Пасічник, М.Д.М.Д.Пасічник2026-04-032026-04-032024Пасічник, 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/10.17721/2306-5680.2024.4.3УДК 556.5+528.810.17721/2306-5680.2024.4.3https://ir.library.knu.ua/handle/15071834/14044The study of the Brusnytsia River basin demonstrates the effectiveness of modern GIS technologies for analyzing watershed systems, which is particularly relevant in the context of climate change and intensive anthropogenic impact. Small rivers play a crucial role in maintaining ecological balance, providing water supply, supporting biodiversity, and shaping local ecosystems. However, they are highly vulnerable to climate change, pollution, and irrational use, necessitating detailed monitoring and the development of effective management strategies. The main objective of this study was to model the watershed and river network of the Brusnytsia River using digital elevation models and GIS tools. The use of QGIS 3.22 and SAGA GIS 2.3.1 enabled precise spatial characterization, determination of flow directions, watershed boundaries, and the hierarchy of the river network, which improves the accuracy of flood forecasting, erosion assessment, and the development of water resource conservation measures. The study utilized digital elevation models, particularly the Copernicus Global Digital Elevation Model with a 30-meter resolution, topographic maps, satellite images, and hydrological data. Algorithms such as Fill Sinks (Wang & Liu), Flow Direction, Flow Accumulation, Catchment Area, Drainage Basins, and Strahler Order helped to create a basin model, determine the river network hierarchy, and assess potential flood risks. It was found that automated modeling allows for more accurate watershed boundary delineation; however, in complex terrain conditions, errors may arise, including the erroneous inclusion of part of the Prut River’s floodplain into the Brusnytsia basin. The hierarchical analysis of the river network revealed that most small watercourses form in the upper reaches of the basin, with the main runoff concentrated in the middle and lower sections. Flood zone analysis indicated the highest risk in the middle part of the basin, where runoff accumulates following heavy rainfall or snowmelt. The use of the Sediment Transport Capacity method allowed for the identification of erosion-prone zones most susceptible to soil degradation. The study found that the most active erosion processes occur on steep slopes, which may lead to channel shifts and sediment accumulation. The application of GIS technologies enabled the automation of significant parts of the process, reducing errors and making the study more precise. The results have practical implications for water resource management, particularly in identifying erosion-prone areas, optimizing drainage systems, and planning flood prevention measures. Additionally, the data can be used for environmental monitoring, assessing anthropogenic impacts on river ecosystems, and conducting scientific research on the hydrological characteristics of small rivers. Promising directions include integrating more detailed digital elevation models with resolutions of 5–10 meters, using real hydrometric data for model calibration, and analyzing climate change impacts on runoff in small river basins. The study confirmed that GIS is an effective method for analyzing river systems and managing water resources, allowing for the consideration of spatiotemporal runoff features, identification of potentially hazardous areas, and development of recommendations for sustainable water use.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.ukГІС-моделюванняцифрова модель рельєфу (DEM)SAGAQGISстале управління річковими системамиGIS modelingDigital Elevation Model (DEM)sustainable management of river systemsСтаття