Analysis of groundwater level decrease in reaction to meteorological drought - using SPI and STI

• Autorzy: Kubicz J.

Warianty tytułu

PL

Obniżenie położenia zwierciadła wód podziemnych, jako reakcja na suszę meteorologiczną - analiza z zastosowaniem SPI i STI

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Aim of study The aim of the study was to assess the relationship between groundwater level, drought at aquifer, precipitation deficit and high air temperature. Materials and methods The analyses were developed on the basis of data from the Faculty of Agro- and Hydrometeorology Observatory of the Wrocław University of Environmental and Life Sciences in Wrocław-Swojec covering years 1969–2017. Data were provided by measurements of groundwater level as well as temperature and precipitation. Using Standardized Precipitation Index (SPI) for precipitation and Standardized Temperature Index (STI) for temperature, periods with precipitation deficit and raised temperature were identified. The research also determined the relation between these indicators and groundwater level. Drought periods at groundwater level have been estimated using a Standardized Groundwater Level Index (SGI). Results and conclusions Analysis of the relationship between STI and the groundwater level showed low correlation. The air temperature as a single factor has no clear impact on the groundwater level at the shallowestaquifer. For precipitation, the strongest relationship appeared between SPI6 and the groundwater level. Seasonal meteorological drought has the greatest impact on decreasing the groundwater level. It was found that an extremely dry period with SPI registered < –2 caused a decrease of the groundwater table in 1969–1970, 1972–1974, 1976, 1978, 1992–1993, while in 1979, 1983–1984, 1989–1992, 1994–1995, 2003, 2004, 2006, 2015 the level dropped due to very high deficits in precipitation with SPI between –2 and –1.5. The decreasing groundwater table, as a result of precipitation deficits, was not always directly connected to droughts at the described groundwater level. The longest periods of groundwater decrease occurred in 1980, 1981, 1986/1987, 1994, 1997/1998, 2000, 2001, 2006/2007, 2017. In addition, 14 periods of extreme drought were recorded.

PL

Cel pracy Celem badań była ocena zależności między położeniem zwierciadła wód podziemnych, wystąpieniem suszy w tym poziomie wodonośnym a niedoborem opadów i wysoką temperaturą powietrza. Materiał i metody Analizy wykonano opierając się na danych z Wydziałowego Obserwatorium Agro i Hydrometeorologii Wrocław-Swojec Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu z lat 1969–2017. Dane do analiz stanowiły pomiary położenia wód podziemnych oraz temperatury powietrza i opadu. Posługując się standaryzowanymi wskaźnikami opadu SPI oraz temperatury STI, wyznaczono okresy z niedoborem opadów oraz podwyższoną temperaturą. Określono zależność pomiędzy wskaźnikami a poziomem wód podziemnych. Za pomocą standaryzowanego wskaźnika poziomu położenia wód podziemnych SGI wyznaczono okresy wystąpienia suszy w poziomie wód podziemnych. Wyniki i wnioski Analiza zależności pomiędzy STI a położeniem zwierciadła wód podziemnych wykazała niewielki stopień korelacji. Temperatura powietrza jako pojedynczy czynnik nie ma wyraźnego wpływu na poziom położenia zwierciadła wód podziemnych najpłytszego poziomu wodonośnego. W przypadku opadów największa zależność wystąpiła pomiędzy SPI6 i położeniem zwierciadła wód podziemnych. Sezonowa susza meteorologiczna ma największy wpływ na obniżenie poziomu zwierciadła wód. Stwierdzono, że ekstremalnie suchy okres z obserwacjami SPI<–2 spowodował obniżenie położenia zwierciadła wód gruntowych w latach 1969–1970, 1972–1974, 1976, 1978, 1992–1993, natomiast w latach 1979, 1983–1984, 1989–1992, 1994–1995, 2003, 2004, 2006, 2015 było to związane z bardzo dużym niedoborem opadów o SPI z zakresu od –2 do –1.5. Obniżenie zwierciadła wody podziemnej powstałe na skutek niedoboru opadu nie zawsze łączyło się z bezpośrednim wystąpieniem suszy w opisywanym poziomie wód gruntowych. Najdłuższe okresy niedoboru wód podziemnych wystąpiły w latach 1980, 1981, 1986/1987, 1994, 1997/1998, 2000, 2001, 2006/2007, 2017. Dodatkowo stwierdzono 14 okresów suszy ekstremalnej.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Formatio Circumiectus
• Rocznik: 2019
• Tom: 18
• Numer: 4
• Opis fizyczny: p.103-112,fig.,ref.

Twórcy

autor

Kubicz J.

• Institute of Environmental Engineering, Wroclaw University of Environmental and Life Sciences, Plac Grunwaldzki 24, 50-363 Wroclaw, Poland

Bibliografia

• Bak, B., Kubiak-Wojcicka, K. (2016). Assesment of meteorological and hydrogeological drought in Toruń (Central Poland town) in 1971–2010 based on standardized indicators. 3rd International Conference Water Resources and Wetlands, 164–170.
• Bąk, B., Łabędzki, L. (2014). Prediction of precipitation deficit and excess in Bydgoszcz Region in view of predicted climate change. Journal of Water and Land Development, 23, 11–19.
• Bloomfield, J.P., Marchant, B.P., McKenzie, A.A. (2019). Changes in groundwater drought associated with anthropogenic warming. Hydrology and Earth System Sciences, 23,1393–1408. DOI:10.5194/hess-23-1393-2019.
• Chamanpira, G.H., Zehtabian, G.H., Ahmadi, H., Malekian A.(2014). Effect of Drought on Groundwater Resources; a Study to Optimize Utilization Management (Case Study: Alashtar Plain). Bulletin of Environment, Pharmacology and Life Sciences, 3(10), 48.
• Fiorillo, F., Guadagno, F. M. (2010). Karst spring discharges analysis in relation to drought periods, using the SPI. Water resources management, 24(9), 1867–1884.
• Kędziora, A., Kępińska-Kasprzak, M., Kowalczak, P., Kundzewicz, Z. W., Miler, A. T., Pierzgalski, E., Tokarczyk, T. (2014). Zagrożenia związane z niedoborem wody. Nauka, 1.
• Khan, S., Gabriel, H. F., Rana, T. (2008). Standard precipitation index to track drought and assess impact of rainfall on watertables in irrigation areas. Irrigation and Drainage Systems, 22(2), 159–177.
• Kleczkowski, A. (1991). Zagrożenia i bariery rozwoju w gospodarce wodnej. Polska w obliczu współczesnych wyzwań cywilizacyjnych. Komitet Prognoz „Polska w XXI wieku” przy Prezydium PAN. Warszawa: PAN.
• Kubicz, J. (2018). TLM method and SGI index as indicator of groundwater drought. Acta Scientiarum Polonorum-Formatio Circumiectus, 17, 127–136. DOI:10.15576/ASP.FC/2018.17.1.127.
• Kubicz, J., Bąk, B. (2019). The Reaction of Groundwater to Several Months’ Meteorological Drought in Poland, 187–195.
• McKee, T.B., Doesken, N.J., Kleist, J. (1993). The relationship of drought frequency and duration to time scales. Proceedings of the 8th Conference on Applied Climatology. American Meteorological Society Boston, MA. 179–183.
• Mohammadi-Ghaleni, M., Ebrahimi, K. (2011). Assessing impact of irrigation and drainage network on surface and groundwater resources—Case study: Saveh Plain, Iran. In ICID 21st International Congress on Irrigation and Drainage, 15–23 October 2011, Tehran, Iran.
• Pasławski, Z. (1992). Hydrologia i zasoby wodne dorzecza Warty. Konferencja naukowa na temat: Ochrona i racjonalne wykorzystanie zasobów wodnych na obszarach rolniczych Wielkopolski. Koreferaty i wnioski. Poznań, 5–28.
• Salvador, C., Nieto, R., Linares, C., Diaz, J., Gimeno, L. (2019). Effects on daily mortality of droughts in Galicia (NW Spain) from 1983 to 2013. Science of the Total Environment, 662, 121–133. DOI:10.1016/j.scitotenv.2019.01.217
• Tallaksen, L.M., Van Lanen, H.A. (2004). Hydrological drought: processes and estimation methods for streamflow and groundwater. Elsevier.
• Van Lanen, H.A.J., Wanders, N., Tallaksen, L.M., Van Loon, A.F. (2013). Hydrological drought across the world: impact of climate and physical catchment structure. Hydrology and Earth System Sciences, 17, 1715–1732. DOI:10.5194/hess-17-1715-2013.
• Van Loon, A.F. (2015). Hydrological drought explained. Wiley Interdisciplinary Reviews-Water, 2, 359–392. DOI:10.1002/wat2.1085.
• Van Loon, A.F., Laaha, G. (2015). Hydrological drought severity explained by climate and catchment characteristics. Journal of Hydrology, 526, 3–14. DOI:10.1016/j.jhydrol.2014.10.059.
• Wang, L., Yu, H., Yang, M., Yang, R., Gao, R., Wang, Y. (2019). A drought index: The standardized precipitation evapotranspiration runoff index. Journal of Hydrology, 571, 651–668. DOI:10.1016/j.jhydrol.2019.02.023.