ГІС-Моделювання водозбірного басейну та річкової мережі: аналіз гідрологічних процесів на прикладі басейну річки Брусниця

Пасічник, М.Д. (2024) ГІС-Моделювання водозбірного басейну та річкової мережі: аналіз гідрологічних процесів на прикладі басейну річки Брусниця. Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія, 4(74). 30-44. https://doi.org/10.17721/2306-5680.2024.4.3

Дослідження басейну річки Брусниця демонструє ефективність використання сучасних ГІС-технологій для аналізу водозбірних систем, що є актуальним у контексті змін клімату та активного антропогенного впливу. Малим річкам відводиться важлива роль у підтримці екологічної рівноваги, забезпеченні водопостачання, підтримці біорізноманіття та формуванні локальних екосистем. Однак вони є вразливими до змін кліматичних умов, забруднення та нераціонального використання, що зумовлює необхідність детального моніторингу та розробки ефективних стратегій управління. Основною метою дослідження було моделювання водозбірного басейну та річкової мережі річки Брусниця із застосуванням цифрових моделей рельєфу та ГІС-інструментів. Використання програмного забезпечення QGIS 3.22 та SAGA GIS 2.3.1 дозволило отримати точні просторові характеристики, визначити напрямки потоків, водозбірні межі та ієрархію річкової мережі, що сприяє підвищенню точності прогнозування паводків, оцінки ерозійних процесів та розробки заходів збереження водних ресурсів.
Для дослідження використовувалися цифрові моделі рельєфу, зокрема Copernicus Global Digital Elevation Model з роздільною здатністю 30 метрів, топографічні карти, супутникові зображення та гідрологічні дані. Алгоритми Fill Sinks (Wang & Liu), Flow Direction, Flow Accumulation, Catchment Area, Drainage Basins та Strahler Order допомогли створити модель басейну, визначити ієрархію річкової мережі та оцінити можливі ризики підтоплень. Було виявлено, що автоматизоване моделювання дозволяє більш точно визначати межі басейну, однак у складних рельєфних умовах можуть виникати похибки, зокрема, помилкове включення частини пригирлових територій річки Прут до басейну Брусниці. Ієрархічний аналіз річкової мережі показав, що більшість малих водотоків формуються у верхів’ях басейну, а основний стік зосереджується в середній та нижній течії. Аналіз зон підтоплення вказав на те, що найбільший ризик спостерігається в середній частині басейну, де концентрується стік після сильних опадів або танення снігу. Використання методу Sediment Transport Capacity дозволило ідентифікувати зони ерозії, найбільш уразливі до руйнування ґрунту. Виявлено, що найактивніші ерозійні процеси відбуваються на схилах з великими ухилами, що може спричиняти зміну русла та накопичення осадів.
Застосування ГІС-технологій дозволило автоматизувати значну частину процесів, що зменшило похибки і зробило дослідження більш точним. Отримані результати мають практичне значення для управління водними ресурсами, зокрема для визначення ерозійно-небезпечних ділянок, оптимізації дренажних систем та планування протипаводкових заходів. Крім того, дані можуть бути використані для екологічного моніторингу, оцінки впливу антропогенних факторів на стан річкової екосистеми, а також для наукових досліджень, спрямованих на вивчення гідрологічних характеристик малих річок. Перспективними напрямками є інтеграція більш детальних цифрових моделей рельєфу з роздільною здатністю 5–10 метрів, використання реальних гідрометричних даних для калібрування моделей та аналіз змін клімату на стік у басейнах малих річок. Дослідження підтвердило, що використання ГІС є ефективним методом для аналізу річкових систем та управління водними ресурсами, що дозволяє враховувати просторово-часові особливості стоку, ідентифікувати потенційно небезпечні зони та розробляти рекомендації щодо сталого водокористування.