A case study on the application of environmental flow methods in the wetlands of the Eastern Caprivi, Namibia

Abstract

[EN] This Master Thesis arises after six months working on the Institute für Wasserwirtschaft, Hydrologie und landwirtschaftlichen Wasserbau (Hannover, Germany) under the supervision of Dipl.-Hydrol. Matthias Beyer. It is enclosed in the context of the CERPA project which focuses on the evaluation of new market-based instruments for biodiversity conservation and their socio-economic implications, using the example of wetlands in Sub-Sahara Africa . Ecosystems and biodiversity provide a wide range of goods and services. There is a need for effective instruments to protect them from destruction and deterioration. The designation of areas as `environmentally protected¿ is widely used and there exist different kinds of management systems. Among those is the concept of Payment for Ecosystem Services (PES). An ecosystem service is the general name for goods and services provided by ecosystems; benefits which are provided ¿for free¿ and do not normally carry a monetary value. The idea of PES is to encourage the conservation and sustainable use of ecosystems, by offering incentives to farmers and landowners in exchange for the responsible management of their land, to ensure the preservation of the ecosystem services. Under this framework the Eastern Caprivi (Namibia) was chosen by the CERPA research team as a pilot area because of its special location and its hydrological and ecological characteristics. The goal of the CERPA research project is to evaluate the practicability of international markets for protected area certificates, hence to investigate innovative combinations of ¿protected area approaches¿ and ¿Payment for Ecosystem (PES) approaches¿. To achieve the objective is pursued to establish a management plan based on detail knowledge of the natural resources and the socio-economic aspect. In this Master Thesis, the characterization of the Caprivi subbasin and its hydrological characteristic are exposed as first step. An analysis of the Zambezi River at Katima Mulilo gauging site was performed, showing its variability during the wet and dry seasons. Secondly, mulapos (local name for lentic water bodies in the floodplain) were determined by the use of remote sensing techniques and Geographic information System (GIS). For this purpose, a satellite image (Landsat 5) of May 2008 was used and its mndwi index (for superficial water bodies) mapped. The month of May was chosen because it corresponds to the end of the wet season; rains have stopped and the remaining water indicates the lower areas where the mulapos are. The year 2008 was chosen because it was a very wet year. Once the mulapos were determined, the water volume that remains in the floodplain was calculated. Besides, the floodplain was divided into 12 sectors, due to its huge extension, and the frequencies of flooding in each of them were determined by the use of satellites images for the month of April each year, from 2000 to 2011. This information, together with the volume calculated, was used to compare the occurrence of flooding in the different polygons over time. Finally, different methods were used to calculate the environmental flow in the Zambezi River at the Katima Mulilo gauging station. The Tennant Method and the Percentile 90 and 95 are the statistical methods chosen to establish a minimum flow to protect biodiversity and encourage the permanence of the mulapos in the floodplain. The literature about these topics in the Zambezi River Basin is very limited; a deeper study about its flow requirements and the characterization of the mulapos as characteristic features in the floodplain would be of great interest to preserve its biodiversity. This Master Thesis is intended to be as a first step concerning with future research in order to design a complete management plan of the river basin

[ES] En segundo lugar, en la llanura de inundación se determinan los mulapos existentes, siendo éstos los cuerpos de agua inundados periódicamente durante la estación húmeda. Para ello se utilizaron técnicas de teledetección y Sistemas de Información Geográfica (GIS). Se utilizó una imagen satelital (Landsat 5) perteneciente al mes de mayo de 2008, a partir de la cual se calcula su correspondiente índice mndwi (que indica las masas de agua superficial). El mes de mayo fue elegido por coincidir con el final de la estación húmeda (existen dos estaciones bien diferenciadas, estación húmeda de enero a junio, y estación seca de julio a diciembre); las lluvias han terminado y el agua que queda en la llanura de inundación corresponde con las zonas más bajas en las que se encuentran los mulapos. El año 2008 se eligió por ser muy húmedo. Una vez determinados los mulapos, se calculó el volumen de agua superficial en la llanura de inundación. Ésta fue dividida en 12 sectores, debido a su enorme extensión (en un GIS mediante un ¿standar watershed delineation¿ sobre el modelo digital de elevación), y la frecuencia de inundación de cada uno de ellos ha sido evaluada mediante el uso de imágenes satelitales correspondientes al mes de abril de cada uno de los años, entre 2000 y 2011. Esta información, junto con el volumen de agua calculado, ha sido utilizada para comparar la frecuencia de inundación en cada uno de los polígonos a lo largo de estos años. Finalmente, se ha calculado el caudal ecológico mínimo del río Zambezi en la estación de aforo de Katima Mulilo por varios métodos. Para ello, el método de Tennant y el cálculo del percentil 90 y 95 han sido elegidos como los métodos estadísticos utilizados para el cálculo del mínimo caudal necesario para la protección de la biodiversidad existente en la zona, así como para garantizar la aparición estacional de los mulapos. Esta tesina final de Máster pretende ser un primer paso hacia el estudio de los caudales ecológicos en el río Zambezi y la determinación y el estudio de la importancia de los mulapos en la llanura de inundación de la región de Caprivi. Existe poca información y poco estudios hechos en esta concreta zona, y, considerando su elevada importancia ecológica y ambiental, resulta fundamental impulsar y promover estudios que pongan de manifiesto la importancia de su protección, diseñando un plan de gestión adecuado para la cuenca del río