Impact of climate change on the contribution of second order tributaries to the water balance of the Ferghana Valley

Abstract

Large Areas of Kirgistan are made up of the Parmir-Alay and the Tian-Shan mountain systems. They house large glacier systems that contribute considerably to the aestival water supply, especially of the densely populated Fergana Valley. These water resources are used for the generation of electricity and above all for agricultural irrigation. The Syra Darya river is the confluence of Naryn and Kara Darya river; it receives large quantities of melt water from glaciers and snow and directs them towards the Fergana Valley. Under the impact of the temperature rise induced by climate change, the glaciers are subject to an accelerated melting process. In this regard, knowing which fresh water resources are going to be available in the future is of great interest for agriculture. The two publications presented here are dedicated to this question. The conceptual HBV-light model has been calibrated and validated for 18 sub basins of the Syr Darya. Thereby the lack of accessible meteorological data was an issue which had to be resolved and data gaps had to be closed. Monte Carlo simulations and the equifinality concept have been implemented successfully to reduce these data uncertainties. Based on this initial work, the effect of climate change according to the SRES A1B scenario (Special Report on Emission Scenarios) has been assessed for the time period 2071-2100. 1971-2000 has been selected as the reference period.An increased outflow in winter and spring of 44 to 107% magnitude has been predicted for the sub basins with regard to the current outflow. In contrast, the aestival outflow will decrease by 12-42%. These temperature-driven changes in outflow are going to further impair agricultural irrigation in the Fergana Valley, which will force agriculture to develop additional water-saving technologies.The total annual outflow will increase by 5-17% for glaciated and by about 9% for non-glaciated sub basins. The overall outflow of the rivers Naryn and Kara Darya will decrease by 20% according to the calculations, whereby the input of the 18 investigated sub basins will increase by 37% due to the glacial melting.All things considered, the conducted investigations emphasise the urgent requirement to pursue all available measures that help to mitigate the implications of climate change. Große Teile Kirgisistans werden von den Bergketten des Pamiro-Alai und des Tien-Shan Gebirgssystems gebildet. Sie beherbergen große Gletschersysteme, die in erheblichem Umfang zur sommerlichen Wasserversorgung vor allem des bevölkerungsreichen Fergana-Tals beitragen. Diese Wasserresourcen werden zur Stromerzeugung und vor allem zur landwirtschaftlichen Bewässerung genutzt. Der Fluss Syrdarya nimmt aus dem Zusammenfluss des Naryn und Karadarya die Schmelzwassermengen von Gletschern und Schnee auf und leitet sie dem Ferganatal zu. Unter dem Einfluss des durch den Klimawandel bedingten Temperaturanstiegs unterliegen die Gletscher einem beschleunigten Schmelzungsprozess. In diesem Zusammenhang ist es für die Landwirtschaft von großem Interesse zu wissen, welche Süßwasserressourcen in Zukunft zur Verfügung stehen. Dieser Fragestellung widmeten sich die vorliegenden zwei Veröffentlichungen. Das konzeptuelle Modell HBV-light wurde für 18 Teileinzugsgebiete im Oberlauf des Syrdarya kalibriert und validiert, wobei als besonderes Problem der Mangel an verfügbaren meteorologischen Daten zu bewältigen war und Datenlücken zu schließen waren. Monte Carlo Simulationen und das equifinality concept wurden erfolgreich angewandt, um diese Datenunsicherheiten zu reduzieren. Basierend auf diesen Eingangsarbeiten wurde der Effekt des Klimawandels entsprechend dem SRES A1B Scenario (Special Report on Emissions Scenarios) für den Zeitraum 2071-2100 abgeschätzt. Als Bezugszeitraum wurde die Periode 1971-2000 gewählt. Für die Teileinzugsgebiete wurde ein Anstieg des Abflusses im Winter und im Frühjahr in der Größenordnung von 44 bis 107% prognostiziert, bezogen auf den derzeitigen Abfluss. Der sommerliche Abfluss wird dagegen um 12-42% abnehmen. Diese temperaturbedingten Veränderungen in den Abflüssen werden die Wasserversorgung landwirtschaftlicher Kulturen im Ferganatal weiterhin verschlechtern, was die Landwirtschaft zu weiteren wassersparenden Technologien zwingen wird. Der gesamte jährliche Abfluss wird für vergletscherte Teileinzugsgebiete um 5 - 17% ansteigen und für nicht vergletscherte um ca. 9%. Der Gesamtabfluss der Flüsse Naryn und Karadarya wird nach den Berechnungen um ca. 20% abnehmen, wobei der Beitrag der untersuchten 18 Teileinzugsgebiete aufgrund der Gletscherschmelze um 37% zunehmen wird. Insgesamt unterstreichen die durchgeführten Untersuchungen die dringende Notwendigkeit, dass alle verfügbaren Maßnahmen, die dazu beitragen, die Auswirkungen des Klimawandels zu mindern, verfolgt werden müssen.