Patterns of surface water dynamics and storage changes in a basin of Bundelkhand Region, India: Implications for water management

Abstract

Surface water is essential for agricultural, domestic and industrial production worldwide. Monitoring surface dynamics is crucial for sustainable ecosystems and global water resources. Importance of monitoring surface water dynamics is even more pronounced in the semi-arid regions worldwide. An analysis of surface water extent and volume change patterns has been conducted, comparing these dynamics with alterations in precipitation patterns within a basin in Central Bundelkhand, a semi-arid region in the Central India prone to droughts. To map the waterbodies, we leveraged Sentinel-1 SAR data using an automated mapping framework and utilised DEM dataset to extract bathymetry using interpolation with modifications using water persistence. Analysis revealed a lag in surface water peak water level with respect to accumulated rainfall by 2–3 months. Furthermore, we have categorised the water bodies into small, medium and large by surface area and found that smaller water bodies show a higher intra-annual variance, while medium and large water bodies show a lower intra-annual variance. The findings suggest that smaller communities reliant on smaller water bodies are at a higher risk from climate variability in the region and a delay in attaining peak surface storage across the basin causes further challenges to water management.

Les eaux de surface jouent un rôle important dans l'agriculture, la production domestique et industrielle à l'échelle mondiale. La surveillance de la dynamique de surface est importante du point de vue des écosystèmes durables et des ressources en eau dans le monde entier. L'importance de la surveillance de la dynamique des eaux de surface est encore plus prononcée dans les régions semi-arides du monde entier. Le Bundelkhand est une région semi-aride du centre de l'Inde souvent en proie à des sécheresses. Nous avons analysé les schémas d'étendue et de changement de volume des eaux de surface et comparé la dynamique avec les changements dans les schémas de précipitations sur un bassin du centre du Bundelkhand. Nous avons exploité les données SAR de Sentinel-1 pour cartographier les plans d'eau de la région à l'aide d'un cadre de cartographie automatisé et utilisé l'ensemble de données DEM pour extraire la profondeur bathymétrique en utilisant l'interpolation avec des modifications utilisant la persistance de l'eau. Notre analyse a révélé un retard de réponse des eaux de surface par rapport aux précipitations de 2 à 3 mois. En outre, nous avons classé les masses d'eau en petites, moyennes et grandes masses d'eau selon le Centre national d'informatique de l'eau et avons constaté que les petites masses d'eau ont une variance intra-annuelle plus élevée et que les masses d'eau moyennes et grandes ont une variance intra-annuelle plus faible. Les résultats de l'étude suggèrent que les petites communautés qui dépendent de plans d'eau de petite taille sont plus exposées aux variations climatiques dans la région et qu'un retard dans l'atteinte du stockage de surface maximal dans l'ensemble du bassin pose d'autres défis en matière de gestion de l'eau.