Modelling the impact of climate change and development scenarios on Eerste River
Date
2020-12
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: This research investigated the impact of climate change and different development scenarios onthe Eerste River, which is the primarysource of water for Stellenbosch Municipality andthe agricultural sector in the surrounding areas of Stellenbosch Town, South Africa.No climate change impact study,based on the latest emission scenarios,called RepresentativeConcentrationPathways(RCPs),coupledwithdevelopmentscenarios,hasbeenundertakenfor the EersteRiver.The Pitman model was used to simulate the changes in the river flows and water demandin the catchmentthatcouldarise in the “near”(2022to 2057)and “far” (2058to 2093)future periods relative to the “present-day period” (1983to 2018). The researchincludedanalysis of hydrological, land use, water consumption andstatistically downscaledclimate data projected by 11 Global Circulation Modelsof the Coupled Model Intercomparison Project -Phase 5 enforced by RCP4.5 andRCP 8.5.
The results showedthat climate change is expected to increase evaporationbetween6% and 15%, andat the same time, causingrainfall to decreasebetween2%and8% inthe future periods. This future climate is anticipated to causea reductioninavailable water ofbetween 8%and 18%, potentially triggering an increase in irrigation demand of between 12%and 29% in the future periodswith a possible failure to meet the municipal water abstractions expected in the far-future period. It isexpected that development scenarioscouldcause a netreductionin available water of between 2% and 3% in the Eerste Riverin the near-future period.This change in available water could becaused byan increase in municipal water abstractions of between 30%and 82% above the current capped water allocation of 7.224 Mm3/a. At the same time,irrigation demand isunlikelyto cause any additional impact on theEerste River.The combined impact of climate change and development scenarios indicated a reduction in available water of between 10% and 12% in the near-future period. The combined impact could cause a potential 12% increase in irrigation demand and failure to meet the municipal water demand between January and March based on the present-day abstraction pattern.
The overall impact of climate change and development scenarios on Eerste River flows would be a reduction in available water of between 2% and 18% in thefuture periods. Therefore, this research suggests increasing the capacity of existing farm dams and the promotion of water demand management activities to curb the potential impact of climate change and development scenarios on the Eerste River.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Hierdie navorsing het die impak van klimaatsverandering en verskillende ontwikkelingscenario's op die Eersterivier ondersoek, wat die primêre bron van water vir die Stellenbosch Munisipaliteit en die landbousektor in die omgewingvan Stellenbosch, Suid-Afrika, is. Geen vorige klimaatsverandering navorsing, gebaseer op die nuutste emissiescenario's genaamd “Representative Concentration Pathways (RCP's)” tesame met ontwikkelingscenario's, is vir Eersterivier onderneem nie.Die Pitman-model is gebruik om die veranderinge in die riviervloei en die vraag na water in die opvangsgebied wat in die “nabye” (2022 tot 2057) en “ver” (2058 tot 2093) toekomstige tydperke kan ontstaan, relatief tot die “huidige” (1983 tot 2018) tydperk te simuleer Die navorsing het ontleding van hidrologiese-, grondgebruik-, waterverbruik-en statisties afgeskaalde klimaat-data ingesluit, soos geprojekteer deur 11 wêreldwye sirkulasiemodelle van die “Coupled Model Intercomparison” projek -Fase 5 wat deur RCP4.5 en RCP 8.5 voorgeskryf is. Die resultate het getoon dat klimaatsverandering na verwagting die verdamping tussen 6% en 15% sal verhoog, en dat die reënval terselfdertyd tussen 2% en 8% sal daal in die toekomstige tydperke. Daar word verwag dat hierdietoekomstige klimaat 'n afname in beskikbare water van tussen 8% en 18% sal veroorsaak, wat moontlik 'n toename in die vraag na besproeiing van tussen 12% en 29% in die toekomstige tydperke kan veroorsaak, met die moontlikheid dat daar nievoldoen sal kan word aan die munisipale water aanvraag in die verre toekoms. Daar word verwag dat ontwikkelingscenario's 'n netto vermindering in beskikbare water van tussen 2% en 3% in die Eersterivier in die nabye toekoms kan veroorsaak. Hierdie verandering in beskikbarewater kan veroorsaak word deur 'n toename in munisipale wateronttrekkings van tussen 30% en 82% bo die huidige beperkte toekenning van 7.224 Mm3/a. Terselfdertyd sal die vraag na water vir besproeiing waarskynlik nie 'n bykomende impak op die Eersterivier veroorsaak nie.Die gesamentlike impak van klimaatsverandering en ontwikkelingscenario's dui op 'n afname in beskikbare water van tussen 10% en 12% in die nabye toekoms. Die gesamentlike impak kan 'n moontlike toename van 12% in die besproeiingsvraag veroorsaak en daartoe lei dat die munisipale watervraag tussen Januarie en Maart nie bevredig kan word nie, gebaseer op die huidige onttrekkingspatroon. Die algehele impak van klimaatsverandering en ontwikkelingscenario's op Eersteriviervloei kan 'n vermindering in beskikbare water van tussen 2% en 18% in die toekoms meebring. Daarom stel hierdie navorsing voor dat die verhoging van die kapasiteit van bestaande plaasdamme en die bevordering van water aanvraag bestuurs-aktiwiteitedaartoe sal kan bydra om die potensiële impak van klimaatsverandering en ontwikkelingscenario's op die Eersterivier te beberk.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Hierdie navorsing het die impak van klimaatsverandering en verskillende ontwikkelingscenario's op die Eersterivier ondersoek, wat die primêre bron van water vir die Stellenbosch Munisipaliteit en die landbousektor in die omgewingvan Stellenbosch, Suid-Afrika, is. Geen vorige klimaatsverandering navorsing, gebaseer op die nuutste emissiescenario's genaamd “Representative Concentration Pathways (RCP's)” tesame met ontwikkelingscenario's, is vir Eersterivier onderneem nie.Die Pitman-model is gebruik om die veranderinge in die riviervloei en die vraag na water in die opvangsgebied wat in die “nabye” (2022 tot 2057) en “ver” (2058 tot 2093) toekomstige tydperke kan ontstaan, relatief tot die “huidige” (1983 tot 2018) tydperk te simuleer Die navorsing het ontleding van hidrologiese-, grondgebruik-, waterverbruik-en statisties afgeskaalde klimaat-data ingesluit, soos geprojekteer deur 11 wêreldwye sirkulasiemodelle van die “Coupled Model Intercomparison” projek -Fase 5 wat deur RCP4.5 en RCP 8.5 voorgeskryf is. Die resultate het getoon dat klimaatsverandering na verwagting die verdamping tussen 6% en 15% sal verhoog, en dat die reënval terselfdertyd tussen 2% en 8% sal daal in die toekomstige tydperke. Daar word verwag dat hierdietoekomstige klimaat 'n afname in beskikbare water van tussen 8% en 18% sal veroorsaak, wat moontlik 'n toename in die vraag na besproeiing van tussen 12% en 29% in die toekomstige tydperke kan veroorsaak, met die moontlikheid dat daar nievoldoen sal kan word aan die munisipale water aanvraag in die verre toekoms. Daar word verwag dat ontwikkelingscenario's 'n netto vermindering in beskikbare water van tussen 2% en 3% in die Eersterivier in die nabye toekoms kan veroorsaak. Hierdie verandering in beskikbarewater kan veroorsaak word deur 'n toename in munisipale wateronttrekkings van tussen 30% en 82% bo die huidige beperkte toekenning van 7.224 Mm3/a. Terselfdertyd sal die vraag na water vir besproeiing waarskynlik nie 'n bykomende impak op die Eersterivier veroorsaak nie.Die gesamentlike impak van klimaatsverandering en ontwikkelingscenario's dui op 'n afname in beskikbare water van tussen 10% en 12% in die nabye toekoms. Die gesamentlike impak kan 'n moontlike toename van 12% in die besproeiingsvraag veroorsaak en daartoe lei dat die munisipale watervraag tussen Januarie en Maart nie bevredig kan word nie, gebaseer op die huidige onttrekkingspatroon. Die algehele impak van klimaatsverandering en ontwikkelingscenario's op Eersteriviervloei kan 'n vermindering in beskikbare water van tussen 2% en 18% in die toekoms meebring. Daarom stel hierdie navorsing voor dat die verhoging van die kapasiteit van bestaande plaasdamme en die bevordering van water aanvraag bestuurs-aktiwiteitedaartoe sal kan bydra om die potensiële impak van klimaatsverandering en ontwikkelingscenario's op die Eersterivier te beberk.
Description
Thesis (MEng)--Stellenbosch University, 2020.
Keywords
Climate changes, UCTD, Air -- Pollution, Air quality, Representative Concentration Pathways, Water-supply, Agricultural, Water demand management