СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПОДХОДОВ К СЦЕНАРНОМУ МОДЕЛИРОВАНИЮ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
DOI:
https://doi.org/10.54668/2789-6323-2026-123-3-304-318Ключевые слова:
водные ресурсы, сценарный анализ, моделирование, речной бассейн, водная безопасностьАннотация
Современное управление водными, роста водопотребления и трансграничных ограничений проблема водных кризисов в речных бассейнах приобретает системный характер. Наряду с увеличением нагрузок на водные ресурсы растёт необходимость в научно обоснованных методах прогнозирования и оценки рисков, что делает разработку и применение современных моделей водного менеджмента особенно актуальной задачей.
Цель работы заключается в сравнительном анализе существующих подходов к сценарному моделированию водных ресурсов, включая подходы, ориентированные на формирование и анализ альтернативных сценариев развития водохозяйственных систем на основе результатов модельных расчётов, отражающих различные комбинации климатических, социально-экономических и управленческих факторов.
В статье представлен обзор современных методов моделирования водных ресурсов, применяемых для анализа сценариев развития водных кризисов в речных бассейнах. Рассмотрены гидрологические, интегрированные, системно-динамические и стохастические модели, а также подходы к формированию сценариев с учётом климатических, антропогенных и управленческих факторов. Проведён сравнительный анализ преимуществ и ограничений различных методов с точки зрения оценки рисков водной безопасности и устойчивости водообеспечения.
Особое внимание уделено методологическим аспектам сценарного моделирования, позволяющим учитывать неопределённость природных и социально-экономических факторов. Показано, что сценарный анализ является ключевым инструментом для обоснования управленческих решений в условиях высокой неопределённости. Полученные выводы формируют методологическую основу для дальнейших исследований, направленных на анализ развития водных кризисов и планирование устойчивого водопользования в крупных речных бассейнах.
Библиографические ссылки
UNESCO World Water Assessment Programme. The United Nations World Water Development Report 2023: Partnerships and Cooperation for Water. - UNESCO, 2023. - URL: https://www.unesco.org/reports/wwdr/2023.
Vörösmarty C.J., McIntyre P.B., Gessner M.O., Dudgeon D., Prusevich A., Green P., Glidden S., Bunn S.E., Sullivan C.A., Liermann C.R., Davies P.M. Global threats to human water security and river biodiversity // Nature. - 2010. - Vol. 467. - P. 555-561. - DOI: 10.1038/nature09440.
Falkenmark M., Rockström J. Balancing Water for Humans and Nature. - Earthscan, 2004.
Loucks D.P., van Beek E. Water Resource Systems Planning and Management: An Introduction to Methods, Models, and Applications. - UNESCO, 2017.
Arunraj N.S., Mandal S., Maiti J. Modeling uncertainty in risk assessment: A review // Safety Science. - 2013. - Vol. 55. - P. 15-28. - DOI: 10.1016/j.ssci.2012.12.004.
Beven K.J. Facets of uncertainty: Epistemic uncertainty, non-stationarity, likelihood, hypothesis testing, and communication // Hydrological Sciences Journal. - 2016. - Vol. 61, No. 9. - P. 1652-1665. - DOI: 10.1080/02626667.2015.1031761.
Walker W.E., Lempert R.J., Kwakkel J.H. Deep uncertainty // Encyclopedia of Operations Research and Management Science. - 3rd ed. - Springer, 2013. - P. 395-402. - DOI: 10.1007/978-1-4419-1153-7_1140.
Yates D., Sieber J., Purkey D., Huber-Lee A. WEAP21 - A demand-, priority-, and preference-driven water planning model // Water International. - 2005. - Vol. 30, No. 4. - P. 487-500. - DOI: 10.1080/02508060508691893.
Raskin P., Gleick P., Kirshen P., Pontius G., Strzepek K. Water futures: Assessment of long-range patterns and problems // Comprehensive Assessment of the Freshwater Resources of the World. - Stockholm Environment Institute, 1997. - P. 1-54.
Muñoz R., Vaghefi S.A., Drenkhan F., Santos M.J., Viviroli D., Muccione V., Huggel C. Assessing Water Management Strategies in Data-Scarce Mountain Regions under Uncertain Climate and Socio-Economic Changes // Water Resources Management. - 2024. - Vol. 38, No. 11. - P. 4083-4100. - DOI: 10.1007/s11269-024-03853-5.
Huang J., Sangiorgio M., Wu W., Maier H.R., Wang Q.J., Hughes J., Castelletti A. Solving the robustness puzzle: The joint impact of optimization approach, robustness metrics, and scenarios on water resources management under deep uncertainty // Journal of Environmental Management. - 2025. - Vol. 373. - Art. 123540. - DOI: 10.1016/j.jenvman.2024.123540.
Haasnoot M., Kwakkel J.H., Walker W.E., ter Maat J. Dynamic adaptive policy pathways: A method for crafting robust decisions for a deeply uncertain world // Global Environmental Change. - 2013. - Vol. 23. - P. 485-498. - DOI: 10.1016/j.gloenvcha.2012.12.006.
Klijn F., Kreibich H., de Moel H., Penning-Rowsell E. Adaptive flood risk management planning based on a comprehensive flood risk conceptualisation // Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change. - 2015. - Vol. 20, No. 6. - P. 845-864. - DOI: 10.1007/s11027-015-9638-z.
Dong C., Schoups G., van de Giesen N. Scenario development for water resource planning and management: A review // Technological Forecasting and Social Change. - 2013. - Vol. 80, No. 4. - P. 749-761. - DOI: 10.1016/j.techfore.2012.09.015.
Loucks D.P., van Beek E., Stedinger J.R., Dijkman J.P.M., Villars M.T. Water Resources Systems Planning and Management: An Introduction to Methods, Models, and Applications. - UNESCO Publishing; Deltares, 2005.
Refsgaard J.C., van der Sluijs J.P., Højberg A.L., Vanrolleghem P.A. Uncertainty in the environmental modelling process - A framework and guidance // Environmental Modelling & Software. - 2012. - Vol. 39. - P. 154-174. - DOI: 10.1016/j.envsoft.2007.02.004.
Zeitoun M., Mirumachi N. Transboundary water interaction // International Environmental Agreements: Politics, Law and Economics. - 2008. - Vol. 8. - P. 297-316. - DOI: 10.1007/s10784-008-9089-7.
Dolbeshkin M.V., Puzikov E.M., Povetkin R.D. Modeling of transboundary Ile-Balkhash river basin in Central Asia // News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan, Series of Geology and Technical Sciences. - 2017. - No. 5(425). - P. 171-180.
Leman M., Tairov A., Malkovskiy I., Toleubaeva L., Aldiyarova A. Dynamic stochastic model of sustainable water resources management in Kazakhstan // News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan, Series of Geology and Technical Sciences. - 2025. - No. 6(474). - P. 151-167. - DOI: 10.32014/2025.2518-170X.577
Beven K.J. Rainfall-Runoff Modelling: The Primer. - 2nd ed. - Wiley-Blackwell, 2012.
Purdue University, Department of Agronomy; Department of Agricultural and Biological Engineering. SWAT Modeling [Электронный ресурс]. - URL: https://www.agry.purdue.edu/hydrology/projects/nexus-swm/en/SWAT.html (дата обращения: 04.03.2026).
Lindström G., Pers C., Rosberg J., Strömqvist J., Arheimer B. Development and test of the HBV light hydrological model. - SMHI Reports Hydrology, No. RH 07. - Swedish Meteorological and Hydrological Institute, 2010. - 35 p. - URL: https://www.smhi.se/polopoly_fs/1.2233!/Menu/general/column-content/attachment/HBV_light.pdf (дата обращения: 12.02.2026).
DHI Group. MIKE SHE: Integrated Hydrological Modeling System [Электронный ресурс]. - 2025. - URL: https://www.mikepoweredbydhi.com/products/mike-she (дата обращения: 18.01.2026).
Balcha Y.A., Kaveh K., Alamirew T., Malcherek A. Comparability of NARX model to SWAT model in simulating future water resources scenarios using CMIP6 climate model outputs over UASB, Ethiopia // Stochastic Environmental Research and Risk Assessment. - 2025. - Vol. 39. - P. 2095-2115. - DOI: 10.1007/s00477-025-02959-5.
Zhang J., Liu Z., Li Y., Dou Y., Wang M., Zhou H., Xu B. Enhancing hydrological model performance through multi-source open-data utilization in the highly managed, data-scarce basin // Journal of Hydrology. - 2025. - Vol. 654. - Art. 132860. - DOI: 10.1016/j.jhydrol.2025.132860.
Tiwari A.D., Pokhrel Y., Boulange J. et al. Similarities and divergent patterns in hydrologic fluxes and storages simulated by global water models // Nature Water. - 2025. - Vol. 3. - P. 550-560. - DOI: 10.1038/s44221-025-00435-6.
Stockholm Environment Institute. WEAP (Water Evaluation and Adaptation Planning) Model: A Comprehensive Approach to Water Resources Planning and Policy Analysis [Электронный ресурс]. - 2023. - URL: https://www.sei.org/publications/weap-sustainable-water-analysis/ (дата обращения: 04.03.2026).
Lodge J.W., Dansie A.P., Dang N.M., Johnson F. Modelling the availability of water, energy, and food resources in transboundary river basins to achieve Sustainable Development Goals 2, 6, and 7 // Science of the Total Environment. - 2024. - Vol. 949. - Art. 175186. - DOI: 10.1016/j.scitotenv.2024.175186.
Razavi S. et al. Convergent and Transdisciplinary Integration: On the Future of Integrated Modeling of Human-Water Systems // Water Resources Research. - 2025. - DOI: 10.1029/2024WR038088.
Ahmad S., Simonovic S.P. Critical review of system dynamics modelling applications for water resources planning and management // Computers & Environmental Systems. - 2021. - Vol. 100. - Art. 100031. - DOI: 10.1016/j.cesys.2021.100031.
Mashaly A.F., Fernald A.G., Geli H.M.E., Bawazir A.S., Steiner R.L. Dynamic simulation modeling for sustainable water management with climate change in a semi-arid environment // Journal of Hydrology. - 2024. - Vol. 644. - Art. 132126. - DOI: 10.1016/j.jhydrol.2024.132126.
Salas J.D., Delleur J.W., Yevjevich V., Lane W.L. Applied Modeling of Hydrologic Time Series. - Water Resources Publications, 1980.
Maia A.G., Camargo-Valero M.A., Trigg M.A., Khan A. et al. Uncertainty and Sensitivity Analysis in Reservoir Modeling: A Monte Carlo Simulation Approach // Water Resources Management. - 2024. - Vol. 38. - P. 2835-2850. - DOI: 10.1007/s11269-024-03794-z.
Qian T., Shi Z., Gu S., Xi W., Chen J., Chen J., Bai S., Wu L. A Water Shortage Risk Assessment Model Based on Kernel Density Estimation and Copulas // Water. - 2024. - Vol. 16, No. 11. - Art. 1465. - DOI: 10.3390/w16111465.
Wilby R.L., Darch G. Uncertainty in Hydrologic and Water Resources Modelling // Uncertainty in Climate Change Research / eds. L.O. Mearns, C.E. Forest, H.J. Fowler, R. Lempert, R.L. Wilby. - Cham: Springer, 2025. - DOI: 10.1007/978-3-031-85542-9_9.
Reinecke R., Stein L., Gnann S., Andersson J.C.M., Arheimer B., Bierkens M., Bonetti S., Güntner A., Kollet S., Mishra S., Moosdorf N., Nazari S., Pokhrel Y., Prudhomme C., Schewe J., Shen C., Wagener T. Uncertainties as a Guide for Global Water Model Advancement // Wiley Interdisciplinary Reviews: Water. - 2025. - Vol. 12, No. 3. - Art. e70025. - DOI: 10.1002/wat2.70025.
Wu W., Eamen L., Dandy G., Maier H.R., Razavi S., Kwakkel J., Huang J., Kuczera G. Beyond the traditional paradigm of water resources management: Scenario thinking to address deep uncertainty // Journal of Hydrology. - 2025. - Vol. 661. - Art. 133547. - DOI: 10.1016/j.jhydrol.2025.133547.
Rezazadeh H., Bruckmann L., Fernandes Marques G., Tilmant A. Water Resources Planning Under Deep Uncertainty and Multiple Criteria - An Example in the Senegal River Basin // Water Resources Research. - 2025. - Vol. 61, No. 12. - Art. e2025WR041058. - DOI: 10.1029/2025WR041058.
Lawrence J., Haasnoot M., McKim L., Atapattu D., Campbell G., Stroombergen A. Dynamic Adaptive Policy Pathways (DAPP): From theory to practice // Decision Making under Deep Uncertainty. - Springer, 2019. - P. 187-199. - DOI: 10.1007/978-3-030-05252-2_9.
Allison A.E.F., Lawrence J.H., Stephens S.A., Kwakkel J.H., Singh S.K., Blackett P., Stroombergen A. Planning for wastewater infrastructure adaptation under deep uncertainty // Frontiers in Climate. - 2024. - Vol. 6. - Art. 1355446. - DOI: 10.3389/fclim.2024.1355446.
Comprehensive framework for long-term reservoir management under deep uncertainty // Environmental Modelling & Software. - 2026. - Vol. 195. - Art. 106740. - DOI: 10.1016/j.envsoft.2025.106740.
International Commission for the Protection of the Danube River. Danube River Basin Management Plan - Update 2021 [Электронный ресурс]. - 2021. - URL: https://www.icpdr.org (дата обращения: 17.03.2026).
Wheeler K.G., Jeuland M., Hall J.W., Zagona E., Whittington D. Cooperative filling approaches for the Grand Ethiopian Renaissance Dam // Nature Climate Change. - 2016. - Vol. 6. - P. 867-871. - DOI: 10.1038/nclimate3069.
U.S. Bureau of Reclamation. Colorado River Simulation System (CRSS): Overview and Documentation [Электронный ресурс]. - 2012. - URL: https://www.usbr.gov/lc/region/g4000/crss/ (дата обращения: 17.03.2026).
Christensen N.S., Lettenmaier D.P. A multimodel ensemble approach to assessment of climate change impacts on the hydrology and water resources of the Colorado River Basin // Hydrology and Earth System Sciences. - 2007. - Vol. 11. - P. 1417-1434. - DOI: 10.5194/hess-11-1417-2007
Starodubtsev V., Leman M. New trends in watering the Chu River Delta (Kazakhstan) under climate change // Proceedings of the 5th International Scientific and Practical Conference “New Horizons in Scientific Research: Challenges and Solutions”. – Marseille, France: European Open Science Space, 2025. – P. 69–74. – DOI: DOI 10.70286/EOSS-03.11.2025.002
Toonen W.H.J., Macklin M.G., Dawkes G., Durcan J.A., Leman M., Nikolayev Y., Yegorov A. A hydromorphic reevaluation of the forgotten river civilizations of Central Asia // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. – 2020. – Vol. 117, No. 52. – P. 32982–32988. – DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2009553117
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2026 Max Leman, Айнура Алдиярова, Ерболат Кайпбаев, Айнур Калмашова
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
