Zarafshan Valley Groundwater Model

Status review · September 2026

Groundwater in the Zarafshan valley

A regional groundwater model between Ravathoji and Khazara: why it was built, what it is built from, what it shows, where it falls short, and what should happen next.

Overview

Five parts

1 Introduction and problem statement
2 Data and methods of the regional modelling approach
3 Results: long-term average and month-by-month
4 Issues, discussion and required improvements
5 Conclusions

Keys: → next slide, C contents, O overview, N notes with sources, L language, P print to PDF.

Summary

Key messages

The valley's groundwater is under growing pressure: a third more people since 2010, rainfall that swings by half between years, and pumping that the register reports at eight times the population-based estimate.

A working regional model exists. It is built from every dataset available, runs in seconds, reproduces the regional water table, and simulates fifteen years month by month.

It is not yet a tuned tool. Forty percent of the observation wells lie in the foothill belt outside the mapped river deposits, and the pumping in the register cannot be placed without a drop in levels that the wells do not show.

The way forward is a settled pumping record, a cleaned set of observation wells, and a linked soil–canal–aquifer approach so that recharge is computed rather than assumed, as already done in the Chu basin.

1 Introduction and problem statement

A valley that lives on one aquifer

Between Ravathoji and Khazara the Zarafshan runs through the most intensively irrigated land of Uzbekistan. Under the fields lies a single shallow aquifer in the river deposits that the canals, the fields, the river and the towns all draw on.

Samarkand, Kattakurgan and Navoi take their drinking water from it. Farmers pump it where canals do not reach. The river gains from it in winter and loses to it in summer.

Decisions on permits, monitoring and new well fields are taken district by district, but the aquifer does not know district boundaries. A regional model is the only way to see the whole system at once.

1 Introduction and problem statement

The study area: 230 km of valley and everything the model must account for

Finding. The model covers the valley floor and terraces, 10 208 km², from the Ravathoji hydroworks to the Khazara gauge. The Zarafshan splits into the Oqdaryo and Qaradaryo branches, feeds the canal systems and the Kattakurgan reservoir, and receives three ungauged tributaries from the north, whose basins lie outside the model.

What it means. Everything the model says is regional: districts and river reaches, not individual wells. The mountain catchments enter only as inflows at the model edge.

Source: OpenStreetMap tiles and canals; SWB outline and grid; tributary basins (hydra-shed); HydroLAKES; inflow points; WorldPop city cells.

1 Introduction and problem statement

Four pressures on the same aquifer

Population growth

A third more people in the model area since 2010. Domestic pumping grows with them, and the towns' well fields sit in the most permeable part of the aquifer.

Climate variability and change

Rainfall over the valley varied between 178 and 471 mm a year in 2010–2024. Warmer summers raise crop demand; the snow-fed river peak is expected to shift earlier.

Unmeasured abstraction

The register lists eight times more drinking and industrial pumping than population norms explain, without well coordinates. Agricultural and unregistered pumping are not measured at all.

River diversion

Two thirds of the river is diverted at Ravathoji before it enters the valley. What is left in the channel sets how much the aquifer can exchange with it.

1 Introduction and problem statement

More people, more pumping

The model area is home to almost five million people. Their number grew by a third between 2010 and 2024, and domestic demand in the model grows in step.

Even the population-based estimate, which is the lower bound, rises from 0.09 to 0.12 km³ a year over the simulation period.

Source: data/population/yearly_pumping_summary.csv (WorldPop 2020 scaled by national growth).

1 Introduction and problem statement

Dry years come in runs

Rain and snow over the valley are the only recharge that does not depend on the canals. Three of the last five years were well below the 2010–2024 mean.

Recharge from rainfall is small in absolute terms, about a tenth of what falls, but the same dry years also cut the river inflow that feeds the canals.

Source: CHIRPS v3 monthly rasters averaged over the model outline (measured in this review); the 10 % share of rain that recharges is the water-balance assumption.

1 Introduction and problem statement

Where the water table is falling

Finding. Of 102 monitoring wells with at least eight years of data, 38 show levels falling by more than 0.1 m a year and only 5 rising. The strongest declines cluster south of Samarkand and in the eastern terraces.

What it means. The median trend is close to zero, so this is not a valley-wide depletion yet. It is a set of local declines that a regional model must be able to attribute to pumping, canal changes or dry years.

Source: data/observations/regional_gw_observations_long.csv, quality-checked values, straight-line trend per well (measured here).

1 Introduction and problem statement

How much is really pumped? Nobody knows precisely

Finding. For the thirteen Samarkand districts with a purpose breakdown, the MMIG register reports 27.5 m³/s of drinking and industrial abstraction; population and per-capita norms explain 3.6 m³/s. The gap sits almost entirely in the three districts with regional well fields.

What it means. Well fields export water by pipe to Navoi and Bukhara and return city water through the sewer collector. Without well coordinates, annual series and export volumes, the model cannot place this pumping, and unregistered farm pumping is not in either number.

Source: data/population/modelled_vs_observed_comparison.csv (MMIG ОТБОР register).

1 Introduction and problem statement

What the model has to answer

How much water reaches the aquifer from canals, fields and rain, and how much leaves through pumping, evaporation and the river?
Where and when does the river gain groundwater, and where does it lose it?
What happens to levels if pumping grows, if a dry decade comes, or if canal losses are reduced?
Which of these answers can be trusted today, and which need more data?

The next three parts follow these questions: the data and methods, the results, and the limits.

2 Data and methods

Everything the model is built from

Finding. Eleven datasets from MMIG, UzHydromet, the Ministry of Water Resources and global satellite products. Groundwater levels cover 2000–2024, river flow 2010–2024, canal records 2014–2022 with reliable flow below the intakes only for 2014–2017.

What it means. Every input is traceable to one of these bars. The short bars are the weak points: the canal record and the single-year population snapshot.

Source: data/README.md and the per-folder READMEs; coverage as recorded there.

2 Data and methods

How water moves through the valley aquifer

Finding. One unconfined aquifer between the land surface and the bedrock. It is fed by canal and field losses, a little rain, the fans of the northern tributaries and groundwater arriving from upstream; it is drained by the river, evaporation from shallow groundwater and crops, and pumping.

What it means. This concept is what the model implements. Two of its elements, the bedrock depth and the foothill margins, are also where the model is weakest, as chapter 4 shows.

Source: Conceptual drawing after the MMIG cross-sections and the model concept; no model result is shown.

2 Data and methods

Five geological zones carry the aquifer properties

Finding. The geological map of the young deposits was traced and transferred to the model grid: recent river deposits along the Zarafshan, two generations of older terrace deposits on both flanks, small patches of the oldest deposits, and bedrock, which is left out.

What it means. Wells drawing from the young deposits and from the older rock beneath them show no systematic difference in water level, so one layer is a sound choice. The zones follow MMIG's field mapping and can be refined with MMIG geologists.

Source: data/model/aquifer_properties.npz zone_grid (measured square counts).

2 Data and methods

How easily water moves and how much the aquifer stores

Finding. How easily water moves through each zone comes from pumping tests in the MMIG well registry, one value per zone: the recent river deposits pass water fastest, the old terraces slowest. How much water each zone can release from storage started from published values.

What it means. These are starting values. Chapter 3 shows which of them the measurements can actually pin down.

Source: data/model/aquifer_properties.npz and aquifer_zone_lookup.json.

2 Data and methods

Where groundwater levels are measured

Finding. 398 wells passed quality control: 148 with monthly time series and 250 with a single measurement. Coverage is dense around Samarkand and along the northern edge, sparse west of Kattakurgan.

What it means. These wells are the yardstick for the model. Where they are sparse the model is weakly checked; where several sit in the same 1 km square they cannot all be matched.

Source: data/observations/calibration_targets_steady_state.csv (MMIG registry, ZRB monitoring wells, UGV time series).

2 Data and methods

Most of the river is diverted before it enters the valley

Finding. The Zarafshan brings 134 m³/s to Ravathoji on average. Transfers to the Jizzakh and Kashkadarya basins take 39 m³/s, the valley canals another 49 m³/s. The river below the intakes carries 46 m³/s, a third of the inflow.

What it means. The model's river starts with that lowest line. Canal water enters the aquifer as recharge through the fields, which is why the loss fractions matter so much.

Source: data/mow/mainstem_sfr_inflow.npz (UzHydromet daily discharge, Ministry of Water canal records 2014–2017, other years by monthly ratios).

2 Data and methods

Three ungauged tributaries from the north

Oqsoy, Tusunsoy and Qorasuv have no gauges. Their flow was estimated from 85 similar basins with gauges, scaled by elevation and checked against a published estimate for Tusunsoy.

They add 4 m³/s on average, mostly in March and April, and enter the model as groundwater inflow along the northern edge because their water seeps into the ground on the fans.

Three ungauged tributaries from the north

Source: data/mow/northern_tributary_inflows.csv.

2 Data and methods

Where the water is used

Finding. Landsat maps for 2016–2020 give the irrigated share of every 1 km square: 3 272 km² inside the model area, concentrated on the valley floor and thinning towards the terraces.

What it means. This share splits recharge and water loss to the air between irrigated and rain-fed land. It is the most decisive single input of the water balance.

Source: data/irrigation/regional_irrigation_fraction.npz; area = sum of the irrigated shares over active squares.

2 Data and methods

What goes in and what is drawn out, every month

Finding. Recharge combines rain seeping into the ground with canal and field losses, weighted by the irrigated share. Water loss to the air combines crop use, evaporation from shallow groundwater and from open reservoirs. Both maps exist for each of the 180 months.

What it means. The fraction of irrigation losses that actually reaches the water table, set at 45 percent, is the key assumption. Chapter 4 argues it should be simulated, not assumed.

Source: data/model/regional_rcha_evt_arrays.npz, long-term average maps, converted from m/d to mm/yr.

2 Data and methods

Where groundwater is pumped in the model

Finding. Domestic and industrial pumping is spread with 100 m population data and Uzbek per-capita norms, 3.4 m³/s in total for the April model. The September candidate instead uses the full register value of 37.8 m³/s, smoothed within districts.

What it means. Neither placement is right: the first is too small, the second puts well-field pumping where the population is rather than where the wells are.

Source: data/population/pumping_mean_annual.npz and population_regional_2024.npz (WorldPop 2020, projected).

2 Data and methods

The valley water balance, and what is left for the aquifer

Finding. Inflows of 8.2 km³ a year against 6.8 km³ of measured or estimated outflows leave 1.4 km³ unaccounted. With the assumed loss fractions, 0.96 km³ of that recharges the aquifer and 0.46 km³ is lost in the soil zone.

What it means. The aquifer's recharge is the one term no gauge measures. It is derived as a remainder, which is why every other term must be as good as the data allow.

Source: data/mow/regional_water_balance_constraints.json. Recharge = 45 % of canal and field losses plus 10 % of precipitation.

2 Data and methods

How the model talks to its surroundings

Finding. The river is computed along 300 channel sections, so its water level responds to inflow and to exchange with the aquifer. Fixed water levels close the two valley ends, 75 reservoir squares exchange water with the aquifer depending on their level, and pumping is applied square by square.

What it means. The northern and southern foothill edges are closed to flow and receive almost no recharge. That choice is revisited in chapter 4.

Source: data/model/regional_model_setup_v2.json (river and fixed-level data), regional_reservoir_mask.npy, regional_wel_data.npz.

2 Data and methods

The model in three dimensions

Finding. Seen as a block with the vertical stretched about 30 times, the model is a thin slab that follows the land surface down the valley: 150 m thick everywhere, 1 300 m above sea level at Ravathoji and 310 m at Khazara, over a length of 230 km.

What it means. The geometry is simple by design: one layer, one thickness. The bedrock depth that would give the slab its true shape is the largest structural unknown.

Source: data/model/regional_model_setup_v2.npz (top, bottom, active area); drawn in model-grid coordinates.

2 Data and methods

From raw data to a working model

Finding. Twenty processing steps in fixed order turn the raw data into model inputs, run the long-term average model with its tests and adjustments, then the month-by-month model, and hand everything over through an open code repository, a viewer and a workshop.

What it means. Every figure in this review was regenerated from those steps on 14 September 2026. MMIG staff can do the same.

Source: the project's documented processing chain.

2 Data and methods

The model in numbers

72 × 223 squares of 1 kmOne layer, 10 208 active squares

180 monthly periodsMonth-by-month simulation 2010–2024

300 river reachesRiver computed along its channel, 40–500 m wide

381 wellsObservation wells with a long-term mean level

17 849 monthly observationsMonthly level observations, 144 wells

< 1 s per long-term runEnables thousands of test runs

Built with MODFLOW 6, the standard open-source groundwater code, and open-source tools throughout.

3 Results

The simulated groundwater surface follows the valley

Finding. With average 2010–2024 inputs the model reproduces the regional gradient from about 900 m near Ravathoji to about 330 m at Khazara, with the flat central plain around Kattakurgan and steeper slopes on the flanks.

What it means. The regional picture is right. The question is how well individual wells are matched, and where not.

Source: data/model/regional_ss_workspace/zrb_regional_ss.hds (run of 2026-09-14).

3 Results

Where the model is too high or too low

Finding. Against 381 wells the untuned model is 7 m too low on average; the typical error at a well is 19 m, and the largest errors push the overall error measure to 30 m. Red dots south of Samarkand are too high; the dark blue cluster on the northern edge is 30 to 60 m too low.

What it means. The pattern is structural: the northern cluster lies outside the mapped river deposits, in the foothill belt the model treats as almost dry.

Source: model water levels at the well squares; wells from calibration_targets_steady_state.csv without the flagged inconsistent wells (measured here).

3 Results

Which assumptions matter for the water levels

Finding. 5 000 combinations of model settings were run, 3 091 of them successfully. Five settings control the fit: how easily water moves through the upper and middle terraces, the evaporation rate from shallow groundwater, recharge from rain, and aquifer thickness. River-bed leakiness, the fixed edge levels, bedrock and channel roughness barely matter.

What it means. Water-level measurements cannot pin down the river settings at all; that needs river-flow data. And no combination brings the typical error below about 15 m.

Source: scratch/lhs_results.csv (test-run sample); influence ranking against the typical error in the young river deposits (measured here).

3 Results

No version beats the April model yet

Finding. The best of 3 091 tested settings brings the typical error down to 16 m, but with levels now too high on average. The set found by automatic tuning software, re-run in the full model, is worse than the April model at 27 m. The September candidate with the full register pumping sits at 25 m.

What it means. Tuning the settings has reached its limit. The remaining error comes from the model's structure and from the observation wells themselves, not from the setting values.

Source: the executed processing steps of 2026-09-14; scratch/lhs_results.csv; scratch/ss_rapid_v1_kdown_sfr_connectivity/scenario_metrics.csv.

3 Results

Step by step towards a more realistic concept

Finding. Five changes to the model concept were stacked on the April model in May 2026: canal intakes taken out of the river, canal and field losses counted in full with shallow drainage channels, a thicker aquifer, and the full register pumping with local return flows. Each step after the first worsened the fit to the wells, and the river outflow at Khazara stayed at 50 to 59 m³/s against an observed 23.

What it means. Two lessons: the excess river flow comes from the fully counted losses that the drainage channels return to the river, and the register pumping cannot be sustained where the model places it.

Source: scratch/ss_rapid_scenarios and scratch/ss_rapid_v1_kdown_sfr_connectivity scenario_metrics.csv (May 2026); observed outflow from the water-balance constraints.

3 Results

Fifteen years month by month

Finding. The month-by-month model runs all 180 months without any part drying out and with a water-accounting error below 0.02 percent. Against 15 491 observations, leaving out the first two years of settling-in, the typical error is 9.5 m. Some wells are matched closely, others are offset by several metres, and one shows the seasonal swing the others lack.

What it means. The model can already say how the regional water table responds to wet and dry years. It cannot yet reproduce the seasonal rhythm of most wells.

Source: data/model/transient_residuals.csv (run of 2026-09-14).

3 Results

The seasonal swing is too small

At 139 wells the simulated yearly rise and fall of the water table is on average a fifth of the observed one. Only a handful of wells swing too much.

Five hundred month-by-month runs traced this to the storage settings: less releasable storage in the river deposits and terraces brings the seasonal rise and fall closer to the observations.

Source: Yearly high minus low per well, averaged over 2012–2024 (measured here from the month-by-month results); 480 of 500 test runs succeeded, best seasonal error 0.23 m against 0.39 m for the starting values.

3 Results

What controls the seasonal rise and fall

Finding. Five hundred month-by-month runs varied the storage and flow settings together; 480 succeeded. How much water the recent river deposits and both terrace generations can release from storage controls the seasonal rise and fall, with a smaller opposite effect from how easily water moves through the middle terraces.

What it means. The published storage values are too high for this valley. Month-by-month data pin down what the long-term average model cannot see, so the next tuning must use both.

Source: scratch/lhs_transient_results.csv; influence ranking against the seasonal rise-and-fall error in the young river deposits (measured here).

3 Results

The river gains groundwater most of the year and loses it at the irrigation peak

Finding. Over the whole river and all fifteen years the aquifer releases about 10 m³/s to the Zarafshan in the gaining months. In June and July, when canal water raises the water table, the direction reverses and the river loses up to 30 m³/s to the aquifer.

What it means. This seasonal reversal is the headline result for management. Its magnitude is uncertain because it is constrained by levels only; the measured river flow at Khazara is the missing check.

Source: data/model/regional_tr_workspace_p2 water accounts, river exchange summed over all sections (run of 2026-09-14; measured here).

4 Issues, discussion and improvements

Where the error sits

Finding. 153 of the 381 observation wells, forty percent, are single-measurement wells in the northern foothill belt outside the mapped river deposits. Their typical error is 20 m too low and their spread the widest of any group. Wells in the river deposits and the terraces are centred near zero.

What it means. The model was built for the valley aquifer. It is being judged, to a large degree, on wells in a different unit that it represents with borrowed properties and no recharge.

Source: candidate well errors joined to calibration_targets_steady_state.csv (map_geology); diagnosis in the project issue log (GAPS.md).

4 Issues, discussion and improvements

What is missing in the data

Pumping

Coordinates and rates of production wells for Samarkand and Navoi; the register has them only for Bukhara
Annual abstraction series 2010–2025 by district; only the 2026 status exists
Piped exports to Navoi and Bukhara and sewer returns
Agricultural and unregistered pumping: no data at all

Aquifer geometry

Bedrock depth: no map; the model uses one uniform thickness
Filter depths give only lower bounds
No pumping-test data for the foothill belt and the oldest deposits

Surface water

Reliable river flow below the Ravathoji intakes only for 2014–2017
Canal deliveries per system, not per field
Khazara river flow used as a yearly average; monthly series needed for checking

Observations

250 of 398 wells have a single measurement
Several wells share one 1 km square with levels differing by up to 74 m
47 wells report levels above land surface: elevations need checking
No soil-moisture or tracer data for the soil between the surface and the water table

4 Issues, discussion and improvements

Four conceptual problems

Pumping placement. The register magnitude is plausible, but placed by population the model lowers water levels around Samarkand by 31 m on average, a cone the observations do not show. Either the fan receives inflow the model lacks, or the effective abstraction over 2010–2024 was lower than the 2026 register, or both.

The foothill edges. The northern and southern margins are closed to flow and receive almost no recharge, yet forty percent of the observation wells sit there. Recharge from the mountain front, a separate zone for the older rock, or a separate treatment of those wells is needed.

Recharge as a prescribed number. Canal and field losses reach the aquifer through a soil layer the model does not represent. The assumption that 45 percent seeps through, the 90/50 split of canal and field losses and the 2 m drainage channels are bookkeeping choices, and the step-by-step tests show they decide both the fit to the wells and the river outflow.

River sections longer than one square. Their leakage is forced through a single square, distorting the exchange locally. The fix is known and must come before any tuning against river flow.

4 Issues, discussion and improvements

Where the open problems sit on the map

Finding. Five places carry the open questions: the Samarkand well fields (1), the northern foothills where 150 wells lie outside the mapped river deposits (2), the Khazara gauge where the model sends twice the measured flow out of the valley (3), the closed southern mountain front (4) and the western edge (5).

What it means. The numbers on the map match the questions on the next slides. Each is a question about the real system, not about the model's settings, and the experts tomorrow can answer them.

Source: regional_ss_workspace heads vs calibration_targets_steady_state.csv (measured here); GAPS.md §5 Iterations 3–5; gate bands config/ss_gate_bands.json.

4 Issues, discussion and improvements

Samarkand: the cone the model predicts, and the wells we know of

Finding. If the register's pumping came from the shallow aquifer, the water table south-west of the city would fall by up to 140 m. The monitoring wells, screened at about 30 m, show no such drop. Half of the production wells the registry lists near Samarkand are screened in older Neogene rock at 90 to 165 m.

What it means. Either the well fields draw on a deeper layer the model does not have, or far less is pumped from the gravels than the register says. The well fields themselves are not in any data we hold; their depths and metered volumes are the first things to ask for.

Source: heads of the May candidate minus its no-pumping control (scratch/ss_rapid_head_scatter_index); wells from data/momigeo/Samarqand_kuzatuv_q_malumotlari.xlsx (registry sample, not the utility well fields).

4 Issues, discussion and improvements

1 The pumping puzzle: what we need to ask about the well fields

The register says the well fields around Samarkand pump about ten times more than the population would explain. Put into the model, that pumping drops the water table under the city by 30 to 140 m; the measured levels show no such drop. Extra inflow from the mountains, higher permeability and leaking pipes do not close the gap. Either the water comes from a deeper layer the model lacks, or far less is taken from the shallow gravels than the register says. The observation wells are only about 30 m deep and may not see a deep well field at all.

How deep are the screens of the main well fields near Samarkand (Chupan-Ata, Dargom terrace, Damkhodja): shallow gravels, a deeper layer, or both?
How much did these well fields actually pump each year from 2010 to 2024? Is the register a licence, a design capacity, or a metered amount?
Where does the water go: how much is piped to Navoi and Bukhara, how much serves Samarkand, how much returns through leaking mains or the Siab collector?
Have levels in the deep production wells fallen over the last fifteen years, and do the shallow monitoring wells nearby show the same trend?
Is there a known groundwater inflow from the mountains south of Samarkand, and does anyone have a figure for it?

The answers decide whether the model needs a second, deeper layer or whether the shallow model is right and the register overstates the pumping.

4 Issues, discussion and improvements

2 Northern foothills: the wells the model cannot place

Finding. 153 wells, forty percent of all we have, sit outside the mapped river deposits on the northern piedmont, most of them tagged Neogene in the registry and many stacked several to one model square. The model treats those squares as gravel with almost no recharge and puts the water table 20 to 100 m too low.

What it means. Something keeps the water high there that the model lacks: inflow from the hills, seepage from the northern canals, or a separate shallow system. The experts can say which. Until then these wells cannot be calibration targets for a valley-gravel model.

Source: aquifer_properties.npz zone_grid; calibration_targets_steady_state.csv (map_geology, registry age); regional_ss_workspace heads; northern tributary wells NB05a.

4 Issues, discussion and improvements

2 Questions about the northern foothills

Are the wells north of the river, in the Neogene foothills, in the same aquifer as the valley gravels, or in a separate, perched system on the piedmont?
What keeps their water levels high: inflow from the hills, springs, old kariz galleries, or seepage from the canals of the northern irrigation zone?
Do these wells rise and fall with the seasons, or hold steady? Steady levels would point to a slow, deep source.
Where do the three northern streams (Oqsoy, Tusunsoy, Qorasuv) actually sink into the ground, and has anyone measured how much of their flow reaches the valley?
Should the piedmont be treated as its own zone with its own permeability, or should these wells be left out when the valley model is tuned?

Numbers refer to the overview map.

4 Issues, discussion and improvements

3 The river: where the model hands groundwater back to it

Finding. Of the 134 m³/s entering at Ravathoji, 39 leave to other basins and the canals take most of the rest, so about 46 stay in the river. The model then lets the aquifer feed the river along most of its length, and the May drains add 30 m³/s more, so 50 to 59 m³/s reach Khazara against a gauged 15 to 28.

What it means. Either far less water returns to the river through the ground than the model assumes, or the river loses water somewhere the model does not know about, or the gauge does not see all of it. Each of these is a question for people who know the river.

Source: regional_ss_workspace cell budget (SFR term per reach, ordered by river_cells chainage); inflow 45.8 m³/s from the April metrics; MoW Khazara 2014–2018.

4 Issues, discussion and improvements

3 Questions about the river and Khazara

In a normal year, how much water leaves the valley past Khazara: the gauge's 15 to 28 m³/s, or more? Is the 2014 to 2018 record complete, and is it typical of 2010 to 2024?
Where is the river known to gain groundwater, and where does it lose water to the ground? Are there gauges on the river between Ravathoji and Khazara?
Are the collector drains gauged where they join the river? How much drainage water reaches the river in a year, and does any of it enter below the Khazara gauge?
Of the 76 m³/s taken for irrigation, how much comes back to the river on the surface, through drains and spillways, rather than through the ground?
Are there other withdrawals from the river between Samarkand and Khazara that we do not have in the records, such as pump stations or small canals?

Numbers refer to the overview map.

4 Issues, discussion and improvements

Irrigation, canals and drains: the recharge nobody has measured

Finding. Two thirds of the valley floor is irrigated. The model assumes that 90 percent of canal losses and half of field losses seep to the aquifer, and that a network of drains two metres deep carries the surplus back to the river. Those three numbers decide both the fit to the wells and the river outflow, and none of them has been measured here.

What it means. One gauged drain, one measured canal loss, or one map of waterlogged land would constrain more than any further model run.

Source: regional_irrigation_fraction.npz (RS crop maps); OSM waterways; May candidate DRN-to-MVR cells; ledger docs/steady_state_water_balance_ledger.md.

4 Issues, discussion and improvements

Questions about canals, fields and drains

How much of the canal water is lost before it reaches the fields, and which of the main canals are lined?
How deep are the collector drains, how dense is the network, and is it still maintained and flowing?
Is drain flow measured anywhere in the valley? Even one gauged collector would tell us how much irrigation water comes back through the ground.
Where is the water table so shallow that fields are waterlogged or salinised, and is there a map of that?
How much groundwater is pumped for irrigation from private wells in the irrigated belt, and is any of it metered?

These questions have no number: they apply to the whole irrigated valley floor.

4 Issues, discussion and improvements

4 5 The edges, the register and the farm wells

4 Southern mountain front. Is there a known underground inflow from the Zarafshan range south of Samarkand, on the Urgut side, and what feeds the springs there?
5 Western edge. After Khazara, does groundwater keep flowing west under the valley floor towards Navoi, or does it all surface? Are there wells or gauges that show it?
The register. What does “отбор” mean in practice: a licence limit, a design capacity, or a measured volume? Can we get the yearly series 2010–2025 and the well-field table (табл. 2) for Samarkand and Navoi?
Farm wells. How many private irrigation wells are there in the valley, how deep are they, and is any of that pumping metered?

Numbers refer to the overview map.

4 Issues, discussion and improvements

The missing link: the soil between canal and aquifer

In this valley the aquifer is fed mainly by irrigation. How much of the diverted water seeps down, how much evaporates and how long it takes to arrive depends on soils, crops, canal lining and the state of the water table. The present model replaces all of that with fixed fractions.

The setting tests and the step-by-step concept tests both point at these fractions as what controls the fit to the wells and the river outflow. No amount of tuning the aquifer settings can compensate for a wrong recharge input.

Simulating the land surface and the canal system explicitly, and letting the aquifer model receive recharge from them, is the natural next stage. This is what was proposed and implemented for the Chu River basin plan.

4 Issues, discussion and improvements

How it was done in the Chu basin: one water cycle, three engines

Finding. In the Chu basin plan the natural hydrology (SWAT+), the managed canal network (TaqSim) and the valley aquifer (MODFLOW 6) are three engines that hand water to each other every day. Water seeping through the soil and canal losses become groundwater recharge; river gains and drain returns flow back to the river.

What it means. The Zarafshan valley has the same anatomy: mountain inflow, a diverted river, canals, irrigated plain and a shallow aquifer. The pattern transfers directly.

Source: Chu River Basin Plan 2027–2031 modelling showcase, hydrosolutions 2026; figure reused unchanged.

4 Issues, discussion and improvements

The Chu water system as one picture: which engine owns what

Finding. Snow and glacier melt, the reservoir, canals and irrigation, pumping, recharge, groundwater flow and the springs that return water to the river, drawn as one block of landscape. The brackets show the reach of each engine and the coupling zone where they hand water to each other.

What it means. Replace the Kyrgyz Ala-Too with the Zarafshan headwaters and the Chu with the Zarafshan, and the picture is the one this valley needs.

Source: Chu River Basin Plan 2027–2031 modelling showcase, hydrosolutions 2026; illustration reused unchanged.

4 Issues, discussion and improvements

How the Chu engines are wired together

Finding. Every transfer between the engines is booked once, with source, receiver and date, and the groundwater account closes to a tiny remainder. The aquifer model receives simulated recharge instead of a prescribed array, and the river receives simulated gains and losses.

What it means. The linking code, the accounting checks and the tuning workflow exist and are documented. Reusing them for the Zarafshan is an engineering task, not new research.

Source: Chu River Basin Plan 2027–2031 modelling showcase, hydrosolutions 2026; figure reused unchanged.

4 Issues, discussion and improvements

Proposed next stage for the Zarafshan

Finding. A land-surface and soil model for the irrigated plain and the mountain catchments, an allocation model of the Ravathoji diversions, canals and reservoirs, and the existing MODFLOW 6 model as the aquifer engine. Recharge, water loss to the air and river exchange become computed exchanges.

What it means. The regional model built so far is not lost: it becomes the groundwater engine of the coupled system. The long-term average work identified exactly the inputs the linked system would replace.

Source: Pattern: the SWAT+ – TaqSim – MODFLOW 6 coupling of the Chu basin plan (hydrosolutions, 2026); engines for the Zarafshan are a proposal, not an implementation.

4 Issues, discussion and improvements

What was agreed with MMIG in Tashkent, May 2026

Finding. The working session fixed five management scenarios and their combinations, the output table each run has to deliver, and two data points on pumping: the population-based estimate is only the drinking and industrial part, and agricultural pumping needs MMIG's own data. It also flagged the systematic bias between simulated and observed levels as the first problem to solve.

What it means. The scenarios are the questions the model must answer; the bias diagnosis in this review is the work that makes the answers trustworthy.

Source: Whiteboard of the Tashkent working session with MMIG, May 2026 (photograph).

4 Issues, discussion and improvements

Five scenarios and their combinations

Each run reports river inflow, river outflow, the piezometric water level from the model and its change against 2024. In the long-term average runs inflow equals outflow; in the month-by-month runs the difference is the change in the water stored in the aquifer.

Scenario	Driver	Change tested
S1	River and climate	River inflow at Ravathoji reduced from 140 to 100 m³/s
S2	Population	Population of about 3 million grows by 20 %; domestic and industrial pumping scale with it
S3	Agriculture	Groundwater pumping for irrigation reduced by 40 m³/s
S4	Climate	Precipitation halved
S5	Climate	Evaporation demand of the air increased by 25 %
S1 + S2	Combined	Less river inflow and more people
S1 + S2 + S3	Combined	Less river inflow, more people, less irrigation pumping

Not yet run: under the project workflow, scenario runs start once the long-term average model passes its readiness check on a cleaned set of observation wells (chapter 4, improvements 1–3).

4 Issues, discussion and improvements

Required improvements, in order

1 Settle the pumping record

Obtain the annual abstraction series 2010–2025 and well-field coordinates from MMIG
Bound the pumping over the model period between the 2010 and 2026 registers
Route well-field exports and city sewage explicitly instead of local return

2 Clean the set of observation wells

One value per model square, weighted by well count and spread
Exclude edge and above-ground wells; separate static from time-series wells
Report all metrics on the cleaned and the full well set

3 Fix the foothill edges and the river

Recharge from the mountain front and a zone for the older rock along the northern edge, or a separate aquifer for those wells
Split river sections at the square boundaries
Check river outflow against monthly Khazara flow

4 Link the soil and canal system

Set up SWAT+ for the plain and the mountain catchments and an allocation model for the canals
Pass recharge and river exchange to the existing groundwater model daily, as in the Chu basin
Only then: joint tuning to levels, seasonal rise and fall, and river flow

5 Conclusions

Conclusions

The Zarafshan valley aquifer is under measurable pressure: more people, unmeasured abstraction and a run of dry years, with falling levels at a third of the monitoring wells.

A regional groundwater model of the valley exists, built from every available dataset, fully reproducible, and already handed over to MMIG with training. It reproduces the regional water table and the seasonal reversal of river–aquifer exchange.

Its accuracy is limited by structure, not by settings: the pumping record, the foothill wells, and above all a recharge that is assumed rather than computed.

The next stage is clear. Settle the pumping record with MMIG, clean the set of observation wells used for tuning, and link the aquifer model to a soil and canal model as in the Chu basin. The five scenarios agreed in Tashkent are then run and reported in the agreed table, and the model becomes a tool for permit and monitoring decisions in the valley.

5 Conclusions

A working platform, ready for its next stage.

hydrosolutions GmbH · Zurich · September 2026

Обзор состояния · сентябрь 2026

Подземные воды долины Зарафшана

Региональная модель подземных вод между Раватходжи и Хазарой: зачем она построена, из чего, что показывает, где не справляется и что делать дальше.

Обзор

Пять частей

1 Введение и постановка проблемы
2 Данные и методы регионального моделирования
3 Результаты: средние многолетние и помесячно
4 Проблемы, обсуждение и необходимые улучшения
5 Выводы

Клавиши: → следующий слайд, C содержание, O обзор, N заметки с источниками, L язык, P печать в PDF.

Резюме

Главное

Подземные воды долины под растущим давлением: на треть больше людей с 2010 г., осадки, меняющиеся вдвое от года к году, и водоотбор, который реестр показывает в восемь раз выше оценки по населению.

Работающая региональная модель существует. Она построена на всех доступных данных, считает за секунды, воспроизводит региональное зеркало грунтовых вод и моделирует пятнадцать лет помесячно.

Это пока не настроенный инструмент. Сорок процентов наблюдательных скважин лежат в предгорной полосе вне закартированных речных отложений, а водоотбор из реестра нельзя разместить без снижения уровней, которого скважины не показывают.

Путь вперёд — уточнённый ряд водоотбора, очищенный набор наблюдательных скважин и связанный подход почва–каналы–горизонт, чтобы питание рассчитывалось, а не задавалось, как уже сделано в бассейне Чу.

1 Введение и постановка проблемы

Долина, живущая одним водоносным горизонтом

Между Раватходжи и Хазарой Зарафшан протекает через наиболее интенсивно орошаемые земли Узбекистана. Под полями лежит один неглубокий горизонт в речных отложениях, из которого черпают каналы, поля, река и города.

Самарканд, Каттакурган и Навои берут из него питьевую воду. Фермеры откачивают его там, куда не доходят каналы. Река зимой получает из него воду, а летом отдаёт.

Решения о разрешениях, мониторинге и новых водозаборах принимаются по районам, но горизонт границ районов не знает. Региональная модель — единственный способ увидеть всю систему целиком.

1 Введение и постановка проблемы

Область исследования: 230 км долины и всё, что должна учитывать модель

Вывод. Модель охватывает дно долины и террасы, 10 208 км², от гидроузла Раватходжи до поста Хазара. Зарафшан делится на рукава Окдарьё и Карадарьё, питает системы каналов и Каттакурганское водохранилище и принимает три северных притока без гидропостов, бассейны которых лежат вне модели.

Что это значит. Всё, что говорит модель, — регионально: районы и участки реки, а не отдельные скважины. Горные водосборы входят только как притоки на границе модели.

Источник: тайлы и каналы OpenStreetMap; контур SWB и сетка; tributary basins (hydra-shed); HydroLAKES; точки притока; квадраты городов WorldPop.

1 Введение и постановка проблемы

Четыре фактора давления на один горизонт

Рост населения

На треть больше людей в области модели с 2010 г. Хозяйственно-питьевой водоотбор растёт вместе с ними, а водозаборы городов расположены в самой проницаемой части горизонта.

Изменчивость и изменение климата

Осадки над долиной в 2010–2024 гг. менялись от 178 до 471 мм в год. Более тёплое лето повышает потребность культур; ожидается сдвиг снегового пика реки на более ранние сроки.

Неучтённый водоотбор

Реестр показывает в восемь раз больше питьевого и промышленного водоотбора, чем объясняют нормы на душу, без координат скважин. Сельскохозяйственный и незарегистрированный водоотбор не измеряется вовсе.

Отвод реки

Две трети реки отводятся у Раватходжи до входа в долину. То, что остаётся в русле, определяет, сколько горизонт может обменивать с ней.

1 Введение и постановка проблемы

Больше людей, больше водоотбора

В области модели живёт почти пять миллионов человек. Их число выросло на треть с 2010 по 2024 г., и хозяйственно-питьевая потребность в модели растёт вместе с ним.

Даже оценка по населению, которая является нижней границей, растёт с 0,09 до 0,12 км³ в год за период расчёта.

Источник: data/population/yearly_pumping_summary.csv (WorldPop 2020 с национальным ростом).

1 Введение и постановка проблемы

Сухие годы идут сериями

Дождь и снег над долиной — единственное питание, не зависящее от каналов. Три из последних пяти лет были заметно ниже среднего 2010–2024 гг.

Питание от осадков невелико в абсолютных величинах, около десятой части выпавшего, но те же сухие годы сокращают и приток реки, питающий каналы.

Источник: месячные растры CHIRPS v3, усреднённые по контуру модели (измерено в этом обзоре); доля осадков 10 %, идущая на питание, — допущение водного баланса.

1 Введение и постановка проблемы

Где падает зеркало грунтовых вод

Вывод. Из 102 наблюдательных скважин с данными не менее 8 лет в 38 уровни падают быстрее 0,1 м в год и лишь в 5 растут. Сильнейшие снижения сосредоточены южнее Самарканда и на восточных террасах.

Что это значит. Медианный тренд близок к нулю, так что это ещё не истощение всей долины. Это набор локальных снижений, которые региональная модель должна уметь связать с водоотбором, изменениями каналов или сухими годами.

Источник: data/observations/regional_gw_observations_long.csv, проверенные значения, линейный тренд по скважине (измерено здесь).

1 Введение и постановка проблемы

Сколько откачивается на самом деле? Точно никто не знает

Вывод. Для тринадцати районов Самаркандской области с разбивкой по назначению реестр MMIG показывает 27,5 м³/с питьевого и промышленного водоотбора; население и нормы на душу объясняют 3,6 м³/с. Разрыв почти целиком приходится на три района с региональными водозаборами.

Что это значит. Водозаборы экспортируют воду по водоводам в Навои и Бухару и возвращают городскую воду через коллектор. Без координат скважин, годовых рядов и объёмов экспорта модель не может разместить этот водоотбор, а незарегистрированный фермерский водоотбор не входит ни в одно из чисел.

Источник: data/population/modelled_vs_observed_comparison.csv (реестр MMIG ОТБОР).

1 Введение и постановка проблемы

На что должна отвечать модель

Сколько воды поступает в горизонт из каналов, полей и осадков и сколько уходит через водоотбор, испарение и реку?
Где и когда река получает подземные воды, а где теряет?
Что произойдёт с уровнями при росте водоотбора, при сухом десятилетии или при сокращении потерь каналов?
Каким из этих ответов можно доверять уже сегодня, а какие требуют новых данных?

Следующие три части следуют этим вопросам: данные и методы, результаты, пределы.

2 Данные и методы

Всё, из чего построена модель

Вывод. Одиннадцать наборов данных от MMIG, Узгидромета, Минводхоза и глобальных спутниковых продуктов. Уровни подземных вод охватывают 2000–2024 гг., сток реки 2010–2024, данные по каналам 2014–2022, надёжный сток ниже водозаборов только за 2014–2017 гг.

Что это значит. Каждый вход прослеживается до одной из этих полос. Короткие полосы — слабые места: ряд по каналам и единичный снимок населения.

Источник: data/README.md и README по папкам; охват по их записям.

2 Данные и методы

Как вода движется через горизонт долины

Вывод. Один горизонт между поверхностью и коренными породами. Его питают потери каналов и полей, немного осадков, конусы северных притоков и подземные воды, приходящие сверху по долине; дренируют река, испарение с неглубоких грунтовых вод и культур, водоотбор.

Что это значит. Эту концепцию и реализует модель. Два её элемента — глубина коренных пород и предгорные края — одновременно её самые слабые места, как показывает глава 4.

Источник: Концептуальный рисунок по разрезам MMIG и концепции модели; результаты модели не показаны.

2 Данные и методы

Пять геологических зон задают свойства горизонта

Вывод. Карта молодых отложений оцифрована и перенесена на сетку модели: современные речные отложения вдоль Зарафшана, два поколения более старых террасовых отложений по обоим бортам, небольшие пятна самых старых отложений и коренные породы, которые исключены.

Что это значит. Скважины, берущие воду из молодых отложений и из более старых пород под ними, не показывают систематической разницы уровней, поэтому один слой — обоснованный выбор. Зоны следуют полевому картированию MMIG и могут уточняться с геологами MMIG.

Источник: data/model/aquifer_properties.npz zone_grid (измеренное число квадратов).

2 Данные и методы

Как легко движется вода и сколько горизонт хранит

Вывод. То, насколько легко вода проходит через каждую зону, получено по откачкам из реестра скважин MMIG, одно значение на зону: современные речные отложения пропускают воду быстрее всего, старые террасы — медленнее. Сколько воды каждая зона может отдать из запаса, взято из опубликованных значений.

Что это значит. Это стартовые значения. Глава 3 показывает, какие из них измерения реально способны определить.

Источник: data/model/aquifer_properties.npz и aquifer_zone_lookup.json.

2 Данные и методы

Где измеряются уровни подземных вод

Вывод. 398 скважин прошли контроль качества: 148 с месячными рядами и 250 с единичным замером. Покрытие густое вокруг Самарканда и вдоль северного края, редкое западнее Каттакургана.

Что это значит. Эти скважины — мерило для модели. Там, где их мало, модель слабо проверена; там, где несколько попадают в один квадрат 1 км, все их совместить нельзя.

Источник: data/observations/calibration_targets_steady_state.csv (реестр MMIG, скважины ZRB, ряды УГВ).

2 Данные и методы

Большая часть реки отводится до входа в долину

Вывод. Зарафшан приносит к Раватходжи в среднем 134 м³/с. Переброска в бассейны Джизака и Кашкадарьи забирает 39 м³/с, каналы долины — ещё 49 м³/с. Река ниже водозаборов несёт 46 м³/с, треть притока.

Что это значит. Река модели начинается с этой нижней линии. Вода каналов поступает в горизонт как питание через поля, поэтому доли потерь так важны.

Источник: data/mow/mainstem_sfr_inflow.npz (суточный расход Узгидромета, данные Минводхоза 2014–2017, остальные годы по месячным соотношениям).

2 Данные и методы

Три северных притока без гидропостов

Оксой, Тусунсой и Карасу не имеют гидропостов. Их сток оценён по 85 похожим бассейнам с гидропостами с учётом высоты и проверен по опубликованной оценке для Тусунсоя.

Они добавляют в среднем 4 м³/с, в основном в марте и апреле, и входят в модель как подземный приток вдоль северного края, поскольку их вода уходит в грунт на конусах.

Источник: data/mow/northern_tributary_inflows.csv.

2 Данные и методы

Где используется вода

Вывод. Карты Landsat за 2016–2020 гг. дают долю орошения каждого квадрата 1 км: 3 272 км² в области модели, сосредоточенных на дне долины и редеющих к террасам.

Что это значит. Эта доля делит питание и потери воды в воздух между орошаемыми и богарными землями. Это самый решающий отдельный вход водного баланса.

Источник: data/irrigation/regional_irrigation_fraction.npz; площадь = сумма долей по активным квадратам.

2 Данные и методы

Что поступает и что забирается, каждый месяц

Вывод. Питание объединяет просачивание осадков с потерями каналов и полей, взвешенными по доле орошения. Потери в воздух объединяют потребление культур, испарение с неглубоких грунтовых вод и с открытых водохранилищ. Обе карты существуют для каждого из 180 месяцев.

Что это значит. Доля потерь орошения, реально достигающая зеркала грунтовых вод, принятая в 45 процентов, — ключевое допущение. Глава 4 доказывает, что её нужно рассчитывать, а не задавать.

Источник: data/model/regional_rcha_evt_arrays.npz, карты средних условий, пересчёт из м/сут в мм/год.

2 Данные и методы

Где в модели откачиваются подземные воды

Вывод. Хозяйственно-питьевой и промышленный водоотбор распределён по данным о населении с шагом 100 м и узбекским нормам на душу, всего 3,4 м³/с в апрельской модели. Сентябрьский кандидат вместо этого использует полное значение реестра 37,8 м³/с, сглаженное внутри районов.

Что это значит. Ни одно размещение не верно: первое слишком мало, второе ставит водоотбор водозаборов туда, где население, а не туда, где скважины.

Источник: data/population/pumping_mean_annual.npz и population_regional_2024.npz (WorldPop 2020 с проекцией).

2 Данные и методы

Водный баланс долины и что остаётся горизонту

Вывод. Приход 8,2 км³ в год против 6,8 км³ измеренных или оценённых расходов оставляет 1,4 км³ неучтёнными. При принятых долях потерь 0,96 км³ из них питают горизонт, а 0,46 км³ теряется в зоне аэрации.

Что это значит. Питание горизонта — единственный член, который не измеряет ни один пост. Он выводится как остаток, поэтому каждый другой член должен быть настолько точен, насколько позволяют данные.

Источник: data/mow/regional_water_balance_constraints.json. Питание = 45 % потерь каналов и полей плюс 10 % осадков.

2 Данные и методы

Как модель связана с окружением

Вывод. Река рассчитывается по 300 участкам русла, так что её уровень реагирует на приток и на обмен с горизонтом. Фиксированные уровни замыкают оба конца долины, 75 квадратов водохранилищ обмениваются водой с горизонтом в зависимости от уровня, водоотбор задан по квадратам.

Что это значит. Северный и южный предгорные края закрыты для потока и почти не получают питания. Этот выбор пересматривается в главе 4.

Источник: data/model/regional_model_setup_v2.json (river and fixed-level data), regional_reservoir_mask.npy, regional_wel_data.npz.

2 Данные и методы

Модель в трёх измерениях

Вывод. Как блок с растянутой примерно в 30 раз вертикалью модель — тонкая плита, повторяющая поверхность вниз по долине: мощность 150 м везде, 1 300 м над уровнем моря у Раватходжи и 310 м у Хазары при длине 230 км.

Что это значит. Геометрия проста по замыслу: один слой, одна мощность. Глубина коренных пород, которая придала бы плите истинную форму, — крупнейшая структурная неопределённость.

Источник: data/model/regional_model_setup_v2.npz (кровля, подошва, активная область); в координатах сетки модели.

2 Данные и методы

От исходных данных к работающей модели

Вывод. Двадцать шагов обработки в фиксированном порядке превращают исходные данные во входы модели, запускают модель средних многолетних условий с её проверками и настройкой, затем помесячную модель, и передают всё через открытый репозиторий кода, просмотрщик и семинар.

Что это значит. Каждый рисунок этого обзора был заново получен из этих шагов 14 сентября 2026 г. Сотрудники MMIG могут сделать то же.

Источник: документированная цепочка обработки проекта.

2 Данные и методы

Модель в цифрах

72 × 223 квадратов по 1 кмОдин слой, 10 208 активных квадратов

180 месячных периодовПомесячный расчёт 2010–2024

300 участков рекиРека рассчитывается вдоль русла, ширина 40–500 м

381 скважинНаблюдательные скважины со средним многолетним уровнем

17 849 месячных наблюденийМесячные наблюдения уровней, 144 скважины

< 1 s на расчёт средних условийПозволяет тысячи тестовых запусков

Построена на MODFLOW 6, стандартной открытой программе для подземных вод, и на открытых инструментах.

3 Результаты

Расчётная поверхность подземных вод повторяет долину

Вывод. При средних входах 2010–2024 гг. модель воспроизводит региональный уклон примерно от 900 м у Раватходжи до примерно 330 м у Хазары с плоской центральной равниной у Каттакургана и более крутыми склонами по бортам.

Что это значит. Региональная картина верна. Вопрос — насколько точно совпадают отдельные скважины и где нет.

Источник: data/model/regional_ss_workspace/zrb_regional_ss.hds (расчёт от 14.09.2026).

3 Результаты

Где модель завышает или занижает

Вывод. По 381 скважине ненастроенная модель в среднем занижает уровни на 7 м; типичная ошибка по скважине 19 м, а из-за крупных ошибок общий показатель достигает 30 м. Красные точки южнее Самарканда завышены; тёмно-синий кластер на северном краю занижен на 30–60 м.

Что это значит. Картина структурна: северный кластер лежит вне закартированных речных отложений, в предгорной полосе, которую модель считает почти сухой.

Источник: уровни модели в квадратах скважин; скважины из calibration_targets_steady_state.csv без помеченных несогласующихся скважин (измерено здесь).

3 Результаты

Какие допущения важны для уровней

Вывод. Выполнено 5 000 сочетаний настроек модели, 3 091 из них успешно. Соответствием управляют пять настроек: насколько легко вода проходит через верхние и средние террасы, интенсивность испарения с неглубоких грунтовых вод, питание от осадков и мощность горизонта. Проницаемость дна реки, фиксированные уровни на краях, коренные породы и шероховатость русла почти не важны.

Что это значит. Наблюдения уровней вообще не могут определить настройки реки; для этого нужны данные о расходах. И ни одна комбинация не снижает среднюю абсолютную ошибку ниже примерно 15 м.

Источник: scratch/lhs_results.csv (выборка пробных запусков); ранжирование влияния по типичной ошибке в молодых речных отложениях (измерено здесь).

3 Результаты

Ни одна версия пока не превосходит апрельскую модель

Вывод. Лучший из 3 091 проверенных наборов настроек снижает типичную ошибку до 16 м, но уровни становятся в среднем завышенными. Набор, найденный программой автоматической настройки, при пересчёте в полной модели хуже апрельской модели — 27 м. Сентябрьский кандидат с полным водоотбором реестра — 25 м.

Что это значит. Подбор настроек достиг предела. Оставшаяся ошибка идёт от структуры модели и самих наблюдательных скважин, а не от значений настроек.

Источник: выполненные шаги обработки от 14.09.2026; scratch/lhs_results.csv; scratch/ss_rapid_v1_kdown_sfr_connectivity/scenario_metrics.csv.

3 Результаты

Шаг за шагом к более реалистичной концепции

Вывод. В мае 2026 г. на апрельскую модель последовательно наложены пять изменений концепции: водозаборы каналов вычтены из реки, потери каналов и полей учтены полностью с мелкими дренажными каналами, более мощный горизонт и полный водоотбор реестра с локальным возвратом. Каждый шаг после первого ухудшал соответствие скважинам, а сток у Хазары оставался 50–59 м³/с против наблюдённых 23.

Что это значит. Два урока: избыток стока идёт от полностью учтённых потерь, которые дренажные каналы возвращают в реку, а водоотбор реестра нельзя обеспечить там, где модель его размещает.

Источник: scenario_metrics.csv в scratch/ss_rapid_scenarios и scratch/ss_rapid_v1_kdown_sfr_connectivity (май 2026); наблюдённый сток из ограничений водного баланса.

3 Результаты

Пятнадцать лет помесячно

Вывод. Помесячная модель проходит все 180 месяцев без осушения какой-либо части и с ошибкой учёта воды ниже 0,02 процента. По 15 491 наблюдению, без первых двух лет установления, типичная ошибка 9,5 м. Одни скважины совпадают близко, другие смещены на несколько метров, а одна показывает сезонный размах, которого нет у остальных.

Что это значит. Модель уже может сказать, как региональное зеркало грунтовых вод реагирует на влажные и сухие годы. Сезонный ритм большинства скважин она пока не воспроизводит.

Источник: data/model/transient_residuals.csv (расчёт от 14.09.2026).

3 Результаты

Сезонный размах занижен

По 139 скважинам расчётный годовой подъём и спад зеркала в среднем составляет пятую часть наблюдённого. Лишь несколько скважин колеблются слишком сильно.

Пятьсот помесячных запусков связали это с настройками запаса: меньшая отдача воды из запаса речных отложений и террас приближает сезонный подъём и спад к наблюдениям.

Источник: Годовой максимум минус минимум по скважине, усреднённый за 2012–2024 гг. (измерено здесь по помесячным результатам); успешны 480 из 500 пробных запусков, лучшая сезонная ошибка 0,23 м против 0,39 м при исходных значениях.

3 Результаты

Что управляет сезонным подъёмом и спадом

Вывод. Пятьсот помесячных запусков варьировали настройки запаса и потока вместе; успешны 480. Сезонным подъёмом и спадом управляет то, сколько воды могут отдать из запаса современные речные отложения и оба поколения террас, с меньшим обратным влиянием проницаемости средних террас.

Что это значит. Опубликованные значения запаса завышены для этой долины. Помесячные данные определяют то, чего не видит модель средних условий, поэтому следующая настройка должна использовать оба набора.

Источник: scratch/lhs_transient_results.csv; ранжирование влияния по ошибке сезонного подъёма и спада в молодых речных отложениях (измерено здесь).

3 Результаты

Река получает подземные воды большую часть года и теряет их в пик орошения

Вывод. По всей реке и всем пятнадцати годам горизонт отдаёт в Зарафшан около 10 м³/с в месяцы, когда река получает воду. В июне и июле, когда вода каналов поднимает зеркало, направление меняется, и река теряет в горизонт до 30 м³/с.

Что это значит. Это сезонное обращение — главный результат для управления. Его величина неопределённа, поскольку ограничена только уровнями; наблюдённый измеренный сток у Хазары — недостающая проверка.

Источник: учёт воды data/model/regional_tr_workspace_p2, обмен с рекой по всем участкам (расчёт от 14.09.2026; измерено здесь).

4 Проблемы, обсуждение и улучшения

Где сидит ошибка

Вывод. 153 из 381 наблюдательной скважины, сорок процентов, — скважины с единичным замером в северной предгорной полосе вне закартированных речных отложений. Их типичная ошибка — занижение на 20 м, а разброс самый широкий из всех групп. Скважины в речных отложениях и на террасах центрированы около нуля.

Что это значит. Модель строилась для горизонта долины. Её же в значительной мере оценивают по скважинам в другой толще, которую она описывает заимствованными свойствами и без питания.

Источник: ошибки по скважинам кандидата, соединённые с calibration_targets_steady_state.csv (map_geology); диагноз — в журнале вопросов проекта (GAPS.md).

4 Проблемы, обсуждение и улучшения

Чего не хватает в данных

Водоотбор

Координаты и дебиты эксплуатационных скважин Самарканда и Навои; в реестре они есть только для Бухары
Годовые ряды водоотбора 2010–2025 по районам; есть только состояние 2026 г.
Экспорт по водоводам в Навои и Бухару и возвраты через коллектор
Сельскохозяйственный и незарегистрированный водоотбор: данных нет вовсе

Геометрия горизонта

Глубина коренных пород: карты нет; модель использует одну мощность
Глубины фильтров дают только нижние оценки
Нет данных откачек для предгорной полосы и самых старых отложений

Поверхностные воды

Надёжный сток ниже водозаборов Раватходжи только за 2014–2017 гг.
Подача каналов по системам, а не по полям
Сток у Хазары используется как годовое среднее; для проверки нужны месячные ряды

Наблюдения

250 из 398 скважин имеют единичный замер
Несколько скважин делят один квадрат 1 км с разницей уровней до 74 м
47 скважин показывают уровни выше поверхности: нужна проверка отметок
Нет данных о влажности почв или трассеров для слоя между поверхностью и зеркалом грунтовых вод

4 Проблемы, обсуждение и улучшения

Четыре концептуальные проблемы

Размещение водоотбора. Величина реестра правдоподобна, но, размещённый по населению, водоотбор понижает уровни вокруг Самарканда в среднем на 31 м — воронка, которой нет в наблюдениях. Либо конус получает приток, отсутствующий в модели, либо фактический водоотбор за 2010–2024 гг. был ниже реестра 2026 г., либо и то и другое.

Предгорные края. Северный и южный края закрыты для потока и почти не получают питания, а сорок процентов наблюдательных скважин лежат именно там. Нужны питание с горного фронта, отдельная зона для более старых пород или отдельный подход к этим скважинам.

Питание как заданное число. Потери каналов и полей достигают горизонта через слой почвы, который модель не описывает. Допущение, что просачивается 45 процентов, разделение потерь каналов и полей 90/50 и дренажные каналы на 2 м — учётные допущения, и пошаговые проверки показывают, что именно они определяют и соответствие скважинам, и сток реки.

Участки реки длиннее одного квадрата. Их утечка проходит через один квадрат, локально искажая обмен. Исправление известно и должно предшествовать любой настройке по стоку реки.

4 Проблемы, обсуждение и улучшения

Где на карте находятся открытые проблемы

Вывод. Открытые вопросы сосредоточены в пяти местах: водозаборы Самарканда (1), северные предгорья, где 150 скважин лежат вне закартированных речных отложений (2), пост Хазара, где модель отдаёт из долины вдвое больше измеренного стока (3), закрытый южный горный фронт (4) и западный край (5).

Что это значит. Номера на карте соответствуют вопросам на следующих слайдах. Каждый из них — вопрос о реальной системе, а не о настройках модели, и эксперты могут на них ответить.

Источник: уровни regional_ss_workspace и calibration_targets_steady_state.csv (измерено здесь); GAPS.md §5, итерации 3–5; полосы config/ss_gate_bands.json.

4 Проблемы, обсуждение и улучшения

Самарканд: воронка по модели и известные нам скважины

Вывод. Если бы реестровый водоотбор шёл из неглубокого горизонта, уровень к юго-западу от города упал бы до 140 м. Наблюдательные скважины с фильтрами около 30 м такого падения не показывают. Половина известных реестру эксплуатационных скважин у Самарканда имеет фильтры в неогене на глубине 90–165 м.

Что это значит. Либо водозаборы берут воду из более глубокого слоя, которого нет в модели, либо из галечников откачивается гораздо меньше, чем указано в реестре. Самих водозаборов нет ни в одних наших данных; их глубины и измеренные объёмы — первое, о чём нужно спросить.

Источник: уровни майской модели минус контроль без водоотбора (scratch/ss_rapid_head_scatter_index); скважины из data/momigeo/Samarqand_kuzatuv_q_malumotlari.xlsx (выборка реестра, не водозаборы водоканала).

4 Проблемы, обсуждение и улучшения

1 Загадка водоотбора: что нужно спросить о водозаборах

По реестру водозаборы вокруг Самарканда откачивают примерно в десять раз больше, чем можно объяснить числом жителей. В модели такой водоотбор опускает зеркало грунтовых вод под городом на 30–140 м; в измеренных уровнях такого падения нет. Приток с гор, более высокая проницаемость и утечки из труб разрыв не закрывают. Либо вода берётся из более глубокого горизонта, которого в модели нет, либо из неглубоких галечников откачивается гораздо меньше, чем указано в реестре. Наблюдательные скважины имеют глубину лишь около 30 м и могут не «видеть» глубокий водозабор.

На какой глубине фильтры основных водозаборов у Самарканда (Чупан-Ата, Даргомская терраса, Дамходжа): неглубокие галечники, более глубокий горизонт или оба?
Сколько эти водозаборы фактически откачивали каждый год с 2010 по 2024 г.? Реестр — это лимит, проектная мощность или измеренный объём?
Куда уходит вода: сколько подаётся по водоводам в Навои и Бухару, сколько потребляет Самарканд, сколько возвращается через утечки сетей или коллектор Сиаб?
Понизились ли уровни в глубоких эксплуатационных скважинах за последние пятнадцать лет, и показывают ли соседние неглубокие наблюдательные скважины ту же тенденцию?
Известен ли приток подземных вод с гор к югу от Самарканда, и есть ли у кого-нибудь его оценка?

Ответы определят, нужен ли модели второй, более глубокий слой, или же неглубокая модель верна, а реестр завышает водоотбор.

4 Проблемы, обсуждение и улучшения

2 Северные предгорья: скважины, которые модель не может разместить

Вывод. 153 скважины, сорок процентов всех имеющихся, лежат вне закартированных речных отложений на северном предгорье; большинство помечены в реестре как неоген, многие стоят по нескольку в одном квадрате модели. Модель считает эти квадраты галечником почти без питания и занижает уровень на 20–100 м.

Что это значит. Что-то удерживает там воду высоко, чего в модели нет: приток с холмов, фильтрация из северных каналов или отдельная неглубокая система. Эксперты могут сказать, что именно. До этого эти скважины не могут служить точками калибровки для модели галечников долины.

Источник: aquifer_properties.npz zone_grid; calibration_targets_steady_state.csv (map_geology, возраст по реестру); уровни regional_ss_workspace; скважины северных притоков NB05a.

4 Проблемы, обсуждение и улучшения

2 Вопросы о северных предгорьях

Скважины к северу от реки, в неогеновых предгорьях, — это тот же горизонт, что и галечники долины, или отдельная подвешенная система на предгорье?
Что держит их уровни высокими: приток с холмов, родники, старые кяризы или фильтрация из каналов северной зоны орошения?
Колеблются ли уровни в этих скважинах по сезонам или держатся ровно? Ровные уровни указывали бы на медленный глубокий источник.
Где именно три северных сая (Оксой, Тусунсой, Карасу) уходят в грунт, и измерял ли кто-нибудь, какая часть их стока доходит до долины?
Следует ли выделить предгорье в отдельную зону со своей проницаемостью или исключить эти скважины при настройке модели долины?

Номера соответствуют обзорной карте.

4 Проблемы, обсуждение и улучшения

3 Река: где модель возвращает ей подземные воды

Вывод. Из 134 м³/с, входящих у Раватходжи, 39 уходят в другие бассейны, а каналы забирают большую часть остального, так что в реке остаётся около 46. Далее модель позволяет горизонту питать реку почти на всём протяжении, а майские дрены добавляют ещё 30 м³/с, и до Хазары доходит 50–59 м³/с против 15–28 по посту.

Что это значит. Либо через грунт в реку возвращается гораздо меньше воды, чем принимает модель, либо река где-то теряет воду, о чём модель не знает, либо пост не видит весь сток. Каждый из этих вариантов — вопрос к тем, кто знает реку.

Источник: бюджет ячеек regional_ss_workspace (SFR по участкам в порядке river_cells); входной расход 45,8 м³/с из апрельских метрик; пост Хазара МВХ 2014–2018.

4 Проблемы, обсуждение и улучшения

3 Вопросы о реке и Хазаре

Сколько воды в обычный год уходит из долины через Хазару: 15–28 м³/с по посту или больше? Полон ли ряд 2014–2018 гг., и типичен ли он для 2010–2024 гг.?
Где река заведомо получает подземные воды, а где теряет воду в грунт? Есть ли посты на реке между Раватходжи и Хазарой?
Измеряется ли сток коллекторов на впадении в реку? Сколько дренажной воды за год попадает в реку, и попадает ли часть ниже поста Хазара?
Из 76 м³/с, отбираемых на орошение, сколько возвращается в реку по поверхности — через дрены и сбросы, а не через грунт?
Есть ли между Самаркандом и Хазарой другие водозаборы из реки, которых нет в наших данных, например насосные станции или малые каналы?

Номера соответствуют обзорной карте.

4 Проблемы, обсуждение и улучшения

Орошение, каналы и дрены: питание, которое никто не измерял

Вывод. Две трети днища долины орошаются. Модель принимает, что 90 процентов потерь каналов и половина потерь полей просачиваются в горизонт, а сеть дрен глубиной два метра возвращает излишек в реку. Эти три числа определяют и соответствие скважинам, и сток реки, и ни одно из них здесь не измерялось.

Что это значит. Одна измеренная дрена, одна измеренная потеря канала или одна карта подтопленных земель дали бы больше, чем любой новый расчёт модели.

Источник: regional_irrigation_fraction.npz (карты культур по ДЗЗ); водотоки OSM; ячейки DRN-to-MVR майской модели; реестр docs/steady_state_water_balance_ledger.md.

4 Проблемы, обсуждение и улучшения

Вопросы о каналах, полях и дренах

Какая часть воды каналов теряется до полей, и какие из магистральных каналов облицованы?
Какова глубина коллекторных дрен, насколько густа сеть, и поддерживается ли она в рабочем состоянии?
Измеряется ли где-нибудь в долине сток дрен? Даже один измеренный коллектор показал бы, сколько поливной воды возвращается через грунт.
Где уровень грунтовых вод так близок к поверхности, что поля подтоплены или засолены, и есть ли карта таких земель?
Сколько подземных вод откачивается на орошение из частных скважин в орошаемой полосе, и измеряется ли хоть часть?

Эти вопросы без номера: они относятся ко всему орошаемому днищу долины.

4 Проблемы, обсуждение и улучшения

4 5 Края, реестр и фермерские скважины

4 Южный горный фронт. Известен ли подземный приток с Зарафшанского хребта к югу от Самарканда, со стороны Ургута, и что питает тамошние родники?
5 Западный край. Уходят ли подземные воды после Хазары дальше на запад под днищем долины к Навои или полностью выходят на поверхность? Есть ли скважины или посты, которые это показывают?
Реестр. Что на практике означает «отбор»: лимит, проектная мощность или измеренный объём? Можно ли получить годовые ряды 2010–2025 гг. и таблицу водозаборов (табл. 2) по Самарканду и Навои?
Фермерские скважины. Сколько в долине частных оросительных скважин, какой они глубины и измеряется ли хоть часть этого водоотбора?

Номера соответствуют обзорной карте.

4 Проблемы, обсуждение и улучшения

Недостающее звено: почва между каналом и горизонтом

В этой долине горизонт питается в основном орошением. Сколько отведённой воды просачивается вниз, сколько испаряется и как быстро доходит, зависит от почв, культур, облицовки каналов и положения зеркала. Нынешняя модель заменяет всё это фиксированными долями.

Проверки настроек и пошаговые проверки концепции указывают на эти доли как на то, что управляет соответствием скважинам и стоком реки. Никакая настройка свойств горизонта не компенсирует неверный вход питания.

Явное моделирование поверхности и системы каналов с передачей питания модели горизонта — естественный следующий этап. Именно это предложено и реализовано для бассейнового плана реки Чу.

4 Проблемы, обсуждение и улучшения

Как это сделано в бассейне Чу: один водный цикл, три модели

Вывод. В бассейновом плане Чу естественная гидрология (SWAT+), управляемая сеть каналов (TaqSim) и горизонт долины (MODFLOW 6) — три модели, ежедневно передающие воду друг другу. Просачивание через почву и потери каналов становятся питанием; разгрузка в реку и возвраты дрен возвращаются в реку.

Что это значит. У долины Зарафшана та же анатомия: горный приток, отводимая река, каналы, орошаемая равнина и неглубокий горизонт. Схема переносится напрямую.

Источник: Презентация моделирования бассейнового плана реки Чу 2027–2031, hydrosolutions 2026; рисунок использован без изменений.

4 Проблемы, обсуждение и улучшения

Водная система Чу одной картиной: какая модель за что отвечает

Вывод. Таяние снега и ледников, водохранилище, каналы и орошение, водоотбор, питание, поток подземных вод и родники, возвращающие воду в реку, нарисованы как один блок ландшафта. Скобки показывают охват каждой модели и зону связки, где они передают воду друг другу.

Что это значит. Замените Кыргызский Ала-Тоо на верховья Зарафшана, а Чу — на Зарафшан, и это будет именно та картина, которая нужна этой долине.

Источник: Презентация моделирования бассейнового плана реки Чу 2027–2031, hydrosolutions 2026; иллюстрация использована без изменений.

4 Проблемы, обсуждение и улучшения

Как связаны модели бассейна Чу

Вывод. Каждая передача между моделями учитывается один раз, с источником, получателем и датой, а учёт подземных вод сходится с ничтожным остатком. Модель горизонта получает расчётное питание вместо заданного массива, а река — расчётные притоки и потери.

Что это значит. Код связки, проверки учёта и порядок настройки существуют и задокументированы. Их повторное использование для Зарафшана — инженерная задача, а не новое исследование.

4 Проблемы, обсуждение и улучшения

Предлагаемый следующий этап для Зарафшана

Вывод. Модель поверхности и почвы для орошаемой равнины и горных водосборов, модель распределения отводов Раватходжи, каналов и водохранилищ и существующая модель MODFLOW 6 как модель горизонта. Питание, потери в воздух и обмен с рекой становятся расчётным обменом.

Что это значит. Построенная региональная модель не пропадает: она становится подземной моделью связанной системы. Работа над моделью средних условий выявила ровно те входы, которые заменит связка.

Источник: Образец: связка SWAT+ – TaqSim – MODFLOW 6 бассейнового плана Чу (hydrosolutions, 2026); модели для Зарафшана — предложение, а не реализация.

4 Проблемы, обсуждение и улучшения

Что согласовано с MMIG в Ташкенте в мае 2026 г.

Вывод. Рабочая сессия зафиксировала пять управленческих сценариев и их комбинации, таблицу результатов для каждого расчёта и два положения о водоотборе: оценка по населению охватывает только питьевую и промышленную часть, а сельскохозяйственный водоотбор требует собственных данных MMIG. Систематическое смещение между расчётными и наблюдёнными уровнями отмечено как первая задача.

Что это значит. Сценарии — это вопросы, на которые должна отвечать модель; диагноз смещения в этом обзоре — работа, которая делает ответы надёжными.

Источник: Доска рабочей сессии с MMIG в Ташкенте, май 2026 г. (фотография).

4 Проблемы, обсуждение и улучшения

Пять сценариев и их комбинации

Для каждого расчёта приводятся приток реки, сток реки, пьезометрический уровень из модели и его изменение относительно 2024 г. В расчётах средних условий приток равен стоку; в помесячных расчётах разница — изменение запаса воды в горизонте.

Сценарий	Фактор	Проверяемое изменение
S1	Река и климат	Приток реки у Раватходжи снижен со 140 до 100 м³/с
S2	Население	Население около 3 млн растёт на 20 %; питьевой и промышленный водоотбор растут вместе с ним
S3	Сельское хозяйство	Водоотбор подземных вод на орошение сокращён на 40 м³/с
S4	Климат	Осадки уменьшены вдвое
S5	Климат	Испаряющая способность воздуха увеличена на 25 %
S1 + S2	Комбинация	Меньше притока реки и больше людей
S1 + S2 + S3	Комбинация	Меньше притока реки, больше людей, меньше водоотбора на орошение

Пока не выполнены: по рабочему процессу проекта сценарные расчёты начинаются после прохождения моделью средних условий контроля готовности на очищенном наборе наблюдательных скважин (глава 4, улучшения 1–3).

4 Проблемы, обсуждение и улучшения

Необходимые улучшения, по порядку

1 Уточнить ряд водоотбора

Получить от MMIG годовые ряды водоотбора 2010–2025 и координаты водозаборов
Ограничить период модели между реестрами 2010 и 2026 гг.
Явно направлять экспорт водозаборов и городские стоки вместо локального возврата

2 Очистить набор наблюдательных скважин

Одно значение на квадрат модели с весом по числу скважин и разбросу
Исключить краевые скважины и скважины с уровнем выше поверхности; разделить статические и режимные
Приводить все метрики на очищенном и полном наборе скважин

3 Исправить предгорные края и реку

Питание с горного фронта и зона для более старых пород вдоль северного края либо отдельный горизонт для этих скважин
Разделить участки реки по границам квадратов
Проверить сток реки по месячным данным у Хазары

4 Связать почву и систему каналов

Настроить SWAT+ для равнины и горных водосборов и модель распределения для каналов
Ежедневно передавать питание и обмен с рекой существующей модели подземных вод, как в бассейне Чу
Только затем — совместная настройка по уровням, сезонному подъёму и спаду и стоку реки

5 Выводы

Выводы

Горизонт долины Зарафшана испытывает измеримое давление: больше людей, неучтённый водоотбор и серия сухих лет, с падением уровней в трети наблюдательных скважин.

Региональная модель подземных вод долины существует, построена на всех доступных данных, полностью воспроизводима и уже передана MMIG с обучением. Она воспроизводит региональное зеркало грунтовых вод и сезонное обращение обмена река–горизонт.

Её точность ограничена структурой, а не настройками: рядом водоотбора, предгорными скважинами и прежде всего питанием, которое задаётся, а не рассчитывается.

Следующий этап ясен. Уточнить ряд водоотбора вместе с MMIG, очистить набор наблюдательных скважин для настройки и связать модель горизонта с моделью почвы и каналов, как в бассейне Чу. Затем выполняются пять сценариев, согласованных в Ташкенте, с отчётом в согласованной таблице, и модель становится инструментом для решений о разрешениях и мониторинге в долине.

5 Выводы

Рабочая платформа, готовая к следующему этапу.

hydrosolutions GmbH · Цюрих · сентябрь 2026