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Land-use impacts on water resources in semi-arid regions: the case of Manyame catchment Zimbabwe

Bibliographic Details
Main Author: Pachawo, Vimbai
Publication Date: 2024
Language: eng
Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Download full: https://hdl.handle.net/1822/93360
Summary: Programa doutoral em Sustainable Built Environment
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spelling Land-use impacts on water resources in semi-arid regions: the case of Manyame catchment ZimbabweImpacto do uso da terra nos recursos hídricos em regiões semi-áridas: o caso da captura de Manyame no ZimbábueCatchmentCharacterizationLandcoverStreamflowWater resourcesCaracterização de catchmentMudança de cobertura de uso do soloAnálise de fluxoEngenharia e Tecnologia::Engenharia do AmbientePrograma doutoral em Sustainable Built EnvironmentThe study sought to establish the impacts of changes in land-use to watershed hydrology in semi-arid catchments and selected Manyame catchment in Zimbabwe as the case study. The catchment was characterized through analysis of the 5 sub-catchments: Upper Manyame, Middle Manyame, Angwa- Rukomechi, Lower Manyame and Musengezi. The study then sought to identify the changes in land use and land cover in Manyame catchment from 1990 to 2020 using integrated GIS and Remote Sensing techniques. Two sub-catchments, Upper Manyame and Middle Manyame were selected for land-use change detection because they are under intense pressure from both urban population growth and commercial agricultural production. Landsat images were used for landcover classification into 4 major classes: water, agriculture, urban and forest. The changes in water coverage were discussed in depth. Streamflow analysis for Manyame catchment is then carried out using Mann Kendall series test with results showing Kendall’s Tau (τ) correlation coefficient; Sen’s slope magnitude of trend and p-value for significance of trend at 95% confidence level for selected gauging stations for Upper Manyame, Middle Manyame, and Lower Manyame sub-catchments. The findings are then consolidated and evaluated to analyze the impacts of land use changes on water resources. Manyame catchment is characterized by rapid urban development which has resulted in wetland invasion and pollution of surface water bodies by wastewater. Local authorities don’t seem to be in full control of housing developments as they constantly seek legal intervention to restore order on illegal constructions done through housing cooperatives. The land use changes between 1990 and 2020 showed that overally 23.6% of the land transitioned into urban land with the urban land increasing by 668.3%, forestry coverage reduced by 19.6%, agricultural land reduced by 41.9% and water resources reduced by 58.9%. Results of streamflow analysis for the 4 hydrological subzones in the 3 sub-catchments show that between 1995 and 2000, all urban stations had an increased flow trend which could be a result of expansion of urban areas. The nonurban stations had reduced flows between 1995 and 2000. Annual mean flows increased from upstream to downstream with the mean peak flow rising from 12m3/s in CH5 to 140m3/s in CH2. Maximum flows were slightly higher in CH4 and CH3 subzones. Zero flows dominated the minimum flows in CH2 subzone. Overally CH5 and CH3 subzones had the highest changes in streamflow trends between 1990 and 2013. Overally, there is a need to weigh the implications of parallel administrative structures of natural resources. Efforts should be made to sync administrative and hydrological boundaries. Whilst hydrological analysis forms the basis of water resources management, the actual fate of water resources lies on institutional factors. There is slackly strategic planning by the central government and limited coordination amongst the water management authority, local authority, and environmental management authority. Political influence dominates the decision making in local authorities. The composition of urban councils needs to be changed from political set up to stakeholder set up. Overflow of untreated sewer directly into rivers should be avoided. Urban development should be a complete package of housing, water, and sanitation with planning done in a holistic manner.O estudo procurou estabelecer os impactos das mudanças no uso da terra para a hidrologia da área aquática em capturas semi-áridas e selecionou a captura de Manyame no Zimbábue como estudo de caso. A captura foi caracterizada através da análise das 5 sub-capturas: Upper Manyame, Middle Manyame, Angwa-Rukomechi, Lower Manyame e Musengezi. O estudo procurou então identificar as mudanças no uso da terra e na cobertura da terra na captura de Manyame de 1990 a 2020 usando técnicas integradas de GIS e Remote Sensing. Dois sub-capturas, Upper Manyame e Middle Manyame foram selecionados para detecção de mudança de uso da terra porque estão sob intensa pressão tanto do crescimento da população urbana quanto da produção agrícola comercial. As imagens Landsat foram usadas para a classificação da cobertura em 4 grandes classes: água, agricultura, urbanas e florestas. As mudanças na cobertura da água foram discutidas em profundidade. A análise do fluxo de fluxo para a captura de Manyame é então realizada usando o teste da série Mann Kendall com os resultados mostrando o coeficiente de correlação de Tau (τ) de Kendall; a magnitude da inclinação de tendência de Sen e o valor de p para a significância da tendência a um nível de confiança de 95% para estações de medição selecionadas para as sub-capturas de Upper Manyame, Middle Manyame e Lower Manyame. Os resultados são então consolidados e avaliados para analisar os impactos das mudanças no uso do solo nos recursos hídricos. A captura de Manyame é caracterizada pelo rápido desenvolvimento urbano que resultou na invasão de zonas úmidas e poluição de corpos de água de superfície por águas residuais. As autoridades locais não parecem estar no controle total do desenvolvimento da habitação, pois buscam constantemente intervenção legal para restaurar a ordem nas construções ilegais feitas através de cooperativas de habitação. As mudanças no uso da terra entre 1990 e 2020 mostraram que, no geral, 23,6% da terra passou para a terra urbana, com o solo urbano aumentando em 668,3%, a cobertura florestal reduzida em 19,6%, a terra agrícola reduzido em 41,9% e os recursos hídricos reduzidos em 58,9%. Os resultados da análise do fluxo para as 4 subzonas hidrológicas nas 3 sub-capturas mostram que entre 1995 e 2000, todas as estações urbanas tiveram uma tendência de fluxo aumentada que poderia ser resultado da expansão de áreas urbanas. As estações não urbanas reduziram os fluxos entre 1995 e 2000. Os fluxos médios anuais aumentaram da corrente ascendente para a corrente descendente, com o fluxo médio de pico aumentando de 12 m3/s em CH5 para 140 m3/s em CH2. Os fluxos máximos foram ligeiramente maiores nas subzonas CH4 e CH3. Fluxos zero dominavam os fluxos mínimos na subzona CH2. No geral, as subzonas CH5 e CH3 tiveram as maiores mudanças nas tendências de fluxo entre 1990 e 2013. Os esforços devem ser feitos para sincronizar as fronteiras administrativas e hidrológicas. Enquanto a análise hidrológica forma a base da gestão dos recursos hídricos, o destino real dos recursos hidrelétricos depende de fatores institucionais. Há planejamento estratégico fraco pelo governo central e coordenação limitada entre a autoridade de gestão da água, autoridade local e autoridade da gestão ambiental. A influência política domina a tomada de decisões nas autoridades locais. A composição dos conselhos urbanos precisa ser alterada da configuração política para a criação de partes interessadas. Deve-se evitar o excesso de esgoto não tratado diretamente nos rios. O desenvolvimento urbano deve ser um pacote completo de habitação, água e saneamento com planejamento feito de forma holística.Vieira, J.M.P.Universidade do MinhoPachawo, Vimbai2024-09-232024-09-23T00:00:00Zdoctoral thesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/1822/93360eng101655789info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2024-10-19T01:20:15Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/93360Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-28T18:59:19.324990Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
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