Hydrological and meteorological drought and trend analysis in Afghanistan and their implications on transboundary rivers

Abstract

Afghanistan as a landlocked country located within central and southwestern Asia has an arid to semi-arid climate. Most of the people are involved in agricultural activities and major part of the country's gross domestic product depends on agriculture, but the country has the lowest water storage capacity. Consecutive periods of droughts and rapid snowmelt due to climate change have made it more challenging for convenient water resources management practices. Other major concern is transboundary water that flows to downstream countries without any sharing agreement rather than one on the Helmand River. Therefore, this study first aims to investigate the historical hydrological and meteorological drought characteristics across the whole country using Standardized Precipitation Index (SPI) and Reconnaissance Drought Index (RDI) for meteorological drought analysis for a period 1979-2019, and Streamflow Drought Index (SDI) is used for hydrological drought analysis using two different time series (1960-1979 and 2008-2020) from 55 hydro-meteorological stations. Missing streamflow data in four stations across four transboundary River Basins (RBs) of the country is modeled using Remote Sensing (RS) techniques via Landsat satellite imagery time series data from 1988 to 2021, and which is the novelty of this study. Afterwards, trends in streamflow, precipitation and temperature are examined using Mann-Kendall's and Sen's slope statistical tests. A four decadal countrywide drought maps are also generated. Finally, the effects of droughts and trends on transboundary rivers in the country are investigated. Data from (55) ground stations is used for this purpose in this study.

Afganistan, Asya kıtasının orta-güneybatısında bulunan ve yarı-kurak iklime sahip karasal bir ülkedir. Nüfüsunun büyük çoğunluğun tarım ile uğraşmasına ve ülkenin gelirinin çoğunun zirai ürünlerden olmasına rağmen ülkenin su kaynağı kapasitesi düşüktür. İklim değişikliği nedeniyle arda arda kuraklıklar ve ani kar erimeleri su kaynakları yönetimini daha da zor hale sokmuştur. Diğer bir problem, Helmand Nehri dışında, sınır aşan suları ortak kullanan komşu ülkeler arasında bir antlaşmanın olmamasıdır. Bu nedenle, bu çalışmanın ilk amacı, Standart Yağış İndisi (SPI) ve Rekonans Kuraklık İndisi (RDI) ile, 1979-2019 periyodu için, meteorolojik kuraklık ve 55 hidro-meteorolojik istasyondan elde edilen iki farklı zaman serisi (1960-1979) ve 2008-2020) için, Akış Kuraklık İndisi (SDI) ile hidrolojik kuraklık analizlerinin bütün ülke için araştırılması olmuştur. Çalışmanın orijinalliğini, uzaktan algılama (RS) teknikleri ile, Landsat 1988-2021 uydu görüntü zaman serileri ile beraber kullanarak, sınır aşan nehir havzalarındaki dört istasyon için eksik akış verilerinin tamamlanması oluşturmuştur. Daha sonra, Mann-Kendall ve Sen'eğim istatistiksel testlerin kullanılmasıyla akış, yağış ve sıcaklık eğilimleri incelenmiştir. Son kırk yıla ait ülkenin kuraklık haritaları üretilmiştir. Kuraklık ve eğilimlerin sınıraşan nehirler üzerine olan etkileri araştırılmıştır. Ellibeş (55) istasyondan elde edilen veriler bu amaç için kullanılmıştır.