< Terug naar vorige pagina

Project

Studie van de zoutindringing langs de Ma-rivier in Vietnam onder historische en toekomstige klimaatcondities

De verwachte toekomstige veranderingen in het klimaat confronteren waterbeheerders met grote uitdagingen en dat is zeker het geval in kustgebieden. Het Ma-bekken in Vietnam is ook zo’n gebied. Landbouw is daar de belangrijkste economische activiteit en ze is afhankelijk van rivierwater in het kustgebied. Een stijging van de temperatuur, veranderingen in neerslagregime en een verhoogde zeespiegel zullen een grote invloed hebben op de zoutindringing en vormen dus een ernstige bedreiging voor de regionale landbouw. De manier waarop en de kracht waarmee waterbeheerders dergelijk probleem kunnen aanpakken, en dat is zeker van toepassing in dit rivierbekken maar is ook meer algemeen van toepassing in ontwikkelingslanden, wordt beperkt door slechte voorzieningen, door een tekort aan betrouwbare meetgegevens en door een tekort aan hoger opgeleid personeel. Het doel van dit onderzoek is om de beheerders van de kustzone in het Ma-bekken te ondersteunen door hen te informeren over de te verwachten toekomstige hydrologische omstandigheden in het kader van de klimaatverandering inclusief de stijging van de zeespiegel. Deze studie onderzoekt daarbij de dreiging van diepere indringing van zout water in het bekken onder invloed van bepaalde klimaatscenario’s.

Het eerste deel van het proefschrift presenteert een analytisch model voor zoutindringing en de nodige aanpassingen en veronderstellingen die nodig zijn om het te gebruiken in een omgeving waarin meetgegevens schaars zijn. Dergelijk model is geschikt als een hulpmiddel voor een breed gamma aan onderzoeken waarbij scenario’s moeten doorgerekend worden ter ondersteuning van waterbeheer in ontwikkelingslanden. Met enkel gegevens afkomstig van een netwerk van vaste meetstations, wordt hier een analytisch model opgesteld om het zoutgehalte in een delta te simuleren bij vloedkentering. Er wordt een nieuwe aanpak ingevoerd om bij beperkte beschikbaarheid van meetgegevens de parameters van het zoutindringingsmodel te kalibreren, die anders typisch gehaald worden uit bathymetrische opmetingen van het estuarium. De gekalibreerde parameterwaarden komen goed overeen met de waarden bekomen uit een in situ meetcampagne. Door aan te nemen dat er een lineair verband bestaat tussen de inverses van de debieten in de vertakkingen van het estuarium en de som van die debieten die verder opwaarts gemeten wordt, konden de individuele debieten geschat worden. Uit evaluatie van de modelsimulaties blijkt dat het model de saliniteitsverdeling langs de Ma Estuary redelijk goed verklaart. Het toont ook aan dat de voorgestelde methode om modelparameters te schatten in een omgeving met schaarse meetgegevens, toepasbaar is en dat het resulterende model een voorspellende waarde heeft.

Het tweede deel van de studie maakt een uitgebreide vergelijking tussen twee methodes om zoutwaterindringing te modelleren. Deze twee methodes zijn 1) het analytische model zoals opgesteld in het eerste deel van deze studie en 2) een veel gebruikt numeriek softwarepakket met name een MIKE11-modelimplementatie. Beide modellen werden opgesteld voor gebruik in het Ma-delta studiegebied in Vietnam. Het analytische zoutindringingsmodel wordt toegepast voor specifieke steady state condities, terwijl het MIKE11 model zowel de spatiale als de temporale variaties in het zoutgehalte simuleert. Beide modellen geven aanvaardbare simulatieresultaten ter hoogte van de meetstations langs de Ma en Len rivier en dit zowel voor de kalibratie- als voor de validatieperiodes. Voor de Lach Truong-rivier zijn de resultaten van beide modelleringsbenaderingen minder goed, in grote mate te verklaren door de randvoorwaarden die moeten opgelegd worden. Het proefschrift analyseert ook de resultaten van simulaties waarbij veranderingen worden aangebracht aan het opwaarts debiet en/of afwaartse waterpeil. Beide modellen hebben een gemeenschappelijke basis om de waterstand en de dispersie in een rivier te modelleren. Het hydrodynamische model (hier MIKE11) lost de vergelijkingen dynamisch op voor elk riviergedeelte, terwijl het analytisch model uitgaat van een steady state situatie en van een exponentieel variërende geometrie. Aangezien de laatste aanname geldig is voor de Ma-rivier, komen modelresultaten vrij goed overeen zowel voor wat betreft de huidige toestand als voor wat betreft de berekeningen bij de klimaatscenario’s. Voor de Len Estuary leiden abrupte veranderingen in de dwarsdoorsnedes langs de rivier tot wat verschillen in de simulatieresultaten tussen de twee modellen. De beperkte hoeveelheid gegevens die beschikbaar waren voor kalibratie van de modelparameters, verklaart ook ten dele de verschillen in de bekomen modelresultaten.

Het derde deel van de studie onderzoekt de gevolgen van de klimaatverandering bij lage debieten in het Ma-stroomgebied in Vietnam voor midden en laat 21e eeuw. Het beschouwde ensemble van klimaatmodellen omvat 15 CMIP5 klimaatmodelruns, waarvan 8 RCP4.5 en 7 RCP8.5 runs. De toekomstige projecties voor de meteorologische invoerreeks in het hydrologische NAM model wordt verkregen via de kwantielperturbatiemethode. Uit de resultaten blijkt dat de uiterst lage debieten tot 50% zouden kunnen toenemen tegen het einde van de 21ste eeuw, terwijl de veranderingen minder duidelijk uitgesproken zijn voor het midden van de 21ste eeuw. Deze bevindingen spreken de resultaten tegen van eerder onderzoek voor hetzelfde studiegebied op basis van oudere generatie (CMIP3) klimaatmodellen, waarbij de extreem lage debieten nog zouden dalen met 5%. Dit kan worden verklaard door een verschillende gedrag van de CMIP3 t.o.v. de CMIP5 klimaatmodellen. De nieuwe CMIP5 modellen geven hogere neerslag in de herfstperiode. Bovendien moet vanuit het perspectief van waterbeheer rekening gehouden worden met de onzekerheid in de verkregen impactresultaten. In het onwaarschijnlijke geval dat de meest extreme lage debieten nog zouden dalen, zou de afname waarschijnlijk beperkt blijven tot 25% respectievelijk 15% voor het midden en laat 21ste eeuw.

De laatste doelstelling van dit onderzoek, wilde ook kijken naar de impact van de antropogeen gestuurde klimaatverandering op de toekomstige zoutindringing via de twee delta-armen van het Ma-stroomgebied. Een ε-SVR-model en een lineair regressiemodel werden verder ontwikkeld en geïntegreerd met de analytische modellen die werden uitgewerkt in het tweede deel van de studie. Op die manier beschikt men over een hybride instrument voor de modellering van zoutindringing bij klimaatscenario-analyses. Rekening houdend met de toekomstige neerslaginformatie bekomen via downscaling in het derde deel van deze studie, kan men dan met behulp van dit hybride instrument het effect van de klimaatverandering op zoutindringing via de twee delta-armen projecteren naar het midden en laat 21ste eeuw. Zowel RCP4.5 als 8.5 projecties tonen slechts kleine veranderingen in de zoutindringingslengte voor waarden van 1 psu en 4 psu tegen het midden van de 21ste eeuw. Tegen het eind van de eeuw zou de zoutindringing ongeveer 1,7 km dieper de Ma-rivier binnendringen. De zoutindringingslengtes voor waarden van 1 psu en 4 psu voor de Lenrivier zouden dan respectievelijk 3,7 en 5,2 km bedragen. De proefschrift heeft ook gekeken naar de impact op regionale schaal van zoutindringing op irrigatie in de meest extreme gevallen, t.t.z. wanneer het debiet stroomopwaarts het laagste is en de zoutindringing hun maxima bereiken. In de meeste gevallen laten de resultaten slechts een geringe impact zien, behalve tegen het eind van de 21ste eeuw bij de RCP8.5 scenario's. In dit geval komen bijna 8000 ha bevloeid met water uit de Ma-rivier in aanraking met te hoge zoutconcentraties (hoger dan 1 psu), te hoog voor de kweek van padie-rijst. Voor de Lenrivier zou dit ongeveer 7000ha zijn.

De methodes die in dit onderzoek werden ontwikkeld, kunnen ook aangewend worden in andere gebieden, in het bijzonder in gebieden waar de beschikbaarheid van meetgegevens beperkt is. Ze laten toe om op een betere manier de effecten van klimaatverandering en de bijhorende veranderingen in zoutindringing te bestuderen. Met deze kennis kunnen beheerders van kustwateren beter rekening houden met de te verwachten variaties in de hydrologie van hun rivierbekkens, en kunnen ze de besluitvorming leidend tot betere technische oplossingen mee faciliteren.

Datum:1 nov 2012 →  28 aug 2017
Trefwoorden:salinity intrusion, low flow extremes, analytical model, hydrodynamic model, climate change impact, Vietnam, estuary
Disciplines:Geotechnische en omgevingsingenieurswetenschappen, Mariene ingenieurskunde
Project type:PhD project