0 5 10 20 25 t ( year) תגובת כמות המלח באגם לשינוי מדרגה בכניסות מלח Rimmer, A. 2003. The Mechanism of Lake Kinneret Salinization as a Linear Reservoir. Journal of Hydrology, 281/3 pp. 177-190.

20. Water inflows Linear reduction Linear reduction of fresh water inflows will cause an increase of the lake solute mass and salinity Solute mass in the lake S0 year תגובת כמות המלח באגם לשינוי ליניארי בכניסות מים

21. 1.75E+06 1.65E+06 1.55E+06 1.45E+06 1.35E+06 1.25E+06 1.15E+06 1.05E+06 9.50E+05 8.50E+05 7.50E+05 1962 1966 1970 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002 2006 2010 1963-2010 שינויים בכמות המלח Measured S0=1,655,000 ton q= -0.0011 x year+ 2.319 Sin=107,000ton Model ירידה במליחות נשלטת ע"י שינוי מדרגה בכמות המלח הנכנסת (הפעלת המוביל המלוח) עלייה במליחות נשלטת ע"י הפחתה מתמדת בכמות המים הנכנסת לאגם Solute mass in the lake (Ton) Year Linear reduction of water inflows Step change in solute inflows 1964

22. השפעת ההתאדות על המליחות באמצעות מודל LSM שפותח במעבדה לחקר הכנרת ניתן לחזות בקירוב טוב את השתנות המליחות החדשית כתלות ב- 1. כמויות מים נכנסות; 2. כמויות מים יוצאות; 3. התאדות; 4. כמות מלח נכנסת. להלן תוצאות המודל משנת 1980 ועד 2040 בהנחת כניסות מים קבועות והתאדות קבועה: כניסה: 680 מלמ"ק התאדות: 230 מלמ"ק

23. השפעת ההתאדות על המליחות שינוי מהותי בהתאדות (גידול של כמעט 30% - גדול בהרבה מהחזוי על ידי מודלים אקלימיים) יגרום לשינוי מליחות בכ- 10 מגכ"ל. שינוי זה הוא כ- 10% בלבד מהשינויים במליחות בין השנים 1988 עד 2008 בלבד. כניסה: 680 מלמ"ק התאדות: גדלה מ- 230 מלמ"ק בשעור 1 מלמ"ק בשנה

24. תחזית המליחות כתוצאה משינוי במים זמינים • כיצד תשתנה המליחות באגם אם תימשך הירידה בכמות המים הממוצעת שנכנסת לאגם, בהנחה שכל שאר המשתנים נשארים קבועים כמקודם?. • אנו מניחים שסדרת המים השנתית הנכנסת לאגם ממשיכה ופוחתת ליניארית עם השנים כהמשך לירידה שנמדדה בין השנים 1969 עד 2006.

25. חיזוי מליחות • אם כמות המים הנכנסת תמשיך לפחות בקצב הנוכחי, צפויה עלייה ניכרת של מליחות הכנרת עד לערך של כ- 470 מג"כל עד שנת 2040.

26. שינוי משטר השכוב וטמפרטורת האפילימניון

27. מדידות פרופיל החום בכנרת הממצאים מבוססים על 1800 פרופילי טמפרטורה שנמדדו בכנרת מ- 1969 ועד היום Z z=zm Thermocline T(z) measurements z=0 T(z)

28. מאפייני שיכוב – השוואה בין שנים 0 -16 -18 -5 -20 -10 -22 -15 -24 Depth(m) -20 -26 -28 -25 -30 -30 -32 -35 -34 -40 -36 01/01 01/02 29/02 31/03 30/04 31/05 30/06 31/07 31/08 30/09 31/10 30/11 01/01 01/02 29/02 31/03 30/04 31/05 30/06 31/07 31/08 30/09 31/10 30/11 Date Date 2000 - 2005 1970 -1975

29. measured equation הערכה כמותית של השיכוב העונתי באמצעות טכניקה שפותחה על ידינו ניתן לכמת בצורה טובה מאד את דרגת השיכוב של האגם בכל נקודת זמן 45 HL 40 Epilimnion b 35 B 30 25 z - level above lake floor (m) DZ Metalimnion 20 n= 18.20 15 Zt a= 0.048 Hypolimnion 10 T(B) Te 5 Th 0 12 14 16 18 20 22 24 26 28 temperature (C)

30. 45 40 35 30 Date Date Date Date 25 alfa alfa alfa alfa n n n n 13-Apr-1997 06-Jul-1997 20 Zu Zu Zu Zu 0.22657 0.068143 Zth Zth Zth Zth 15 2.0939 7.5686 Zl Zl Zl Zl 44.5707 34.3044 10 42.49 30.91 33.8289 26.188 5 z - level above lake floor (m) 45 40 08-Dec-1997 0.039234 35 50.9486 19.405 30 18.4 25 17.3907 07-Sep-1997 20 0.055384 15 14.2288 28.8618 10 26.45 23.6674 5 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 Temperature (oC) מאפייני שיכוב

31. 40 35 30 Thermocline depth [m] Th depth 4 Th depth 5 25 Th depth 6 Th depth 7 Th depth 8 20 Th depth 9 Th depth 10 Th depth 11 15 Th depth 12 10 5 1968 1978 1988 1998 2008 year מאפייני שיכוב 1:עומק התרמוקלינה (מ') פוחת עם הזמן

32. מאפייני שיכוב 2:עובי המטאלימניון (מ') פוחת עם הזמן 18 16 14 Met Width 4 Met Width 5 12 Met Width 6 Metalimnion width [m] Met Width 7 10 Met Width 8 8 Met Width 9 Met Width 10 6 Met Width 11 Met Width 12 4 2 0 1968 1978 1988 1998 2008 year

33. מאפייני שיכוב 3: טמפ. האפילימניון (C) עולה עם הזמן 31 29 27 Top temp 4 Top temp 5 25 Top temp 6 Top temp 7 Epilimnion temperature [OC] 23 Top temp 8 Top temp 9 21 Top temp 10 Top temp 11 19 Top temp 12 17 1968 1978 1988 1998 2008 year

34. מאפייני שיכוב 4: טמפ. ההיפולימניון (C) נשארת קבועה 19 Bot temp 4 18 Bot temp 5 Bot temp 6 Bot temp 7 17 Bot temp 8 Bot temp 9 16 Bot temp 10 Hypolimnion temperature [OC] Bot temp 11 15 Bot temp Bot temp 13 Linear (Bot temp 13) 14 13 12 1968 1978 1988 1998 2008 Year

35. מאפייני שיכוב 5: חוזק השכוב גדל עם הזמן 0.014 0.012 Zv-Zg 4 Zv-Zg 5 0.010 Zv-Zg 6 Zv-Zg 7 0.008 Zv-Zg 8 Zv-Zg [m] Zv-Zg 9 0.006 Zv-Zg 10 Zv-Zg 11 0.004 Zv-Zg 12 0.002 1968 1978 1988 1998 2008 year

36. מאפייני שיכוב - סיכום • Level 1970 > Level 2000 • Epilimnion 1970  Epilimnion 2000 • Epilimnion temp. 1970 < Epilimnion temp. 2000 • Metalimnion 1970 > Metalimnion 2000 • Hypolimnion 1970  Hypolimnion 2000 • Hypolimnion* 1970 > Hypolimnion* 2000 Epilimnion Epilimnion Thermocline Metalimnion Thermocline Metalimnion Hypoliminion* Hypoliminion* Hypolimnion Hypolimnion 2000 1970

37. שינויים ארוכי טווח 1- מפלס הכנרת -208 -209 -210 -211 Lake level (m) -212 -213 MAT = -0.079 m yr-1 -214 -215 1978 1988 1998 1968 2008 Year

38. A(L1,M1) L L A(L2, M1) L1 L2 VE(L1,M1) VE(L2, M1) Bu Bu Bt Bt Bb Bb B B L0 L0 A(L1,M2) L L A(L2, M2) L1 L2 VE(L1, M2) VE(L2, M2) Bu Bt Bu Bb Bt Bb B B L0 L0 השפעת מפלס האגם - שינוי ביחס (שטח פני המים\נפח אפילימניון) Rimmer A., G. Gal, T. Opher, Y. Lechinsky, Yosef Z. Yacobi . 2011. Mechanisms of long-term variations of the thermal structure in a warm lake. Limnol. Oceanogr. 56(3): 974–988.

39. הסיבות העיקריות לשינוי בשכוב התרמי • האפשרות הסבירה ביותר לשינויים בשכוב היא תוצאה של תופעות מקומיות שמושפעות מניהול משאבי המים בירדן: • 1. שינוי במפלס האגם • 2. שינוי בכמויות המים הנכנסות.

40. 1.00 0.98 0.96 April May June 0.94 Lake surface(m2)/Epi volume (Mm3) July August 0.92 September October 0.90 November December 0.88 -216 -214 -212 -210 Lake Level (m a.s.l) כיצד משתנה היחס בין שטח פני האגם לנפח האפילימניון כתוצאה מירידה במפלס האגם מפלס אגם נמוך גורם להגדלת היחס שבין שטח פני האגם לנפח האפילימניון, וכתוצאה מכך עולה טמפרטורת האפילימניון ומשתנה משטר השכוב

41. 30 A B 1.2 25 0.8 20 Zv-Zg (cm) Top metalimnion depth (m) 15 0.4 10 0 5 -215 -213 -211 -209 -215 -213 -211 -209 29 C 16 27 25 12 Epilimnion temperature [OC] 23 Metalimnion width (m) 8 21 19 4 17 D 15 0 -215 -213 -211 -209 -215 -213 -211 -209 Lake level (m’ a.s.l) April May June July August September October November December מאפייני השיכוב התרמי ביחס למפלס האגם

42. סיכום • משטר גשמים והפחתה בכמות המים שזורמת לכנרת • גם בעבר חלה הפחתת הגשמים בשיעור ניכר שמקורה ככל הנראה בגורמים מקומיים ולא כתוצאה משינויי אקלים גלובלי. גם בעבר חלה ירידה משמעותית בכניסת מים לכנרת. לפי המודלים השפעות שינויים גלובליים הן קטנות בהרבה משינויים הידרולוגיים מקומיים. • 2. מליחות הכנרת • ההתאדות ופחיתת כניסות המים לאגם הן הגורמים העיקריים לעלייה במליחות כתוצאה משינויים גלובליים. גם כאן השפעות כאלה הן קטנות בהרבה משינויים הידרולוגיים מקומיים. • 3. שינוי משטר השיכוב וטמפרטורת האפילימניון • שינויים במשטר השכוב עלולים להתרחש כתוצאה משינויי קרינה גלובליים, או כתוצאה משינויים בטמפרטורת האויר. עם זאת סביר להניח כי לשינוי במפלס האגם ובכמות המים שנכנסת לכנרת ישנה השפעה גדולה יותר על משטר השיכוב מאשר לגורמים שמקורם בשינויי אקלים גלובליים.

43. תודה