Modelling Water Yield, Sedimentation, and Flood Dynamics in 2 sub‐basins of the Volta Basin

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Sub - Basin Management and Governance of Rainwater and Small Reservoirs

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Modelling Water Yield, Sedimentation, and Flood Dynamics in 2 sub‐basins of the Volta Basin

  1. 1. Modelling Water Yield, Sedimentation, and Flood  Dynamics in 2 sub‐basins of the Volta Basin  Emmanuel Obuobie, Fred Kizito, Christophe Le Page and Jean  Philippe Venot
  2. 2. Location and background
  3. 3. Social aspects of IWRM‐ Tool: Companion modeling‐ Methodology: Stakeholders identify a collective challenge and use  conceptual frameworks to identify their systems in a play fashion ‐ Collective identification of social and ecological dynamics‐ Outcome: Identification of a shared representation of issues at stake  (actors, resources, dynamics and relationships) through local  stakeholder consultation
  4. 4. Conceptual System setup Flood  vulnerability and  land use planning 4
  5. 5. Modeling Water/Sediment Yields ‐ Study catchment in Ghana (Zebilla: 1,695 km2) ‐ ‐ Modeling conducted to include  upstream inputs to‐ and downstream sinks  from study area
  6. 6. Model Calibration and Validation Calibration results  16 Simulated Measured R2=0.84 Annual Total Water Yield (mm) for Yakala 14 NSE=0.77 12 PBIAS= 6.3% 10 8 6 4 2Conditions for successful calib. 0R2 > 0.6 1980 1981 1982 1983 1984 1985NSE > 0.50  YearPBIAS is + 25%(Santhi et al., 2001; Moriasi et al., 2007) 8 R2=0.72 Simulated Measured NSE=0.68 Monthly Total Water Yield (mm) 7 PBIAS= 12.6% 6 5 4 3 2 1 0 janv.‐80 janv.‐81 janv.‐82 janv.‐83 janv.‐84 janv.‐85 Calibration Years 6
  7. 7. Model Calibration and Validation 70 R2=0.83 Simulated Measured NSE=0.82 Monthly Total Water Yield (mm) 60 PBIAS= 4.4% 50 40 30 20 10Calibration and  0validation  results for Nawuni Calibration Months 70 R2=0.82 Monthly Total Water Yield (mm) 60 Simulated Measured NSE=0.78 PBIAS= 15.5% 50 40 30 20 10 0 Validation Months 7
  8. 8. Key water Yield Results Methodology: Simulated discharge in ‘cms’ was converted to ‘cmy’ Outcome: Estimate of water fluxes that can be imported into WEAP  for allocation to the different water users in the basin Mean annual water yield: 1.4 Billion m3 of which 0.16 Billion m3 is generated  within the basin. The remaining 90% is generated upstream of the basin. 4500 900 Zebila water yield Total water yield 4000 800Annual Water Yield (Mm3) 3500 700 Total Water Yield (Mm3) 3000 600 2500 500 2000 400 1500 300 1000 200 500 100 0 0 1971 1976 1981 1986 1991 1996 2001
  9. 9. Sediment Yield Estimation ‐ Methodology: Empirical relationship between water discharge and sediment  concentration yields sediment discharge. ‐ Sediment discharge is used to simulate and calibrate sediment transport (t/day)  in the catchment; yield is computed as a function of study area  t/ha ‐ Outcome: Estimate of sediment yields permits scenarios for interventions to  mitigate problem e.g. grass stripsCalibration and validation  Results for Nawuni
  10. 10. Sediment Yield Estimation ‐ Average annual sediment yield for Zebila catchment: 3.4 t/ha/yr  ‐ Sediment yield by land use type: Cropland/woodland, Savanna Land use Cropland/woodland Savanna Sediment (t/ha/yr) 4.7 2.1 Contribution to sedimentation (%) 69 31‐ Average sediment yield in reservoirs  in Zebila catchment: 0.012 t/ha/yr (2035 t/yr)  ‐ Global average sediment yield: 15 t/ha/yr ‐ Average for Africa: 9 t/ha/yr 
  11. 11. Flood Hazard Assessment  GEO‐SFM Model Small reservoirsHydrograph
  12. 12. Characterizing Flood Risk Produce a Generate Daily synthetic Historical Rainfall streamflow record (1961-2003) by reanalysis Determine locations where bankfull storage Is exceeded ? Compute Bankfull storage
  13. 13. Next Steps Sediment modelingo Model scenarios of interventions e.g., introducing grass  strips to ascertain impacts on erosion and sedimentation   Flood modelingo Conduct data processing module, water balance routines  and flow routing moduleso Generate flood hazard map  
  14. 14. Concluding Remarks‐ Modeling tools are useful for studying sedimentation/erosion and  flooding dynamics within the framework of Integrated Water  Resources Management (IWRM)‐ Estimates indicate that 90% of the sub‐basin water resources are from  upstream sources which signifies implications for upstream‐ downstream collaboration on IWRM issues‐ Sedimentation control through interventions ensures that: ‐ Reservoirs are not subjected to uncontrollable siltation levels  ‐ Storage capacity of reservoirs is lengthened and they are used  more productively which ‐ Enhances community water provision and livelihoods in the Basin 
  15. 15. Concluding Remarks‐ 2‐ Flood hazard modeling  is far advanced. When completed the  generated hazard maps will inform decision making regarding land use  planning in the study catchment. This will help reduce vulnerability to  flooding disasters. ‐ Results from sedimentation and flood modeling feed  into multi‐ stakeholder platform for policy and IWRM interventions
  16. 16. Thank you

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