Вплив покриву землі та геологічної структури на природне регулювання річкового стоку
DOI:
https://doi.org/10.17721/1728-2713.113.11Ключові слова:
геологічна структура, покрив землі, регулювання річкового стоку, базовий стік, швидкість інфільтрації, початкова абстракціяАнотація
Вступ. У посушливих та напівпосушливих регіонах, таких як Карабаський регіон Азербайджану, ефективне управління дефіцитними водними ресурсами критично залежить від природного регулювання річкового стоку. Цей процес, який забезпечує більш збалансований внутрішньорічний розподіл води, традиційно вважався таким, на який впливають клімат і поверхневий покрив. Однак специфічна роль геологічних структур, що лежать в основі, часто оцінювалася лише опосередковано, що становить значний виклик для дослідження. Це дослідження аналізує вплив як геологічних формацій, так і характеристик поверхневого покриву на природне регулювання річкового стоку з 1999 по 2024 роки – період, позначений кліматичними змінами та значними змінами ландшафту.
Методи. Було використано комплексний підхід, що поєднує гідрометеорологічні дані, дані дистанційного зондування Землі та ГІС-технології. Дослідження ґрунтувалося на довгострокових кліматичних даних (опади, температура), супутникових знімках (Landsat) та цифровій моделі рельєфу. Ключовими методиками були застосування методу NRCS-CN (Natural Resources Conservation Service Curve Number) та розрахунок коефіцієнта природного регулювання (NRR), визначеного як співвідношення підземного базового стоку (Qu) до поверхневого стоку (Qs). Гідрологічні групи ґрунтів (HSGs) та різні індекси (NDVI для рослинності, BSI для оголеного ґрунту) аналізувалися для характеристики видів земного покриву та їх змін. Аналіз зосереджувався на порівнянні річкових басейнів із схожими кліматичними та морфометричними характеристиками, але різною геологією.
Результати. Дослідження підтвердило, що геологічна структура є першочерговим чинником. Річки, що дренують тріщинуваті вулканічні породи Карабаського плато, демонстрували високі значення NRR (часто понад 1,0), причому внесок підземного стоку сягав 53%, а швидкість інфільтрації становила ~45 л/добу. На противагу цьому, річки на півдні, що лежать на водонепроникних породах, показали дуже низький NRR, із переважанням поверхневого стоку (70–90% загального стоку). Загалом середньорегіональний показник NRR становив 0,97, що вказує на майже рівновагу між поверхневими та підземними джерелами стоку. Однак спостерігалася негативна тенденція: протягом 25-річного періоду зміни ландшафту, спричинені аридифікацією та зменшенням рослинного покриву, призвели до консолідації поверхні. Це спричинило зменшення потенціалу початкової абстракції на 11,4% та зниження регіонального NRR на 4,79%, що свідчить про зменшення природної регулювальної здатності.
Висновки. Результати остаточно демонструють, що геологічна основа є вирішальним чинником природного регулювання річкового стоку в аридних регіонах. Наявність тріщинуватих, проникних порід сприяє високій інфільтрації та значному підземному стоку, створюючи природне сховище, яке забезпечує наявність води в посушливі періоди. Отже, оцінка геологічного контексту є необхідною для ефективного планування водних ресурсів. Виявлене зниження коефіцієнта природного регулювання підкреслює вразливість цих водних систем до тривалих змін клімату та деградації земель. Для річок із вроджено низьким регулюванням штучні заходи, такі як будівництво водосховищ, залишаються необхідними. Це дослідження надає критично важливу основу для пріоритизації стратегій управління водними ресурсами на основі специфічних гідрогеологічних характеристик басейну.
Посилання
Aliyev, F. Sh. (2000). Groundwaters of the Republic of Azerbaijan, resource use and geoecological problems [in Azerbaijani]. [Əliyev, F. Ş. (2000). Azərbaycan Respublikasının yeraltı suları, onlardan istifadə və geoekoloji problemlər].
Antoneli, V., Thomaz, E. L., & Bednarz, J. A. (2019). The Faxinal System: Forest fragmentation and soil degradation on the communal grazing land. Singapore Journal of Tropical Geography, 40(1), 34–49. https://doi.org/10.1111/sjtg.12258
Ciampittiello, M., Marchetto, A., & Boggero, A. (2024). Water resources management under climate change: A review. Sustainability, 16(9), Article 3590. https://doi.org/10.3390/su16093590
Dewangan, S. K., Shrivastava, S. K., Soni, A. K., Yadav, R., Singh, D., Sharma, G. K., ... & Sahu, K. (2023). Using the soil texture triangle to evaluate the effect of soil texture on water flow: A review. International Journal for Research in Applied Science & Engineering Technology (IJRASET), 11(6), 389–390.
El Kenawy, A. M. (2024). Hydroclimatic extremes in arid and semi-arid regions: Status, challenges, and future outlook. In Hydroclimatic Extremes in the Middle East and North Africa (pp. 1–22). Elsevier.
Gnann, S. J., Woods, R. A., & Howden, N. J. (2019). Is there a baseflow Budyko curve? Water Resources Research, 55(4), 2838–2855. https://doi.org/10.1029/2018WR024464
Hawkins, R. H., Moglen, G. E., Ward, T. J., & Woodward, D. E. (2020). Updating the curve number: Task group report. In Watershed Management Conference 2020 (pp. 131–140). American Society of Civil Engineers.
Imanov, F. A., & Alakbarov, A. B. (2014). The interaction of surface and groundwater in the context of the underground organization of surface flow in the territory of Azerbaijan. Materials of Caspian Conference on Water Technologies (pp. 69–74). Azerbaijan [in Azerbaijani]. [İmanov, F. Ə., & Ələkbərov, A. B. (2014). Azərbaycan ərazisində yerüstü axımın yeraltı təşkili şəraitində yerüstü və yeraltı suların qarşılıqlı əlaqəsi. Xəzər Su Texnologiyaları Konfransının materialları].
Lvovich, M. I. (1974). World water resources and their future (Translation of the original Russian edition by American Geophysical Union, 1979) [in Russian]. [Львович, М. И. (1974). Мировые водные ресурсы и их будущее. Мысль].
Makhmudov, R., & Teymurov, M. (2024). Importance of using GIS software in the process of application of Analogue terrains and Counter-approach technologies in water resources assessment. Advanced Remote Sensing, 4(1), 36–45.
Makhmudov, R., Aliyev, V., Teymurov, M., & Gafarov, E. (2024). Regional climate changes in Azerbaijan and assessment of their impact on water resources with a new method. Reliability: Theory & Applications, 19(SI 6 (81)), 830–837.
Makhmudov, R., Teymurov, M., Agayev, Z., & Jabrayilov, E. (2025). Assessment of water resources in Nakhchivanchay River Basin using runoff coefficients method. Proceedings of the Bulgarian Academy of Sciences, 78(9), 1312–1318.
Mammadov, G. S., Teymurov, M. A., Mammadov, Z. R., Yusifova, M. M., Osmanova, S. A., Gasimov, A. M., ... & Salimova, S. J. (2025). Climate change effects on soil fertility and moisture in the Nakhchivanchay River Basin, Azerbaijan. International Journal of Agriculture and Biosciences, 14(5). https://doi.org/10.47278/journal.ijab/2025.152
Mishra, R. K. (2023). Fresh water availability and its global challenge. British Journal of Multidisciplinary and Advanced Studies, 4(3), 1–78.
Mukhtarov, A. Sh., Kadirov, F. A., Feyzullayev, A. A., Huseynov, D. A., Aliyev, Ch. S., et al. (2015). Geology of Azerbaijan (A. A. Alizadeh, Ed.; Vol. 2). Elm Publishing House [in Azerbaijani]. [Azərbaycanın geologiyası (Akad. A. A. Əlizadə, red.; Cild 2). "Elm" nəşriyyatı]. https://www.researchgate.net/publication/312176204
National Atlas of the Republic of Azerbaijan. (2014). State Land and Cartography Committee of the Republic of Azerbaijan. Baku Cartographic Factory.
Nguyen, C. T., Chidthaisong, A., Kieu Diem, P., & Huo, L. Z. (2021). A modified bare soil index to identify bare land features during agricultural fallow periods in Southeast Asia using Landsat 8. Land, 10(3), Article 231. https://doi.org/10.3390/land10030231
Nielsen, R., & Hjelmfelt, A., Jr. (1998). Hydrologic soil group assignment. International Water Resources Engineering Conference, ASCE, 2, 1297–1302.
Nilsson, C., Reidy, C. A., Dynesius, M., & Revenga, C. (2005). Fragmentation and flow regulation of the world's large river systems. Science, 308(5720), 405–408. https://doi.org/10.1126/science.1107887
Rianti, D. I., & Sari, D. N. (2024). Analysis of changes in vegetation density Index in Surakarta City 2018-2022 using LANDSAT-8 OLI/TIRS satellite imagery. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1357(1), Article 012033. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1357/1/012033
Ross, C. W., Prihodko, L., Anchang, J., Kumar, S., Ji, W., & Hanan, N. P. (2018). HYSOGs250m, global gridded hydrologic soil groups for curve-number-based runoff modeling. Scientific Data, 5, Article 180091. https://doi.org/10.1038/sdata.2018.91
Rustamov, S. G., & Kashkay, R. M. (1978). Water balance of the Azerbaijan SSR. Elm Publishing House.
Sivakumar, B. (2011). Global climate change and its impacts on water resources planning and management: Assessment and challenges. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 25(4), 583–600. https://doi.org/10.1007/s00477-010-0423-y
Teymurov, M. A. (2022). The value of initial abstraction and estimation of runoff-forming rainfall rate at a specific geographical location. Science, Education and Innovation in the Context of Modern Problems, 5(4), 123–136.
Tonkin, J. D., & Death, R. G. (2014). The combined effects of flow regulation and an artificial flow release on a regulated river. River Research and Applications, 30(3), 329–337.
USDA & NRCS (United States Department of Agriculture & Natural Resources Conservation Service). (2009). Hydrologic soil-cover complexes (National Engineering Handbook, Part 630, Hydrology, Chapter 9). https://irrigationtoolbox.com/NEH/Part630_Hydrology/H_210_630_09.pdf
Wang, H., Jiang, X. W., Wan, L., Han, G., & Guo, H. (2015). Hydrogeochemical characterization of groundwater flow systems in the discharge area of a river basin. Journal of Hydrology, 527, 433–441. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2015.04.063
Wang, X., Liu, T., & Yang, W. (2012). Development of a robust runoff-prediction model by fusing the rational equation and a modified SCS-CN method. Hydrological Sciences Journal, 57(6), 1118–1140.
Wang, J., Cui, C., Jia, Z., Liu, M., Pang, S., & Zhai, K. (2024). Analysis of the responses of surface water resources to climate change in arid and semi-arid area. Agricultural Water Management, 295, Article 108751. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2024.108751
Zhu, G., Yong, L., Zhao, X., Liu, Y., Zhang, Z., Xu, Y., ... & Wang, L. (2022). Evaporation, infiltration and storage of soil water in different vegetation zones in the Qilian Mountains: A stable isotope perspective. Hydrology and Earth System Sciences, 26(14), 3771–3784. https://doi.org/10.5194/hess-26-3771-2022
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Мовлуд Теймуров, Еміль Джабрайлов, Афаг Гаджиєва
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Ознайомтеся з політикою за посиланням: https://geology.bulletin.knu.ua/licensing
