Assessment of the spatial structure transformation of catchments on the urban territory using hydrological modelling in GIS on the example of Minsk

Authors

  • Alena P. Aucharova Institute of Nature Management, National Academy of Sciences of Belarus, 10 F. Skaryny Street, Minsk 220076, Belarus
  • Svyatoslav V. Alisievich Institute of Nature Management, National Academy of Sciences of Belarus, 10 F. Skaryny Street, Minsk 220076, Belarus
  • Nadzeya V. Kavalchyk Belarusian State University, 4 Niezaliezhnasci Avenue, Minsk 220030, Belarus

Keywords:

GIS technologies, hydrological modelling, urban area, natural catchment, spatial structure transformation

Abstract

Using a digital elevation model and Arc Hydro hydrological modelling tools in the ArcGIS Desktop (version 10.7) environment, 73 local catchments within the modern boundaries of Minsk were identified. Based on the resulting schematic map, the historical hydrographic network and boundaries of currently existing natural catchments in the city were modelled. Taking into account the data on the formation of rainwater drainage network for urban runoff removal, transformation areas were identified and the catchments boundaries were adjusted. On the territory of Minsk, four directions of catchments transformation were identified. The first direction is associated with the disappearance of the natural catchments and the transfer of the urban runoff draining function to the rainwater drainage network (the share of the area of such catchments is 18.4 %). The second direction is driven by fragmentation of catchments in the city central part due to creation of small rainwater drainage network with independent discharges into the water stream (18.9 % of the city area). The third direction is caused by the catchments enlargement of the main collectors of rainwater drainage network in comparison with the river natural catchments due to the addition of part of the neighbour catchments. The fourth directions is associated with the catchment reduction of the main collectors relative to the river natural catchments as a result of fragmentation and partial drainage of urban runoff to other collectors. The part of city area that have changed their catchment is 17.9 % (59.3 km2).

Author Biographies

  • Alena P. Aucharova, Institute of Nature Management, National Academy of Sciences of Belarus, 10 F. Skaryny Street, Minsk 220076, Belarus

    PhD (geography); senior researcher at the laboratory of geosystems optimisation

  • Svyatoslav V. Alisievich, Institute of Nature Management, National Academy of Sciences of Belarus, 10 F. Skaryny Street, Minsk 220076, Belarus

    junior researcher at the laboratory of geosystems optimisation

  • Nadzeya V. Kavalchyk, Belarusian State University, 4 Niezaliezhnasci Avenue, Minsk 220030, Belarus

    PhD (geography), docent; associate professor at the department of soil science and geographic information systems, faculty of geography and geoinformatics

References

  1. Алексеева ТИ, Белоконь ЛС, Година ЕЗ, редакторы. Урбоэкология. Москва: Наука; 1990. 240 с. (Современные проблемы биосферы).
  2. Курбатова АС. Ландшафтно-экологические основы формирования градостроительных структур. Башкин ВН, редактор. Москва: Маджента; 2004. 400 с.
  3. Хомич ВС, Какарека СВ, Кухарчик ТИ, Кравчук ЛА, Струк МИ, Кадацкая ОВ и др. Городская среда: геоэкологические аспекты. Минск: Беларуская навука; 2013. 301 с.
  4. Овчарова ЕП. Эколого-геохимическая оценка поверхностного стока с городской территории (на примере г. Минска) [диссертация]. Минск: [б. и.]; 2006. 174 с.
  5. Кадацкая ОВ, Санец ЕВ, Овчарова ЕП. Гидрографическая сеть урбанизированных территорий как элемент формирования природного каркаса города. В: Витченко АН, Марцинкевич ГИ, Счастная ИИ, Воробьев ДС, редакторы. Современные проблемы ландшафтоведения и геоэкологии. Материалы VI Международной научной конференции (к 110-летию со дня рождения профессора В. А. Дементьева); 13–16 ноября 2018 г.; Минск, Беларусь. Минск: Белорусский государственный университет; 2018. с. 194–196.
  6. Овчарова ЕП, Санец ЕВ, Бокая ГМ. Малые водные объекты г. Минска: гидрохимическая трансформация и эколого-рекреационная значимость. В: Лукашёв ОВ, Зуй ВИ, Санько АФ, Литвинюк ГИ, Творонович-Севрук ДЛ, Силицкая ОВ, редакторы. Проблемы региональной геологии запада Восточно-Европейской платформы и смежных территорий. Материалы II Международной научной конференции; 16 февраля 2021 г.; Минск, Беларусь. Минск: Белорусский государственный университет; 2021. с. 258–262.
  7. Овчарова ЕП. Этапы формирования водохозяйственной геотехсистемы крупного города (на примере г. Минска). В: Ледащева ТН, Редина ММ, Станис ЕВ, Парахина ЕА, редакторы. Актуальные проблемы экологии и природопользования. Сборник трудов XXV Международной научно-практической конференции; 26–28 апреля 2024 г.; Москва, Россия. Том 2. Москва: Российский университет дружбы народов; 2024. с. 318–322.
  8. Пьянков СВ, Шихов АН. Геоинформационное обеспечение моделирования гидрологических процессов и явлений. Пермь: Пермский государственный национальный исследовательский университет; 2017. 148 с.
  9. Курлович ДМ, Гриб СВ, Ковальчик НВ, Иванов ДВ. Использование ГИС-моделирования для оценки гидрологических процессов. Вестник БГУ. Серия 2, Химия. Биология. География. 2013;2:75–80. EDN: STENMD.
  10. Борщ СВ, Самсонов ТЕ, Симонов ЮА, Львовская ЕА. Визуализация гидрологической обстановки в бассейнах крупных рек средствами ГИС-технологий. Труды Гидрометеорологического научно-исследовательского центра Российской Федерации. 2013;349:47–62. EDN: RDJAJB.
  11. Куракина НИ, Ковчик ВС. Геоинформационная система моделирования гидрологических процессов подтопления территории. Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2020;5:66–73. EDN: YNOHIY.
  12. Клебанович НВ, Киндеев АЛ, Сазонов АА. Обоснование уточнения элементарных бассейнов методом геоинформационного моделирования (на примере р. Синюхи). В: Кольмакова ЕГ, Гагина НВ, Гледко ЮА, Карпиченко АА, Лукашёв ОВ, Матюшевская ЕВ и др., редакторы. Материалы I Белорусского географического конгресса: к 90-летию факультета географии и геоинформатики Белорусского государственного университета и 70-летию Белорусского географического общества; 8–13 апреля 2024 г.; Минск, Беларусь. Часть 1, Современные проблемы гидрометеорологии. Минск: Белорусский государственный университет; 2024. с. 240–244.
  13. Kaur R, Gupta K. Blue-green infrastructure (BGI) network in urban areas for sustainable storm water management: a geospatial approach. City and Environment Interactions. 2022;16:100087. DOI: 10.1016/j.cacint.2022.100087.
  14. Васильева НВ. Антропогенные изменения гидрографической сети в Великом Новгороде. Общество. Среда. Развитие (Terra Humana). 2011;1:215–222. EDN: NTLVLT.
  15. Яшков ИА, Иванов АВ, Шешнёв АС. Анализ пространственно-временных изменений городской естественной и искусственной дренажных сетей по серии карт (на примере Саратова). В: Тикунов ВС, редактор. ИнтерКарто/ИнтерГИС-14. Устойчивое развитие территорий: теория ГИС и практический опыт. Материалы международной конференции; 24 июня – 1 июля 2008 г.; Саратов – Урумчи, Россия – Китай. Том 1. Саратов: [б. и.]; 2008. с. 204–208.
  16. Савич-Шемет ОГ, Томина НМ, Анцух ЮП. Оценка антропогенной преобразованности водосборов малых рек г. Минска. В: Карабанов АК, Бамбалов НН, Березовский НИ, Бровка ГП, Гаврильчик АП, Волчек АА и др., редакторы. Природопользование. Выпуск 18. Минск: Институт природопользования НАН Беларуси; 2010. с. 74–80.
  17. Радчикова ЕС. Исследование истории трансформации гидрографической сети урбанизированных территорий на примере г. Минска. Российский журнал прикладной экологии. 2017;1:44–49. EDN: YOCYVJ.

Downloads

Additional Files

Published

2025-06-11

Issue

No. 1 (2025): Journal of the Belarusian State University. Geography and Geology

Section

Geography

License

Copyright (c) 2025 Journal of the Belarusian State University. Geography and Geology

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

The authors who are published in this journal agree to the following:

  1. The authors retain copyright on the work and provide the journal with the right of first publication of the work on condition of license Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. The authors retain the right to enter into certain contractual agreements relating to the non-exclusive distribution of the published version of the work (e.g. post it on the institutional repository, publication in the book), with the reference to its original publication in this journal.
  3. The authors have the right to post their work on the Internet (e.g. on the institutional store or personal website) prior to and during the review process, conducted by the journal, as this may lead to a productive discussion and a large number of references to this work. (See The Effect of Open Access.)

How to Cite

Assessment of the spatial structure transformation of catchments on the urban territory using hydrological modelling in GIS on the example of Minsk. (2025). Journal of the Belarusian State University. Geography and Geology, 1, 24-34. https://journals.bsu.by/index.php/geography/article/view/6888