A vízkörforgás mérlegei

A vízkörforgás mérlegét olyan egyenletekkel írjuk le, melyekkel láthatóvá válik a belépő (pl. csapadék) és kilépő (pl. párolgás, felszíni vagy földalatti elfolyás) elemek kapcsolata. Egy adott vízgyújtőre érkező és onnan távozó víz viszonylagos mennyiségén kívül azonban létezik egy harmadik, általában figyelmen kívül hagyott elem is: a rendszerben részt vevő víz mennyiségének változása.

A vízkörforgás monitorozása során az eddigi adatok (a meteorológiai és vízrajzi mérőállomások által gyűjtött csapadékösszeg-elfolyás arányok) mellé klimatológiai és meteorológiai szempontból fel kell venni a területek hőmérsékleti, talajvízszint-, és vízminőségi adatait.

A stabil klímához stabil vízkör szükséges. Amennyiben a csapadék egy adott területen több, mint az elfolyás, a rendszer feltöltése zajlik, míg ellenkező esetben a kiszáradása.

Ellentétben a szakértők és a nagyközönség körében egyaránt uralkodó elképzeléssel, mely szerint a vízmérleg vízgyűjtőkre vagy egész kontinensekre hosszú időszakra (évekre) értelmezve nulla, vagy majdnem-nulla, a valóságban ez nem igaz. A hidrológusok elképzelése arról, hogy az óceánból a szél által érkező vízmennyiség egyenlő a folyókon elfolyó víz mennyiségével, annak az időnek az öröksége, amikor először vizsgálták a vízkörforgást. Akkoriban ez az elmélet magyarázattal szolgált a régi kérdésre: hogyan lehetséges, hogy a tengerek szintje nem emelkedik, miközben a világ összes folyója beléjük ömlik. Azóta bebizonyosodott, hogy emelkedik a tengerek szintje, és egyúttal csökken a szárazföldek talajvíz-szintje. A fenyegetés nem tudomásulvételének óriási veszélye éppen abban rejlik, hogy az adott esetben az elfolyás és a csapadék különbsége kicsi, vagyis valamely ország  kiszáradása lassan, évtizedeken keresztül történik, anélkül, hogy a hidrológusok észrevennék annak okait.

A vízmérlegeket eddig csak országok szintjén vizsgálták, ami elég nagy egység ahhoz, hogy könnyű legyen szemet hunyni az előzőekben említett, egyoldalú eltérések felett. Szükséges ezért a vízmérleg alacsonyabb, pl. települési vagy még alacsonyabb szintű meghatározása, melynek keretében lehetőség nyílik az eltérő méretű és jellemzőjű területek eltérő elfolyás/csapadék arányainak felderítésére (Lásd: Kravcik et al.: The New Water Paradigm)

Az alábbi táblázat kísérlet arra, hogy rámutassunk: a jelenleg hozzáférhető vízmérleg adatokban is nyomára lehet bukkanni az ökoszisztéma hatásoknak. Az alábbi táblázat első 8 oszlopa a Magyarország vízháztartásának állapotértékelése című kiadványban található (Vituki 2002), az adatok az ország egészére vonatkoznak. A Mérleg hiba oszlop azt az érteket tartalmazza, amely esetén a táblázat alatti egyenlet az adott évben fennáll. Az értelmezésünkhöz, amely a dia alatt található, a táblázathoz illesztettük az adott év aszály indexét és a táblázatból a párolgás, párologtatás mennyiségének és a csapadék csapadék mennyiségének hányadosát.  

A táblázat értelmezéshez szükséges alapösszefüggések a következők:

A vízkészlet mérlegadatok belépő oldalán az országba, a folyókon keresztül belépő vízmennyiség (Vbe) és a csapadék (P) adódik, a csapadék részben elpárolog (ET), részben a talajvizet táplálja (S), a maradék pedig a lefolyást növeli (Vki).

Az évi mért lefolyás (Rmért), ami az országhatáron belépő víz mennyiségének és az országhatáron kilépő víz mennyiségének különbségéből adódik.

Az évi számított lefolyás (Rcalc), ami az évi csapadék és az éves számított területi párolgás különbsége.

Külön tételként jelenik meg a talajvízszint változásból származó készlet változás (S).

Mérleghiba, ami a mérések pontatlanságát jelzi, mivel a vázolt rendszer elvileg zárt. A mérleghiba számítási módja: a talajvíz készlet változásából kivonva a mért lefolyás és a számított lefolyás különbsége.

A táblázat utolsó két oszlopában a Pálfai-féle aszályossági mutató értéke (PAI) és a adott évi párolgás és csapadék aránya szerepel.

Az évenkénti szemlélet figyelmen kívül hagyja, hogy rendszerben késleltetések is jelen vannak A talaj felszíne és legfelső rétege, amelyben a csapadék legnagyobb mennyisége még nem lejutva a talajvíz szintjére megfordul és táplálja a párolgást. Ezt a vízforgalmat, mind a beszivárgás, mind az elpárologtatás oldaláról, a felszíni növénytakaró ökológiai rendszer minősége is befolyásolja. A talajvízszint csak a csapadék és párolgás évi egyenlegének késleltetett hatását tudja tükrözni.

A csapadék hiánya és ugyanazon év viszonylagosan magas párolgási szintje a következő évek talajvíz szintjének változásában érhető tetten, ahogy például az az 1997-es év után megfigyelhető. A csapadékmennyiséghez képest magas párolgás hatása késleltetve, csak a következő év talajvízszint csökkenésében jelenik meg. 

1997-ben a csapadék mennyiségéhez képest (relatíve) magas párolgást a talaj felhalmozott nedvességtartalma tehette lehetővé (a 96-os  év párolgás/csapadék hányadosa relatíve alacsony, a talajvíz készlet is növekszik, így a nagyon alacsony 97-es csapadék ellenére sem magas az aszályindex értéke), a párologtatáshoz szükséges energiát a csapadék hiánnyal együttjáró magasabb hőmérséklet szolgáltatta. A hiány a következő év talajvíz készlet csökkenésében jelenik meg.

1999-ben a magasabb csapadék mennyiség relatíve alacsonyabb párolgással járt együtt (vélhetően a csapadékkal együttjáró alacsonyabb hőmérséklet miatt), az így képződött „felesleg” a nagyobb lefolyás mellett is a következő év talajvíz készlet emelkedésében öltött testet, ami lehetővé tette a már említett csapadékmennyiség feletti mennyiség elpárologtatását. Ez lehet az oka annak, hogy a 2000-es év kiugróan alacsony csapadéka ellenére a mért talajvíz szintek emelkedtek úgy, hogy az éves párolgáshoz az éves csapadékon felül a talajból is kellett utánpótlás. A kiugróan alacsony csapadék mellett a relatíve magas párolgás abszolút értelemben azonban szintén rekord alacsony volt. Az aszály index a potenciális és a tényleges párolgás közötti nagy különbséget tükrözi.

Természetesen az egyes elemek (pl. talajvízszint-vízkészlet) minden változását nem lehet ennek az egyetlen összefüggésnek az alapján magyarázni, ráadásul nem aggregált szinten. Azonban a felsorolt példák is alátámasztják, hogy a mérleghiba a mért készletek közötti késleltetéseket is tartalmazza. Indokoltnak tűnik a felvetés, hogy a vízháztartás szabályozóképességét a vízgyűjtő vízvisszatartó képessége befolyásolja, amit részvízgyűjtők hosszabb vízmérleg idősorainak vizsgálatával lehetne jobban specifikálni.

Ráadásul a mérleghiba összefüggést látszik mutatni a szélsőséges időjárású évekkel, vagyis a mérleghiba abszolút értékben akkor magasabb, ha valamelyik input adat szélsőséges értéket mutat (pl. csapadék hiány), míg a kimenő oldal (lefolyás) nem válaszolt hasonló mértékű változással. A csapadék és a párolgás adataiban tetten érhető késleltetés tehát a víz visszatartásából származik, amit a talaj legfelső rétegében mozgó víz szolgáltat. Mindez olyan csillapítást jelent, amelyek az adott térségre jellemző ökológiai rendszerműködés teljesítményével – vízmegőrző képességével lehet kapcsolatba hozni.