Estimating the change and effects of reservoir evaporation in monsoon climate: Case of Nam Theun 2 in Lao PDR

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2012
Major/Subject
Vesitalous ja vesirakennus
Mcode
Yhd-12
Degree programme
Language
en
Pages
87 + [3]
Series
Abstract
Reservoirs alter the spatio-temporal distribution of water resources and the hydrological regime of basins by flooding large areas, affecting upstream and downstream flows and can convert a substantial amount of runoff to evaporation. Empirical studies have shown reservoirs to affect regional precipitation, and it has been suggested that changes in evaporation rates caused by reservoirs can have impacts on climate. Through a case study of the Nam Theun 2 hydropower project completed in 2010 in Lao People's Democratic Republic, this master's thesis aims to (i) estimate the changes in evaporation caused by a reservoir in monsoon climate, (ii) study whether a robust method requiring a minimal amount of data can yield reliable and significant results on monthly and annual scale, and (iii) discuss the potential impact of changes in evaporation on regional hydrology and on climate. The study area was modelled with the VMod hydrological model using hydrological and meteorological data from a period before the completion of the dam. The model's output including potential evaporation, evaporation, and discharge were analysed in ArcGIS in order to gather monthly and annual statistics and to simulate the dam reservoir and its effects on evaporation. The mean annual increase of 46 mm in evaporation corresponded to 183 Mm3, which is 3.6 % of the average annual runoff of the Nam Theun 2 Catchment, and 0.08 % of the average Mekong mainstream discharge in the same reach. The mean monthly increase in evaporation varied between a nearly negligible 0.3 mm mo-1 in September during the Southwest Monsoon and 9 mm mo-1 in February during the dry season. The largest monthly increase corresponded to 35 Mm3, which is 74 % of the mean monthly runoff of the Nam Theun 2 Catchment and 0.74 % of the Mekong mainstream in the same month. The increased evaporation caused by the reservoir may potentially increase local or regional precipitation during dry season, as the Mekong region is estimated to have high ratios of evaporation and precipitation recycling, and thus may be sensitive to changes in evaporation. During the wet season the impact of the reservoir on climate may be insignificant It is recommended that changes in evaporation caused by reservoirs and atmospheric moisture recycling are taken into account when making cumulative or strategic impact assessments on hydropower development or when estimating the impacts of dams on local and regional hydrology. Due to the rapid hydropower development in the Mekong region, basin-wide assessment should be made on the possible changes in evaporation caused by all existing and planned dam reservoirs, and on their subsequent cumulative impacts on the hydrology of the Mekong River Basin.

Varastoaltaat vaikuttavat valuma-alueen hydrologiaan sekä vesivarojen ajalliseen ja paikalliseen jakautumiseen. Vaikutus syntyy ylä- ja alavirran virtaamien muutosten, laajan tulvimisen sekä valunnan ja haihdunnan muutosten kautta. Empiiriset tutkimukset ovat osoittaneet varastoaltaiden vaikuttavan paikalliseen sadantaan, ja on mahdollista, että muutokset haihdunnassa voivat vaikuttaa myös ilmastoon. Tämän diplomityön tavoitteena on (i) arvioida varastoaltaan vaikutusta haihduntaan monsuuni-ilmastossa, (ii) tutkia suoraviivaisen ja vahan dataa vaativan metodin soveltuvuutta haihdunnan arvioimiseen kuukausi- ja vuositasolla sekä (iii) suhteuttaa haihdunnan muutokset alueelliseen hydrologiaan sekä arvioida muutoksen mahdollisia vaikutuksia ilmastoon. Työ tehtiin tutkimalla Laosiin, Kaakkois-Aasiaan vuonna 2010 valmistunutta Nam Theun 2 -vesivoimahanketta. Tutkittava alue mallinnettiin hydrologisella mallilla, VModilla, käyttäen hydrologista ja meteorologista dataa ajalta ennen padon valmistumista. Mallin tuloste (mm. potentiaalinen haihdunta, haihdunta ja virtaama) käsiteltiin ArcGIS-ohjelmistossa, josta kerättiin kuukausi- ja vuositasojen tilastoja ja jolla simuloitiin varastoallasta ja sen vaikutusta haihduntaan. Vuositasolla haihdunta lisääntyi keskimäärin 46 mm vastaten 183 Mm3:a, joka on 3,6 % Nam Theun 2 valuma-alueen keskimääräisestä luonnollisesta virtaamasta ja 0,08 % Mekong-joen pääuoman saman jokiosuuden virtaamasta. Kuukausitasolla haihdunta lisääntyi 0.3 mm kk-1 syyskuussa sadekauden aikaan ja 9 mm kk-1 helmikuussa kuivan kauden aikana. Suurin kuukausimuutos vastasi 35 Mm3:a, joka 74 % Nam Theun 2 valuma-alueen saman kuukauden luonnollisesta virtaamasta ja 0,74 % Mekongin pääuoman virtaamasta. Varastoaltaan aiheuttama haihdunnan lisääntyminen voi mahdollisesti lisätä paikallista tai alueellista sadantaa kuivalla kaudella, sillä Mekongin alueella on arvioitu olevan voimakas sisäinen hydrologinen kierto. Tämän vuoksi alue voi olla herkkä haihdunnan muutoksille. Kuivalla kaudella varastoaltaan vaikutus ilmastoon lienee merkityksetön. On suositeltavaa että, varastoaltaiden aiheuttamat haihdunnan muutokset sekä ilmankosteuden kierto otatetaan huomioon tehtäessä vesivoimarakentamisen vaikutusten arviointia ja arvioitaessa patojen vaikutuksia paikalliseen sekä alueelliseen hydrologiaan. Voimakastahtisen vesivoimarakentamisen vuoksi suositellaan tehtäväksi koko Mekong-joen valuma-alueen laajuinen selvitys olemassa olevien ja suunniteltujen patojen varastoaltaiden aiheuttamasta haihdunnan muutoksista sekä niiden mahdollisista kumulatiivisista vaikutuksista Mekongin valuma-alueen hydrologiaan.
Description
Supervisor
Varis, Olli
Thesis advisor
Kummu, Matti
Räsänen, Timo
Keywords
Mekong, Mekong, evaporation, haihdunta, reservoir, varastoallas, hydrological modeling, hydrologinen mallintaminen, VMod, VMod
Other note
Citation