Watershed management under climate change scenarios. Case study: Maranhão watershed, Portugal

Leonald Kalule

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Authors:

Supervisors:

Ramiro Joaquim De Jesus Neves (Ramiro Joaquim De Jesus Neves); Ana Isabel Baião Ramos de Oliveira (Ana Isabel Baião Ramos de Oliveira)

Published in

09/26/2022

Abstract

As projeções climáticas apontam para uma bacia hidrográfica do Maranhão, no leste de Portugal, mais seca e quente. O modelo MOHID Land foi usado para quantificar o impacto das alterações climáticas nas águas superficiais e subterrâneas, no balanço hídrico e na contribuição do reservatório do Maranhão para a agricultura no vale do Sorraia sob os cenários de emissão RCPs 4.5 e 8.5, para um futuro próximo (2024-2039) e um futuro distante (2075-2090). Comparando com o cenário de referência (2001-2008), os resultados indicaram um aumento de 16% no caudal sob o RCP4.5 e uma diminuição de 32% sob o RCP8.5. Verificou-se uma diminuição média de 0,1 a 2m nos níveis de água subterrânea devido à menor precipitação. Espacialmente, a mudança do lençol freático variou de -3,1 a 3,4 m. O erro médio do balanço hídrico foi de 0,7%, indicando boas capacidades do MOHID Land no balanço hídrico à escala da bacia hidrográfica. O impacto das alterações climáticas no balanço hídrico foi quantificado usando as relações de evapotranspiração e volume de água no outlet com a precipitação. O processo de evapotranspiração dominou a extração de água do sistema. As previsões das necessidades de rega estimadas à escala de parcela aumentaram ligeiramente devido ao aumento da transpiração. Com as alterações climáticas do cenário RCP8.5 verificou-se uma redução de 19% no volume de água afluente ao reservatório do Maranhão nos próximos anos e mais 7% de redução no longo prazo. Esta redução poderá tornar insustentável o regadio no vale do Sorraia. Climate projections point to dryer and hotter Maranhão watershed in Eastern Portugal. MOHID Land model was used to quantify climate change's impact on the surface water, groundwaters, water balance and Maranhão reservoir's contribution to sustainable irrigation farming in Sorraia valley under RCPs 4.5 and 8.5 emission scenarios for near (2024-2039) and far (2075-2090) future. Compared with reference scenario (2001-2008), results indicated a 16% increase in streamflow under RCP4.5, 32% decrease under RCP8.5 in stream discharge, and 0.1 to 2m mean decrease in groundwater levels at temporal scale due to less precipitation hence recharge compared to discharge. Spatially, groundwater change ranged from -3.1 to 3.4m, with Northeastern Maranhão experiencing the most groundwater level decrease due to platy crystalline clay loams promoting lateral instead of vertical flow and subsequent recharge. Mean water balance error was 0.7%, indicating good MOHID Land capabilities at watershed scale water balance. The impact of climate change on water balance was quantified using evapotranspiration and outlet flow volume to precipitation (ETP:P and Q:P) ratios. Evapotranspiration process dominanted water extraction from the system. ETP:P generally increased whereas Q:P decreased. Plot scale irrigation needs predictions slightly increased due to increased transpiration requirements except the 0.2% decrease for olive trees in the near years being due to the methodology to which plant development considered heat units. With climate change (RCP8.5) related 19% decrease in Maranhão reservoir`s contribution to irrigation needs in near years and further 7% decrease in the long term, irrigation agriculture in Sorraia valley could be rendered unsustainable.