Sustainability problem of the Euphrates - Tigris basin water resources under a changing climate

Abstract

Küresel ve bölgesel hidrolojik döngü önümüzdeki yıllarda sıcaklık değişimlerinden etkilenebilir. Su döngüsünün kar erimesine bağlı olduğu bölgelerde, bu dalgalanmalar artan sıcaklığın kar örtüsü ve mevsimsel akış üzerindeki etkileri nedeniyle diğer alanlardan daha fazla olabilir. İklim değişikliğinin bu bölgelerde su kaynakları sürdürülebilirliği ve hidrolojik döngü üzerindeki etkileri hakkında birçok çalışma var. Bununla birlikte, ilgili çalışmalarda kullanılabilecek verilerin miktarı ve kalitesi, yetersiz ölçüm ağından ve erişilebilir hidro- meteoroloji istasyonlarının bakım sıkıntısından etkilenmiştir. Ayrıca, bölgesel çatışmalar ve yerel anlaşmazlıklar, bu bölgelerden bazılarında yapılan saha araştırmasını ciddi şekilde zorlaştırabilir. Orta Doğu'daki Dicle ve Fırat nehri havzası, iklim değişikliğinden çok etkilene bölgelerden biridir ve tüm bu eksikliklerden muzdariptir. Dicle ve Fırat nehri havzası, Ortadoğu'da bulunan tek sınır aşan su yolu sistemidir. Havzada Dicle ve Fırat nehirleri adında iki kar beslemeli nehir bulunmaktadır ve su kaynakları evsel kullanım, sulama, hidroelektrik enerji üretimi dahil olmak üzere farklı amaçlar için kullanılmaktadır. Türkiye, Suriye, Irak ve İran, havzadaki başlıca nehir kenarı ülkeleridir. Bu ülkeler 1960'lı yıllardan beri havzada kalkınma projelerine başlamıştır. Bu anlamda, bölgedeki hidroelektrik enerji ve tarımsal gelişim için Türkiye Cumhuriyeti tarafından Güneydoğu Anadolu Projesi (GAP) başlatılmıştır. Bu insan kaynaklı faktörler ve artan nüfus ile birlikte iklim değişikliğinin olumsuz etkileri, havzada su talebi ile su arzı arasında uyumsuzluğa neden olacaktır. Bu çalışmanın temel amacı, havzada iklim değişkenliğininin su kaynaklarının sürdürülebilirliğine etkilerini anlamak için GCM'lerin (Küresel İklim Modelleri) ve RCM'lerin (Bölgesel İklim Modelleri) simülasyonlarının çıktılarını analiz etmektir. Havzadaki iklim değişikliğinin etkilerini belirlemek için Hollanda Kraliyet Meteoroloji Enstitüsü (KNMI) ve Koordineli Bölgesel İklim Ölçeklendirme Deneyi (CORDEX) tarafından sağlanan yıllık iklim verileri kullanılmıştır. Diğer bir deyişle, GCM'lerin ve RCM'lerin çıktısı, geçmiş döneme (1986-2005) göre gelecekteki (2016-2035, 2041-2060 ve 2081-2100 dönemi) iklim değişikliğinin bölgesel hidroloji üzerindeki etkilerini anlamak için kullanılmıştır. Hidrometeorolojik parametrelerdeki (sıcaklık, yağış, buharlaşma ve akış) değişikliklerin değerlendirilmesi, ülkelerin (örneğin, Irak, İran, Suriye ve Suriye Türkiye) havzadaki alanlarına göre küresel ve bölgesel iklim modellerinden elde edilen çıktılar kullanılarak sağlanmıştır. Dahası, havzada nehir kenarı ülkelerinin sınırlarına göre 10 iklim indisindeki değişiklikler üç dönem boyunca CMIP5 verileri kullanılarak analiz edildi. Bu indisler beş günlük maksimum yağış (Rx5day), tropikal geceler sayısı (TR), sıcak günler yüzdesi (TX90p), ılık geceler yüzdesi (TN90p), basit yağış şiddet indisi (SDII), aşırı yağışlı günler yağışı (R99pTOT), büyüme dönemi uzunluğu (GSL), günlük sıcaklık aralığı (DTR), günlük sıcaklık aralığı (CDD) ve en uzun yağışlı dönem (CWD)'yi içerir. En çarpıcı nokta, 2081-2100 dönemi için daha belirgin olan sıcaklık artışının havzada kar örtüsü ve kar erimesi ile oluşan akış için derin etkileri olabileceğidir. Küresel ve bölgesel simülasyonlara göre Dicle-Fırat havzasında sıcaklık artmaktadır. Simülasyonlar, 2016-2035 dönemi için yüzey sıcaklığında 1 °C'lik bir artış gösterirken, 2041-2060 ve 2081-2100 dönemleri için sırasıyla yaklaşık 3 °C ve 6 °C'dir. Bölgesel hidrolojik döngüde sıcaklıktaki bu artışın sonucu, kar örtüsünün azalması ve dağlık bölgelerde karların erimesinin zamansal olarak önceki günlere kaymasıdır. Türkiye ve Suriye'de yağış miktarının 21. yüzyılın sonuna kadar % 15'e kadar azalması yönünde simülasyonlar arasında geniş bir uyum vardır. Irak ve İran'da yağışların 2016-2035 ve 2041-2060 dönemleri için % 5 artacağı tahmin edilirken, 2081-2100 dönemi için %15 oranında azalması beklenmektedir. Evapotranspirasyonda öngörülen değişiklikler, dönem başında genel olarak artış ve büyük olasılıkla yağışta öngörülen değişikliklerle ilgili olarak yüzyılın sonuna kadar bölge'de artış şeklindedir. Farklı model simülasyonları yüzey akışının Türkiye ve İran'da 21. yüzyılın sonuna kadar yaklaşık %10-50 oranında azalacağını öngörmektedir. Suriye'de yüzeysel akış %140 ve Irak'ta %250 arasında düşüyor. Havzadaki iklim değişikliğinin nehir kıyı ülkeleri arasında en fazla Türkiye'yi etkileyeceği anlaşılmaktadır. Havzanın Türkiye kısmında yüzey akışının bu yüzyılın sonuna kadar %20-50 oranında azalması öngörülmektedir. Ancak aşağı ülkeler, özellikle de Türkiye'nin saldığı suya bağımlı olan Irak ve Suriye, gelecekte su kaynakları açısından daha fazla stres altında olacaktır. Havzada iklim değişikliği, tuzlanma ve çölleşme gibi diğer doğal tehlikelere de yol açabilir. Havza son yıllarda ciddi kuraklıklarla karşı karşıya kaldı. Örneğin, 2007 - 2008 kışında meydana gelen şiddetli kuraklık, bölgedeki tarımsal üretim üzerinde büyük bir etkiye sebep oldu. Öte yandan, hidroklima parametrelerindeki değişiklikler bölgedeki su uyuşmazlıkları ve arz-talep dengesizliği nedeniyle su uyuşmazlıklarını daha da kötüleştirebilir. Bu sorunun çözümü için bölgesel eylemlerin koordine edilmesi ve su tahsisi için faktörlerin değerlendirilmesi önemlidir.

The global and regional hydrological cycle can be affected by temperature changes in the coming years. In the regions where the water cycle depends on the snowmelt, these fluctuations can be more than other areas due to the effects of increasing temperature on snow cover and seasonal runoff. There are many studies about the consequences and threats of climate change on water sustainability and hydrological cycle around the world. However, the quantity and quality of the data that can be used in related studies has been affected by the insufficient measurement networks and trouble of upkeep of the accessible hydro-meteorological stations. Moreover, regional conflicts and local disputes can seriously complicate field survey in some of these regions. The Euphrates and Tigris River Basin (ETB) has been affected by climate change, and it suffers from all the aforementioned shortcomings. The ETB is a single transboundary watercourse system located in the Middle East. The basin includes two snow- fed rivers called the Euphrates and Tigris rivers, and its water recourses are used for different aims including domestic use, irrigation, hydroelectric power generation, etc. Turkey, Syria, Iraq and Iran are the main riparian countries in the ETB. These countries have started development projects in the basin since 1960s. In this sense, the Southeastern Anatolian Project (GAP) by Turkey has been started for agricultural and hydropower development in the region. These anthropogenic factors and increasing population, together with negative impacts of climate change, will cause mismatches between water demand and water supply in the basin. This study, by utilizing the outputs of GCM (Global Climate Model) and RCM (Regional Climate Model) simulations, aims to contribute to the understanding of future climate variations and their effects on the future of the water resource sustainability in the ETB. Annual time series of climate data provided by Royal Netherlands Meteorological Institute (KNMI) and Coordinated Regional Climate Downscaling Experiment (CORDEX) were used to determine the impacts of climate change in the ETB. In other words, outputs of GCMs and RCMs were used to understand the effects of the climate change on regional water budget in the future (periods of 2016-2035, 2041-2060 and 2081-2100) with respect to past climate (period of 1986-2005). Analysis of the changes in the hydrometeorological parameters (temperature, precipitation, evapotranspiration and net water flux output) were provided using the the outputs from the global and regional climate models based on the territories of the riparian countries in the ETB (i.e., Iran, Syria, Turkey and Iraq). Moreover, the changes in 10 climate indices based on riparian country territories in the ETB were analyzed using output of CMIP5 models for all three periods. These parameters include maximum length of dry spell (CDD), maximum length of wet spell (CWD), daily temperature range (DTR), number of tropical nights (TR), growing season length (GSL), annual total precipitation when daily precipitation >99th percentile (R99pTOT), maximum consecutive 5-day precipitation (Rx5day), simple precipitation intensity index (SDII), warm nights index (TN90p) and warm days index (TX90p).The most striking point is that increasing temperature which is more pronounced for 2081- 2100 period may have profound implications for the snow cover and runoff in the basin. According to global and regional simulations, temperature in the whole Euphrates - Tigris basin increases. Simulations indicate 1 °C increase in surface temperature for 2016-2035 period whereas it is about 3°C and 6 °C for 2041-2060 and 2081-2100 periods, respectively. The consequence of this increase in temperature in the regional hydrological cycle is the reduction in snow cover and temporal shifts to earlier days in melting of snow in the highlands. In terms of precipitation, there is a wide harmony between the simulations, and it decreases up to 15% in Turkey and Syria for the 21century. Precipitation in Iraq and Iran are projected to increase by 5% for 2016-2035 and 2041-2060 periods, whereas simulations produce a decrease by 15% for 2081-2100 period. Predicted changes in the evapotranspiration indicate generally increases in the basin for the early period in response to the increasing temperatures, however it decreases by the end of the century because of decreasing precipitation. Based on different experiments, the surface runoff is found to decrease about 10-50% in Turkey and Iran by the end of the 21st century. Surface runoff in Syria and Iraq also decreases by140% and 250%, respectively. Investigation of climate indices in the ETB indicates that climate extremes will become more intense in the future. Investigation of climate changes in the ETB based on the riparian country territories indicates that Turkey will undergo the most changes. The changes in the surface runoff is projected to be by 20-50% reduction in Turkey by the end of the present century. But down-stream countries, especially Iraq and Syria which are dependent on the water released by the upstream Turkey will experience more stress for the water crisis in the future. The climate change in the ETB may lead to other natural hazards such as salinization and desertification. The ETB has faced severe droughts in the past years. For instance, the severe drought in the winter of 2007 - 2008 had a big effect on the agricultural production in the region. The initiation of development projects by the riparian countries since 1960s which are uncoordinated with water availability in the ETB and crisis in water demand management and inefficient water policy of the riparian countries within the national framework are the main causes of water mismatch between supply and demand in the ETB. On the other hand, changes in hydroclimatic parameters can exacerbate water disputes in the region due to increased water demand and supply imbalance. Important solutions to this problem include coordinated regional actions and assessment of the factors for water allocation.