МІНЛИВІ РИТМИ В РЕЖИМІ ҐРУНТОВИХ ВОД ТА ЇХНІЙ ЗВ'ЯЗОК З КЛІМАТИЧНИМИ ЧИННИКАМИ
DOI:
https://doi.org/10.17721/1728-2713.93.08Ключові слова:
циклічність, рівні ґрунтових вод, підземний стік до річки, вейвлет-аналіз, режим, температура, сонячна активність, опади, спостереження, Південний Буг, чинникиАнотація
У зв'язку з аномальними змінами в режимі ґрунтових вод за останні 5 років постало питання про адекватність та ефективність існуючих методів прогнозування їхнього рівня. Проаналізовано дані моніторингових спостережень з 1951 р. у верхній частині басейну річки Південний Буг. Методом скінчених різниць розраховано питомий підземний стік до річки у створі м. Хмільник. Встановлено, що наприкінці 80-х років минулого сторіччя почала проявлятись 7–8-річна циклічність в коливаннях рівня ґрунтових вод (РГВ) та підземного стоку. Вона добре корелює із циклічністю температури приземного шару повітря, та меншою мірою – із циклами місячної суми атмосферних опадів. Натомість зовсім не характерні подібні ритми для сонячної активності, для якої властиві 11-річні та 5–6-річні цикли. Саме на зв'язку із ними ґрунтується геліосиноптичний метод довгострокового прогнозування РГВ. Вірогідно, що температурні зміни, які відбуваються на Землі, здатні порушувати закономірну "сонячно зумовлену" циклічність показників режиму ґрунтових вод, тому цей метод прогнозування перестає бути ефективним. Оскільки чіткий зв'язок між температурними змінами та сонячною активністю не простежується, найбільш вірогідно, що температурні зміни спричинені діяльністю людини. З 2013–2015 рр., що започатковують на досліджуваній території маловодний цикл для ґрунтових вод, спостерігаються часті аномальні мінімуми в режимі РГВ та трансформація циклів у бік зменшення (до 5–6 років), що може свідчити про кардинальні зміни в характері живлення ґрунтових вод і відновленні їх запасів. Відхилення від 8-річних циклів та різниця у їх тривалості на різних ділянках одного водозбірного басейну пов'язані передусім з різницею у РГВ. Як основний метод виділення циклічності застосовано вейвлет-аналіз. За допомогою множинного кореляційного аналізу встановлено, що за останні десятиріччя температура вийшла на домінуючу позицію за впливом на режим ґрунтових вод (за їх рівнів від 1,5 до 4,0 м). У підсумку відмічено, що виявлені 7–8-річні цикли добре простежуються під час відносно багатоводного періоду, спричиненого збільшенням інфільтраційного живлення ґрунтових вод внаслідок почастішання зимових відлиг (один із достовірних проявів глобального потепління), а 5–6-річні цикли кореспондуються з маловодними періодами.
Посилання
Berri, B.L. (2010). Heliogeophysical and Other Processes, Their Fluctuation Periods and Forecasts. Geofiz. Prots. Biosfera, 9, 4, 7–52.
Bublias' V.M., Shestopalov V.M., Bublyas M.V. (2008). Electrogeodynamic phenomena in the atmosphere and lithosphere and their influence on mass transfer. Visnyk of Taras Shevchenko National University of Kyiv. Geology, 44. 67-72. [in Ukrainian]
Charnyi, D.V., Shevchenko, O.L. (2020). Global warming as a cause of declining water content in water sources, is a major factor in changing the main approaches to water intake, treatment and use. Vodopostachannya, vodovidvedennya, 3, 16-25. [in Ukrainian]
Currie, R.G. (1996). Variance contribution of luni-solar (Mn) and solar cycle (Sc) signals to climate data. Int. J. of Climatology, 16, 1343–1364.
Dai, A. (2013). Increasing drought under global warming in observations and models. Nat. Climate Change, 3, 52–58. doi:10.1038/nclimate1633.
Davibida, L.I. (2014). Creation of regional prognostic geoinformation models of depth of groundwater levels. Naukovyi visnyk IFNTUNG, 1 (36), 26-35. [in Ukrainian]
Deng, S., Chen, T., Yang, N., Qu, L., Li, M., Chen, D. (2018).Spatial and temporal distribution of rainfall and droughtcharacteristics across the Pearl River basin. Sci. Total Environ, 619, 28–41.
Diffenbaugh, N.S., Scherer, M., Ashfaq, M. (2013). Response of snowdependent hydrologic extremes to continued global warming. Nat. Climate Change, 3, 379–384. doi:10.1038/nclimate1732.
Dubnov, P.Yu. (2004). Processing of statistical information using SPSS. Moscow. [in Russian]
Eigenson, M.S. (1957). Essays on the physical and geographical manifestations of solar activity. Lviv. [in Russian]
Esper, J, Cook E.R, Schweingruber F.H. (2002). Low-frequency signals in long tree-ring chronologies for reconstructing past temperature variability. Science, 295 (5563), 2250–2253. doi:10.1126/science.1066208
Gribovszki, Z., Kalicz, P., Kucsara, M. (2006). Streamflow characteristics of two forested catchments in Sopron Hills. Acta Silvatica et Lignaria Hungarica, 2, 81– 92.
Gribovszki, Z., Szilagyi, J., Kalicz, P. (2010). Diurnal Fluctuations in Shallow Groundwater Levels and in Streamflow Rates and their Interpretation: A Review. Papers in Natural Resources .978. Journal of Hydrology, 385, 371–383. Retrieved from https://digitalcommons.unl.edu/ natrespapers/978.
Grinevsky, S.O., Maslov, A.A. (2010). Regime hydrogeological observations on the territory of Zvenigorod training ground. Materials Int. scientific conf.: Groundwater resources. Modern problems of study and use, 13-14.05.2010, Moscow. Moscow.: MSU. Lomonosova, .227-234. [in Russian]
Groisman, P.Ya., Knight, R.W., Easterling, D.T.R., Gabriele, K., Hegerl, C., Razuvaev, V.N. (2005). Trends in Precipitation Intensity In The Climate Record. Journal of climate, 18 (9), 1326-1350. doi: 10.1175/JCLI3339.1
Grossmann, A., Morlet, J. (1984).Decomposition of Hardy functions into square integrable wavelets of constant shape. SIAM J. Math. Anal., 15, 723-736.
Han, J., Singh, V.P. (2020). Forecasting of droughts and tree mortality under global warming: a review of causative mechanisms and modeling methods. J. Water & climate change, 11 (3), 600-632. doi.org/10.2166/wcc.2020.239
Hello Solar Cycle 25 (2020). News Around NOAA. National weather service. Retrieved from https://www.weather.gov/news/201509-solar-cycle.
Hsin-Fu Y., Hsin-Li H. (2019). Using the Markov Chain to Analyze Precipitation and Groundwater Drought Characteristics and Linkage with Atmospheric Circulation, Sustainability 11 (6), 1817, 1- 18. doi:10.3390/su11061817
Huang, S., Li, P., Huang, Q., Leng, G., Hou, B., Ma, L. (2017). The propagation from meteorological to hydrological drought and its potential influence factors. J. Hydrol., 547, 184–195.
Katz, D.M. (1960). The main reasons for long-term fluctuations of groundwater in irrigated areas. Razvedka i okhrana nedr, 7, 41-47. [in Russian]
Konoplyantsev, A.A, Semenov, S.М. (1979). Study, forecast and mapping of groundwater regime. Moscow. [In Russian]
Korobeynikov, V.A. (1965). Cyclic long-term changes in the level of groundwater and natural processes. Razvedka i okhrana nedr, 1, 48-53. [in Russian]
Kovalevsky, V.S. (1973). Conditions for the formation and forecasts of the natural regime of groundwater. Moscow. [in Russian]
Kozlovsky, B.I. (1995). Scientific bases of monitoring of drained lands. Lviv. [in Ukrainian]
Laba, I.S., Yankiv-Vitkovska, L.M., Lisnyak, P.G., Pidstryhach, I.Ya. (2013). The level of activity of the Sun in the long and deep minimum of cycles 23/24 and its impact on the Earth's climate system. Zhurnal fizychnykh doslidzhenʹ, 17, 3, 3902-1-3902-9. Retrieved from http://nbuv.gov.ua/UJRN/ jphd_2013_17_3_9. [in Ukrainian]
Lebedev, A.V. (1980). Formation of the groundwater balance in the USSR. Moscow. [in Russian]
Liritzis, I, Fairbridge, R. (2003). Remarks on astrochronology and time series analysis of Lake Sake varved sediments. J. Balkan Geoph. Soc., 6, 165–172.
Lukyanets, O.I., Kaminskaya, T.P. (2015). Regularities and spatial synchronicity of long-term cyclical fluctuations in the water flow of the rivers of the Ukrainian Carpathians. Naukovyi Visnik of Chernivetskiy University, 744-745, 18-24. [in Russian]
Mishra, A.K., Singh, V.P. (2010). A review of drought concepts. Journal of Hydrology, 391(1–2), 202-216. doi: 10.1016 / j.jhydrol.2010.07.012
Mukherjee, S., Mishra, A., Trenberth, K.E. (2018). Climate change and drought: a perspective on drought indices. Current Climate Change Reports, 4(2), 145–163. doi:10.1007/s40641-018-0098-x
Osadchy, V.I., Babichenko, V.M., Nabyvanets, Yu.B., Skrynnyk, O.Ya. (2013). Dynamics of air temperature in Ukraine during the period of instrumental meteorological observations. Kyiv. [in Ukrainian]
Pozzi, W., Sheffield, J., Stefanski, R., Cripe, D., Pulwarty, R., Vogt, J.V., Heim, R.R.Jr., Brewer M.J., Svoboda, M., Westerhoff, R., van Dijk A.I.J.M., Lloyd-Hughes, B., Pappenberger, F., Werner, M., Dutra, E., Wetterhall, F., Wagner, W., Schubert, S., Kingtse Mo, Nicholson, M., Bettio, L., Nunez, L., van Beek, R., Bierkens, M., de Goncalves, L.G.G., de Mattos, J. G. Z., Lawford, R. (2013). Toward Global Drought Early Warning Capability: Expanding International Cooperation for the Development of a Framework for Monitoring and Forecasting. Bulletin of the American Meteorological Society, 94, 776-785.
Ruban,S.A., Shinkarevsky, M.A. (2005). Hydrogeological assessments and forecasts of the groundwater regime of Ukraine. Kyiv.: UkrDGRI. [in Ukrainian]
Rudakov V.P. (1993). On the role of wave structure geo-movements in activating geodynamic processes in aseismic regions (on the example of geodynamic phenomena of the Russian platform). Doklady RAS, 332 (4), 509-511. [in Russian]
Shakirzanova, Zh.R., Kazakova, A.O. (2015). Hydrometeorological factors and characteristics of spring floods in the basin of the Pivd. Bug in modern climatic conditions. Visnyk of the Odessa state. ecol. univ., 19, 100-105. [in Ukrainian]
Sheffield, J., Wood, E.F. (2008). Global trends and variability in soil moisture and drought characteristics, 1950–2000, from observation-driven simulations of the terrestrial hydrologic cycle. J. Clim., 21, 432–458.
Shevchenko, A.L., Osadchiy, V.I., Charny, D.V. (2019). Changes in the regime, balance and resources of groundwater in Polesie and forest-steppe of Ukraine under the influence of global warming. Vuchonyia zapiski Brestskaga unіversiteta, 15, 2, 117-128. [in Russian]
Shevchenko, O., Osadchiy, V., Charnyi, D.V., Onanko, Y.A., Grebin, V.V. (2019). Influence of global warming on the groundwater resources of the Southern Bug River basin. Proceedings of 18th International Conference: Geoinformatics: Theoretical and Applied Aspects, 13-16 May 2019, Kyiv, Ukraine, EAGE, art.no. 15890, 1-5. doi:10.3997/2214-4609.201902071
Shevchenko, O.,Skorbun, A., Charnyi, D. (2020).Seven-year cyclicity manifestations in groundwater mode revealed by wavelet analysis. Proceedings of 19-th International Conference: Geoinformatics: Theoretical and Applied Aspects, 11-14 May 2020, Kyiv, Ukraine, EAGE, art.no. 18148, 1-5. doi:10.3997/2214-4609.2020geo005
Shestopalov, V.M., Bublyas, V.N. (2016). On the formation of depressionchannel structures of migration. Geological journal, 3 (356), 73-88. [in Russian]
Shinkarevsky M.A. (1973). Forecast of the groundwater level based on the areal assessment of the regularities of the regime Questions of hydrogeology and engineering geology of Ukraine, 22-30. [in Russian]
Solanki, S.K, Usoskin, I.G, Kromer, B, Schüssler, M, Beer, J. (2004). Unusual activity of the Sun during recent decades compared to the previous 11,000 years. Nature, 431, 1084–1087.
Stepanenko, S.M., Field, A.M., Loboda, N.S. (2015). Climate change and its impact on the economy of Ukraine. Odesa. Retrieved from http://odeku.edu.ua/wpcontent/uploads/klimatichni-zmini-close.pdf [in Ukrainian]
The state of groundwater in Ukraine in 2019. (2020). Shchorichnyk. Kyiv: DNVP "GEOINFORM of Ukraine". Retrieved from 129.http://geoinf.kiev.ua/ Schorichnyk_PV_2019.pdf. [in Ukrainian]
Tokarev, N.S. (1951). Rhythmic Climate Fluctuations and Their Significance for the Regime of Surface and Ground Waters. Proceedings of LGHP, ІХ. 26-37. [in Russian]
Uralov, O., Shevchenko, O. (2001). New tasks of operational organizations and hydrogeological and reclamation service. Vodne gospodarstvo of Ukraine, 3-4, 10-14. [in Ukrainian]
Williams, G.R. (1961). Cyclical variations in the world-wide hydrological data. J. of Hydraulic division, 6, 71–88.
Wolfzun, I.B. (1972). Calculations of groundwater balance elements. Leningrad. [in Russian]
Zaltsberg, E.I. (1970). On the cyclicity of fluctuations in the level of groundwater. Issues of studying and forecasting the regime of groundwater, 25, 69–80. [in Russian]
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 Вісник Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Геологія
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Ознайомтеся з політикою за посиланням: https://geology.bulletin.knu.ua/licensing
