< Terug naar vorige pagina

Project

Overstromingsanalyse onder huidige en toekomstige klimaatcondities voor de Provincie Ha Tinh, Vietnam

Overstromingen trekken wereldwijd steeds meer aandacht vanwege hun voorkomingsfrequentie en grote gevolgen voor het milieu, de economie en het verlies aan mensenlevens. Stedelijke en rivieroverstromingen zijn de meest voorkomende overstromingsrisico's in vele landen van de wereld. Bovendien kunnen de klimaatverandering en veranderingen in het hydrologisch gedrag van stroomgebieden zorgen voor een ernstige toename in het aantal overstromingsrampen. Dit zou ook een bedreiging kunnen vormen voor de voedsel- en energiezekerheid van Vietnam, vooral in de kustprovincies waar de gevolgen van klimaatverandering meer uitgesproken zijn.

Om de effecten van de klimaatverandering (CC) op lokale extreme neerslagintensiteit, stedelijke en rivieroverstromingen te kunnen inschatten, zijn mondiale en regionale klimaatmodellen nodig. Deze modellen hebben echter beperkingen m.b.t. de ruimtelijke en temporele resoluties. Om dat probleem op te lossen, zijn methoden voor statistische neerschaling uiterst nuttig en waardevol geworden, mits ze eerst goed worden gevalideerd. Ze laten toe om inputs te genereren voor numerieke watersysteemmodellen, waarmee de klimaatwijzigingen vertaald kunnen worden in overeenkomstige wijzigingen in overstromingsrisico’s.  Dezelfde modellen kunnen ook gebruikt worden om de onderliggende fysische factoren beter te begrijpen. De modellen vereisen lokale waarnemingen van extreme regenval en rivierafvoeren, die vaak ontoereikend zijn, vooral in regio's met schaarse gegevens zoals in bepaalde streken van Vietnam.

Dit doctoraatsonderzoek focust op het verhogen van het inzicht in de hydrologisch extreme, stedelijke en rivieroverstromingsrisico’s, en de veranderingen in deze risico’s als gevolg van de wijzigingen in klimaat, landgebruik/landbedekking en zeespiegelstijging (SLR). Als studiegebied werd het stroomgebied van de Rao Cai-rivier, in de Ha Tinh provincie van Vietnam, gekozen. Deze provincie is één van de regio’s van Vietnam met een schaarse beschikbaarheid aan gegevens.

Het eerste deel van dit proefschrift handelt over de statistische neerschaling van klimaatveranderingssignalen voor meteorologische variabelen over de provincie Ha Tinh. De Quantile Perturbation Method (QPM) werd toegepast op een groot aantal CMIP5 globale klimaatmodellen en SA-CORDEX regionale klimaatmodellen om toekomstige veranderingen in klimaatvariabelen af te leiden. De relatieve veranderingen voor de toekomstige periode (2071-2100) ten opzichte van de historische periode (1960-1990) werden geanalyseerd voor dagneerslagintensiteiten, de voorkomingsfrequentie van natte en droge dagen, de maximale, minimale en gemiddelde dagtemperatuur (Tmax, Tmin, Tmean) en de potentiële evapotranspiratie (ETo). Deze veranderingen werden berekend voor de seizoens- en maandschalen en voor de dagkwantielen bij verschillende terugkeerperioden. De resultaten geven aan dat in het regenseizoen de extreme dagneerslagintensiteiten toenemen tussen 5 tot 20% en dat de voorkomingsfrequentie van natte dagen afneemt, weliswaar met grote onzekerheid. Onder het 95% bovengrensscenario voor toekomstige neerslagintensiteiten (2071-2100), zou een regenbui met een terugkeerperiode van 20 jaar in het huidig klimaat een regenbui worden met een terugkeerperiode van 2 jaar in de toekomst. Het geeft aan dat toekomstige regenval intenser zal zijn en dat er meer extreme gebeurtenissen zullen zijn, waardoor er meer potentiële overstromingsrisico's in het studiegebied zullen ontstaan. De ETo zou ook stijgen als gevolg van de toename in de temperatuurvariabelen (Tmax, Tmin, Tmean) voor alle klimaatmodellen. Meer specifiek komt de mediane verandering overeen met een toename tussen 5 en 10% voor ETo en tussen 5 en 20% voor de temperatuurvariabelen.

Het tweede deel van het onderzoek beoordeelde de effecten van de klimaatverandering op de hydrologische extremen, waaronder de rivierpiekdebieten en de laagwaterdebieten. Twee conceptuele hydrologische modellen, NAM en VHM, werden gekalibreerd volgens een stapsgewijze modelstructuuridentificatie- en kalibratiemethode. Toekomstige veranderingen in de hydrologische piek- en laagwaterdebietextremen werden bepaald op basis van de toekomstige veranderingen in neerslag- en ETo-invoer. Deze laatsten werden bepaald via de statistische neerschalingsmethode toegepast op de resultaten van klimaatmodellen, zoals hiervoor besproken. De resultaten laten zien dat toekomstige piekafvoeren naar verwachting zullen toenemen als gevolg van een toename van de neerslagintensiteit en een afname van de voorkomingsfrequentie van natte dagen in het regenseizoen. Dit leidt tot een toename van het overstromingsrisico, wat op dit moment al een groot probleem is in het studiegebied. Meer precies wijzigen de piekdebieten tussen +5% en +80% voor de mediaanveranderingen. Een stijgende trend wordt ook voorspeld voor de extreme laagwaterdebieten, dit als gevolg van de toegenomen neerslagintensiteit tijdens het droge seizoen. Deze stijging van de laagwaterdebieten is goed nieuws, want zorgt voor een verminderde zoutindringing en een verminderde kans op waterschaarste in het stroomgebied.

Het derde deel van de studie analyseerde de veranderingen in het overstromingsgevaar van rivieren als gevolg van de klimaatverandering, de SLR en de veranderingen in landgebruik. Dit gebeurde op basis van een gekoppeld 1D/2D hydrodynamisch MIKE FLOOD-model. Er werd een geïntegreerde hydrologische en hydrodynamische modelkalibratiestrategie toegepast om tegemoet te komen aan de schaarste aan meetgegevens in het studiegebied. De overstromingsresultaten d.m.v. het model werden vergeleken met overstromingskaarten gebaseerd op satellietbeelden en historische terreinwaarnemingen. Historische overstromingskaarten zijn er immers niet beschikbaar. Na modelvalidatie werden de scenarioresultaten geëvalueerd voor zowel de (pluviale) stedelijke afstroomgebieden als de (fluviale) stroomgebieden van de waterlopen. Dit gebeurde onder verschillende scenario’s voor de stroomopwaartse debieten, stroomafwaartse waterstanden en SLR-waarden. De simulatieresultaten laten zien dat als gevolg van de toename van de neerslagintensiteiten en de SLR zowel het overstromingsvolume als de uitgestrektheid van de overstroombare gebieden naar verwachting aanzienlijk zullen toenemen. Het overstromingsvolume neemt tegen het einde van de 21e eeuw toe met ongeveer 37,7% en 46,1% voor een 100-jarige terugkeerperiode van respectievelijk de midden en hoog-impact klimaatscenario’s RCM RCP 4.5 en RCP 8.5. De overstroombare oppervlakte neemt toe met respectievelijk 28% en 33% voor een 100-jarige terugkeerperiode voor de scenario’s RCM RCP 4.5 en RCP 8.5. Tegen het einde van de 21e eeuw zal naar verwachting meer dan 55% van het totale stroomgebied overstroombaar worden, wat overeenkomt met ca. 800 km2 overstromingsgebied.

Het laatste deel van dit proefschrift behandelt de impactanalyse van de klimaatverandering op het stedelijk overstromingsgevaar in de stad Ha Tinh. Voor deze stad is een 1D/2D stedelijk overstromingsmodel ontwikkeld. Door stortbuien te simuleren voor specifieke terugkeerperioden, afgeleid op basis van intensiteit-duur-frequentie (IDF)-curven, werden huidige en toekomstige risicokaarten voor pluviale overstromingen gegenereerd en vergeleken. De resultaten tonen een significante toename van het overstromingsgevaar onder de twee bestudeerde klimaatscenario’s RCM RCP 4.5 en RCP 8.5. Het gesimuleerde overstroombaar gebied neemt voor een terugkeerperiode van 20 jaar toe van 33% voor het huidig klimaat tot respectievelijk 49% en 54% voor de klimaatscenario’s RCM RCP 4.5- en RCM RCP 8.5.

Op basis van deze onderzoeksresultaten werden enkele aanbevelingen geformuleerd m.b.t. aanpassingsstrategieën voor overstromingsmitigatie in het studiegebied en dit voor zowel rivieroverstromingen in het Rao Cai-rivierbekken als pluviale overstromingen in de stad Ha Tinh. Naast traditionele end-of-pipe-oplossingen werden strategieën voorgesteld voor duurzame ontwikkeling en innovatieve aanpassingsmaatregelen waarbij water beter geïntegreerd wordt in toekomstige ruimtelijke stadsplanning.

De methoden die in deze studie worden beschreven, zijn ook van toepassing op andere studiegebieden, met name die met een beperkte beschikbaarheid aan meetgegevens. Ze maken het mogelijk om meer kennis te verkrijgen over de klimaatvariabelen en de effecten op stedelijke en rivieroverstromingen. Deze kennis kan waterbeheerders en provincies helpen bij hun besluitvorming over ruimtelijke ordening, paraatheid inzake overstromingsrampen, adaptatie en mitigatiemaatregelen inzake klimaatverandering.

Datum:27 apr 2017 →  6 sep 2023
Trefwoorden:Urban and River Flooding, Climate Change
Disciplines:Structurele ingenieurskunde, Andere burgerlijke ingenieurswetenschappen en bouwkunde
Project type:PhD project