Hydrological changes in the Mekong River Basin - The effects of climate variability and hydropower development

Abstract

The world's large rivers are increasingly exploited for human use and are affected by changes in global climate. Dams, the consumptive use of water and a changing climate have resulted in river fragmentation and flow alteration on a global scale. The Mekong River Basin has been one of the world's less affected large rivers, but recently the development has started to shape the river. In the Mekong, the livelihoods, the economy and food security are closely connected to the river environment and its productivity. The productivity in turn is largely driven by the hydrology. Therefore, an understanding of the ongoing hydrological changes is crucial.

This dissertation aims at fulfilling hydrological research gaps in the Mekong. These research gaps concern the climate induced hydrological variability and the impact assessment of hydropower development in the Mekong. The main research framework of this dissertation is based on hydrology and water resources research and the methods are based on statistical and mathematical models. In addition, the dissertation discusses the role of disciplinarity in the hydrological knowledge production.

The dissertation found that the Mekong's hydrology has been strongly influenced by El Niño – Southern Oscillation (ENSO), and that in recent decades the Mekong's hydrological variability has increased to levels that may not have been experienced within the past 700 years. The recent increase in hydrological variability was, at least partially, attributed to an increase in ENSO activity. The dissertation developed new assessment approaches for assessing hydropower development and found that river flows will be considerably affected and this development leads to increasing complexity and trade-offs among different sectors of society. In addition, it was found that climate variability and the development of the water resource infrastructure result in cumulative impacts that need further attention.

Altogether, the dissertation concludes that the Mekong has entered a new hydrological era, where humans have become a major force transforming the Mekong's hydrology. The ongoing hydrological changes are likely to have an impact on ecology, livelihoods and food security. This new era requires new holistic planning and assessment processes, and in the case of hydrological and water resources research and education, the dissertation recommends the recognition of complexity, uncertainty, and co-operation across disciplines and societal sectors as future directions.

Maailman suuria jokia hyödynnetään entistä enemmän ihmisten tarpeisiin. Samaan aikaan ilmastovaihteluiden ja ilmastonmuutoksen vaikutukset ovat lisääntyneet. Mekong-joki on yksi harvoista maailman suurista joista, joka on saanut virrata lähes luonnonmukaisesti viime vuosikymmeniin saakka. Mutta viime vuosina patorakentaminen sekä maatalouden vedenotto ovat lisääntyneet merkittävästi. Mekong-joella muutokset ovat merkittäviä, koska alueen talous, elinkeinot ja ruokaturva kytkeytyvät läheisesti veteen. Tässä väitöskirjassa tarkastellaan ilmastovaihteluiden ja vesivoimarakentamisen aiheuttamia hydrologisia muutoksia ja pyritään kuromaan umpeen niihin liittyviä tutkimusaukkoja.

Väitöskirjatutkimus perustuu hydrologian ja vesitalouden tutkimusaloihin, ja se soveltaa tilastotieteeseen sekä matemaattiseen simulointiin ja optimointiin perustuvia menetelmiä. Tämän lisäksi väitöskirjassa tarkastellaan hydrologiseen tutkimusprosessiin liittyviä seikkoja, jotka vaikuttavat tuotetun tiedon luonteeseen ja soveltamiseen. Väitöskirjan ilmastovaihteluihin keskittyvä osio osoitti, että Mekong-joen valuma-alueen hydrologisia vaihteluita on ajanut voimakkaasti El Niño – eteläinen värähtely (ENSO). Viime vuosikymmeninä lisääntynyt ENSO-aktiivisuus on lisännyt myös hydrologisia vaihteluita. Vastaavan suuruisia hydrologisia vaihteluita ei ole tapahtunut mahdollisesti 700 vuoteen.

Väitöskirjassa kehitetyt uudet lähestymistavat vesivoimarakentamisesta syntyvien virtaamamuutosten vaikutusten arviointiin ennustavat merkittäviä virtaamamuutoksia Mekong-joelle. Tutkimustapaukset osoittavat myös, että vesivoimarakentaminen tekee vedestä entistä hallinnoidumman resurssin, mikä voi johtaa lisääntyvään kilpailuun vedestä. Ilmastovaihteluiden ja patorakentamisen havaittiin myös synnyttävän kumulatiivisia hydrologisia muutoksia, joiden arviointiin on syytä keskittyä.

Väitöskirjan johtopäätöksenä on, että Mekong-joella on alkanut uusi aikakausi: ihmisestä on tullut merkittävä hydrologinen muutostekijä ja meneillään olevat muutokset uhkaavat alueen ekologiaa, elinkeinoja ja ruokaturvaa. Tämä uusi aikakausi vaatii vaikutusten arviointiin ja kehityksen ohjaamiseen tähtäävältä tutkimukselta uusia kokonaisvaltaisempia lähestymistapoja. Hydrologisen tutkimuksen ja opetuksen kannalta tämä tarkoittaa erityisesti kompleksisuuden ja epävarmuuden hallintaa sekä tiiviimpää yhteistyötä eri tieteenalojen ja yhteiskunnan tahojen välillä.