Impact of reservoirs, land use and climate changes on suspended sediment in the Da River (China - Vietnam)

Sediment issues have critical implications for aquatic ecology, agriculture, water supply and river navigation. In recent years, with the construction and operation of several reservoirs in Da river basin, such as Hoa Binh, Lai Chau and so on, this issue has risen high interest and concern. Reservoirs have been built to meet several important needs including: increasing energy, irrigation, and drinking water demand. However, there are some important issues related to the construction and operation of reservoirs, which the decision maker should pay attention on: they trap sediments and reduce sediment concentration in rivers downstream reservoir, then increasing riverbank erosion and localized erosion around hydraulic structures. In addition, land use change, along with climate change are also to be considered as causing effects on sediment erosion and transport. This study aimed to evaluate the effects of separate factors such as reservoirs, land use change, and climate change, and also the combination of such factors on sediment load in the Da river basin. To make this evaluation, an updated and enhanced version of the soil erosion and transport model at the catchment scale, namely DIMOSHONG_RUSLE is applied to the Da river basin. More than 50 years of monthly precipitation, runoff and suspended sediment load data at the monthly scale are processed. Effect of land use, reservoirs, and climate change is taken into account and a projection of land use, climate changes in the future is assessed on the basis of trends observed in the last decades. The effect of land use change on sediment load is investigated by using historical land use map (1983, 2000,2009, the projection future land use 2020) and existing and future reservoirs. It is concluded that the construction of reservoirs occurred in recent years decreased dramatically the amount of sediment load. For example: Polex (72%), Lai Chau station (71%), Son La station (92%), Hoa Binh station (99%). In order to assess the impact of future climate change on sediment load, plausible projection of climate change scenarios are developed. Climate change models can be driven with the output from a General Circulation Model (Watson et al., 1996). In my thesis, three GCMs are used, participating in the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5) experiment, and contributing to the IPCC Fifth Assessment Report (AR5), namely the EC-Earth, ECHAM6 and CCSM4 models. An ‘overall-change’ scenario including the impact of land use, climate change and reservoirs is also analyzed validated by comparing the 1986-2005 rainfall and land use scenario with land use 2000 for control run. By using land use 2020 coupled with 9 climate change scenarios the impact of reservoir, land use and climate change on sediment load is finally investigated.

L’erosione idrica e trasporto di sedimenti ha implicazioni per l’ecologia acquatica, l’agricoltura, la risorsa idrica e la navigazione dei fiumi. Negli ultimi anni tale fenomeno ha rinnovato l’attenzione sia della comunità scientifica, sia dei tecnici che degli stakeholder in seguito alla costruzione e la messa in servizio di numerosi invasi artificiali, situati in special modo nel sudest asiatico, come quelli sul bacino del fiume Da, l’Hoa Binh, Lai Chau.. Le dighe e i bacini artificiali sono stati costruiti per soddisfare diverse esigenze tra cui la crescente richiesta di energia, di domanda irrigua e d’acqua potabile. Va comunque puntualizzato come la costruzione di invasi comporti anche una alterazione del regime sedimentologico di un corso d’acqua: le dighe bloccano i sedimenti e ne diminuiscono la loro concentrazione nel flusso idrico a valle dell’opera idraulica, possono aumentare l’erosione delle sponde e l’erosione localizzata in prossimità di strutture idrauliche. Inoltre, sono da tener in considerazione quale ulteriore causa di una alterazione della quantità di suolo eroso e trasportato a valle anche cambiamenti nell’uso del suolo e nel clima. In questo studio si vuole valutare gli effetti sull’erosione idrica e il trasporto del cambiamento di uso del suolo, della costruzione di invasi artificiali e del cambiamento climatico e di una combinazione degli stessi. Lo svolgimento dei calcoli è stato reso possibile attraverso l’uso della più recente versione di un modello di erosione e trasporto di sedimenti alla scala di bacino, chiamato DIMOSHONG_RUSLE e applicato al bacino del fiume Da. A tal fine sono stati analizzatioltre 50 anni di precipitazioni mensili, ruscellamento superficiale e trasporto di sedimenti sospesi su base mensile. Sono stati studiati gli effetti nel cambiamento di uso del suolo, la presenza invasi artificiali e cambiamento climatico nello scenario corrente se ne sono osservati i trend per le decadi future. Gli effetti del cambiamento di uso del suolo e della costruzione degli invasi nel bacino del fiume Da sono stati analizzati tramite delle mappe storiche d’uso del suolo. Avendo a disposizione informazioni riguardanti il progetto di nuovi invasi, tale ricerca è stata completata da uno studio riguardante gli effetti sul regime sedimentologico della costruzione degli invasi futuri. A tal fine è stato utilizzata una mappa di uso del suolo priettata al 2020. Dopo aver indagato gli effetti a partire dalle mappe storiche di uso del suolo, le proiezioni di cambiamento di uso del suolo al 2020, gli invasi attuali e quelli previsti per il futuro, si può affermare che la costruzione di invasi artificiali negli ultimi anni ha causato un considerabile aumento del trasporto di sedimenti. Per esempio: Polex (72%), stazione di Lai Chau (71%), stazione di Son La (92%), stazione di Hoa Binh (99%). Al fine di valutare l'impatto del cambiamento climatico sul trasporto di sedimenti sono stati analizzati diversi scenari futuri. Le proiezioni utilizzate derivano da modelli di tipo General Circulation Model. Nel mio lavoro sono stati utilizzati 3 GCM: EC-Earth, ECHAM6 and CCSM4, rientranti negli esperimenti di Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5) e contribuenti al quinto report dell'IPCC (AR5). E’ stato inoltre studiato uno scenario di cambiamento generale che includesse il cambiamento di uso del suolo, cambiamento climatico e la presenza di invasi artificiali. E' stato ottenuto confrontando le piogge per il periodo 1986-2005 e i cambiamenti di uso del suolo con l'uso del suolo nel 2000 come scenario di controllo. Tale scenario è stato ottenuto tramite un accoppiamento delle proiezioni di uso del suolo per il 2020 con i 9 scenari di cambiamento climatico (in presenza di invasi artificiali).