Hydrological and Sediment Yield Response Impacts to Combined Changes of Land Use Land Cover and Climate in the Sub-basin of Ethiopia

Water en bodem zijn de tweelingfundamenten van het leven in elk landschap, maar ze zijn niet statische schatten; ze zijn voortdurend in beweging, gevormd door de handen van mensen en de grillen van de hemel. Wanneer bossen worden gekapt voor landbouw of wanneer neerslagpatronen verschuiven door een opwarmende wereld, verandert het delicate evenwicht van een stroomgebied. Een stroomgebied is simpelweg het gebied van land waar al het regenwater dat valt afstroomt naar één enkel riviersysteem, zoals een gigantische trechter. In deze systemen beweegt water op verschillende manieren: een deel stroomt via het oppervlak naar beken, een deel sijpelt zijwaarts door de bodem, en een deel zakt diep de grond in om ondergrondse aquifers aan te vullen. Tegelijkertijd kan de bodem zelf worden weggespoeld, een proces dat erosie wordt genoemd, waarbij sediment in de rivieren terechtkomt. Het begrijpen van hoe deze twee krachten — menselijk landgebruik en een veranderend klimaat — samenwerken, is cruciaal voor gemeenschappen die afhankelijk zijn van deze hulpbronnen voor drinkwater, irrigatie en voedselzekerheid. Als we niet kunnen voorspellen hoe deze systemen zich in de toekomst zullen gedragen, kunnen we niet plannen voor de droogtes of overstromingen die voor ons liggen.

In de hooglanden van Ethiopië, binnen het uitgestrekte Omo-Gibe rivierbekken, zette een onderzoeker genaamd Meseret Bekele Toma zich scharpe om precies te begrijpen hoe deze krachten met elkaar interageren in de Ajora-Woybo sub-stroomgebied. Dit gebied is een vitale waterbron die vijf jaarstroomversnellers voedt die uiteindelijk samenkomen in het Gibe III-reservoir, een belangrijke activa voor de energievoorziening en landbouw in de regio. Het landschap hier is een mix van hoge, koele plateaus en hete, droge laaglanden, met een bodem die varieert van diepe, vruchtbare klei tot grove, voedselarme rots. Om te zien wat de toekomst brengt, bouwde de onderzoeker een digitaal model van dit volledige stroomgebied. Dit model werkt als een virtueel laboratorium, waardoor wetenschappers simulaties kunnen uitvoeren van hoe het land en het klimaat in de komende decennia kunnen veranderen. De studie bekeek twee specifieke scenario's voor de toekomst: één waarin de wereldwijde opwarming matig is en één waarin deze ernstig is. Het projecteerde ook hoe het landgebruik waarschijnlijk zal veranderen, uitgaande van de huidige trends waarbij bossen en struikgewassen worden omgezet in landbouwgrond. Door deze twee sets veranderingen te combineren, beoogde de studie te zien of de effecten van een veranderend klimaat en een veranderend landschap elkaar zouden opheffen, of dat ze de problemen zouden verergeren.

De resultaten van deze simulaties schetsen een duidelijk, zij het zorgwekkend beeld voor het Ajora-Woybo stroomgebied. Het model suggereert dat in de komende decennia de totale hoeveelheid water in het systeem zal krimpen. Specifiek wordt geprojecteerd dat de hoeveelheid water die over het landoppervlak stroomt, het water dat zijwaarts door de bodem beweegt en het water dat diep ondergronds wordt opgeslagen, allemaal zullen afnemen. Onder het meest ernstige opwarmingsscenarioal projecteert de studie dat de oppervlakteafvoer met bijna 5 procent kan dalen, en de grondwaterstroom tegen de jaren 2070 met meer dan 6 procent kan afnemen. Deze reductie wordt primair gedreven door het veranderende klimaat, dat naar verwachting minder regen in het gebied zal brengen. Het verhaal is echter anders voor evapotranspiratie — het proces waarbij water vanuit de bodem en planten in de lucht beweegt. Dit wordt naar verwachting zullen stijgen, met een toename van meer dan 6 procent in de nabije toekomst, doordat hogere temperaturen zorgen voor meer verdamping.

Misschien wel de meest opvallende bevinding betreft de bodem zelf. Terwijl de waterstroom door het systeem naar verwachting zal afnemen, wordt geprojecteerd dat de hoeveelheid bodem die wordt weggespoeld en door de rivieren wordt meegevoerd, zal toenemen. Het model geeft aan dat de sedimentopbrengst in de nabije toekomst met meer dan 8 procent kan stijgen. Dit gebeurt omdat het land verandert; naarmate bossen en struikgewassen worden vervangen door gewassen, wordt de grond kwetsbaarder voor erosie. De studie vond dat hoewel klimaatverandering de belangrijkste drijfveer is voor de vermindering van de watervoorraad, de veranderingen in hoe mensen het land gebruiken de primaire reden zijn voor de toename van bodemverlies. Interessant genoeg werken de twee krachten soms in tegengestelde richting. Bijvoorbeeld, terwijl klimaatverandering de neiging heeft om de oppervlakteafvoer te verminderen, heeft de omzetting van land naar landbouw de neiging om deze juist te verhogen. In de gecombineerde simulatie werkten deze tegenovergestelde krachten elkaar gedeeltelijk tegen, wat leidde tot een "neutraliserend" effect waarbij de totale verandering in waterstroom minder dramatisch was dan wanneer alleen het klimaat zou zijn veranderd. Dit evenwicht beschermde de bodem echter niet; erosie bleef toenemen.

De timing van deze veranderingen is ook van belang. De studie keek naar de seizoensritmes van de regio, die worden gedefinieerd door drie duidelijke seizoenen: de zware regenval van de kiremt, de lichtere regenval van de belg, en het droge bega-seizoen. De simulaties suggeren dat de waterstroom grilliger zal worden. Tijdens het hoofdreenseizoen kan de stroom licht toenemen, maar tijdens de droge seizoenen zal deze naar verwachting aanzienlijk dalen. Dit patroon suggereert dat de regio te maken kan krijgen met extremere gebeurtenissen, met perioden van intense overstromingen gevolgd door hevige droogtes. De stroomopwaartse gebieden van het stroomgebied, waar boeren afhankelijk zijn van het land voor hun levensonderhoud, zijn bijzonder kwetsbaar. De simulaties laten zien dat deze gebieden een afname zullen zien in het water dat beschikbaar is voor de landbouw, een probleem dat steeds moeilijker te beheren kan worden naarmate de bevolking groeit.

Uiteindelijk benadrukt dit onderzoek dat het beheer van water- en bodembronnen vereist dat men zowel naar de hemel als naar de grond kijkt op hetzelfde moment. De studie concludeert dat hoewel het klimaat de dominante kracht is die de waterbalans verandert, de manier waarop mensen het land gebruiken de cruciale factor is die bepaalt hoeveel bodem verloren gaat. De bevindingen suggereren dat enkel reageren op klimaatverandering niet genoeg is; strategieën moeten ook gericht zijn op hoe het land wordt beheerd. Het verminderen van ontbossing en het adopteren van landbouwmethoden die de bodem op zijn plaats houden, zijn essentiële stappen. De studie benadrukt dat de interactie tussen landgebruik en klimaat complex is en van plaats tot plaats varieert, wat betekent dat lokale oplossingen noodzakelijk zijn. Voor de boeren en planners in het Ajora-Woybo stroomgebied bieden deze inzichten een routekaart voor de voorbereiding op een toekomst waarin water schaarser en de bodem fragieler is, wat oproept tot een verschuiving naar duurzame praktijken die deze vitale hulpbronnen voor generaties kunnen beschermen.