Интегрированная модель для оценки поверхностных и подземных водных ресурсов
Подземные воды — вода, содержащаяся в пористых и трещиноватых горных породах под землей — являются крупнейшим источником пресной воды на Земле после ледниковых щитов. Они питают реки, озера и другие поверхностные водоемы и необходимы для функционирования экосистем. Кроме того, подземные воды играют ключевую роль в сельскохозяйственном орошении, особенно в регионах с дефицитом поверхностных вод.
Существующие крупномасштабные модели часто чрезмерно упрощают процессы подземного стока, не всегда адекватно учитывают антропогенное водопользование и работают с разрешением, слишком грубым для моделирования локальных гидрологических процессов. В новом исследовании, опубликованном в журнале Geoscientific Model Development, команда ученых из IIASA (Международного института прикладного системного анализа) связала Community Water Model (CWatM) с моделью потока подземных вод MODFLOW. Это позволило воспроизводить уровень грунтовых вод с очень высоким пространственным разрешением.
Интегрированная модель симулирует гидрологические процессы в почве и поверхностных водоемах на уровне склона холма, с размером ячеек сетки менее 1 км. Её можно использовать для моделирования водного цикла на различных географических уровнях — от небольших бассейнов до целых стран. Модель была протестирована на двух регионах с разными условиями: австрийском Зеевинкеле (573 км²) и индийском бассейне Бхимы (46 000 км²). Результаты моделирования были проверены по наблюдаемым данным о глубине и колебаниях уровня грунтовых вод за 35 лет в Зеевинкеле и за 16 лет в Бхиме.
«Эти биогеофизические модели важны, потому что водные циклы необходимо количественно оценивать для правильного управления водными ресурсами. Связывая модели разного масштаба, мы можем изучать взаимодействие локальных и региональных водных процессов. В частности, такая модель, как CWatM-MODFLOW, — полезный инструмент для прогнозирования воздействия будущих планов водопользования, изменений в землепользовании или климатических изменений», — говорит ведущий автор исследования Лука Гийомо, исследователь Группы по водной безопасности IIASA.
Авторы также использовали модель для оценки влияния орошения за счет подземных вод на водный цикл в исследуемых регионах. Они обнаружили, что орошение увеличивает количество воды, поступающей в атмосферу через испарение с почвы и транспирацию растений, но сокращает подпитку рек и влажных зон грунтовыми водами, особенно в засушливые сезоны. Результаты также показывают, что уровень грунтовых вод опускается глубже в районах с интенсивным забором воды для орошения.
Несмотря на сохраняющиеся сложности в точном воспроизведении картины глубин и калибровке модели на максимально возможном разрешении (~100 м), исследование представляет собой значительный шаг вперед в крупномасштабном гидрологическом моделировании.
«Человечество преобразует водные системы Земли. Модели IIASA могут дать ответы на важные вопросы о том, как мы влияем на региональные и глобальные водные системы на разных пространственных и временных масштабах. Региональные заинтересованные стороны, включая политиков, могут использовать эту информацию для построения реалистичных сценариев управления водными ресурсами», — заключает соавтор исследования, директор Программы IIASA по биоразнообразию и природным ресурсам Ёсихидэ Вада.