Published August 29, 2022 | Version v1
Publication Open

Spatiotemporal variations in runoff and runoff components in response to climate change in a glacierized subbasin of the Upper Indus Basin, Pakistan

Creators

  • 1. Yunnan University
  • 2. Muhammad Nawaz Shareef University of Agriculture
  • 3. University of Engineering and Technology Lahore
  • 4. Chinese Academy of Sciences
  • 5. Northwest Institute of Eco-Environment and Resources

Description

Change in seasonal snowfall and glaciers ablation control year-to-year variations in streamflows of the Upper Indus Basin (UIB) and hence ultimately impacts the water availability in downstream areas of UIB. This situation calls for an urgent response to study the long-term variations in runoff components in response to climate change. The current study investigates the spatiotemporal variations in runoff and runoff components in response to climate change to the streamflows of the Gilgit River from 1981 to 2020 by using the University of British Columbia Watershed Model (UBC WM). Three statistical indices such as the Nash–Sutcliffe efficiency (NSE), the coefficient of determination (R 2 ), and the correlation coefficient (CC) were used to evaluate the performance of UBC WM in simulating the streamflows against observed streamflows. According to statistical indices, the UBC WM performed fairly well during both calibration (1981–2000: R 2 = 0.90, NSE = 0.87, and CC = 0.95) and validation periods (2001–2015: R 2 = 0.86, NSE = 0.83, and CC = 0.92). Trend analysis revealed a significant increase in all runoff components with large interannual variations in their relative contributions to streamflows from 1981 to 2020. From 1981 to 2020, the average relative contribution of snowmelt, glacier melt, rainfall-runoff, and baseflow was estimated to be 25%, 46%, 5%, and 24%, respectively to the streamflows of the Gilgit River. Seasonal analysis showed that about 86% of total runoff was contributed to the Gilgit River during the summer season (April–September) while only 14% in the winter season (October–March). Further analysis of runoff at a spatial scale revealed that approximately 76% of the total runoff of Gilgit River is generated between elevations from 3680 to 5348 m while 19% of total runoff is generated at an elevation <3680 m and only 5% at an elevation >5348 m. Moreover, it was observed that groundwater contribution from soil lower zone (i.e., 76%) to streamflows was found greater than soil upper zone (i.e., 24%). The outcomes of this study will help the water resource managers and hydrologists to manage the water resources in downstream areas of the UIB for local consumption, industrial use, and agriculture.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يتحكم التغير في تساقط الثلوج الموسمية واجتثاث الأنهار الجليدية في التغيرات من سنة إلى أخرى في تدفقات مجاري حوض السند العلوي (UIB) وبالتالي يؤثر في النهاية على توافر المياه في مناطق المصب في UIB. يستدعي هذا الوضع استجابة عاجلة لدراسة الاختلافات طويلة الأجل في مكونات الجريان السطحي استجابة لتغير المناخ. تبحث الدراسة الحالية في الاختلافات المكانية والزمانية في مكونات الجريان السطحي والجريان السطحي استجابة لتغير المناخ لتدفقات نهر جيلجيت من 1981 إلى 2020 باستخدام نموذج مستجمعات المياه بجامعة كولومبيا البريطانية (UBC WM). تم استخدام ثلاثة مؤشرات إحصائية مثل كفاءة ناش سوتكليف (NSE)، ومعامل التحديد (R 2 )، ومعامل الارتباط (CC) لتقييم أداء UBC WM في محاكاة التدفقات مقابل التدفقات المرصودة. وفقًا للمؤشرات الإحصائية، كان أداء WM UBC جيدًا إلى حد ما خلال كل من المعايرة (1981–2000: R 2 = 0.90، NSE = 0.87، و CC = 0.95) وفترات التحقق (2001–2015: R 2 = 0.86، NSE = 0.83، و CC = 0.92). كشف تحليل الاتجاه عن زيادة كبيرة في جميع مكونات الجريان السطحي مع اختلافات كبيرة بين السنوات في مساهماتها النسبية في التدفقات من 1981 إلى 2020. من عام 1981 إلى عام 2020، قُدر متوسط المساهمة النسبية للذوبان الثلجي وذوبان الأنهار الجليدية والجريان السطحي للأمطار وتدفق القاعدة بنسبة 25 ٪ و 46 ٪ و 5 ٪ و 24 ٪ على التوالي في تدفقات مجاري نهر جيلجيت. أظهر التحليل الموسمي أن حوالي 86 ٪ من إجمالي الجريان السطحي ساهم في نهر جيلجيت خلال موسم الصيف (أبريل - سبتمبر) بينما 14 ٪ فقط في موسم الشتاء (أكتوبر - مارس). كشف المزيد من التحليل للجريان السطحي على مقياس مكاني أن ما يقرب من 76 ٪ من إجمالي الجريان السطحي لنهر جيلجيت يتم توليده بين الارتفاعات من 3680 إلى 5348 مترًا بينما يتم توليد 19 ٪ من إجمالي الجريان السطحي على ارتفاع < 3680 مترًا و 5% فقط على ارتفاع >5348 مترًا. علاوة على ذلك، لوحظ أن مساهمة المياه الجوفية من المنطقة السفلى للتربة (أي 76 ٪) في تدفقات المجاري المائية أكبر من المنطقة العليا للتربة (أي 24 ٪). ستساعد نتائج هذه الدراسة مديري الموارد المائية وعلماء المياه على إدارة الموارد المائية في مناطق المصب في البنك الدولي المتحد للاستهلاك المحلي والاستخدام الصناعي والزراعة.

Translated Description (French)

Les changements dans les chutes de neige saisonnières et l'ablation des glaciers contrôlent les variations annuelles des débits du bassin supérieur de l'Indus (UIB) et ont donc un impact final sur la disponibilité de l'eau dans les zones en aval de l'UIB. Cette situation appelle une réponse urgente pour étudier les variations à long terme des composantes du ruissellement en réponse au changement climatique. La présente étude étudie les variations spatio-temporelles des composantes de ruissellement et de ruissellement en réponse au changement climatique aux débits de la rivière Gilgit de 1981 à 2020 en utilisant le modèle de bassin versant de l'Université de la Colombie-Britannique (UBC WM). Trois indices statistiques tels que l'efficacité de Nash–Sutcliffe (NSE), le coefficient de détermination (R 2 ) et le coefficient de corrélation (CC) ont été utilisés pour évaluer la performance de UBC WM dans la simulation des écoulements fluviaux par rapport aux écoulements fluviaux observés. Selon les indices statistiques, le WM de l'UBC s'est assez bien comporté pendant les périodes d'étalonnage (1981–2000 : R 2 = 0,90, NSE = 0,87 et CC = 0,95) et de validation (2001–2015 : R 2 = 0,86, NSE = 0,83 et CC = 0,92). L'analyse des tendances a révélé une augmentation significative de toutes les composantes du ruissellement avec de grandes variations interannuelles de leurs contributions relatives aux débits de 1981 à 2020. De 1981 à 2020, la contribution relative moyenne de la fonte des neiges, de la fonte des glaciers, du ruissellement des précipitations et du débit de base a été estimée à 25 %, 46 %, 5 % et 24 %, respectivement, aux débits des cours d'eau de la rivière Gilgit. L'analyse saisonnière a montré qu'environ 86% du ruissellement total a été contribué à la rivière Gilgit pendant la saison estivale (avril-septembre) alors que seulement 14% pendant la saison hivernale (octobre-mars). Une analyse plus approfondie du ruissellement à une échelle spatiale a révélé qu'environ 76% du ruissellement total de la rivière Gilgit est généré entre les altitudes de 3680 à 5348 m tandis que 19% du ruissellement total est généré à une altitude de 3680 m et seulement 5% à une altitude de 5348 m. De plus, il a été observé que la contribution des eaux souterraines de la zone inférieure du sol (c.-à-d. 76 %) aux écoulements fluviaux était supérieure à celle de la zone supérieure du sol (c.-à-d. 24 %). Les résultats de cette étude aideront les gestionnaires des ressources en eau et les hydrologues à gérer les ressources en eau dans les zones en aval de l'UIB pour la consommation locale, l'utilisation industrielle et l'agriculture.

Translated Description (Spanish)

El cambio en las nevadas estacionales y la ablación de los glaciares controlan las variaciones anuales en los caudales de la cuenca superior del Indo (UIB) y, por lo tanto, en última instancia, afectan la disponibilidad de agua en las áreas aguas abajo de la UIB. Esta situación exige una respuesta urgente para estudiar las variaciones a largo plazo en los componentes de escorrentía en respuesta al cambio climático. El presente estudio investiga las variaciones espaciotemporales en los componentes de escorrentía y escorrentía en respuesta al cambio climático a los caudales del río Gilgit de 1981 a 2020 utilizando el Modelo de Cuenca de la Universidad de Columbia Británica (UBC WM). Se utilizaron tres índices estadísticos como la eficiencia de Nash–Sutcliffe (NSE), el coeficiente de determinación (R 2 ) y el coeficiente de correlación (CC) para evaluar el rendimiento de UBC WM en la simulación de los flujos de corriente contra los flujos de corriente observados. De acuerdo con los índices estadísticos, el UBC WM tuvo un desempeño bastante bueno tanto durante la calibración (1981–2000: R 2 = 0.90, NSE = 0.87 y CC = 0.95) como durante los períodos de validación (2001–2015: R 2 = 0.86, NSE = 0.83 y CC = 0.92). El análisis de tendencias reveló un aumento significativo en todos los componentes de escorrentía con grandes variaciones interanuales en sus contribuciones relativas a los flujos de corriente de 1981 a 2020. De 1981 a 2020, la contribución relativa promedio del derretimiento de la nieve, el derretimiento de los glaciares, la escorrentía pluvial y el caudal base se estimó en 25%, 46%, 5% y 24%, respectivamente, a los caudales del río Gilgit. El análisis estacional mostró que alrededor del 86% de la escorrentía total se contribuyó al río Gilgit durante la temporada de verano (abril-septiembre), mientras que solo el 14% en la temporada de invierno (octubre-marzo). Un análisis adicional de la escorrentía a escala espacial reveló que aproximadamente el 76% de la escorrentía total del río Gilgit se genera entre elevaciones de 3680 a 5348 m, mientras que el 19% de la escorrentía total se genera a una elevación de <3680 m y solo el 5% a una elevación de >5348 m. Además, se observó que la contribución del agua subterránea de la zona inferior del suelo (es decir, 76%) a los flujos de corriente fue mayor que la de la zona superior del suelo (es decir, 24%). Los resultados de este estudio ayudarán a los administradores de recursos hídricos e hidrólogos a gestionar los recursos hídricos en las áreas aguas abajo de la UIB para el consumo local, el uso industrial y la agricultura.

Files

pdf.pdf

Files (5.3 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:098884571b04314347694c7bb9571d62
5.3 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الاختلافات المكانية والزمانية في مكونات الجريان السطحي والجريان السطحي استجابة لتغير المناخ في حوض جليدي فرعي في حوض السند العلوي، باكستان
Translated title (French)
Variations spatio-temporelles des composantes de ruissellement et de ruissellement en réponse au changement climatique dans un sous-bassin glaciaire du bassin supérieur de l'Indus, au Pakistan
Translated title (Spanish)
Variaciones espaciotemporales en los componentes de escorrentía y escorrentía en respuesta al cambio climático en una subcuenca glaciarizada de la cuenca superior del Indo, Pakistán

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4293419213
DOI
10.3389/feart.2022.970349

Is supplement to
https://openalex.org/W4322010360 (Other)
https://openalex.org/W4220726321 (Other)
https://openalex.org/W4200129017 (Other)
https://openalex.org/W2373452822 (Other)
https://openalex.org/W2161945836 (Other)
https://openalex.org/W2088626654 (Other)
https://openalex.org/W2087579695 (Other)
https://openalex.org/W2080010987 (Other)
https://openalex.org/W2024616223 (Other)
https://openalex.org/W1997509566 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1512970914
  • https://openalex.org/W1860446517
  • https://openalex.org/W1972963188
  • https://openalex.org/W1973200177
  • https://openalex.org/W1978098673
  • https://openalex.org/W1992113989
  • https://openalex.org/W2017571030
  • https://openalex.org/W2018369970
  • https://openalex.org/W2019113882
  • https://openalex.org/W2019188397
  • https://openalex.org/W2020486557
  • https://openalex.org/W2026150406
  • https://openalex.org/W2033904036
  • https://openalex.org/W2045530136
  • https://openalex.org/W2055735626
  • https://openalex.org/W2056737849
  • https://openalex.org/W2066907097
  • https://openalex.org/W2077852968
  • https://openalex.org/W2086139388
  • https://openalex.org/W2110098148
  • https://openalex.org/W2110381323
  • https://openalex.org/W2129095959
  • https://openalex.org/W2130894313
  • https://openalex.org/W2133136343
  • https://openalex.org/W2137446795
  • https://openalex.org/W2159681075
  • https://openalex.org/W2172201702
  • https://openalex.org/W2173640817
  • https://openalex.org/W2230775773
  • https://openalex.org/W2278240808
  • https://openalex.org/W2473002198
  • https://openalex.org/W2474590456
  • https://openalex.org/W2555442175
  • https://openalex.org/W2565584425
  • https://openalex.org/W2587810711
  • https://openalex.org/W2597940725
  • https://openalex.org/W2744111130
  • https://openalex.org/W2744952291
  • https://openalex.org/W2783298993
  • https://openalex.org/W2784513399
  • https://openalex.org/W2896101361
  • https://openalex.org/W2896471026
  • https://openalex.org/W2899585567
  • https://openalex.org/W2908155733
  • https://openalex.org/W2910419600
  • https://openalex.org/W2912580558
  • https://openalex.org/W2937310383
  • https://openalex.org/W2947272039
  • https://openalex.org/W2951257859
  • https://openalex.org/W2952140053
  • https://openalex.org/W2958473689
  • https://openalex.org/W2992210793
  • https://openalex.org/W3003669653
  • https://openalex.org/W3005058956
  • https://openalex.org/W3010353860
  • https://openalex.org/W3016870527
  • https://openalex.org/W3028215274
  • https://openalex.org/W3087787106
  • https://openalex.org/W3092581991
  • https://openalex.org/W3103611345
  • https://openalex.org/W3125651520
  • https://openalex.org/W3127199302
  • https://openalex.org/W3130967375
  • https://openalex.org/W3161104803
  • https://openalex.org/W3166648790
  • https://openalex.org/W3170698794
  • https://openalex.org/W3209422469
  • https://openalex.org/W3214925824
  • https://openalex.org/W4210739245
  • https://openalex.org/W4283319711
  • https://openalex.org/W4293072448