The effect of climate and land-cover changes on runoff response in Guguf spate systems, northern Ethiopia†
Abstract
enIrrigated agriculture in the rainfall-deficit semi-arid lowlands of the Raya valley rely on spate systems to produce food crops. Climate and land-cover dynamics upstream are, however, threatening runoff response reaching these spate systems. The objective of this study was thus to analyse the hydrological response of dryland catchments to changing climate and land cover in Guguf spate systems. Thirty-six years of climate data were analysed using Mann–Kendall, Pettitt's test and linear regression methods, and time-series land-cover information extracted from Landsat satellite images in a remote-sensing interface. The Soil Conservation Systems curve number method was then employed to formulate the likely impact of climate and land-cover changes on runoff response, and trends analysed. Results showed that temperature, evapotranspiration and rainfall varied at least by 0.11°C, 15.2 mm and −5.1 mm yr−1 respectively, intensifying moisture stress. Moreover, improving vegetation cover in the highlands enhanced the water-abstraction capacity of the soil, impeding the runoff curve number by 9.2%. Thus, the combined effects of climate induced moisture stress and land cover led water abstraction upstream has threatened runoff response at a rate of 0.23 × 106 m3 yr−1. In other words, the runoff response reaching Guguf spate systems degenerated by 7.96 × 106 m3 over 36 years. Such unusual highland–lowland hydrological linkage has therefore endangered the availability of surplus water to irrigate spate-based farms downstream. Appropriate policies and strategies would therefore be desirable to address conflicting interests in scarce water resources in the face of climate change. © 2019 John Wiley & Sons, Ltd.
Résumé
frL'agriculture irriguée dans les basses terres semi-arides à déficit pluviométrique de la vallée de Raya repose sur des systèmes de crue pour produire des cultures vivrières. La dynamique du climat et du couvert végétal en amont menace toutefois la réponse des eaux de ruissellement qui atteindront ces systèmes de crues. L'objectif de cette étude était donc d'analyser la réponse hydrologique des bassins versants des terres arides aux changements climatiques et au couvert végétal dans les systèmes d'irrigation par épandage des eaux du Guguf. Trente ans de climat ont été analysés à l'aide de méthodes de Mann-Kendall, de test de Pettitt, de régression linéaire et d'informations chronologiques sur la couverture terrestre extraites d'images satellite Landsat dans une interface de télédétection. La méthode du nombre de courbes des systèmes de conservation des sols a ensuite été utilisée pour formuler l'impact probable des changements de climat et du couvert végétal sur la réponse au ruissellement, et les tendances analysées. Les résultats ont montré que la température, l'évapotranspiration et les précipitations variaient au moins respectivement de 0.11°C, 15.2 mm et −5.1 mm an−1, intensifiant ainsi le stress hydrique. En outre, l'amélioration de la couverture végétale dans les hautes terres a accru la capacité de captage de l'eau du sol, ce qui a empêché le nombre de courbes de ruissellement de 9.2%. Ainsi, les effets combinés du stress hydrique induit par le climat et de la couverture végétale ont entraîné le captage d'eau en amont, menaçant la réponse des eaux de ruissellement à un taux de 0.23 × 106 m3 par an. En d'autres termes, la réponse des eaux de ruissellement atteignant les systèmes d'irrigation par épandage des eaux du Guguf a dégénéré de 7.96 × 106 m3 en 36 ans. Ce lien hydrologique inhabituel entre les hautes terres et les basses terres a donc mis en péril la disponibilité d'excédents d'eau pour irriguer les fermes à crue situées en aval. Des politiques et des stratégies appropriées seraient donc souhaitables pour résoudre les conflits d'intérêts liés aux ressources en eau rares face au changement climatique. © 2019 John Wiley & Sons, Ltd.
