The impact and adaption on agricultural water resources considering climate change is significant for reservoirs. The change in rainfall patterns and hydrologic factors due to climate change increases the uncertainty of agricultural water supply and demand. The quantitative evaluation method of uncertainty based on agricultural water resource management under future climate conditions is a major concern. Therefore, it is necessary to improve the vulnerability management technique for agricultural water supply based on a probabilistic and stochastic risk evaluation theory. The objective of this study was to analyse the uncertainty of water resources under future climate change using probability distribution function of water supply in agricultural reservoir and demand in irrigation district. The uncertainty of future water resources in agricultural reservoirs was estimated using the time-specific analysis of histograms and probability distributions parameter, for example the location and the scale parameter. According to the uncertainty analysis, the future agricultural water supply and demand in reservoir tends to increase the uncertainty by the low consistency of the results. Thus, it is recommended to prepare a resonable decision making on water supply strategies in terms of using climate change scenarios that reflect different future development conditions.
Global warming due to climate change is expected to significantly affect the hydrological cycle of agriculture. Therefore, in order to predict the magnitude of climate impact on agricultural water resources in the future, it is necessary to estimate the water demand for irrigation as the climate change. This study aimed at evaluating the future changes in water demand for irrigation under two Shared Socioeconomic Pathways (SSPs) (SSP2-4.5 and SSP5-8.5) scenarios for paddy rice in Gimje, South Korea. The APEX-Paddy model developed for the simulation of paddy environment was used. The model was calibrated and validated using the H2O flux observation data by the eddy covariance system installed at the field. Sixteen General Circulation Models (GCMs) collected from the Climate Model Intercomparison Project phase 6 (CMIP6) and downscaled using Simple Quantile Mapping (SQM) were used. The future climate data obtained were subjected to APEX-Paddy model simulation to evaluate the future water demand for irrigation at the paddy field. Changes in water demand for irrigation were evaluated for Near-future-NF (2011-2040), Mid-future-MF (2041-2070), and Far-future-FF (2071-2100) by comparing with historical data (1981-2010). The result revealed that, water demand for irrigation would increase by 2.3%, 4.8%, and 7.5% for NF, MF and FF respectively under SSP2-4.5 as compared to the historical demand. Under SSP5-8.5, the water demand for irrigation will worsen by 1.6%, 5.7%, 9.7%, for NF, MF and FF respectively. The increasing water demand for irrigating paddy field into the future is due to increasing evapotranspiration resulting from rising daily mean temperatures and solar radiation under the changing climate.
For the systemic management and planning of future agricultural water resources, deriving and analyzing the various results of climate change are necessary to respond the uncertainties of climate change. This study assessed the impact of climate change on the rainfall, temperature, and agricultural water requirement targeting in the Nakdong-river's basin periodically according to socioeconomic driving factors under the scenarios A1B, A2 and B1 of the Special Report on Emission Scenarios (SRES) through the various IPCC GCMs. As a result of future rainfall change (2011~2100), increasing or decreasing tendency of rainfall change for future periods did not show a clear trend for three rainfall observatories, Daegu, Busan and Gumi. The characteristics of the temperature change consistently show a tendency to increase, and in the case of Daegu observatory, high temperature growth was shown. Especially, it was increased by 93.3 % in the period of future3 (2071~2100) for A2 scenario. According to the scenario and periodic analyses on the agricultural water demand, which was thought to be dependent on rainfall and temperature, the agricultural water demand increased at almost every period except during the Period Future1 (2011~2040) with different increase sizes, and the scenario-specific results were shown to be similar. As for areas, the agricultural water demand showed more changes in the sub-basin located by the branch of Nakdong-river than at the mainstream of the River.
In this study, the projected land use area in 2030 for major crop production was estimated in Jeju Island using land cover map, and corresponding agricultural water demand for 40 sub-regions was quantitatively assessed using the future climate change scenario (RCP 4.5). Estimated basic unit of water demand in 2030 was the highest in the western region, and the lowest in the eastern region. Monthly maximum agricultural water demand analysis revealed that water demand in August of 2030 substantially increased, suggesting the climate of Jeju Island is changing to a subtropical climate in 2030. Agricultural water demand for sub-region in 2030 was calculated by multiplying the target area of the water supply excluding the area not in use in winter season by the basic unit of water demand, and the maximum and minimum values were estimated to be $306,626m^3/day$ at Seogwipo downtown region and $77,967m^3/day$ at Hallim region, respectively. Consequently, total agricultural water demand in Jeju Island in 2030 was estimated to be $1,848,010m^3/day$.
Kim, Deokwhan;Kim, Jungwook;Joo, Hongjun;Han, Daegun;Kim, Hung Soo
Membrane and Water Treatment
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제10권1호
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pp.1-11
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2019
The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Fifth Assessment Report (AR5) predicted that recent extreme hydrological events would affect water quality and aggravate various forms of water pollution. To analyze changes in water quality due to future climate change, input data (precipitation, average temperature, relative humidity, average wind speed and sunlight) were established using the Representative Concentration Pathways (RCP) 8.5 climate change scenario suggested by the AR5 and calculated the future runoff for each target period (Reference:1989-2015; I: 2016-2040; II: 2041-2070; and III: 2071-2099) using the semi-distributed land use-based runoff processes (SLURP) model. Meteorological factors that affect water quality (precipitation, temperature and runoff) were inputted into the multiple linear regression analysis (MLRA) and artificial neural network (ANN) models to analyze water quality data, dissolved oxygen (DO), biological oxygen demand (BOD), chemical oxygen demand (COD), suspended solids (SS), total nitrogen (T-N) and total phosphorus (T-P). Future water quality prediction of the Anseongcheon River basin shows that DO at Gongdo station in the river will drop by 35% in autumn by the end of the $21^{st}$ century and that BOD, COD and SS will increase by 36%, 20% and 42%, respectively. Analysis revealed that the oxygen demand at Dongyeongyo station will decrease by 17% in summer and BOD, COD and SS will increase by 30%, 12% and 17%, respectively. This study suggests that there is a need to continuously monitor the water quality of the Anseongcheon River basin for long-term management. A more reliable prediction of future water quality will be achieved if various social scenarios and climate data are taken into consideration.
The rapid urbanization in many Asian countries has taken millions of people from the rural countryside to concentrated megacities, which eventually putting pressure on the existing water resources. The over-growing population and increasing living standard of people in the urban region of developed as well as developing countries such as Korea, China, Japan and India have witnessed a drastic change in terms of domestic water demand for the past few decades. In this study, we used the concept of potential surface water availability in the form of surface runoff for future vulnerability assessment. We focused on 42 megacities having population more than 5 million as per the United Nations (UN) census data 2020. The study shows that 30 out of 42 cities having more than 180L/p/d demand for domestic use based on various references. We have predicted the domestic water demand for all the cities on the basis of current per capita demand up to 2035 using UN projected population data. We found that the projected water demand in megacities such as Seoul, Busan, Shanghai, Ghuanzou are increasing because of high population as well as GDP growth rate. On the contrary, megacities of Japan considered in our stud shows less water demand in future due to decreasing trend of population. As per the past records provided by the local municipalities/authorities, we projected different scenarios based on the future supply for various megacities such as Chennai, Delhi, Karachi, Mumbai, Shanghai, Wuhan, etc. We found that the supply to demand ratio of these cities would be below 75% for future period and if such trend continues then the inhabitants will face serious water stress conditions. Outcomes of this study would help the local policy makers to adopt sustainable initiatives on urban water governance to avoid the severe water stress conditions in the vulnerable megacities.
Climate change influences multiple environmental aspects, certain of which are specifically related to agricultural water resources such as water supply, water management, droughts and floods. Understanding the impact of climate change on reservoirs in relation to the passage of time is an important component of water resource management for stable water supply maintenance. Changes on rainfall and hydrologic patterns due to climate change can increases the occurrence of reservoir water shortage and affect the future availability of agricultural water resources. It is a main concern for sustainable development in agricultural water resources management to evaluate adaptation capability of water supply under the future climate conditions. The purpose of this study is to predict the sustainability of agricultural water demand and supply under future climate change by applying an irrigation vulnerability assessment model to investigate evidence of climate change occurrences at a local scale with respect to potential water supply capacity and irrigation water requirement. Thus, it is a recommended practice in the development of water supply management strategies on reservoir operation under climate change.
To evaluate the available groundwater supply to the agricultural water demand in the future with the climate change scenarios for 40 sub-regions in Jeju Island, groundwater recharge and the available groundwater supply were estimated using water balance analysis method. Groundwater recharge was calculated by subtracting the actual evapotranspiration and direct runoff from the total amount of water resources and available groundwater supply was set at 43.6% from the ratio of the sustainable groundwater capacity to the groundwater recharge. According to the RCP 4.5 scenario, the available groundwater supply to the agricultural water demand is estimated to be insufficient in 2020 and 2025, especially in the western and eastern regions of the island. However, such a water shortage problem is alleviated in 2030. When applying the RCP 8.5 scenario, available groundwater supply can't meet the water demand over the entire decade.
According to Asian Development Bank report Pakistan is among water scarce countries. Climate scenario on the basis IPCC fifth assessment report (AR5) revealed that annual mean temperature of Pakistan from year 2010-2019 was $17C^o$ which will rise up to $21C^o$ at the end of this century, similarly almost 10% decrease of annual rainfall is expected at the end of the century. It is a changing task in underdeveloped countries like Pakistan to meet the water demands of rapidly increasing population in a changing climate. While many studies have tackled scarcity and stream flow forecasting of the Upper Indus Basin (UIB) Pakistan, very few of them are related to socio-economic and climate change impact on sustainable water management of UIB. This study investigates the pattern of current and future surface water availability for various demand sites (e.g. domestic, agriculture and industrial) under different socio-economic and climate change scenarios in Upper Indus Basin (UIB) Pakistan for a period of 2010 to 2050. A state-of-the-art planning tool Water Evaluation and Planning (WEAP) is used to analyze the dynamics of current and future water demand. The stream flow data of five sub catchment (Astore, Gilgit, Hunza, Shigar and Shoyke) and entire UIB were calibrated and validated for the year of 2006 to 2011 using WEAP. The Nash Sutcliffe coefficient and coefficient of determination is achieved ranging from 0.63 to 0.92. The results indicate that unmet water demand is likely to increase severe threshold and the external driving forces e.g. socio-economic and climate change will create a gap between supply and demand of water.
A special concern is paid to the risks with which small-sized water resources systems are confronted in supplying water in the far future. Taking the Gwangdong dam reservoir as a case study, the authors seek to understand demand-side and supply-side disturbances of a reservoir, which, respectively, corresponds to effects of water demand changes on the intake amount and those of climate changes on the inflow amount. In result, it is demonstrated that both disturbances in the next 50 years are almost unpredictable. Yet the projection ranges, thought of as relatively reliable information that models offer, reveal that severity and period of water shortage is very likely to change. It is therefore concluded that water resources management requires more rigorous approaches to overcoming high uncertainties. The methods and models for projecting those disturbances are selected, based on practicality and applicability. Nevertheless, they show a large usefulness, especially in dealing with data shortage and reducing the needs for expensive modeling resources.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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