Climate change impacts on flooding in Grijalva-Usumacinta basin in southeastern Mexico

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2020-08-17
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Water and Environmental Engineering (WAT)
Language
en
Pages
63 + 8
Series
Abstract
The Grijalva-Usumacinta basin in southeastern Mexico has experienced an increase in flooding and the high level of vulnerability of the 6.7 million inhabitants makes flooding a big issue. There are multiple factors that have driven the change with land use changes being one of the most researched. While climate change has intensified extreme precipitation events globally, the projected future flood changes remain less extensively researched, and especially the studies in Central America are rare. The goal of this master’s thesis was to research the impact climate change has on flooding in the Grijalva-Usumacinta river basin. There were two main aims of the study. Firstly, the likely changes in precipitation and temperature due to climate change were analysed by using the NEX-GDDP climate projections for close and far future periods of 2031–2050 and 2051–2070. The study focused on two climate forcing levels, RCP 4.5 and RCP 8.5, and five general circulation models (GCMs) were used: BCC-CSM1-1, BNU-ESM, CanESM2, GFDL-CM3 and MIROC-ESM. Secondly, changes in discharges and flow patterns under the changing climate were analysed with a focus on extreme discharge events. The discharges were produced using VMod distributed hydrological model for simulating the hydrology of the basin. The results show disparity among the GCMs of the direction of change in precipitation and discharge while the magnitude of changes can be remarkable. Three of the GCMs showed decreases in precipitation and two increases, and the directional changes in discharges corresponded to these. The changes were larger under higher climate forcing and further future. Under far future climate, both the high flow index as well as return levels of events with return periods of 5, 10 and 20 years can increase with more than 40% in Tenosique along the Usumacinta River and more than 100% in Villahermosa along the Grijalva River. In general, the changes in precipitation cause an even larger change in discharges and the large extreme events are likely to change the most. These findings highlight the importance of climate change as one of the factors possibly impacting future changes in flooding and this knowledge supports the planning of flood mitigation and adaptation in the Grijalva-Usumacinta River basin.

Grijalva-Usumacintan valuma-alue Kaakkois-Meksikossa on kärsinyt lisääntyneestä tulvimisesta, ja väestön poikkeuksellinen haavoittuvaisuus tulvimiselle tekee ongelmasta erityisen haasteellisen tällä 6,7 miljoonan asukkaan valuma-alueella. Tulvimiseen alueella vaikuttavat useat tekijät, joista maankäytön muutokset kuuluvat eniten tutkittuihin. Maailmanlaajuisesti ilmastonmuutos on lisännyt sään ääri-ilmiöiden määrää, kuten rankkasateita, mutta samaan aikaan näiden vaikutuksia tulvimiseen on tutkittu selvästi vähemmän, eikä tutkimuksia Väli-Amerikan alueelta ole juuri lainkaan. Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia ilmastonmuutoksen vaikutuksia tulvimiseen Grijalva-Usumacintan valuma-alueella. Ensimmäisessä vaiheessa työssä tutkittiin ilmastonmuutoksen vaikutuksia sadantaan ja lämpötiloihin NEX-GDDP ilmastoskenaarioita hyödyntäen. Ajallisesti työssä keskityttiin kahteen tulevaisuuden ajanjaksoon 2031–2050 ja 2051–2070. Päästöskenaarioiksi valittiin RCP 4,5 ja RCP 8,5, ja näillä ajetuista globaaleista ilmastomalleista poimittiin viisi: BCC-CSM1-1, BNU-ESM, CanESM2, GFDL-CM3 and MIROC-ESM. Toisessa vaiheessa tutkittiin ilmastonmuutoksen vaikutuksia virtaamiin näitä samoja ilmastoaineistoja hyödyntäen painottaen analyysissä huippuvirtaamia, jotka viestivät eniten tulvimisen muutoksista. Virtaamien tuottamiseksi valuma-alueen hydrologiaa mallinnettiin käyttäen VMod-nimistä hydrologista mallia. Tuloksissa yksittäiset ilmastomallit erosivat skenaarioiltaan suuresti toisistaan: kaksi malleista näytti sadannan kasvua ja kolme vähenemistä. Virtaamien muutosten suunnat vastasivat näitä sadannan muutoksia erilaisuudessaan, mutta samanaikaisesti muutokset olivat suuruudeltaan huomattavia. Virtaamissa tapahtuvien muutosten havaittiin olevan suurempia suuremmalla päästöskenaariolla ja kauemmalla tulevaisuuden ajanjaksolla. Jälkimmäisellä ajanjaksolla tutkitut virtaamaindeksit kasvoivat jopa yli 40 % Tenosiquen kaupungin läheisyydessä ja yli 100 % Villahermosan kaupungin läheisyydessä. Lisäksi sadannan muutokset näyttivät aiheuttavan itseään suuremman muutoksen virtaamissa. Näiden tulosten perusteella ilmastonmuutos tulisi lukea mukaan tekijöihin, jotka voivat tulevaisuudessa aiheuttaa muutoksia tulvimisessa, ja näin ollen se tulisi ottaa huomioon tulvimista koskevassa suunnittelussa Grijalva-Usumacintan valuma-alueella.
Description
Supervisor
Kummu, Matti
Thesis advisor
Horton, Alexander
Kallio, Marko
Keywords
extreme discharge, high flow, GCM, NEX-GDDP, RCP4.5, RCP8.5
Other note
Citation