The value of open-source river streamflow estimation in Southeast Asia

Loading...
Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis

Date

2019-01-28

Department

Major/Subject

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Geoinformatics (GIS)

Language

en

Pages

53 + 15

Series

Abstract

Water governance deals with a substance that is essential for sustaining life. Managing a physical substance, which runs in multiple interconnected systems crossing administrative borders of all scales, creates controversies when the interests of different stakeholders collide. Creating policies and making decisions related to water requires efficient science-policy interaction, to which environmental modelling is inarguably an important input that provides salient, credible, and legitimate information to be used. However, modelling the endless complexity of the physical world leaves the modelers facing uncertainties. This work demonstrates the environmental modelling process, conducts an uncertainty quantification, and finally investigates the potential of adopting open-source solutions as a part of environmental modelling and policy support. This work applies both quantitative and qualitative methods. The main quantitative methods are hydrostreamer, a newly developed open-source tool that can estimate river streamflow, and Monte Carlo simulation, which is applied to quantify a type of uncertainty related to hydrostreamer. Within the qualitative methods, a survey and semi-structured interviews are applied to assess the current state of hydrostreamer and its applicability in the 3S river basin located in Southeast Asia, and also to investigate the potential of open-source based environmental modelling solutions in a more general manner. In the work, one of the contributors of uncertainty related to modelling streamflow with hydrostreamer is quantified and shown to behave with respect to Strahler order. Minor applications for hydrostreamer in its present state are found in the study area, and potential for adopting open-source solutions is shown, primarily due to low costs and through major donor organizations. In the resulting discussion, it is emphasized that trade-offs between modelling tool applicability and accuracy should be addressed to make the environmental modelling process truly open, instead of limiting the openness to only few of those with the required capabilities. Evaluating uncertainties related to a modelling process helps building confidence on the methods used; however, it should be considered carefully how to present the analysis and results for those who are not familiar with the subject. The work is a technical approach with ultimate goals in incorporating non-technical people and arguing for open data and transparency. It is concluded that open-source tools exhibit potential to be incorporated in complicated policy-making contexts despite the fact that no single tool can provide a panacea for complex issues.

Vesi on keskeinen elämää ylläpitävä aine, ja sen merkitys lähes kaikille elinkeinoille on hyvin suuri. Se kiertää luonnon toisiinsa liittyneissä järjestelmissä jatkuvasti, ja vesivarojen hallinnoinnin on kyettävä toimimaan hallinnollisten rajojen yli. Veden käyttöön liittyy usein intressiristiriitoja eri toimijoiden välillä. Tieteellistä tietoa ja ympäristömallintamista hyödynnetään päätöksenteossa vesialalla, jolloin tuotetun tiedon tulisi olla mahdollisimman hyödyllistä ja luotettavaa. Fyysisen maailman loputon monimutkaisuus kuitenkin aiheuttaa epävarmuutta mallintamiseen. Tässä työssä esitellään ympäristömallintamisen prosessi ja arvioidaan erästä epävarmuustekijää numeerisesti. Lopuksi arvioidaan avoimeen lähdekoodiin perustuvien ratkaisujen potentiaalia osana ympäristömallintamista ja päätöksenteon tukea. Tässä työssä käytetään sekä laskennallisia että laadullisia menetelmiä. Laskennallisia menetelmiä ovat hydrostreamer, uusi avoimeen lähdekoodiin perustuva työkalu jokivirtaaman arviointiin, ja Monte Carlo -simulaatio, jota käytetään epävarmuuden simuloimiseen ja arviointiin. Kyselytutkimusta sekä puolistrukturoituja haastatteluja sovelletaan hydrostreamerin nykytilan ja sovellettavuuden arviointiin käyttäen nk. 3S-jokilaaksoa Kaakkois-Aasiassa esimerkkialueena. Työn tuloksena näytetään arvioidun spatiaalisen epävarmuuden käyttäytyvän käänteisesti Strahlerin luvun suhteen. Pienimuotoisia sovelluskohteita hydrostreamerille osoitetaan olevan tutkimusalueella, ja avointen työkalujen käyttöä ympäristömallintamisessa arvioidaan laadullisten tulosten perusteella. Työn pohdinnassa korostetaan, että mallintamistyökalujen valinnassa ja käytössä tulisi ottaa huomioon kompromissit sovellettavuuden ja tarkkuuden välillä. Tällöin mallinnusprosessista tulisi aidosti avoin sen sijaan, että avoimuus rajoittuisi vain pienelle joukolle toimijoita, joilla on tarvittava osaaminen ja data käytössään. Mallinnukseen liittyvien epävarmuuksien analysointi auttaa rakentamaan luottamusta kehitettyihin menetelmiin: epävarmuusanalyysin toteutus ja tulosten esittäminen muille voivat kuitenkin olla haastavia ja vaativat huolellista suunnittelua. Työ on lähtökohtaisesti tekninen, mutta sen pohjalta voidaan myös saada ei-teknisiä toimijoita osallistumaan mallintamiseen entistä enemmän. Yhteenvetona voidaan todeta, että potentiaalia sisällyttää avoimet työkalut osaksi monimutkaisia päätöksentekoprosesseja on olemassa, vaikkakaan mikään työkalu ei voi yksinään ratkaista kaikkia ongelmia.

Description

Supervisor

Varis, Olli

Thesis advisor

Kallio, Marko
Fallon, Amy

Keywords

water resources management, water governance, science-policy interaction, environmental modelling, uncertainty, geoinformatics

Other note

Citation