Картирование потенциала управляемого питания водоносных горизонтов в Казахстане

Яна Салвей ^a*, Нурлан Онгдас ^a,b, Мохаммад Аль-Хосбан ^c, Каталин Штефан ^a

^a Дрезденский технологический университет, Дрезден, 01062, Германия

^b Международный научный комплекс «Астана», пр. Кабанбай батыра, 8, Астана, 010000, Казахстан

^b Инрос Лакнер, ул. Роза Люксембург штрассе 16, Росток, 18055, Германия

https://doi.org/10.29258/CAJWR/2024-R1.v10-2/95-116.eng

E-mail: jana.sallwey@tu-dresden.de

Нурлан Онгдас: ongdasn@tcd.ie; Мохаммад Аль-Хосбан: Mohammad.alhosban@inros-lackner.de; Каталин Штефан: catalin.stefan@tu-dresden.de

27 ноября, 2024

Аннотация

Метод управляемого питания водоносных горизонтов (managedaquiferrecharge, MAR) все еще недостаточно используется в Центральной Азии, несмотря на его потенциал для решения проблем нехватки воды, особенно связанных с сезонными колебаниями ее доступности.  Цель данного исследования заключалась в создании карты, отражающей потенциальную пригодность метода MARв Казахстане.  На основе многокритериальной методики анализа решений с целью оценки потенциала применения метода MAR, пять физических критериев были интегрированы и визуализированы с применением географической информационной системы (ГИС). Для демонстрации практической полезности созданной карты, она была применена к Жамбылской области на юге Казахстана, т.е. региона, ранее страдавшего от нехватки воды.  Карта потенциала MAR была дополнена слоем с данными дистанционного зондирования, указывающими на потенциальные источники воды и текущие схемы водопользования.  Такое наложение позволило выявить приоритетные географические зоны для дальнейшей оценки потенциала внедрения метода управляемого питания водоносных горизонтов на целевой территории.  Карта, разработанная в рамках настоящего исследования для Казахстана, является первым пространственным представлением потенциала применения метода MAR в регионе и послужит цели повышения осведомленности о целесообразности его внедрения.  Ожидается, что знакомство с данной картой улучшит понимание указанного метода среди специалистов-водников и, таким образом, будет потенциально способствовать его включению в региональные стратегии управления водными ресурсами.

Доступно на английском

Скачать статью (анг)

Для цитирования:

Sallwey, J., Ongdas, N., Al-Hosban, M., Stefan, C. (2024). Mapping the potential for managed aquifer recharge in Kazakhstan. Central Asian Journal of Water Research,  10(2), 95-116. https://doi.org/10.29258/CAJWR/2024-R1.v10-2/95-116.eng

Список литературы

Aldazhanova, G., Beissenova, A., Skorintseva, I., Mustafayev, Z. & Aliaskarov, D. (2022). Assessment of land resources of the Zhambyl region as the basis of recreation development and food security of the Republic of Kazakhstan. Geo Journal of Tourism and Geosites, 44(4), 1183-1189. https://doi.org/10.30892/gtg.44401-933

Anane, M., Kallali, H., Jellali, S., & Ouessar, M. (2008). Ranking suitable sites for Soil Aquifer Treatment in Jerba Island (Tunisia) using remote sensing, GIS and AHP-multicriteria decision analysis. International Journal of Water, 4, 121–135. https://doi.org/10.1504/IJW.2008.018151

Anzai, T., Kitamura, Y., & Shimizu, K. (2014). The influence of seepage from canals and paddy fields on the groundwater level of neighboring rotation cropping fields: A case study from the lower Ili River Basin, Kazakhstan. Paddy and Water Environment, 12(3), 387–392. https://doi.org/10.1007/s10333-013-0393-z

Agarwal, R., Garg, P.K. & Garg, R.D. (2013). Remote Sensing and GIS Based Approach for Identification of Artificial Recharge Sites. Water Resour Manage 27, 2671–2689. https://doi.org/10.1007/s11269-013-0310-7

Bear, J. (1972). Dynamics of fluids in porous media. Dover Publications Inc.

Beck, H.E., Zimmermann, N.E., McVicar, T.R., Vergopolan, N., Berg, A. & Wood, E.F. (2018). Present and future Köppen-Geiger climate classification maps at 1-km resolution. Scientific data, 5(1), 1-12. https://doi.org/10.1038/sdata.2018.214

Beisenova, A. & Aldazhanova, G. (2022). Assessment of the state of water ressources of Zhambyl Region and their use in agriculture. ХАБАРШЫ, 98.

Bonilla Valverde, J. P., Blank, C., Roidt, M., Schneider, L., & Stefan, C. (2016). Application of a GIS Multi-Criteria Decision Analysis for the Identification of Intrinsic Suitable Sites in Costa Rica for the Application of Managed Aquifer Recharge (MAR) through Spreading Methods. Water, 8(9), 391. https://doi.org/10.3390/w8090391

De Winnaar, G., Jewitt, G. P. W., & Horan, M. (2007). A GIS-based approach for identifying potential runoff harvesting sites in the Thukela River basin, South Africa. Physics and Chemistry of the Earth, Parts a/b/c, 32(15-18), 1058-1067. https://doi.org/10.1016/j.pce.2007.07.009

Dillon, P. (2005). Future management of aquifer recharge. Hydrogeology Journal, 13(1), 313–316. https://doi.org/10.1007/s10040-004-0413-6

Dillon, P. (2012). General Design Considerations. In Water Reclamation Technologies for Safe Managed Aquifer Recharge (S. 299–309). IWA Publishing.

Dillon, P., Stuyfzand, P., Grischek, T., Lluria, M., Pyne, R. D. G., Jain, R. C., Bear, J., Schwarz, J., Wang, W., Fernandez, E., Stefan, C., Pettenati, M., van der Gun, J., Sprenger, C., Massmann, G., Scanlon, B. R., Xanke, J., Jokela, P., Zheng, Y., … Sapiano, M. (2019). Sixty years of global progress in managed aquifer recharge. Hydrogeology Journal, 27(1), 1–30. https://doi.org/10.1007/s10040-018-1841-z

Dmitryuk, L. (2020). Как используются водные ресурсы Казахстана. Strategy2050.kz. https://strategy2050.kz/ru/news/kak-ispolzuyutsya-vodnye-resursy-kazakhstana/

FAO. (2021). Global map of salt-affected soils (S. 20). Food and Agriculture Organization of the United Nations. https://www.fao.org/3/cb7247en/cb7247en.pdf

Gdoura, K., Anane, M., & Jellali, S. (2015). Geospatial and AHP-multicriteria analyses to locate and rank suitable sites for groundwater recharge with reclaimed water. Resources, Conservation and Recycling, 104, 19–30. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2015.09.003

Gelfan, A. N., & Motovilov, Y. G. (2009). Long-term Hydrological Forecasting in Cold Regions: Retrospect, Current Status and Prospect. Geography Compass, 3(5), 1841–1864. https://doi.org/10.1111/j.1749-8198.2009.00256.x

Ghayoumian, J., Mohseni Saravi, M., Feiznia, S., Nouri, B., & Malekian, A. (2007). Application of GIS techniques to determine areas most suitable for artificial groundwater recharge in a coastal aquifer in southern Iran. Journal of Asian Earth Sciences, 30(2), 364–374. https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2006.11.002

gov.kz. (2023, August 11). О водохозяйственной обстановке в Жамбылской области. Kursiv Media Казахстан. https://www.gov.kz/memleket/entities/ecogeo/press/news/details/600812?lang=ru

Guo J-x, Li Z-p, & Stefan C. (2022). Managed aquifer recharge (MAR) applications in China–achievements and challenges. Journal of Groundwater Science and Engineering, 2022, 10(1), 57-69. https://doi.org/10.19637/j.cnki.2305-7068.2022.01.006

Huscroft, J., Gleeson, T., Hartmann, J., & Börker, J. (2018). Compiling and Mapping Global Permeability of the Unconsolidated and Consolidated Earth: GLobal HYdrogeology MaPS 2.0 (GLHYMPS 2.0). Geophysical Research Letters, 45(4), 1897–1904. https://doi.org/10.1002/2017GL075860

Kaliyeva, K., Punys, P., & Zhaparkulova, Y. (2021). The Impact of Climate Change on Hydrological Regime of the Transboundary River Shu Basin (Kazakhstan–Kyrgyzstan): Forecast for 2050. Water, 13(20), Article 20. https://doi.org/10.3390/w13202800

Karimov, A. Kh., Smakhtin, V., Mavlonov, A., Borisov, V., Gracheva, I., Miryusupov, F., Akhmedov, A., Anzelm, K., Yakubov, S., & Karimov, A. A. (2015). Managed Aquifer Recharge: Potential Component of Water Management in the Syrdarya River Basin. Journal of Hydrologic Engineering, 20(3), B5014004. https://doi.org/10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0001046

Malczewski, J. (1999). GIS and multicriteria decision analysis. J. Wiley & Sons.

Malczewski, J., & Rinner, C. (2015). Multicriteria Decision Analysis in Geographic Information Science. Springer Berlin Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-540-74757-4

Mirlas, V., Antonenko, V., Kulagin, V., & Kuldeeva, E. (2015). Assessing artificial groundwater recharge on irrigated land using the MODFLOW model. Earth Science Research, 4(2), p16. https://doi.org/10.5539/esr.v4n2p16

Mirlas, V., Kulagin, V., Ismagulova, A., & Anker, Y. (2022). Field Experimental Study on the Infiltration and Clogging Processes at Aksu Research Site, Kazakhstan. Sustainability, 14(23), 15645. https://doi.org/10.3390/su142315645

Mirlas, V., Makyzhanova, A., Kulagin, V., Kuldeev, E., & Anker, Y. (2021). An Integrated Aquifer Management Approach for Aridification-Affected Agricultural Area, Shengeldy-Kazakhstan. Water, 13(17), Article 17. https://doi.org/10.3390/w13172357

Muccione, V., & Fiddes, J. (2019). State of the knowledge on water resources and natural hazards under climate change in Central Asia and South Caucasus. https://doi.org/10.5167/UZH-181441

Murray, R., Tredoux, G., Ravenscroft, P., & Botha, F. (2007). Artificial Recharge Strategy—Version 1.3 (S. 167). Department of Water Affairs and Forestry; Water Research Commission.

Narantsogt, N., & Mohrlok, U. (2019). Evaluation of MAR Methods for Semi-Arid, Cold Regions. Water, 11(12), Article 12. https://doi.org/10.3390/w11122548

primeminister.kz. (2021). В Казахстане до 2030 площадь орошаемых земель будет доведена до 3 млн га—С. Брекешев—Официальный информационный ресурс Премьер-Министра Республики Казахстан. primeminister.kz. https://primeminister.kz/ru/news/v-kazahstane-do-2030-ploshchad-oroshaemyh-zemel-budet-dovedena-do-3-mln-ga-s-brekeshev-5996

Riad, P., Billib, M., Hassan, A., Salam, M., & El Din, M. (2011). Application of the overlay weighted model and boolean logic to determine the best locations for artificial recharge of groundwater. Journal of Urban and Environmental Engineering, 5(2), 57–66. https://doi.org/10.4090/juee.2011.v5n2.057066

Saaty, T. L. (1980). The Analytic Hierarchy Process. McGraw-Hill.

Saidi, S., Hosni, S., Mannai, H., Jelassi, F., Bouri, S., & Anselme, B. (2017). GIS-based multi-criteria analysis and vulnerability method for the potential groundwater recharge delineation, case study of Manouba phreatic aquifer, NE Tunisia. Environmental Earth Sciences, 76, 1-20. https://doi.org/10.1007/s12665-017-6840-1

Sallwey, J., Bonilla Valverde, J. P., Vásquez López, F., Junghanns, R., & Stefan, C. (2018). Suitability maps for managed aquifer recharge: A review of multi-criteria decision analysis studies. Environmental Reviews, 27(2), 138–150. https://doi.org/10.1139/er-2018-0069

Sallwey, J., Schlick, R., Bonilla Valverde, J. P., Junghanns, R., Vásquez López, F., & Stefan, C. (2019). Suitability Mapping for Managed Aquifer Recharge: Development of Web-Tools. Water, 11(11), 2254. https://doi.org/10.3390/w11112254

Shankar, M. N. R., & Mohan, G. (2005). A GIS based hydrogeomorphic approach for identification of site-specific artificial-recharge techniques in the Deccan Volcanic Province. Journal of Earth System Science, 114(5), 505–514. https://doi.org/10.1007/BF02702026

Stefan, C., & Ansems, N. (2018). Web-based global inventory of managed aquifer recharge applications. Sustainable Water Resources Management, 4(2), 153–162. https://doi.org/10.1007/s40899-017-0212-6

Tanttu, U., & Jokela, P. (2018). Sustainable drinking water quality improvement by managed aquifer recharge in Tuusula region, Finland. Sustainable Water Resources Management, 4(2), 225–235. https://doi.org/10.1007/s40899-017-0198-0

Teleubay, Z., Yermekov, F., Tokbergenov, I., Toleubekova, Z., Assylkhanova, A., Balgabayev, N., & Kovács, Z. (2023). Identification of Potential Farm Pond Sites for Spring Surface Runoff Harvesting Using an Integrated Analytical Hierarchy Process in a GIS Environment in Northern Kazakhstan. Water, 15(12), 2258. https://doi.org/10.3390/w15122258

Van Houtte, E., & Verbauwhede, J. (2021). Case Study 25: Water recycling with Managed Aquifer Recharge in sand dunes of St-André (Koksijde) as one of the multiple safety barriers for drinking water to Veurne area, Belgium. In Y. Zheng, A. Ross, K. G. Villoth, & P. Dillon (Hrsg.), Managing Aquifer Recharge: A Showcase for Resilience and Sustainability (S. 313–321). UNESCO. https://unesdoc.unesco.org/ark:/48223/pf0000379962/PDF/379962eng.pdf.multi

World Bank Group & Asian Development Bank. (2021). Climate Risk Country Profile: Kazakhstan. World Bank. https://doi.org/10.1596/36378

Zaidi, F. K., Nazzal, Y., Ahmed, I., Naeem, M., & Jafri, M. K. (2015). Identification of potential artificial groundwater recharge zones in Northwestern Saudi Arabia using GIS and Boolean logic. Journal of African Earth Sciences, 111, 156–169. https://doi.org/10.1016/j.jafrearsci.2015.07.008

Zheng, Y., Ross, A., Villholth, K.G. & Dillon, P. (eds.) (2021). Managing Aquifer Recharge: A Showcase for Resilience and Sustainability. Paris, UNESCO.