SCIENCE WORKSHOP : Volta Basin 
Development Challenge of the CPWF
          Annual reflection meeting

   Hydrological Modeling‐CPWFV3
             03th‐05th july , 2012
                Presented by
        Frank ANNOR, KNUST‐TUDelft
        FOWE TAZEN,  2iE Foundation
Presentation Outline
1. Background
2. Methodology
   i. Instrumentation
   ii. Modeling
3. Initial Results
4. Way forward




    Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
Background




   Morphometric characteristics of                                 Morphometric characteristics of
         Boura catchment                                                Binaba catchment
Surface area (km²) : 155.3                                      Surface area (km²): 11.8
Perimeter (m)       : 59.6                                      Perimeter (m)        : 14.6
Compactness index : 1.34                                        Compactness index : 1.2
Mean elevation (m) : 300                                        Mean elevation (m) : 225
Specific elevation(m) : 37.24                                   Specific elevation (m) : 23.80
Mean slope (m/km) : 3.4%                                        Mean slope (m/km) : 0.35%
Global slope index(m/km) : 4                                    Global slope index (m/km) : 6.9

             Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
Background                                        Objectives
× No hydrological monitoring                            Physical and hydrological 
   – Boura and Binaba watersheds                       characterization of watersheds of 
     are ungauged                                      both sites
        • No records of streamflow,                     Building of the monthly 
          evaporation, water level etc                 streamflow time series
        • Difficult to calibrate a                      Establish the water budget of 
          hydrological model in the                    each reservoir
          basin at a small watershed
                                                       Determine the heat balance of 
          without these records
                                                       the reservoir
× Management (allocation) of 
                                                       Model GW‐SW interactions
  water has not been streamlined 
  especially for the dry season


                        Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
2IE                                                        TU‐Delft
  Developing a Hydrological model                     Evaporation and seepage losses 
  (Yates, GIRARD & GR2M)                             in lakes in the Volta basin using 
  Developing a water allocation                      water and heat balance
  model using WEAP at a smaller                            Detailed study in Binaba & 
  watershed level (Boura and                               (Boura?) 
  Binaba) using the water balance                          Regionalising for the basin using 
                                                           remote sensing (Images through 
      Water Use
                                                           the TIGER project)
      Other components of the water 
                                                           Groundwater surface water 
      balance i.e Runoff, P,ET, etc
                                                           interactions (natural Isotopes)




                      Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
Methodology




Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
Water budget of the reservoir



                                                      Boura only
               ?
                                                         ?
                                    ?


   Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
Getting the water balance right ..1
                                     gauge plates




Rain gauge
                                                                     Evaporation pan




DTS                                                                      Monitoring well



                                                                EC

             Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
Getting the water balance right …2




 Thalimedes




                                                   Water Sampling Points
                                                   for Isotope analyses


         Rainfall Sampling
         Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
Modelling                                    Diagnostic 
                                                             Analyses of 
                                                           Users/Typologies
                                                                (Uses)




                                                                       Model Output 
                                                                       from ZonAgri




                                                                     Evaporation & 
                                                                     Seepage Losses 
                                                                      model output
                                                   Output from 
                                                      other 
                                                   hydrological 
                                                     models
Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
Some initial results




                             Seasonal flows in Boura
Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
Some initial results




                             Annual flows
Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
Some initial results




                             Maximum monthly flows per year
Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
Some initial results
Modèle                                   GR2M                Yates           Girard

Lame écoulée annuelle                                36.02            31.6        34.79
moyenne (mm)
Lame écoulée annuelle 
                                                     34.21            28.4            35.3
médiane(mm)

Ecart‐type (mm)                                      16.84            17.6        20.85
Coefficient Variation (%)                            46.77           57.74        59.92

Coefficient d'écoulement                              3.94            4.66            5.56
annuel moyen (%)

                               Maximum monthly flows per year
  Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
Some initial results




                             Isotope Analysis
Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
Some initial results
                                                               Water Temperature at bottom of lake
                   35                                                                                700


                   30                                                                                600


                   25                                                                                500
Temperature (oC)




                                                                                                           Water level (m)
                   20                                                                                400


                   15                                                                                300


                   10                                                                                200


                    5                                                                                100


                    0                                                                                0




                                                                 Date/Time


                                                     Binaba reservoir
                        Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
Way Forward
 More data collection
 Calibration and verification of models
 Scenario building (climate change,
water uses, cropping pattern)




  Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
Thank you for
your attention




  Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta

Hydrological Modeling‐CPWFV3

  • 1.
    SCIENCE WORKSHOP : Volta Basin  Development Challenge of the CPWF Annual reflection meeting Hydrological Modeling‐CPWFV3 03th‐05th july , 2012 Presented by Frank ANNOR, KNUST‐TUDelft FOWE TAZEN,  2iE Foundation
  • 2.
    Presentation Outline 1. Background 2. Methodology i. Instrumentation ii. Modeling 3. Initial Results 4. Way forward Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
  • 3.
    Background Morphometric characteristics of Morphometric characteristics of Boura catchment Binaba catchment Surface area (km²) : 155.3 Surface area (km²): 11.8 Perimeter (m) : 59.6 Perimeter (m) : 14.6 Compactness index : 1.34 Compactness index : 1.2 Mean elevation (m) : 300 Mean elevation (m) : 225 Specific elevation(m) : 37.24 Specific elevation (m) : 23.80 Mean slope (m/km) : 3.4% Mean slope (m/km) : 0.35% Global slope index(m/km) : 4 Global slope index (m/km) : 6.9 Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
  • 4.
    Background Objectives × No hydrological monitoring Physical and hydrological  – Boura and Binaba watersheds characterization of watersheds of  are ungauged both sites • No records of streamflow,  Building of the monthly  evaporation, water level etc streamflow time series • Difficult to calibrate a  Establish the water budget of  hydrological model in the  each reservoir basin at a small watershed Determine the heat balance of  without these records the reservoir × Management (allocation) of  Model GW‐SW interactions water has not been streamlined  especially for the dry season Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
  • 5.
    2IE TU‐Delft Developing a Hydrological model  Evaporation and seepage losses  (Yates, GIRARD & GR2M)  in lakes in the Volta basin using  Developing a water allocation  water and heat balance model using WEAP at a smaller Detailed study in Binaba &  watershed level (Boura and  (Boura?)  Binaba) using the water balance Regionalising for the basin using  remote sensing (Images through  Water Use the TIGER project) Other components of the water  Groundwater surface water  balance i.e Runoff, P,ET, etc interactions (natural Isotopes) Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
  • 6.
  • 7.
    Water budget ofthe reservoir Boura only ? ? ? Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
  • 8.
    Getting the waterbalance right ..1 gauge plates Rain gauge Evaporation pan DTS Monitoring well EC Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
  • 9.
    Getting the waterbalance right …2 Thalimedes Water Sampling Points for Isotope analyses Rainfall Sampling Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
  • 10.
    Modelling Diagnostic  Analyses of  Users/Typologies (Uses) Model Output  from ZonAgri Evaporation &  Seepage Losses  model output Output from  other  hydrological  models Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
  • 11.
    Some initial results Seasonal flows in Boura Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
  • 12.
    Some initial results Annual flows Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
  • 13.
    Some initial results Maximum monthly flows per year Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
  • 14.
    Some initial results Modèle GR2M Yates Girard Lame écoulée annuelle  36.02 31.6 34.79 moyenne (mm) Lame écoulée annuelle  34.21 28.4 35.3 médiane(mm) Ecart‐type (mm) 16.84 17.6 20.85 Coefficient Variation (%) 46.77 57.74 59.92 Coefficient d'écoulement  3.94 4.66 5.56 annuel moyen (%) Maximum monthly flows per year Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
  • 15.
    Some initial results Isotope Analysis Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
  • 16.
    Some initial results Water Temperature at bottom of lake 35 700 30 600 25 500 Temperature (oC) Water level (m) 20 400 15 300 10 200 5 100 0 0 Date/Time Binaba reservoir Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
  • 17.
    Way Forward More datacollection Calibration and verification of models Scenario building (climate change, water uses, cropping pattern) Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta
  • 18.
    Thank you for yourattention Andes • Ganges • Limpopo • Mekong • Nile • Volta