Коротко — последовательность необходимых анализов и полевых наблюдений, с какими данными, методами и ключевыми уравнениями для разграничения вкладов осадков, испарения и антропогенных изменений, и оценки последствий для водных ресурсов и агросектора.
1) Сбор и QC данных (пункт отправной)
- Метеостанции: осадки, t воздуха, влажность, ветер, радиация (суточные/почасовые).
- Гидрологические: расход в створах (почас/сутки), уровни водоёмов и рек, пополнение/заборы водохранилищ.
- Подземные воды: серийные измерения уровня в скважинах.
- Землепользование/ирригация: спутниковая клаcсификация (Landsat, Sentinel), статистика водопользования.
- Доп.: снежный покров (SWE), ледники (актуальные съемки), качества воды, данные о водоотборе.
- QC: контроль пропусков, гистерезисные циклы, кросс-валидация станций.
2) Простая водный баланс — первичная декомпозиция
- Уравнение: $$P=Q+ET+\Delta S$$ где $P$ — осадки, $Q$ — сток, $ET$ — испарение/транспирация, $\Delta S$ — изменение запасов (почва, снег, грунт, ледники).
- Оценить по сезонам и годам, выделить тренды $\Delta Q$, $\Delta P$, $\Delta ET$, $\Delta S$.
3) Тренды и статистика изменений
- Тесты: Mann–Kendall + Sen slope для трендов осадков, t, стока; тесты на сдвиг (change-point).
- Анализ сезонности (сдвиг начала/конца снеготаяния, максимумов стока).
- Визуализировать энергичной гидрологии: кривые продолжительности стока (flow-duration), показатели Q95/Q50.
4) Разделение ролей климата vs землепользование vs водопотребление (атрибуция)
- Модельный эксперимент «держи всё, меняй одно»:
- сценарий A — исторический климат + историческое землепользование;
- B — изменённый климат + историческое землепользование;
- C — исторический климат + изменённое землепользование/водоотбор;
- D — оба изменены.
- Использовать распределённые/полураспределённые гидрологические модели (SWAT, HBV, VIC, WEAP) и калибровать/валидировать по створам.
- Численный вклад: разницы между сценариями дают вклад каждого фактора.
5) Оценка изменений испарения/потребности в воде
- Рассчитать PET (например Penman–Monteith) и фактический ET: $\mathrm{PET}$ из метео, фактический $ET$ — спутн. продукты (MODIS/ECOSTRESS) + укрупнённые измерения (турбулентные потоки, эдиковые башни).
- Использовать Budyko-подход: $$\frac{ET}{P}=f\left(\frac{PET}{P}\right)$$ — отклонения от кривой укажут на изменения землепользования/управления водой.
- Эластичности: $${\epsilon }_P=\frac{\Delta Q/Q}{\Delta P/P},{\epsilon }_{PET}=\frac{\Delta Q/Q}{\Delta PET/PET}$$ — численно оценить чувствительность стока к изменениям P и PET.
6) Снег и лед
- Полевая сеть точечных замеров SWE (снежные рейды, павильоны), автоматические датчики, дистанционное картирование снежного покрова; альпинистские маркеры/вешки на ледниках, фотомониторинг.
- Оценить смещение фазы осадков (доля дождя vs снега), изменение времени таяния и вклад снегового стока в годовой Q.
7) Подпитка грунтовых вод и базовый сток
- Развернуть сеть пьезометров, периодичность измерений — ежемесячно/более часто в период дефицита; оценить тенденции уровней и бюджет подпитки.
- Базовый сток: отделить методами разделения стока (digital filter, гидрохимия, изотопы).
8) Трассировка источников стока (происхождение воды)
- Изотопы (${\delta }^{18}O,{\delta }^{2}H$) и химия (ионы) в осадках, стоке, грунтовых водах, снеге — для определения долей снега/дожди/подземных источников.
- Отбор: в сезон таяния и в межень.
9) Полевая проверка землепользования, ирригации и отборов
- Верификация спутниковой классификации; опросы фермеров по оросительному режиму, расходам воды, сезонности посевов.
- Замеры фактических расходов на ирригацию, эффективность систем (методы полива).
10) Последствия для водных ресурсов и сельского хозяйства — количественная оценка
- Моделирование дефицита водоснабжения и резервного объёма водохранилищ под сценарии климат+потребление; частота и продолжительность дефицитов.
- Анализ потребностей культур: рассчитать агроводный баланс (FAO-56), дефицит водопотребления, изменение периода вегетации.
- Оценить риски засух/наводнений через показатели (SPI, SRI, частота QQ5).
- Смоделировать урожайность/потенциальные потери (AquaCrop или DSSAT) при прогнозируемых водных условиях.
11) Рекомендации по наблюдениям и периодичности (минимум)
- Метео/сток: суточные/почасовые записи; хранить непрерывно.
- Потоки/водохранилища: непрерывные уровни + регулярные замеры расходов/качества.
- SWE/ледники: еженедельно/ежемесячно в сезоне таяния; ежегодно стейки ледников.
- Эдиковая башня (1–2 шт) — непрерывно для ET.
- Скважины: ежемесячно/ежеквартально.
- Изотопные отборы: сезонно и при отдельных гидрометеорных событиях.
12) Необходимые метрики для отчёта
- Изменение годового и сезонного $P,Q,ET,\Delta S$.
- Численный вклад каждого фактора из модельных сценариев (% изменения Q вследствие P, PET, землепользования, заборов).
- Сдвиги в фазе снежного таяния и пиковой дате стока.
- Изменения доступной воды для ирригации (м³/га), вероятности дефицита, ожидаемое влияние на урожайность.
13) Верификация и неопределённости
- Провести ансамблевые симуляции (климатические сценарии RCM/RCM-ensembles, параметрические неопределённости модели), оценить долю объяснённой дисперсии.
- Использовать независимые наблюдения (GRACE для т.ч. подземных запасов) для кросс-проверки.
Кратко по приоритетам: начать с QC данных и водного баланса ($P=Q+ET+\Delta S$), затем тренды/модельные «контрольные эксперименты» для атрибуции, параллельно развёртывать ключевые полевые сети (сток, SWE, скважины, башни ET, изотопы) и оценивать последствия для ирригации через агроводный баланс и модели урожайности.