Simulating Runoff Regime in a Glaciated High-Mountainous Basin: A Case Study of the Baksan River (Caucasus, Russia)

E. D. Kornilova; Корнилова Е. Д.; I. N. Krylenko; Крыленко И. Н.; E. P. Rets; Рец Е. П.; Yu. G. Motovilov; Мотовилов Ю. Г.; F. A. Atabieva; Атабиева Ф. А.; I. I. Kuchmenova; Кучменова И. И.

doi:10.31857/S0321059623040144

Моделирование водного режима рек с высокой долей ледникового питания (на примере бассейна р. Баксан)

Авторы: Корнилова Е.Д.¹^,2, Крыленко И.Н.¹^,2, Рец Е.П.², Мотовилов Ю.Г.², Атабиева Ф.А.³, Кучменова И.И.³
Учреждения:
1. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
2. Институт водных проблем РАН
3. Высокогорный геофизический институт Росгидромета
Выпуск: Том 50, № 4 (2023)
Страницы: 477-484
Раздел: МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ В РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ГИДРОЛОГИИ СУШИ
URL: https://journals.rcsi.science/0321-0596/article/view/134873
DOI: https://doi.org/10.31857/S0321059623040144
EDN: https://elibrary.ru/QJUHXK
ID: 134873

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Водные ресурсы Северного Кавказа преимущественно зависят от состояния ледников, которые интенсивно теряют массу в последние десятилетия на фоне изменения климата. Результатом дегляциации является не только снижение ледникового стока горных рек, но и изменение внутригодового распределения стока. В данном исследовании описана адаптация программного комплекса ECOMAG для моделирования речного стока в бассейне р. Баксан на основе данных о рельефе, подстилающей поверхности водосбора (почв, растительности) и суточных данных о приземной температуре воздуха, дефиците влажности воздуха и осадках. Калибровка и валидация модели и статистическая оценка эффективности расчетов проводились по данным о расходах воды р. Баксан за 2000–2017 гг. На основе разработанной модели формирования стока в бассейне р. Баксан проведены численные эксперименты по оценке чувствительности характеристик стока к изменению площади оледенения. В зависимости от интенсивности процесса дегляциации сток р. Баксан может снизиться на 10–30% в результате уменьшения ледниковой составляющей, а максимальные расходы воды на 10–15%.

Ключевые слова

горная гидрология, моделирование стока рек, модель формирования стока, ECOMAG, Северный Кавказ.

Список литературы

Золотарев Е.А., Харьковец Е.Г. Эволюция оледенения Эльбруса после малого ледникового периода // Лед и снег. 2012. № 2 (118). С. 15–22.
Морейдо В.М., Калугин А.С. Оценка возможных изменений водного режима реки Селенги в XXI в. на основе модели формирования стока // Вод. ресурсы. 2017. Т. 44. № 3. С. 275–284.
Патент РФ 2 020 622 193. База данных для регионального гидрологического моделирования на территории Российской Федерации. В.М. Морейдо, А.Н. Амербаев. 2020. Бюл. № 11.
Погорелов А.В. Снежный покров Большого Кавказа: Опыт пространственно-временнóго анализа. М.: Академкнига, 2002. 287 с.
Рыбак Е.А., Рыбак О.О. Анализ региональных особенностей структуры водопользования на Северном Кавказе. Ч. 1. Водообеспеченность и водопотребление // Системы контроля окружающей среды. 2021. № 2. Вып. 44. С. 96–105. https://doi.org/10.33075/2220-5861-2021-2-96-105
Bliss A., Hock R., Radić V. Global response of glacier runoff to twenty-first century climate change // J. Geophys. Res.: Earth Surface. 2014. V. 119 (4). P. 717–730. https://doi.org/10.1002/2013JF002931
Chernokulsky A.V., Kozlov F.A., Zolina O.G., Bulygina O.N., Mokhov I.I., Semenov V.A. Observed changes in convective and stratiform precipitation in Northern Eurasia over the last five decades // Environ. Res. Lett. 2019. V. 14. P. 045001. https://doi.org/10.1088/1748-9326/aafb82
Duethmann D., Bolch T., Farinotti D. et al. Attribution of streamflow trends in snow and glacier melt-dominated catchments of the Tarim River, Central Asia // Water Resour. Res. 2015. V. 51(6). P. 4727–4750. https://doi.org/10.1002/2014WR016716
Gao X., Ye B., Zhang S., Qiao C., Zhang X. Glacier runoff variation and its influence on river runoff during 1961–2006 in the Tarim River Basin, China // Sci. China Earth Sci. 2010. V. 53 (6). P. 880–891. https://doi.org/10.1007/s11430-010-0073-4
Gurtz J., Lang H., Verbunt M., Zappa M. The use of hydrological models for the simulation of climate change impacts on mountain hydrology // Global Change and Mountain Regions. 2005. P. 343–354. https://doi.org/10.1007/1-4020-3508-X_34
Hagg W., Shahgedanova M., Mayer C., Lambrecht A., Popovnin V. A sensitivity study for water availability in the Northern Caucasus based on climate projections // Global and Planetary Change. 2010. V. 73 (3–4). P. 161–171. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2010.05.005
Huss M., Fischer M. Sensitivity of very small glaciers in the Swiss Alps to future climate change // Frontiers Earth Sci. 2016. V. 4. P. 34. https://doi.org/10.3389/feart.2016.00034
Kalugin A.S., Motovilov Y.G. Runoff formation model for the amur river basin // Water Resour. 2018. V. 45 (2). P. 149–159. https://doi.org/10.1134/S0097807818020082
Klok E.J., Jasper K., Roelofsma K.P., Gurtz J., Badoux A. Distributed hydrological modelling of a heavily glaciated Alpine river basin // Hydrol. Sci. J. 2001. V. 46 (4). P. 553–570. https://doi.org/10.1080/02626660109492850
Kornilova E.D., Krylenko I.N., Rets E.P., Motovilov Y.G., Bogachenko E.M., Krylenko I.V., Petrakov D.A. Modeling of Extreme Hydrological Events in the Baksan River Basin, the Central Caucasus, Russia // Hydrology. 2021. V. 8 (1). P. 24. https://doi.org/10.3390/hydrology8010024
Kutuzov S., Lavrentiev I., Smirnov A., Nosenko G., Petrakov D. Volume changes of Elbrus glaciers from 1997 to 2017 // Frontiers Earth Sci. 2019. V. 7. P. 153. https://doi.org/10.3389/feart.2019.00153
Marzeion B., Hock R., Anderson B.A., Bliss A., Champollion N., Fujita K., Huss M., Immerzeel W.W., Kraaijenbrink P.D., Malles J.H., Maussion F., Radic V., Rounce D.R., Sakai A., Shannon S., Wal R.V., Zekollari H. Partitioning the Uncertainty of Ensemble Projections of Global Glacier Mass Change // Earth’s Future. 2020. V. 8 (7). P. e2019EF001470. https://doi.org/10.1029/2019EF001470
Motovilov Y.G., Gottschalk L., Engeland K., Belokurov A. ECOMAG – Regional Model of Hydrological Cycle. Application to the NOPEX Region. 1999. 88 p.
Motovilov Y., Kalugin A., Gelfan A. An ECOMAG-based Regional Hydrological Model for the Mackenzie River basin // EGU General Assembly Conf. Abstracts. 2017. P. 8064.
Omani N., Srinivasan R., Karthikeyan R., Smith P. Hydrological modeling of highly glacierized basins (Andes, Alps, and Central Asia) // Water. 2017. V. 9 (2). P. 111. https://doi.org/10.3390/w9020111
Rahman K., Maringanti C., Beniston M., Widmer F., Abbaspour K., Lehmann A. Streamflow modeling in a highly managed mountainous glacier watershed using SWAT: the Upper Rhone River watershed case in Switzerland // Water Resour. Management. 2013. V. 27 (2). P. 323–339. https://doi.org/10.1007/s11269-012-0188-9
Rets E., Kireeva M. Hazardous hydrological processes in mountainous areas under the impact of recent climate change: case study of Terek River basin // IAHS Publ. 2010. V. 340 (2010). P. 126–134.
Rets E.P., Durmanov I.N., Kireeva M.B. Peak runoff in the north Caucasus: Recent trends in magnitude, variation and timing. // Water Resour. 2019. V. 46 (1). P. 56–66. https://doi.org/10.1134/S0097807819070157
Rets E.P., Durmanov I.N., Kireeva M.B., Smirnov A.M., Popovnin V.V. Past ‘peak water’in the North Caucasus: Deglaciation drives a reduction in glacial runoff impacting summer river runoff and peak discharges // Climatic Change. 2020. V. 163 (4). P. 2135–2151. https://doi.org/10.1007/s10584-020-02931-y
Rets E.P., Dzhamalov R.G., Kireeva M.B., Frolova N.L., Durmanov I.N., Telegina A.A., Telegina E.A., Grigoriev V.Y. Recent trends of river runoff in the North Caucasus // Geogr. Environ. Sustainability. 2018. V. 11 (3). P. 61–70. https://doi.org/10.24057/2071-9388-2018-11-3-61-70
RGI Consortium. Randolph Glacier Inventory-A Dataset of Global Glacier Outlines. Version 6.0. Global Land Ice Measurements from Space. Boulder, CO, USA, 2017.
Shahgedanova M., Hagg W., Zacios M., Popovnin V. An Assessment of the recent past and future climate change, glacier retreat, and runoff in the caucasus region using dynamical and statistical downscaling and HBV-ETH hydrological model // Regional Aspects of Climate-Terrestrial-Hydrologic Interactions in Non-boreal Eastern Europe. 2009. P. 63–72. https://doi.org/10.1007/978-90-481-2283-7_8
Shahgedanova M., Nosenko G., Kutuzov S., Rototaeva O., Khromova T. Deglaciation of the Caucasus Mountains, Russia / Georgia, in the 21st century observed with ASTER satellite imagery and aerial photography // The Cryosphere. 2014. V. 8 (6). P. 2367–2379. https://doi.org/10.5194/tc-8-2367-2014
Singh V., Jain S.K., Shukla S.K. Glacier change and glacier runoff variation in the Himalayan Baspa river basin // J. Hydrol. 2021. V. 593. P. 125918. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2020.125918
Tashilova A., Ashabokov B., Kesheva L., Teunova N. Analysis of climate change in the Caucasus region: End of the 20th–Beginning of the 21st Century // Climate. 2019. V. 7 (11). https://doi.org/10.3390/cli7010011
Tielidze L.G., Wheate R.D. The greater caucasus glacier inventory (Russia, Georgia and Azerbaijan) // The Cryosphere. 2018. V. 12 (1). P. 81–94. https://doi.org/10.5194/tc-12-81-2018
Toropov P.A., Aleshina M.A., Grachev A.M. Large-scale climatic factors driving glacier recession in the Greater Caucasus, 20th–21st century // Int. J. Climatol. 2019. V. 39 (12). P. 4703–4720. https://doi.org/10.1002/joc.6101