‫השפעת שינויי האקלים על מקורות המים הטבעיים‬
‫בישראל‬
‫עמיר גבעתי‪ ,‬השירות ההידרולוגי‪ -‬רשות המים‬
‫מתודולוגיה‪:‬‬
‫• ניתוח כמותי של מגמות משקעים נצפות באגנים השונים‪.‬‬
‫• המגמות הצפויות באזורים השונים בארץ בעשורים הקרובים‬
‫בהתאם לתחזיות המודלים האקלימיים‪.‬‬
‫• שימוש בתוצרי המודלים האקלימיים ברזולוציה גבוהה כקלט‬
‫למודלים הידרולוגים לצורך הערכת נפחי מילוי חוזר‬
‫במקורות המים השונים‪.‬‬
‫• חישוב מאזני מים לצורך תכנון משק המים לעשורים‬
‫הקרובים היצע (מקורות מים טבעיים‪ ,‬התפלה‪ ,‬השבת‬
‫קולחין) מול ביקוש (מגזר ביתי‪ ,‬חקלאות‪ ,‬תעשייה‪ ,‬שכנים)‪.‬‬
‫מקורות המים הראשיים של מדינת ישראל‬
Western
Galilee
Carmel
Kinnert
Eastern
Aquifer
Mountain
Aquifer
Costal
Aquifer
Negev
Arava
The mountain Aquifer
The Coastal Aquifer
‫אחוז גשם ארצי משוקלל ביחס‬
‫לממוצע ב‪ 20-‬השנים האחרונות‬
‫למעט השנים ‪ 2001‬ו‪ 2002-‬כל יתר השנים ב‪15-‬‬
‫השנים האחרונות היו נמוכות מהממוצע מבחינת כמויות המשקעים‬
‫אינדקס בצורת בשקלול כלל ארצי עד סוף שנת ‪2010/11‬‬
‫על פי אינדקס הבצורת שפותח ברשות המים בשיתוף עם חב' "מקורות" העשור האחרון‬
‫מאופיין בתקופות בצורת ארוכות‪ .‬תקופת הבצורת האחרונה נמשכת כבר ‪ 6‬שנים ברציפות‬
‫והיא הארוכה ביותר מאז רצף שנות הבצורת בשנים ‪.1931-1937‬‬
‫‪Israel, Time Scale: 2 years‬‬
‫‪3‬‬
‫‪2‬‬
‫‪1‬‬
‫‪S P I‬‬
‫‪0‬‬
‫‪-1‬‬
‫‪-2‬‬
‫‪-3‬‬
‫‪2010‬‬
‫‪2000‬‬
‫‪1990‬‬
‫‪1980‬‬
‫‪1970‬‬
‫‪1960‬‬
‫‪1950‬‬
‫‪1940‬‬
‫‪1930‬‬
‫‪7‬‬
‫אינדקס ה‪ SPI -‬משנת ‪ 1965‬ועד ‪2011‬‬
‫‪P =0.01‬‬
‫‪8‬‬
‫השירות ההידרולוגי‬
2010/11 ‫עדכון אינדקס בצורת לשנת‬
Kinnert Basin
Kfar-Gilady, Time Scale: 2 years
3
2
SDI
1
0
-1
-2
SPI2010/11  0.30
-3
1920
1930
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
Western Galilee aquifer
Acre, Time Scale: 2 years
3
2
SDI
1
0
-1
-2
SPI2010/11  0.69
-3
1930
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
Eastern mountain aquifer
Jerusalem, Time Scale: 2 years
3
2
SDI
1
0
-1
-2
-3
1860
SPI2010/11  1.1
1880
1900
1920
1940
1960
1980
2000
Western mountain aquifer
Kiryat Anavim, Time Scale: 2 years
3
2
SDI
1
0
-1
-2
SPI2010/11  1.0
-3
1930
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
difference in precipitation between the period of 1980-2010 minus the period 1950-1980
Decreasing Trend in Available Water in Lake Kinneret
The annual available water volumes in Lake Kinneret have exhibited a decreasing trend over the past
decades. Since 1975, the AW volumes have decreased from 492 Mm3 to 349 Mm3 in 2009. The
decreasing trend is paralleled by a decreasing trend in the orographic enhancement factor which results
in an even greater reduction of precipitation in the Golan Heights. Another cause of decreased available
water is the increasing consumption in the entire Lake Kinneret watershed from 117 Mm3 in 1975 to 143
Mm3 in 2007, explaining at least 22% of the total decrease in the AW at this period.
Spring flow:
Dan spring
Precipitation:
Golan Heights
Cluster of rain gauge in the northern Golan:
Ending / Starting = 708 / 954 = 0.74%
spring flow at the Banyas:
Ending / Starting = 59 / 73 = 0.79% p = 0.19
spring flow at the Dan:
Ending / Starting = 216 / 279 = 0.77% P = 0.03
110
B
Annual spring flow at the Dan [mm3]
A
1400
1200
1000
800
600
400
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
y = 4035.2 - 1.9021x R= 0.42
300
250
200
150
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
Year
Year
Annual spring flow at the Banyas [mm3]
350
1600
Annual Precipitation in the Golan [mm/y]
Spring flow:
Banyans spring
C
y = 992.65 - 0.46539x R= 0.23
100
90
80
70
60
50
40
30
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
Year
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,
Water Authority
Available water volume in lake Kinneret
Ending - Starting = 349 - 492 = -143
6
3
-1
Available Water [10 m year ]
Trend for available water in Lake Kinneret
1400
A
y = 9588.2 - 4.6057x
1200
1000
800
600
400
200
0
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
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.
‫שינויי אוגר שנתיים במערכת התלת אגנית‬
‫בשנים ‪2004/05-2010/11‬‬
‫גריעה מצטברת של כ – ‪ 0.8‬מיליארד מ"ק במהלך‬
‫‪ 7‬השנים האחרונות‬
‫‪200‬‬
‫‪103‬‬
‫‪95‬‬
‫‪95‬‬
‫‪100‬‬
‫‪45‬‬
‫‪15 27‬‬
‫‪23‬‬
‫‪2005/6‬‬
‫‪0‬‬
‫‪-6 -7‬‬
‫‪-54‬‬
‫‪-67‬‬
‫‪-35-33-44 -52‬‬
‫‪-6‬‬
‫‪-60‬‬
‫‪-90‬‬
‫‪-126‬‬
‫‪-130‬‬
‫‪-152‬‬
‫‪-156‬‬
‫‪-192‬‬
‫‪-213‬‬
‫‪-300‬‬
‫‪-379‬‬
‫סה" כ שינוי אוגר‬
‫במערכת התלת‬
‫אגנית‬
‫חוף‬
‫ירת" ן‬
‫‪2007/8‬‬
‫‪2008/9‬‬
‫‪-200‬‬
‫‪-275‬‬
‫כינרת‬
‫‪-100‬‬
‫‪2006/7‬‬
‫מלמ" ק‬
‫‪-30‬‬
‫‪32‬‬
‫‪2004/5‬‬
‫‪-400‬‬
‫‪2009/10‬‬
‫‪2010/11‬‬
Modeling of Future Climate Trends in Israel
Precipitation projections for the period 2020 - 2060
are based on the average of 3 regional climate models:
Climate Model set up
Courtesy Dr. David Vine, UEA
Climate Groups
Tel Aviv University, Israel
– S. Krichak
– P. Alpert
– R. Samuels
KIT/IMK-IFU, Germany
– G. Smiatek
– H. Kunstmann
– A. Heckl
Climate model at different resolutions
IPCC – Intergovernmental Panel on Climate Change
19 modeling groups, total 42 simulations
Various GHG emissions scenarios
100’s km
Spatial scale
ITCP RegCM
50 km (TAU)
JAP NWP
20 km (Univ. Tokyo)
ITCP RegCM
25 km (TAU)
MM5 (A)
18 km (KIT)
MM5 (B)
18 km (KIT)
10’s km
Rain gauge
Jordan
River Flow
Lake
Kinneret
Salinity
Extreme
Indicators
Drought
Index
Summary of characteristics of the climate models
climate model name
Grid (km)
ECHAM-RegCM
25
HADLEY-MM5
18.6
ECHAM-MM5
18.6
The model
ICTP RegCM driven by MPI
ECHAM5 initial and lateral
boundary conditions
MM5 regional model driven
by UKMO HadCM3 initial
and lateral boundary
conditions
MM5 regional model driven
by MPI ECHAM5 initial and
lateral boundary conditions
Time Period
Transient simulations: 1960-2060.
Output
Daily values for precipitation (P), temperature (T), relative humidity (RH), global radiation
(Rs) and wind speed (U)
Precipitation: bias correction applied and compare with historical values of rain gauges in
UCJR (Figure 4). Evaporation: compare relevant atmospheric parameters with historic
values (Figure 5)
For precipitation values, bias correction (Deque, 2006, Figure 3). For evaporation
parameters, no calibration was performed
Krichak et al (2010, 2011), Pal Chen et al (2001),
Chen et al (2001),
et al (2007), Roeckner et al
Smiatek et al (2011),
Smiatek et al (2011), Pal et
(2006)
Roeckner et al (2006)
al (2007
Verification
Calibration
Main References
Schematic description of the proposed cascade of models
high-resolution
Global Climate
Model
Precipitation
Temperature,
relative humidity,
radiation, wind speed
Evaporation
Model
Water
inflows
Model
Lake heat
storage change
Evaporation
Water inflows
Solute inflow
Lake salinity
Model
Lake volume
Water outflows
Lake salinity
Rimmer et al. J. of Hydrology, 2011, in review
Precipitation (mm/day) at difference spatial Scale
50 km
25 km
Future - present
Future
Present
~150 km
++
-
-
++
+
+
-
+--+
Precipitation (mm/day) at difference spatial Scale
50 km
25 km
Future - present
Future
Present
~150 km
++
-
-
++
+
+
-
+--+
Moving from global to regional climate models
Chenoweth et al. 2011
Mediterranean Changes in P:
1980-2002 vs. 1931-79
Actual change in annual means (mm)
Kushnir et al 2009
Kelly et al. 2011
Trends of mean seasonal precipitation in (%)
Samuels et al. 2011
Krichak et al. 2009
Water Authority
Trend analysis of predicted annual precipitation, lake
evaporation, water inflows and solute inflows, using the
four climate models output for the years 2015-2060
EchamRegCM
-7.472
HadleyMM5
-1.610
Evaporation trend 2015-2060 (Mm year )
0.606
0.374
0.233
-0.051
0.411
Inflows trend 2015-2060 (Mm3 year-1)
Solute Inflows trend 2015-2060 (Ton year-1)
-9.054
-1.953
1.943
1.438
-2.599
-393.820
-71.314
106.433
65.782
-0.101
Precipitation trend 2015 -2060 (mm/year)
3
-1
EchamMM5
JMA Model
Ensemble
1.631
0.225
-2.229
Rimmer, Givati and Samuels , 2011: Using high resolution Climate Model to Evaluate Future
Water and Solutes Budgets in the Sea of Galilee J. Hydrology, In review.
Salinity (mgcl l-1) Lake level (m a.s.l)
Evaporation (Mm3)
Inflows (Mm3)
Modeling Future Available Water in Lake Kinneret
2000
a
1500
1000
500
0
280
270
260
250
240
230
220
210
-209
b
-210
-211
-212
-213
c
-214
500
d
450
400
350
300
250
200
2015
RegCM
Ech_MM5
2025
2035
Year
Had_MM5
JMA
2045
2055
Rimmer, Givati and Samuels , 2011: Using high resolution Climate Model to Evaluate Future Water and Solutes Budgets in
the Sea of Galilee J. Hydrology, In review.
6 km resolution HADLEY-MM5
‫ ממודלים גלובליים למודלים מקומיים‬:‫ירידה דינמית בסקאלה‬
6 km resolution HADLEY-MM5
Month
September
October
November
December
January
February
March
April
May
June
July
August
1970-2000
Hadley-MM5 Golan Exp. Month Sum
2
62
129
237
195
122
85
44
14
2
0
0
892
Golan Exp. Month sum Observed
3
31
94
170
197
175
142
51
10
8
1
0
881
‫חישוב נפחי זרימה בנהר הירדן בעזרת‬
‫מודלים אקלימיים ברזולוציה גבוהה‬
Givati A., Lynn B., Liu Y., Rimmer A., 2012,
Using the WRF model for calculating stream flow
in the Jordan River, J. Applied Meteorology and
Climate, Vol. 51, No. 2., 285-299
We
ste
rnDan Snir
Ca
na
l
AyunHer
Hermon
mon
Period
1970-1985
Simulated Annual flow volume Observed annual flow volume
[MCM]
[MCM]
335
360
Modeling Future Available Water in the mountain Aquifer
Period
Recharge (MCM)
Rainfall (mm/year)
2015-2035
360
562
2035-2060
265
481
2015/2035 -2035/2060
74%
86%
STATE OF ISRAEL
Challenges and Solutions for the
Water Sector in Israel and the Region
34
STATE OF ISRAEL
CHALLENGES
STATE OF ISRAEL
WATER
RESOURCES
WATER
DEMAND
Average total natural enrichment – 1.170 billion m3/annum
Water demand – more than 2 billion m3/annum
Current potable water demand < 1.2 billion m3/annum
Forecast for water demand 2020 ~ 1.7 billion m3/annum
36
Water balance – 2010-2014
(MCM)
37
Water Consumption in Israel
According to sectors
Estimated data for 2011
STATE OF ISRAEL
Industry
‫תעשייה‬
88 MCM
‫מלמ"ק‬113.8
4.5%
)6%(
Potable
‫שפירים‬
‫ מלמ"ק‬519.3
557
MCM
Domestic
‫בית‬
693‫מלמ"ק‬
MCM
737.4
)38%(
35.5%
Total: 1,966 MCM
(including 15 MCM for Nature)
Recycling
‫שוליים‬
‫מלמ"ק‬
613588.5
MCM
Agriculture
‫חקלאות‬
1,170
MCM
‫מלמ"ק‬
1,126.6
)58%(
60%
Supply to PA – 52 MCM; Supply to Jordan – 48 MCM
38
STATE OF ISRAEL
sOLUTIONS
Sea Water Desalination
STATE OF ISRAEL
In accordance with the Government decisions since 2001
large scale seawater desalination facilities are being built:
Production 12/09
Under
Construction ~2013
(150)
Sorek
(45 + 45)
Palmachim
Mekorot Develop. (100)
Production ~2013 Ashdod
Full production
Since 9/07
120
Ashkelon
Full production
Since 12/05
127
Hadera
Completed facilities
Ashkelon -BOT 105 MCM/Y (VID) + 15 exp.
Palmachim -BOO 30 MCM/Y (Via Maris) + 15 exp.
Hadera- BOT 100 MCM/Y (H2ID) + 27 exp.
Under Construction
Sorek – 150 MCM/Y (SDL)
Ashdod – 100 MCM/Y (TK Mekorot)
Palmachim – 45 MCM/Y Enlargement
Another 50 MCM facility in planning
Overall until 2013 = 600 MCM/Y
Until 2020 = 750 MCM/Y
40
Desalination in Israel: 2009 - 2013
Reuse of All
Sewage Effluents
STATE OF ISRAEL
 Reuse of 500 MCM/Y in 2014 (370 today).
 Sewage effluents for Agriculture – 50% of allocations in 2014.
 Tertiary treatment – unrestricted irrigation. New stringent standards
for effluents quality (37 parameters).
 Nutrients and Salt Removal.
 Methods of agricultural cultivation in Israel are constantly modernized
and innovated.
 Israel became an international leader in developing water saving
technology in agriculture.
42
‫סיכום ומסקנות‪:‬‬
‫• בעשורים האחרונים ישנה מגמה מובהקת של הפחתה בכמויות המשקעים באגן‬
‫ההיקוות של הכנרת וכן ירידה בנפחי הזרימה‪/‬שפיעה במקורות המים הטבעיים‪.‬‬
‫• ניתן לאבחן גם עלייה בתדירות ועומק הבצורות‪.‬‬
‫• המודלים האקלימיים צופיים את המשך המגמה המסתמנת‪ :‬הפחתה בצפון הארץ‬
‫לצד יציבות ואף עלייה קלה בגשמי המרכז‪/‬חוף (מבחינה הידרולוגית מדובר‬
‫בהפסד נטו של פחי מים במקורות המים הטבעיים)‪.‬‬
‫• יש להמשיך ולהפעיל הידרומטאורולוגים משולבים (כולל היזון חוזר בין פני השטח‬
‫לאטמוספירה) ברזולוציה מרחבית גבוהה (ק"מ בודדים)‪.‬‬
‫• יש להבין את השפעת התנודות של הסירקולציה הגלובאלית על אזורנו (כיצד ישתנו‬
‫משקעים אורוגרפים לעומת קוונוקטיבים וכד')‪.‬‬
‫• רשות המים נערכת להפחתה של כ‪ 10-15%-‬בהיצע המים הטבעיים בעשורים הקרובים‬
‫עקב שינוי אקלימי‪ .‬פחיתה זו כבר באה לידי ביטוי בתוכנית האב למשק המים אשר תובא‬
‫בקרוב לאישור הממשלה‪ .‬שינויי האקלים והשפעתם נלקחים בחשבון בתכנון משק המים‬
‫‪Water Authority‬‬
‫מקורות מים נוספים‪ ,‬מערכות ניקוז ועוד)‪.‬‬
‫(מאזנים‪ ,‬הסכמי מים עם השכנים‪ ,‬פיתוח‬