WaterGAP
Globalny model słodkiej wody WaterGAP oblicza przepływy i magazynowanie wody na wszystkich kontynentach globu (z wyjątkiem Antarktydy ), biorąc pod uwagę wpływ człowieka na naturalny system słodkiej wody poprzez pobór wody i tamy . Pomaga zrozumieć sytuację słodkiej wody w dorzeczach świata w XX i XXI wieku i jest stosowana do oceny niedoboru wody , susz i powodzi oraz ilościowe określenie wpływu działań człowieka na np. wody gruntowe , tereny podmokłe , przepływ strumieni i podnoszenie się poziomu mórz . Wyniki modelowania WaterGAP przyczyniły się do międzynarodowej oceny globalnej sytuacji środowiskowej, w tym do raportów ONZ World Water Development , Millennium Ecosystem Assessment , ONZ Global Environmental Outlooks, a także do raportów Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu . WaterGAP uczestniczy w projekcie Intersectoral Impact Model Intercomparison Project ISIMIP, w ramach którego generowane są spójne zestawy modeli prowadzonych przez szereg globalnych modeli hydrologicznych w celu oceny wpływu zmiany klimatu i innych antropogenicznych czynników stresogennych na zasoby słodkiej wody na całym świecie.
WaterGAP ( Water Global A ssessment and Prognosis ) został opracowany na Uniwersytecie w Kassel (Niemcy) od 1996 r., a później był kontynuowany na Uniwersytecie Goethego we Frankfurcie i Uniwersytecie Ruhry w Bochum . Składa się zarówno z globalnego modelu hydrologicznego WaterGAP (WGHM), jak i pięciu modeli zużycia wody dla sektorów nawadniania , hodowli zwierząt , gospodarstw domowych, produkcji i chłodzenia elektrowni cieplnych . Dodatkowy składnik modelu oblicza ułamki całkowitego zużycia wody, które są pobierane z wód gruntowych lub wód powierzchniowych (rzek, jezior i zbiorników wodnych). Model działa z rozdzielczością czasową 1 dnia; WaterGAP 2 ma rozdzielczość przestrzenną 0,5 stopnia szerokości geograficznej × 0,5 stopnia długości geograficznej (co odpowiada 55 km × 55 km na równiku), a WaterGAP 3 rozdzielczość przestrzenną 5 minut kątowych x 5 minut kątowych (9 km x 9 km). Dane wejściowe modelu obejmują szeregi czasowe danych klimatycznych (np. opady, temperatura i promieniowanie) oraz informacje, takie jak charakterystyka jednolitych części wód powierzchniowych ( jezior , zbiorników wodnych i terenów podmokłych ), pokrycia terenu, rodzaju gleby, topografii i obszaru nawadnianego.
Globalny model hydrologiczny WaterGAP WGHM
WGHM oblicza szeregi czasowe szybkiego spływu powierzchniowego i podpowierzchniowego , zasilania wód gruntowych i odpływu rzecznego, a także wahań składowania wody w koronach drzew, śniegu, glebie, wodach gruntowych, jeziorach, terenach podmokłych i rzekach. W ten sposób określa ilościowo całkowite odnawialne zasoby wodne, jak również odnawialne zasoby wód podziemnych komórki siatki, dorzecza lub kraju. Opady na każdej komórce siatki są transportowane przez różne przedziały magazynowe, w których woda może również odparowywać. Położenie i wielkość terenów podmokłych, jezior i zbiorników wodnych są określane przez globalną bazę danych jezior i terenów podmokłych (GLWD) oraz bazę danych GRanD dotyczącą zbiorników stworzonych przez człowieka. Na magazynowanie wód podziemnych ma wpływ rozproszone zasilanie wód podziemnych przez glebę oraz zasilanie punktowe z wód powierzchniowych. Rozproszone zasilanie wód gruntowych jest modelowane jako funkcja całkowitego odpływu, rzeźby terenu, tekstury gleby, hydrogeologii i istnienia wiecznej zmarzliny lub lodowców. Odpływ komórek jest kierowany w dół rzeki, aż dotrze do oceanu lub wewnętrznego zlewu. Aby umożliwić wiarygodną reprezentację rzeczywistej sytuacji w wodach słodkich, wersja 2.2d WGHM jest dostosowana do obserwowanego długoterminowego średniego rocznego przepływu w 1319 stacjach pomiarowych. Wydajność WGHM w odniesieniu do obserwacji przepływu strumieni została porównana w różnych badaniach z innymi globalnymi modelami hydrologicznymi zarówno w Europie, jak i na świecie, podczas gdy wydajność w odniesieniu do GRACE została porównana globalnie i dla warstw wodonośnych w USA.
Modele zużycia wody
W WaterGAP modelowanie zużycia wody odnosi się do obliczania poboru wody (poborów) z wód podziemnych lub powierzchniowych (jezior, zbiorników i rzek), konsumpcyjnego zużycia wody (część pobranej wody, która odparowuje podczas użytkowania) oraz przepływy powrotne do wód podziemnych lub powierzchniowych. Konsumpcyjne zużycie wody do nawadniania jest obliczane za pomocą globalnego modelu nawadniania jako funkcja nawadnianego obszaru i klimatu w każdej komórce siatki. Zużycie wody przez zwierzęta gospodarskie oblicza się jako funkcję liczby zwierząt i zapotrzebowania na wodę różnych rodzajów zwierząt gospodarskich. Zużycie domowe i produkcyjne opiera się na krajowych wartościach poboru wody w różnych momentach. Rozwój w czasie krajowego zużycia wody w gospodarstwach domowych opiera się na danych statystycznych modelowanych jako funkcja zmian technologicznych i strukturalnych (ta ostatnia jako funkcja produktu krajowego brutto), z uwzględnieniem zmian demograficznych. Czasowy rozwój zużycia wody produkcyjnej uwzględnia zmiany technologiczne oraz rozwój wartości dodanej brutto w produkcji. Krajowe wartości zużycia wody do użytku domowego i produkcyjnego są zmniejszane do komórek siatki przy użyciu odpowiednio gęstości zaludnienia i gęstości zaludnienia w miastach. Wykorzystanie wody do chłodzenia elektrowni cieplnych uwzględnia lokalizację i charakterystykę elektrowni cieplnych. Obliczane są szeregi czasowe miesięcznych wartości zużycia wody do nawadniania, podczas gdy zakłada się, że wszystkie inne zastosowania są stałe przez cały rok i zmieniają się tylko z roku na rok. W oparciu o sektorowe pobory wody i zużycie konsumpcyjne obliczone przez pięć modeli zużycia wody, składnik modelu GWSWUSE oblicza pobór wód powierzchniowych i przepływy powrotne do wód podziemnych i powierzchniowych, a także całkowity pobór netto z wód podziemnych i powierzchniowych w każdej komórce siatki.
Aplikacje
WaterGAP został zastosowany do oceny, które obszary świata są i będą dotknięte deficytem wody oraz do oszacowania bilansu słodkiej wody na świecie. W wielu badaniach WaterGAP posłużył do oszacowania wpływu zmian klimatu na światowy system słodkiej wody, np. na wody gruntowe, tereny podmokłe, przepływ strumieni i wymagania dotyczące nawadniania. Przeanalizowano stres wód podziemnych i wyczerpywanie się zasobów wód podziemnych . Ponadto zbadano zmianę istotnych pod względem ekologicznym charakterystyk przepływu rzek i dynamiki terenów podmokłych w wyniku wykorzystania wody przez ludzi i zapór. Do przetwarzania i interpretacji wykorzystano szeregi czasowe całkowitych anomalii magazynowania wody WaterGAP GRACE ( Gravity Recovery and C limate E xperiment) pomiar satelitarny dynamicznej grawitacji Ziemi, podobnie jak w przypadku kontynentów, sezonowe i długoterminowe zmiany grawitacji są w dużej mierze spowodowane zmianami wody zmagazynowanej w wodach podziemnych , wód powierzchniowych, gleby i śniegu. Te szeregi czasowe posłużyły również do oszacowania wpływu wahań magazynowania wody na kontynentach na wzrost poziomu mórz. Wyniki WaterGAP są również wykorzystywane w ocenach cyklu życia w celu uwzględnienia stresu wodnego w miejscach produkcji.
