Assessment of the impacts of climate change in the 21st century on the groundwater balance of the south-western Crimea

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A regional groundwater flow model of southwestern Crimea within the Alma artesian basin and the adjacent area of fissure-karst groundwater in Mountain Crimea was developed and calibrated for the modern period. On the basis of numerical experiments with this model, changes in groundwater resources under the influence of expected climatic changes in the 21st century were estimated. For this purpose, predictive maps of infiltration recharge were constructed for the selected study area. The predictive maps of groundwater recharge were developed for the plain part of the study area using infiltration water exchange modeling. For the mountainous part, precipitation accumulation by surface karst forms was considered in the prediction of recharge. The extreme climate change scenario SSP5-8.5 from the GSM models of the CMPI 5 family, which assumes maximum warming, was used as the prediction scenario. As a result of ensemble forecasting, the most contrasting scenarios of aridity index change were selected and three projected maps of groundwarer recharge change in the 21st century were obtained, which were then used in numerical experiments. The predicted infiltration recharge values significantly differ from the current figure of 366400 m³/day: under the «dry» climate, the recharge is 187900 m³/day, under the «average» climate, 283600 m³/day, and under the «wet» climate, 403300 m³/day. The results of the predictive groundwater balance modeling for the 21st century, using these recharge maps, demonstrated the high adaptive capacity of groundwater reserves and the reduction of minimum river runoff over the study period of about a hundred years, assuming the continuation of the current groundwater extraction rates.

About the authors

V. N. Samartsev

Lomonosov Moscow State University

Email: ilya-chiganov@mail.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

I. A. Chiganov

Lomonosov Moscow State University

Author for correspondence.
Email: ilya-chiganov@mail.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

S. O. Grinevsky

Lomonosov Moscow State University

Email: ilya-chiganov@mail.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

S. P. Pozdnyakov

Lomonosov Moscow State University

Email: ilya-chiganov@mail.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

Ya. V. Sorokoumova

Lomonosov Moscow State University

Email: ilya-chiganov@mail.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

V. A. Bakshevskaya

Institute of Water Problems of the Russian Academy of Sciences

Email: ilya-chiganov@mail.ru

Ivankovskaya Research Station

Russian Federation, Konakovo, Tver region, 171251

References

  1. Гельфан А.Н., Фролова Н.Л., Магрицкий Д.В., Киреева М.Б., Григорьев В.Ю., Мотовилов Ю.Г., Гусев Е.М. Влияние изменения климата на годовой и максимальный сток рек России: оценка и прогноз // Фундамент. приклад. климатология. 2021. Т. 7. № 1. С. 36–79.
  2. Гриневский С.О., Поздняков С.П. Принципы региональной оценки инфильтрационного питания подземных вод на основе геогидрологических моделей // Вод. ресурсы. 2010. Т 37. № 5. С. 543–557.
  3. Каюкова Е.П., Юровский Ю.Г., Устюгов Д.Л., Гребнева А.В. Пресные воды Крыма // Геология и недропользование. 2021. № 1. С. 92–103.
  4. Косицкий А.Г., Богуцкая Е.М., Гречушникова М.Г., Григорьев В.Ю., Сазоновa А.А., Харламов М.А., Фролова Н.Л. Оценка собственных возобновляемых водных ресурсов Крымского полуострова // Вод. ресурсы. 2022. Т. 49. № 4. С. 423–436.
  5. Поздняков С.П., Бакшевская В.А., Чиганов И.А. Моделирование родникового стока в трещинно-карстовом массиве в условиях климатических изменений // Инженерная геология. 2023. Т. 18. № 2. С. 30–42.
  6. Приблуда В.Д., Коджаспиров А.А., Дублянский В.Н. Баланс подземных вод юго-западной части Горного Крыма // Геол. журнал. 1979. Т. 39. № 2. C. 38–46.
  7. Пугач Л.С., Кокорева С.В. Создание комплектов гидрогеологических и инженерно-геологических карт масштаба 1 : 1000000 по группе листов территории Российской Федерации в 2017–2019 гг. М.: Гидроспецгеология, 2019.
  8. Токарев С.В. Уязвимость карстовых подземных вод горного Крыма к загрязнению: выявление, оценка и картирование. Автореф. дис. … канд. геогр. наук. Симферополь: КФУ, 2020. 26 с.
  9. Фролова Н.Л, Магрицкий Д.В., Киреева М.Б., Григорьев В.Ю., Гельфан А.Н., Сазонов А.А., Шевченко А.И. Сток рек России при происходящих и прогнозируемых изменениях климата: Обзор публикаций. 1 Оценка изменений водного режима рек России по данным наблюдений // Вод. ресурсы. 2022. Т 49. № 3. С. 251–269.
  10. Харитонова Н.А., Филимонова Е.А., Кортунов Е.В., Самарцев В.Н., Дробязко Е.В., Сорокоумова Я.В., Гречушникова М.Г., Прошкина А.Л., Поздняков С.П. Изотопно-геохимические характеристики природных вод юго-западной части крымского полуострова // Вод. ресурсы. 2022. Т. 49. № 4. С. 474–491.
  11. Чиганов И.А., Гриневский С.О., Поздняков С.П. Гео гидрологическое моделирование для оценки влияния климатических изменений на питание подземных вод // Тр. Всерос. науч. конф. и с международ. участием “Современная гидрогеология: актуальные вопросы науки, практики и образования.” М., 2023. С. 227–232.
  12. Шестопалов В.М., Богуславский А.С., Климчук А.Б., Фесенко А.В., Годенко Г.Е. Моделирование ресурсов подземных вод юго-западной части Горного Крыма // ГПИМО. 2008. № 4. https://cyberleninka.ru/article/n/modelirovanie-resursov-podzemnyh-vod-yugo-zapadnoy-chasti-gornogo-kryma (дата обращения: 05.04.2024)
  13. Blöschl G. et al. Twenty-three Unsolved Problems in Hydrology (UPH) – a community perspective // Hydrol. Sci. J. 2019. V. 64. № 10. P. 1141–1158. doi.org/10.1080/02626667.2019.1620507
  14. Cuthbert M.O., Gleeson T., Moosdorf N., Befus K.M., Schneider A., Hartmann J., Lehner B. Global patterns and dynamics of climate–groundwater interactions // Nature Clim. Change. 2019. V. 9. P. 137–141. https://doi.org/10.1038/s41558-018-0386-4
  15. Kuang X., Liu J., Scanlon B.R., Jiao J.J., Jasechko S., Lancia M., Biskaborn B.K., Wada Y., Li H., Zeng Zh., Guo Zh., Yao Y., Gleeson T., Nicot J-P., Luo X., Zou Y., Zheng Ch.The changing nature of groundwater in the global water cycle // Sci. 2024. V. 383. I. 6686. doi: 10.1126/science.adf0630
  16. Langevin C.D., Hughes J.D., Banta E.R., Niswonger R.G., Panday S., Provost A.M. Documentation for the MODFLOW 6 Groundwater Flow Model. Reston, VA: USGS Publications Warehouse, 2017. P. 197. https://doi.org/10.3133/tm6A55
  17. Moss R.H., Edmonds J.A., Hibbard K.A., Manning M.R., Rose S.K., van Vuuren D.P., Carter T.R., Emori S., Kainuma M., Kran T., Meehl G.A., Mitchell J.F.B., Nakicenovic N., Riahi K., Smith S.J., Stouffer R.J., Thomson A.M., Weyant J.P., Wilbanks T.J. The next generation of scenarios for climate change research and assessment // Nature. 2010. V. 463. P. 747–756.
  18. Semenov M.A., Barrow E.M. LARS-WG A Stochastic Weather Generator for Use in Climate Impact Studies. Harpenden, 2002. P. 28.
  19. Taylor K., Stouffer R., Meehl G. An overview of CMIP5 and the experiment design // Bull. Am. Meteorol. Soc. 2015. V. 93. I 4. P. 485–498. https://doi.org/10.1175/BAMS-D-11-00094.1
  20. Winston R.B. ModelMuse version 4: A graphical user interface for MODFLOW 6. Scientific Investigations Report. Reston, VA: USGS Publ. Warehouse, 2019. P. 2019–5036. https://doi.org/10.3133/sir20195036
  21. Zomer R.J., Xu J., Trabucco A. Version 3 of the global aridity index and potential evapotranspiration database // Sci. Data. 2022. V. 9. I. 409.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».