Integration of Climate Change Considerations in Hydropower Developments‐Adaptations and Policy 

Recommendation 

     Final Report

Submitted to:   Government of Nepal 

Ministry of Environment, Science and Technology 

Kathmandu, Nepal 

Submitted by:   The Society of Hydrologists and Meteorologists (SOHAM) Nepal 

      Kathmandu, Nepal 

Email: soham_npl@yahoo.com;info@soham.org.np 

June 2012

� 

i  

Acknowledgement Hydropower development of Nepal in the Context of Climate Change is an attempt to show impacts of climate change on one of the important sector of water resource. 

Water is a key element to hydropower development. Climate change impacts on it need to be handled carefully and skillfully. The report  is  intended to present scenario of the  impacts of climate change on river flows which is though challenging because water availability, quality of stream flow is sensitive to temperature and precipitation. 

South Asia is particularly more vulnerable to its impacts and some of the impacts already seen in Nepal in  the  form  of  drought,  downstream  flooding,  intense  rainfall,  shifting  of monsoon  period. Nepal  is suffering from either too much water or too little water to sustain life due to climate change. 

Climate  change  impacts  on  hydropower  development  may  be  addressed  by  focusing  on  research, optimum observation network, strong database, adaptation and mitigation techniques. This report is an effort to bring some important issues of climate change to readers and building a strategy to cope with its impacts. 

I would like to express warm appreciation and thanks to Mrs. Kalpana Dhamala, Ex. Minister, Ministry of Science and Technology, and Mr. Suresh Marahatta, advisor to the Minister. I would also like to thank to Secretary,  Ministry  of  Science  and  Technology,  Director  General,  Department  of  Hydrology  and Meteorology and to all executive members of SOHAM‐Nepal  

 

Society of Hydrologists and Meteorologists, Nepal 

(SOHAM Nepal) 

Kathmandu 

June, 2012 

� 

ii  

Research Team  

 

 

Mr. Jagat Kumar Bhusal    : Team Leader of the Study  

Mr. Deepak Paudel         

Mr. Santosh Regmi         

Mrs. Indiral Kandel         

Mr. Binod Parajuli 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

� 

iii  

Executive Summary

The Himalayan glaciers hold  the  largest  store of  fresh water outside  the Polar  Ice Caps. Many of  the rivers  on  the  Asian  continent  originate  in  the  Himalayas.  Steady  glacial melt  has  fed  these  rivers, regulating  their  flow  throughout  the annual hydrological cycle. But many of  these glaciers are  rapidly melting, causing yet more volatility in the flow levels of rivers in Asia.  

Nepal contains about two percent of the world’s water resources. There are more than 6000 rivers  in Nepal out of which about 54 rivers are each longer than 150 kilometres and 964 rivers are each longer than 10 kilometres  (DHM,1998) These river  in total   posses an appreciable of hydroelectricity which  is more than 83 thousand  (Shrestha, H M). Power of water been used since ancient times  to grind  flour and perform other tasks.  In 1878 the world's first hydroelectric power scheme was developed at Crag side  in  Northumberland  of  England  by William  George  Armstrong.  The  first  hydropower  electricity project    (Pharping hydroporoject) of 500‐kilowatt capacity. was  installed    in 1911  in Nepal.   Till date, total  installed capacity  is 700 MW out of which 174 MW fall under private sectors.   Karnali, Chisapani  location is identified  for a Multipurpose Project with an installed capacity of 10,800 MW. 

Deglaciation  in  the  Himalaya  will  also  cause  rapid  growth  of  glacial  lakes,  which  will  increase  the likelihood  of  glacial  lake  outburst  floods.  The  deglaciation  pattern will  deliver water  to  the  rivers  in sporadic bursts  rather  than  a  steady  stream of  flow. These devastating  and often unexpected  floods could wreak havoc on hydroelectric  infrastructure. Glacial melt will cause  initial overall  increased flow for  the  rivers  originating  in  the  Himalaya.    However,  highly  variable  river  flow  is  not  optimal  for hydropower, so even though deglaciation will increase the flows at certain periods of time, its variability and  unpredictability  make  hydropower  more  vulnerable  on  rivers.  Some  smaller  rivers  are  fed exclusively  by  glacial  melt,  and  could  dry  up  in  as  few  as  50  years.  This  naturally  would  affect downstream hydropower, not to mention the water supply of communities along such rivers. 

Various  scientific  studies’  results  and  information  from multiple  sources  that  are  focused on  climate change vulnerability  to water resource, especial  focus on hydropower are synthesized and  integrated.  Stream flow  is   an    important parameter of a hydroelectric generation by which  installed capacity and energy output is determined.  Climate change which has impacted precipitation patterns, glacial melting has been altering the stream flows and also have impacted on seasonal variation and annual fluctuation in  flows.   Run‐of‐river  type of hydroelectric project  is  likely  to be affected because  they  lack  storage facilities to buffer fluctuations in water flow.  The storage type partially blocks the water flow of a river and  store water upstream of  the dam  to create a  reservoir. Stored water  in  the  reservoir  is used    to produce electricity at desired time. 

To understand how climate change will affect hydropower production,  it  is necessary  to consider  the ways  in  which  characteristics  of  hydropower  facilities  affect  their  vulnerability  to  climate  change. 

� 

iv  

Changes  in temperature and changes  in precipitation patterns have profound effects on river systems. Evaporation,  discharge,  temporal  variability,  and  glacial  melt  impact  the  vulnerability  of  certain hydropower  facilities  and  reservoir  characteristics.  Planned projects  should  take  reservoir  shape  into consideration in their design in order to reduce evaporation and maximize power potential(McJannet et al, 2008).. Reservoir size is important to evaporation as well, as smaller reservoirs will be more at risk to losing greater proportions of their volume.  

The inherent characteristic of climate  is that it changes with time. The degree of climate variability that is described by the differences between  long‐term statistics of meteorological elements calculated  for different periods is the measure of climate change.  

The  last glaciation, which occurred at about 10000 calendar years before present.   The climate during the Holocene period appeared  relatively  stable but  there were  significant  climate  fluctuations during this period (e.g. Bond et al. 1997; Mayewski et al. 1997; deMenocal et al. 2000).  However the significant cause of the warming trend  is seen as the  ‘Greenhouse Effect’ – a well‐understood phenomenon that was discovered  in 1824  and  first measured  in 1859  (IPCC  Assessment  Report  4,  2007).The major  greenhouse gases  are  water  vapour,  carbon  dioxide  (CO2),  methane  (CH4)  and  nitrous  oxide  (N20).  Some concentrations of GHGs in the atmosphere are natural but human activity is producing more and more of these gases each year. Eleven of the 12 years from 1995 to 2006 are among the 12 warmest years on record (IPCC AR4 WGI). Indeed, the 10 warmest years from the UK Meteorological Office’s 160‐year records are all since 1997, while eight of them are after 2001. (UK Met Office HadCRUT3 temperature record).  

Climate change will cause increased temporal variability of precipitation events. This will pose significant problems for hydroelectric generation. These impacts will result in more severe and frequent floods and droughts. Seasonal offsets, or the altering timing and magnitude of precipitation for traditional rainy and dry seasons and peak snowmelt, will occur as well  (Izrael, Y. 2007). The magnitude of climate change induced precipitation shifts will vary greatly by season.  In some cases precipitation  is projected  to be reduced twice as much in one season while in other regions, wet seasons may become drier and the dry seasons may become wetter (Harrison, G. P., & Whittington, H., 2002) 

Regional findings provided a preliminary basis for collecting information that climate change impacts will most  significantly  impact  hydropower  generation  across  the  globe.  A  type  of  dam  characteristics determines  affects  on  them  by  types  of  climate  change  impacts.  The  other  factors  determining  the responses  to  climate  change  impacts  on  hydropower  generation  are  political,  social  and  economic factors, unique to the region.  

One study in the Peribonka River watershed in Quebec, Canada predicted mean annual hydropower to decrease  by  1.8  percent  between  2010‐2039  due  to  initial  early  peak  flows  and  lack  of  summer precipitation) and subsequently  increase by 9.3 percent and 18.3 percent during 2040‐2069 and 2070‐2099  respectively  due  to  steadily  increasing  precipitation  amounts  (Minville  et  al,  2009).  Some predictions  forecast  a  40  percent  loss  in  production  by  2080  in  the  Pacific Northwest  of  the United States. The prediction  in  increasing  temperature and decreasing  in    rainfall hinted  to  likely a negative effect on mean annual discharge, and in hydroelectric production. Earlier snowmelts will shift seasonal 

� 

v  

peak  flow  time  thereby  hurting  hydroelectric  production,  especially  during  the  summer  when  it’s needed most (Power Markets Week, 2005)  

 

In south and southeastern Europe, likelihood of droughts is increased and decrease in precipitation that will  lead  to  reduced  water  availability  in  2070.  So  there  will  decline  in  hydropower  production correspondingly about 20 to 50 percent in counties like, Portugal, Spain, Ukraine, and Bulgaria  (Lehner et al. 2005). In the short‐term, glacially fed rivers, such as those originating in the Alps and Pyrenees, will likely see increases in summer discharge as glaciers melt faster than they regenerate. Already, rivers in the Alps are  seeing 13 percent  increases  in  flow  in August  compared  to  two decades ago, and many glaciers  have  diminished  significantly  (Huss, M,  2011).  In  the  long‐term,  the  contribution  of  these retreating glaciers to river flow will decrease, by 15 to 45 percent by the end of this century (Lehner et al.  2005).   Overall  across  Europe,  developed  hydropower  potential  is  predicted  to  decrease  7  to  12 percent  by  the  year  2070  (Lehner  et  al,  2005).  These  decreases must  also  be  considered  within  a broader context of increased water and electricity usage.  

In Congo River Basin, Harrison and Whittington. (2002)  have noted that “Simulations indicate that for all scenarios  annual  flow  levels  at Victoria  Falls  reduce  between  10  and  35.5  percent.  In  each  case  the resultant flow change  is greater than the precipitation change, confirming the amplifying effect of the hydrology.”  

Spatial variation of the annual mean temperature trend analysis showed the increasing trend in almost entire country except on few isolated places. No perfect trend is established till date and outcomes vary. The IPCC AR4 has indicated that the warming in South Asia would be at least 2–4 degree Celsius  by the end of the century (Christensen et al. 2007).   The warming rates follow the  elevational gradient in  the Himalayan region (e.g.,Bhutan, Nepal, and Himachal Pradesh).  Trend analysis on observed data rainfall and temperature was performed 

The mean  temperature over Nepal has a  rising  trend by about 0.02    to  .06 per year  ( Shrestha et al, 1999, Karmacharya etal, 2007, Baidya etal, 2008, Practical Action 2009). The average annual rainfalls in the basin and on overall western regions of Nepal have a positive trend (Baidya etal, 2008). Nepal may get warming on average by 3.5–4 degree Celsius in those scenarios  at the end of the century.  Annual rate  of  temperature  rise  was  found  to  be  about  0.41o  C  per  decade.  Trend  on  precipitation  was decreasing  at  the  rate  of  9.8mm/decade  in  the month  of  April  and May  though,  a  rising  trend  of precipitation was observed during monsoon seasons. Trends of monsoon onset and withdrawal from 21 years of data show that monsoon season is elongating in both the ends. Onset will occur earlier by 71 % of a day per annum and withdrawal will retreat by about 15 % of a day per annum.  

Precipitation is projected to increase in the entire Nepal during all time span (20’s, 50's and 80's) at A1, A1B, and B2 senarios ( Chapter 9, Table –9.1).  Larger increase in precipitation is projected over Western Region with up to 60 mm and 80 mm increase per annum respectively during 20's and 50’s.  Since high precipitation  and  flood/  landslide  are  directly  related,  any  significant  increase  in  precipitation  as projected over these areas will increase the likelihood of flood and other related hazards. 

� 

vi  

The effect of recent climate changes on river flows  are not yet done extensively. The general perception is made on trends in three categories as large outlet rivers, southern rivers and snow‐fed rivers. Among the  large  rivers, Karnali and  Sapta Koshi  show a decreasing  trend, Narayani  (Kali Gandaki),  shows an increasing trend. Southern rivers do not show any trend. All of the three snow‐fed rivers examined here show  a  declining  trend  in  discharge.  Preliminary  trend  analysis  on  observed  records  indicated  that discharge trend is neither consistent nor significant in magnitude. It could be due to short record lengths and high  inter‐annual variability  in discharge data. Another  study  indicated  that  the number of  flood days and consecutive days of flood events appeared to be increasing (Shrestha and Shrestha 2003). 

A maximum monthly contribution of 22.52% is in May and a minimum monthly contribution of 1.86% is in January.   2.51% out of total 8.46% snow and glacier melt contribution  is from Dudh Koshi sub‐basin (WWF 2009).   This basin has maximum contribution to annual flow at Chatara. Arun and Tamor basins are  two  other major  tributaries,  Tamor,  Arun  and  Dhudha  Koshi    share  84%    Kosi  flow  at  Chatara. Indrawati  sub‐basin has minimum  contribution  to annual  flow at Chatara  (0.15% out of  total 8.46%). (WWF 2009).  

A nearly completed Namche Hydropower Project was washed away byDig Tsho Glacier Lake outburst flooded  on  4  August  1985  in  the  Langmoche  valley,  Khumbu  (Ives  1986;  Yamada  1998).  The  lake, crescent in shape, was dammed by a 50 m high terminal moraine. The GLOF was caused by detachment of a  large  ice mass from the upper portion of the Langmoche glacier during clear weather condition  in July.  The  ice  mass  overran  the  glacier  and  splashed  into  lake  which  was  already  full.  Since  then, Government of Nepal (GON) has considered GLOFs as a threat to the development of water resources of the  country  and  has  realized  the  necessity  to  carry  out  studies  on  glaciers  and  GLOFs.  Intense precipitation events,  increased floods,  landslides, and sedimentation (particularly during the monsoon)  are  expected  to  result  from  climate  change.  Hydropower  infrastructure  and  facilities  are  at  risk. Hydroelectric plants are highly dependent on predictable runoff patterns,.   

Ben Blackshear et al (2011) created an illustrated framework that shows relative changes in generation capacity due  to climate change. Climate change effects are  located along  the x‐axis and  the  type and characteristics of hydropower  schemes  along  the  y‐axis    (Chapter 4,  Figure 4.2). Discharge,  temporal variability,  and  glacial melt do not  apply  to pure pumped  storage, which  is not  connected  to  a  river network. Only evaporation is applicable to reservoir surface area to volume ratio (SA:Vol).]  

The slight increase in temperature paired with an increase in precipitation suggests that the evaporation rates of the region will decrease slightly. This  is added benefit to  large surface reservoirs.   The overall increase in precipitation will provide more water to the rivers, increasing the potential for hydropower generation. The  increasing  temperature  in  the Himalayas will  increase  the glacial melt  that  feeds  the rivers,  increasing discharge  for  at  least  the next  several decades. However, once  these  glaciers have melted,  there will  be  a  decline  in  river’s  discharge.  South  Asia’s  climate  and  hydrological  cycles  are significantly impacted by the monsoon, which has already been altered by climate change (Science Daily, 2009).    The monsoon  delivers  around  75  percent  of  the  regions  precipitation  during  roughly  three months. The beginning of the monsoon  is predicted  to arrive  later  in the year, making the dry season longer and increasing the number of droughts (Science Daily, 2009). Similarly, there will be an increase 

� 

vii  

in the severity of rainfall events as well as storms, causing overall increased temporal variability in water supply  (McNally,  A.  2009).  The  disparate  distribution  of  precipitation  timing  in  this  area  causes significant variations  in  river discharge  (the Mekong River  study). Various climate change  impacts are interconnected and have significant repercussions for hydropower. As climate change impacts intensify, variation  inflows will be exacerbated, making  it more difficult for hydropower facilities to predict river discharge and to generate an even supply of power.  

 

� 

viii  

Table of Content

Table of Contents 

Acknowledgement ...................................................................................................................................... i 

Research Team .......................................................................................................................................... ii 

Executive Summary .................................................................................................................................. iii 

List of Tables ............................................................................................................................................. x 

List of Figures ........................................................................................................................................... xi 

List of Abbreviations ............................................................................................................................... xiv 

1. Study objectives and methodology ....................................................................................................... 1 

2. HYDROPOWER ‐ Hydroelectricity .......................................................................................................... 3 

2.1Typology of Hydropower Schemes............................................................................................... 4 

2.2Pumped Storage .......................................................................................................................... 5 

2.3Reservoir ..................................................................................................................................... 6 

2.4 Run‐of‐river ................................................................................................................................ 6 

3. CLIMATE change .................................................................................................................................... 7 

3.1 Introduction ............................................................................................................................... 7 

3.2 Past Climate changes .................................................................................................................. 8 

3.3 Climate changes recent era ......................................................................................................... 9 

Change in temperature .................................................................................................................. 11 

Change in precipitation .................................................................................................................. 11 

Change in specific humidity ............................................................................................................ 12 

Change in annual runoff ................................................................................................................. 12 

Glaciations ..................................................................................................................................... 13 

4. CLIMATE Change effects pertinent to Hydropower Development ..................................................... 13 

4.1 Evaporation .............................................................................................................................. 17 

4.2 Discharge ................................................................................................................................. 17 

4.3 Temporal variability of precipitation ........................................................................................ 17 

4.4 Flooding ................................................................................................................................... 17 

4.5 Droughts .................................................................................................................................. 18 

4.6 Seasonal offset ......................................................................................................................... 18 

4.7 Glacial melt .............................................................................................................................. 18 

� 

ix  

5. Regional Findings ‐ Climate change impacts and implications for hydropower .................................. 18 

5.1 North America .......................................................................................................................... 19 

5.2South America ........................................................................................................................... 20 

5.3 Europe ...................................................................................................................................... 21 

5.4 Middle East .............................................................................................................................. 22 

5.5 Africa .................................................................................................................................................. 23 

5.6 Asian‐Pacific region .................................................................................................................. 24 

5.7 Asia .......................................................................................................................................... 24 

6. Major River Basins of Nepal ................................................................................................................. 27 

6.1 First Grade Rivers ..................................................................................................................... 28 

6.2 Second Grade Rivers ................................................................................................................. 29 

6.3 Third Grade Rivers .................................................................................................................... 29 

7. Hydropower Potential in Nepal ........................................................................................................... 29 

8. Climate change in Nepal ...................................................................................................................... 32 

8.1 Trend in Changes in average annual maximum temperature .................................................... 33 

8.2 Trend in precipitation ............................................................................................................... 33 

8.3 Climate change induced trend in Rainfall and Temperature ............................................................. 35 

8.3.1 Rainfall ....................................................................................................................................... 35 

8.3.2 Future Projection on Rainfall trend ........................................................................................... 37 

9. CLIMATE Change impact in River flows pattern in Nepal .................................................................... 40 

9.1 River Flows Pattern .................................................................................................................. 40 

9.2 The effect of climate change in Nepalese river flows ................................................................ 46 

10. Climate Change as it affects in  Hydropower Production .................................................................. 47 

10.1 Hydropower and Impact of Climate in Snow and Glacial areas ................................................ 48 

10.2Consequence of Climate Change to Infrastructure ................................................................... 52 

11. CONCLUSION, Adaptations and Policy Recommendation ................................................................. 53 

Adaptation and policy recommendation ........................................................................................ 56 

References ............................................................................................................................................... 58 

� 

x  

List of Tables Table 6.1: Geographic regions of Nepal 

Table 7.1:  Hydropower Potential of Nepal (identified 1 June, 2012) 

Table 7.2: Existing power plants run by private companies. 

Table 7.3: Load Forecast for Nepal 

Table 8.1 : Regional mean maximum temperature trends for the period 1977–1994 (degree C/year) 

Table 8.2: GCM Estimates for temperature and precipitation changes in Nepal 

Table 8.3: Projected change  for  temperature and precipitation under different  scenario averaged over Central Himalayan region 

Table 10.1:. Priority ranking of climate change impacts for Nepal 

Table 10.2: Annual snow and glacier melt contribution (in %) for increased temperature scenarios 

Table  10.3:    Contribution  (%)  of  glacierized  sub‐watersheds  of  each  sub  basins  to  the  total  flow  at downstream stations 

Table 10.4: List of GLOF events recorded in Nepal 

Table 11.1: Temperature Sensitive Glaciated Areas of the Major River Basins inNepal. 

 

� 

xi  

List of Figures Figure 1.1: The Global Water System Project’s Global Reservoirs and Dams Database (GRanD).  

Figure 1.2: Existing Power plants in Nepal  

Figure 2.3 : Project site photo of Karnali Chisapani Multipurpose Project 

Figure 2.1:  Hydrological Cycle        

Figure 2.2:  Example of Hydroelectric System  

Figure 2.3: Types and characteristics of hydropower schemes.  

Figure 2.4: Pumped storage hydropower.  

Figure 2.5: Reservoir hydropower.  

Figure 3.1 Greenhouse gas effect 

Figure 3.2: Reconstructions of  (Northern Hemisphere average or global average)  surface  temperature variations from six research teams  

Figure 3.3 : Carbondioxide Concentration projection ( Ice core analysis)  

Figure 3.5 Temperature Variations (Tree ring rings analysis.)

Figure 3.5: Predicted global change in mean annual air temperature, 2011‐2030 

Figure 3.6: Predicted global change in mean annual precipitation, 2011‐2030.  

Figure 3.7: Predicted global change in specific humidity, 2011‐2030.  

Figure 3.9: Glaciated watersheds of the world.  

Figure 4.1: Flow chart of climate change effects 

Figure  4.2:  Framework  of  climate  change  effects  on  different  characteristics  of  hydropower  schemes. Figure 5.1: Predicted monthly discharge  changes  for  four dams  on  the Peribonka River  in Quebec, Canada 

Figure  5.2:  Predicted  changes  in  river  discharge  across  Europe  by  two models,  for  2020s  and  2070s. Figure 5.3: Asian hydropower dependence. Percent of  total  installed capacity dedicated  to hydropower.  

Figure 6.1: River system and North‐South Topographical difference 

Figure 7.1: Load Forecast  

� 

xii  

Figure.  8.1:  Projections  of  changes  in monsoon  precipitation  (top)  and  average  annual  temperature (bottom) by the end of the twenty‐first century for emission scenario SRES‐A2 (left) and B2 (right)  

Figure 8.1: Annual rainfall (mm/year) trend               

 Figure 8.2: Pre‐monsoon rainfall (mm/year) trend 

Figure 8.3: Monsoon rainfall (mm/year) trend          

Figure 8.4: Post‐monsoon rainfall (mm/year) trend 

Figure 8.5: Winter rainfall (mm/year) trend               

 Figure 8.6: 24 hour’s highest rainfall (mm) 

Figure 8.7: Mean annual Change  in precipitation (in millimeter) for B1 scenario (a) 2020's  (b)2050's (c) 2080's 

Figure 8.8: Mean annual Change in precipitation (in millimeter) for A1B scenario (a)2020's (b) 2050's (c) 2080's 

Figure 8.9: Mean annual Change  in precipitation (in millimeter) for A2 scenario (a) 2020's (b) 2050's (c) 2080's 

Figure 9.1:  Location of three major rivers system,  Kosi, Narayani and Karnali  

Figure 9.2 :  Trend in mean annual discharge of  Kosi        

Figure 9.3:  Annual flows deviation in Kosi    

Figure 9.4 Trend in mean annual discharge of  Tamur              

Figure 9.5:  Annual flows deviation in Tamur    

Figure 9.6:  Trend in mean annual discharge of   Narayani     

Figure 9.7:  Annual flows deviation in Narayani   

Figure 9.8:  Trend in mean annual discharge of Chepe    

 Figure 9.9:  Annual flows deviation in Chepe   

Figure 9.10:  Trend in mean annual discharge of  Karnali    

Figure 9.11:  Annual flows deviation in Karnali 

Figure 9.12: Trend in mean annual discharge of  Chamelia   

� 

xiii  

 Figure 9.13:  Annual flows deviation in Chamelia 

Figure 9.14: Trend in mean annual discharge of  Kankai      

 Figure 9.15:  Annual flows deviation in Kankai 

Figure 9.16: Trend in mean annual discharge of  Bagmati   

 Figure 9.17:  Annual flows deviation in Bagmati 

Figure 9.18: Trend in mean annual discharge of   Lothar  and Manahari river 

Figure 9.19:  Percent difference in mean annual flows with longterm of Loth 

Figure 9.20: Trend in mean annual discharge of  W Rapti   

 Figure 9.21:  Annual flows deviation in W Rapti 

Figure 9.22: Trend in mean annual discharge of  Bagmati  

Figure 9.23:  Annual flows deviation in Bagmati 

Figure 9.24: Annual runoff and rainfall volume        

 Figure 9.25: Flow recession curves 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

� 

xiv  

 

 

List of Abbreviations AOGCM Atmosphere Ocean Coupled General Circulation Models

AR4 Fourth Assessment Report

CBS     Central Bureau of Statistics 

CCCM     Canadian Climate Change Model 

CDM     Clean Development Mechanism 

CDR     Central Development Region 

CH4     Methane 

CO     Carbon Monoxide 

CO2     Carbon Dioxide 

DDC     District Development Committee 

DFRS     Department of Forest Research Survey 

DHM Department of Hydrology and Meteorology

EDR     Eastern Development Region 

EIA     Environmental Impact Assessment 

EPA     Environment Protection Act 

EPC     Environment Protection Council 

FWDR     Far‐Western Development Region 

GCM     Global Circulation Model 

GCM General Circulation Models

GHG Greenhouse Gases

GHG     Greenhouse Gas 

GIS Geographical Information System

� 

xv  

GIS     Geographical Information System 

GLOF     Glacier Lake Outburst Flood 

ICIMOD   International Center for Integrated Mountain Development 

IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change

IPCC     Inter governmental Panel on Climate Change 

IUCN     International Union for Conservation of Nature 

m.a.s.l. meter above sea level

m3/s cubic meter per second

MoEST Ministry of Environment, Science and Technology

OECD Organization for Economic Co-operation and Development

SOHAM-Nepal Society of Hydrologists and Meteorologist-Nepal

SRES Special Report on Emission Scenario

UNFCCC United Nations Framework Convention on Climate Change

� 

xvi  

 

� 

1  

1. Study objectives and methodology  The role of hydropower in national energy and regional cooperation is expanding at all part of the globe. Figure 1.1 presents global database of dams and reservoirs by the Global Water System Project’s Global Reservoirs and Dams Database (GRanD)( Lehner et al 2011) updated in March 2011. The percentage of a country’s  energy  portfolio  that  is  made  up  of  hydropower  is  different  from  country  to  country. Variations  in  hydroelectric  production  on  communities  and  economies  have  significant  impacts  on human livelihoods. Nepal posses an appreciable of hydroelectricity which is more than 83 thousand MW (Shrestha, Hariman). Nepal  is  able  to  exploit only  less  than  two percent  (Figure 1.2) of  its potential. Country’s  hydroelectric  dependency  refers  to  the  percent  of  total  installed  capacity  dedicated  to hydropower.   Photo 1  is a  location of a project site of 10800 MW capacity hydropower project  found feasible in Karnali river of Nepal. 

 

 

 Figure 1.1: The Global Water  System Project’s Global Reservoirs  and Dams Database  (GRanD). Data: Global Water Systems Project, 2011.  

 

 

 

 

� 

2  

 

 

 

Figure 1.2: Existing Power plants in Nepal 

 

 

 

 

Figure 2.3 : Project site photo of Karnali Chisapani Multipurpose Project.[ A 270 meter high rock fill main dam with an installed capacity of 10,800 MW and 24 meter high re‐regulating dam (at 8 km downstream 

� 

3  

of  the main  dam) with  an  installed  capacity  of  84 MW  (6x  14 MW)  is  seen  feasible.  The  Irrigation potential in Nepal is 191,000 net hectors and 3,200,000 gross hectors in India.] 

The current global  trends  in climate have been affecting every corner of  the globe at all aspects. The effects  on  precipitation  pattern  and  hydrological  regime  also  are  most  critical  to  hydropower generation.  The  scope  of  this  report  limits  to  the  impacts  that  alters  electricity  availability  from hydropower due to climate change in Nepal.  

This study views also on how climate change has been adding challenge and open new opportunity to hydropower  developments  in  Nepal.  This  study  is  also  intends  to  assist  hydropower  developer  and decision‐makers  in  integrating  the  present  state  of  hydrology,  and  the  vulnerability  of  hydroelectric generation  to  climate  change.  This  study  is  expected  to  be  helpful  in  indentifying  indicators  in  the Nepalese context that would best represent the type of vulnerability to be pursued 

The methodology  of  this  study  is  based  on  research  output made  available  as  published  literatures. Various  scientific  studies’  results  and  information  from multiple  sources  that  are  focused on  climate change vulnerability  to water resource, especial  focus on hydropower are synthesized and  integrated.  Important parameters of a hydroelectric generation are  installed capacity, output wattage, and stream flows. Climate  change  impacts  range  from  changing precipitation patterns,  increasing  glacial melting, alteration on  stream  flows and  increased occurrence of extreme weather events. This  study basically refers  vulnerability  to  a  hydropower  generating  facility’s  potential  to  have  its  electrical  generation altered  by  climate  change.  This  report  focuses  on  impacts  related  to  changes  in  temperature  and precipitation. Some of case studies along with dam characteristics  in view of climate change  impacts, and projected climate change impacts are presented.  

2. HYDROPOWER ‐ Hydroelectricity The  solar  energy which  drives  the Hydrologic  Cycle  is  utilized  efficiently  in  hydropower  (Figure  2.1). Potential energy possess by water due  to height difference between  forbay  (intake)  to orifice of pen stroke  pipe  is  used  to  rotate  generator  through  turbine  for  electricity  production  (Figure  2.2).  Hydroelectricity  is  the  term  referring  to  electricity  generated  by  hydropower;  the  production  of electrical power  through  the use of  the  gravitational  force of  falling or  flowing water.  It  is  the most widely used form of renewable energy, accounting for 16 percent of global electricity consumption, and 3,427  terawatt‐hours  of  electricity  production  in  2010,  which  continues  the  rapid  rate  of  increase experienced between 2003 and 2009. 

 

 

� 

4  

   

 

Figure 2.1:  Hydrological Cycle          Figure 2.2:  Example of Hydroelectric System  

Power of water has been used since ancient times to grind flour and perform other tasks.  In the mid‐1770s, French engineer Bernard Forest de Bélidor published an article titled as Architecture Hydraulique which described vertical‐ and horizontal‐axis hydraulic machines. By the late 19th century, the electrical generator was developed which  is now coupled with hydraulics.  In 1878 the world's first hydroelectric power scheme was developed at Cragside in Northumberland of England by William George Armstrong. Hydroelectric power plants continued to expand widely throughout the 20th century. Hydropower was referred to as white coal for hydroelectricity. Hoover Dam's initial 1,345 MW power plant built in 1936 was  the world's  largest  hydroelectric  power  plant  till  1941.  It was  eclipsed  by  the  6809 MW Grand Coulee Dam in 1942. The Itaipu Dam opened in 1984 in South America as the largest, producing 14,000 MW but is surpassed by the Three Gorges Dam in China at 22,500 MW in 2008. Hydroelectricity would eventually supply some countries,  including Norway, Democratic Republic of the Congo, Paraguay and Brazil, with over 85% of their electricity. The United States currently has over 2,000 hydroelectric power plants which supply 49% of its renewable electricity.  

An argument which is not exclusive in hydropower is whether or not large hydro systems bring benefits to  the  poorest  has  also  been  questioned  (Collier,  2006).    The multiple  benefits  of  hydro‐electricity, including irrigation and water‐supply resource creation, rapid response to grid‐demand fluctuations due to peaks or intermittent renewable. Recreational lakes and flood control, need to be taken into account for  any  given  development.  Several  sustainability  guidelines  and  an  assessment  protocol  have  been produced by the industry (IHA, 2006; Hydro Tasmania, 2005; WCD, 2000).  

2.1Typology of Hydropower Schemes  A  structural  characteristic  of  hydropower  schemes  is  related with  types  (Figure  2.3)    like    pumped storage,  reservoir, and  run‐of‐river  (Egre, D., & Milewski,  J. C, 2002).  In general, pumped  storage and reservoir hydropower are evaluated  in  terms of  the  storage  capacity and  surface area(SA)  to volume (Vol) ratio (SA:Vol) of their reservoirs. Electrical demand varies from peak hours to non‐peak hours.  The 

� 

5  

time of day and season of the highest electrical demand refer to peak hours whereas non‐peak refers to times of relatively low electrical demand.  

 

.

 

Figure 2.3: Types and  characteristics of hydropower  schemes. Reservoir  surface area  to  volume  ratio (SA:Vol)  and  reservoir  size  are  only  applicable  to  reservoir  and  pumped  storage  schemes.  For  the purpose of this report, the categories of ‘high,’ ‘low,’ ‘large,’ and ‘small’ are relative, not definite terms. (Source: Egre, D., an Milewski, J. C; 2002). 

2.2Pumped Storage  Pumped storage hydropower stores water as potential energy for electricity production. This power for storing  water  comes  often  comes  from  other  sources  or  from  unused  such  as  wind  and  nuclear electricity (IPCC, 2011) or from off hour electricity from other projects. Typically, electricity from these other sources is used to pump water up to a higher reservoir (Figure 2.4) during off‐peak hours.  During peak  hours,  the water  is  released  to  the  lower  reservoir  to  generate  electricity.  Pumped  storage,  in which the reservoirs are not Pumped storage  is most commonly  found  in North America, Europe, and Asia (Egre & Milewski. 2002).    

 

� 

6  

 

Figure 2.4: Pumped storage hydropower. (Source: Edenhofer et al. 2011).  

2.3Reservoir  Most commonly, hydropower dams partially block the water flow of a river and store water upstream of the dam to create a reservoir (Figure 2.5). Stored water in the reservoir is used to produce electricity at desired  time  and  is  better  able  to withstand  fluctuations  in  river  flow.  Larger  reservoirs  can  buffer greater fluctuations in flow over a longer time period to provide both base and peak power generation, while smaller reservoirs typically provide only base power generation because of the impacts of variable discharge rates. Reservoir dams are found worldwide (Egre & Milewski, 2002).  

 

    

 

Figure 2.5: Reservoir hydropower. ( Source Edenhofer et al. 2011) 

2.4 Run‐of‐river  Run‐of‐river  facilities have no storage capacity  to buffer  fluctuations  in water  flow. Run‐of‐river dams utilize some or all of a river’s flow to produce electricity without impounding any significant amount of water upstream (Figure 2.6). These facilities provide only base power generation,  lacking the ability to 

� 

7  

store water  for periods of peak demand. However, an upstream reservoir dam may act as storage  for downstream  run‐of‐river dams,  restricting  the  flow during off‐peak periods and  releasing more water during periods of peak electricity demand   Run‐of‐river hydropower is found most commonly in North America, Europe, and Asia  

 

 

Figure 2.6: Run‐of‐river hydropower. From Edenhofer et al. 2011.  

3. Climate Change   

3.1 Introduction On the broadest scale, the rate at which energy is received from the sun and the rate at which it is lost to space determine the equilibrium temperature and climate of Earth (Figure 3.1). This energy  is then distributed around the globe by winds, ocean currents, and other mechanisms to affect the climates of different regions in the earth.  

 

Figure 3.1 Greenhouse gas effect 

� 

8  

 

 

IPCC  defined  "climate  change"  as:  "a  change  of  climate which  is  attributed  directly  or  indirectly  to human activity that alters the composition of the global atmosphere and which is in addition to natural climate  variability  observed  over  comparable  time  periods".  Climate  change  refers  to  any  significant change  in measures of  climate  (such  as  temperature, precipitation, or wind)  lasting  for  an  extended period (decades or longer). 

UNFCCC:  United  Nation  framework  Conventions  on  Climate  Change  in  its  Article  1  defines  climate change as a change of climate, which is attributed directly or indirectly to human activity that alters the composition of  the global atmosphere and which  is  in addition  to natural climate variability observed over comparable time period. (Decades or longer). 

The inherent characteristic of climate  is that it changes with time ‐"climate variability“.   

The degree of  climate  variability  that  is described by  the differences between  long‐term  statistics of meteorological elements calculated for different periods is the measure of climate change. 

3.2 Past Climate changes The most recent period in the geological record is called Holocene age.  It began at the time of retreat of the continental  ice sheets at  the end of  the  last glaciations, which occurred at about 10 000 calendar years before present.  The climate during the Holocene period appeared relatively stable but there were significant  climate  fluctuations  during  this  period  (e.g.  Bond  et  al.  1997;  Mayewski  et  al.  1997; deMenocal et al. 2000).   The tropical region  indicates a rapid warming from the early to mid Holocene followed by a  relatively weak. Warming during  the  late Holocene.   The dominant modes of Holocene variability seemed around 2300 and 1000 years.   Temperature reconstructions derived from terrestrial vegetation  (Huntley  and  Prentice  1988)  and mountain  glaciers  (Porter  and  Orombelli  1985)  is  also understood  as  the  Holocene  Climatic  Optimum  This  warm  period  is  also  observed  (Crowley  and North1991). The graph (Figure 3.2) provides reconstructions of Northern Hemisphere average or global average surface temperature variations over the last 1,100 years from six research teams, along with the instrumental record of global average surface temperature. Overall, the curves show a warming around 1000  AD  followed  by  a  long  general  cooling  trend  that  continues  until  the  early  1900s.  Each  curve illustrates a somewhat different history of temperature changes, with a range of uncertainties that tend to increase backward in time. 

 

 

 

 

� 

9  

 

 

 

Figure 3.2: Reconstructions of  (Northern Hemisphere average or global average)  surface  temperature variations  from  six  research  teams  (in  different  colour  shades)  along with  the  instrumental  record  of global average  surface  temperature  (in black).  [Reconstructions©  (2006) by  the National Academy of Sciences]  

3.3 Climate changes recent era  Current  debate on  climate  changes  is blamed  to  green house  gases.  Scientists have  been  examining various  causes  for  this warming  trend:  looking  at  the  impact  on  temperature  of  natural  variations, volcanic activity, changes in solar activity, urban heat effects and more. However the significant cause of the  warming  trend  is  seen  as  the  ‘Greenhouse  Effect’  –  a  well‐understood  phenomenon  that  was discovered in 1824 and first measured in 1859 (IPCC Assessment Report 4, 2007). 

The major greenhouse gases are water vapour, carbon dioxide (CO2), methane (CH4) and nitrous oxide (N20).  Some  concentrations of GHGs  in  the  atmosphere  are  natural but human  activity  is producing more and more of these gases each year, The human influence   contributed more carbon dioxide than any other greenhouse gas. Currently the CO2 concentration  in the atmosphere  is more than 390 parts per million (ppm) (Data from Mauna Loa observatory – monthly average as viewed April 2010),   significantly higher  than  the pre‐industrial  figure of around 280 ppm.  (IPCC AR4 WG1)  (Figure 3.3 and 3.4) 

 

� 

10  

 

Observation  tells us  the world  is warming. Global average  temperatures, calculated  from networks of weather  stations around  the world,  show a persistent warming  trend  (IPCC  Assessment  Report  4,  2007). The Earth’s  average  temperature  has  increased  by  0.75°C  over  the  past  100  years.  (UK  Met  Office  HadCRUT3 

temperature record)  

Eleven of  the  12  years  from  1995  to 2006  are  among  the  12 warmest  years on  record  (IPCC  AR4 WGI).

Indeed, the 10 warmest years from the UK Meteorological Office’s 160‐year records are all since 1997, while  eight  of  them  are  after  2001.  (UK Met  Office  HadCRUT3  temperature  record) Global  average  temperature trends  are  calculated  by  the UK Meteorological Office, which works with  the  Climatic  Research Unit (CRU)  at  the University  of  East  Anglia,  and  in  the United  States  by  the Goddard  Institute  for  Space Studies  (GISS) at NASA and by  the National Oceanic and Atmospheric Administration  (NOAA). Each of these three groups uses different methods to collect and process data – but  they come out with very similar  results  and  the  same  long‐term warming  trend.  This  trend  in  surface  temperatures has been reflected in similar warming trends in atmospheric and ocean temperatures. Furthermore the impact of increased  temperatures  can  be  observed  in  changes  in  the  environment  such  as  sea‐level  rise  and widespread  loss of glaciers and snow cover  (IPCC AR4 WGI). Some scientists have speculated  that Arctic would completely ice‐free during summers in the in the next few towards the end of the twenty‐first century (PIRC, 2008, IPCC AR4 WG1). The warming of the past 50 years was unprecedented in the last 1,300 years at least and probably for several millennia. It is assumed that the last time the poles were significantly warmer for a long period, sea levels were 4‐6m higher than they are now (IBID)  

 

Figure 3.3 : Carbondioxide Concentration projection ( Ice core analysis) Source : Time for Climate Justice, June 2010 

Figure 3.5 Temperature Variations (Tree ring rings analysis.) Source : Time for Climate Justice, June 2010

� 

11  

Prediction  is made by scientists  (IPCC, 2007). Predicted global change  in mean annual air temperature (Figure 3.5), precipitation  (Figure 3.6),  specific humidity  (Figure 3.7), annual  runoff  (Figure 3.8),     and glaciations (Figure 3.9), are given in figures below. 

 

Change in temperature  

 

 Figure  3.5:  Predicted  global  change  in  mean  annual  air  temperature,  2011‐2030.  Air  temperature anomaly in degrees Kelvin. Data: IPCC DDC, NCAR CCSM3 based on SRA2 scenario. 

 

Change in precipitation  

 

Figure 3.6: Predicted global change in mean annual precipitation, 2011‐2030. Precipitation flux anomaly (kg∙m‐2∙s‐1). Data: IPCC DDC, NCAR CCSM3 based on SRA2 scenario.  

 

� 

12  

Change in specific humidity  

 

  

Figure 3.7: Predicted global change  in specific humidity, 2011‐2030. Specific Humidity Anomaly  (ratio). Data: IPCC DDC, CCSR/NIES/FRCGC MIROC3.2 based on SRA2 scenario.  

 

Change in annual runoff 

 

  

Figure 3.8: Predicted global change in annual runoff, 2090‐2099. 

 

� 

13  

 Water  availability  in  percent,  relative  to  1980‐1999.  These  predictions may  not  necessarily  reflect changes over a shorter timescale. Map adapted from IPCC DDC.  

 

 Glaciations  

   

 

Figure  3.9:  Glaciated  watersheds  of  the  world.  This  map  uses  components  of  the  USGS  HYDRO1k Pfafstetter watershed delineation system to represent the drainages of the world that contain glaciers. Dams located within those glaciated drainages are also shown. Data: GRanD Dam Database 2011, USGS HYDRO1k 2011.  

4. Climate Change effects pertinent to Hydropower Development  The flow chart below (Figure 4.1) was designed to identify the types of climate change effects predicted in different parts of the world (Blackshear, 2011). The flow chart is designed to show the complex ways in which the two most important climate change effects, changes in precipitation and temperature, will impact  hydropower  (Izrael,  Y.  ,2007,  IPCC  2007).  The maps  show  specific  predicted  climate  change effects: global changes  in precipitation,  temperature,  specific humidity, and  runoff, as well as current glaciated watersheds of the world. The final boxes on the flow chart are the changes in river discharge, which is what broadly determines how much electricity a given hydropower facility can generate.  

 

� 

14  

 

  

Figure 4.1: Flow chart of climate change effects. Red  indicates effects that are typically detrimental  to hydroelectric  production,  and  blue  indicates  effects  that  typically  improve  hydroelectric  production potential.  

To understand how climate change will affect hydropower production,  it  is necessary  to consider  the ways  in which  characteristics of hydropower  facilities  affect  their  vulnerability  to  climate  change.  To explain  these  interactions,  Ben  Blackshear  et  al  (2011)  created  an  illustrated  framework  that  shows relative changes in generation capacity due to climate change. Climate change effects are located along the x‐axis and the type and characteristics of hydropower schemes along the y‐axis (Figure 4.2).  

  

� 

15  

 

 

Figure  4.2:  Framework  of  climate  change  effects  on  different  characteristics  of  hydropower  schemes. [Climate change  impacts are shown along the x‐axis, and hydropower characteristics, are shown down the y‐axis. Discharge, temporal variability, and glacial melt do not apply to pure pumped storage, which is not connected to a river network. Only evaporation  is applicable to reservoir surface area to volume ratio (SA:Vol).]  

Not only Nepal, south Asian region will  face unique challenges as climate continues changing.   Glacial melt due to increasing temperatures variability in the timing, location and amount of precipitation and, Floods,  droughts,  and  are  all  symptoms  of  climate  change  that will  affect  hydroelectric  generation. Developing  countries  like  Nepal  are  inherently  more  vulnerable  to  the  effects  of  climate  change disruptions because  they have  fewer disposable  resources  to  spend on unexpected extreme weather events and on adapting to long‐term alterations.  

 

� 

16  

Changes  in temperature and changes  in precipitation patterns have profound effects on river systems. These impacts directly affect hydroelectric production. Rapidly melting glaciers in the Rocky Mountains, the Andes, and  the Himalaya change  the already variable hydrographs of  the  rivers  they  feed. Severe storms  caused  by  warming  ocean  temperatures  have  the  capacity  to  threaten  hydropower infrastructure  and  flood  entire  regions.  Hydropower  is  dependent  on  river  discharge  to  create electricity.  Generally,  the  lower  the  river  discharge,  the  less  electricity  a  hydropower  facility  can generate. Differing scales and types of hydropower are more vulnerable to climate change phenomena. Our study considers how projected climate change  impacts will affect hydropower vulnerability across the globe.  

Though hydropower is widely considered to be a renewable resource and a low emissions alternative to fossil  fuels,  it  comes with  its  own  set  of  environmental  impacts. Many  of  these  impacts will  likely intensify  as  the  effects  of  climate  change  become more  severe.  Hydropower  already  constitutes  a significant proportion of many countries’ energy portfolios. Some countries, such as China, have already made massive  investments  in hydropower  in  their own country as well as abroad. Certain regions are dominated  by  large‐scale  hydropower while  others  are  powered  through  smaller  scale  hydropower projects.  Due  to  the  global  scope  of  this  study,  we  focus  on  larger  projects.  Future  plans  for hydroelectric generation vary greatly from region to region, as do the effects of climate change. Across North America, concerned environmentalists are working  to decommission  large dams, while areas  in Asia, Latin America, Africa, and the Middle East are in the process of building large dams 

An  review  of World  Energy  till  2004 made  by  British  Petroleum    shows  that    large  hydroelectricity systems  (>10 MW) contribute   over 2800 TWh   of consumer energy  (BP, 2006)  that also accounts    to about  16%  of  global  electricity  and  90%  of  renewable  electricity    IPCC  (2007).  Expansion  of  Hydro projects is gearing up particularly in China, India, Brazil and potential rich country like Nepal. The global technically  potential  of  small  and micro  hydro  is  around  150–200 GW which  is  only  a  part  of  large potential  left yet to be exploited.   Evaluations of hybrid hydro/wind systems, hydro/hydrogen systems and low‐head run‐of‐river systems are under review (IEA, 2006d). About 75% of water reservoirs in the world  were  built  for  irrigation,  flood  control  and  urban  water‐supply  schemes  can  have  small hydropower generation schemes.     Small  (<10 MW) and micro  (<1 MW) hydropower systems, usually run‐of‐river schemes, have provided electricity to many rural communities in developing countries such as Nepal.   Hydro plants capacities are determined as per prevailing requirements.   The 12.6 GW Itaipu plant  in  Brazil/Paraguay,  are  run  as  base  load  generators with  an  average  capacity  factor  of  >80%, whereas the 24 GW of pumped storage plant  in  Japan  is used mainly as  fast‐response peaking plants, giving a factor closer to 40% capacity.  

 

But social disruptions, ecological impacts on existing river ecosystems including fisheries are stimulating public  opposition  due  to  water  diversion  and  evaporative  water  losses.  The  GHG  footprint  of hydropower reservoirs has been in questioned (Fearnside, 2004; UNESCO, 2006). Some reservoirs have been shown to absorb CO2 at their surface, but most emit small amounts as water conveys carbon  in the natural carbon cycle (Tremblay, 2005). High emissions of CH4 have been recorded at shallow plateau‐

� 

17  

type tropical reservoirs where the natural carbon cycle  is most productive (Delmas, 2005). Deep water reservoirs at similar low latitudes tend to exhibit lower emissions. Methane from natural floodplains and wetlands may be suppressed if they are inundated by a new reservoir since the methane is oxidized as it rises  through  the  covering water  column  (Huttunen, 2005; dos  Santos, 2005). Methane  formation  in freshwater  produces  by‐product  carbon  compounds  (phenolic  and  humic  acids)  that  effectively sequester the carbon involved (Sikar, 2005).  

Evaporation,  discharge,  temporal  variability,  and  glacial  melt  impact  the  vulnerability  of  certain hydropower facilities and reservoir characteristics as mentioned below.  

4.1 Evaporation  Increased evaporation will reduce electricity generation for all types of dams, but these effects will be most drastic for those with reservoirs. Due to the direct relationship between the surface area of a body of water and its rate of evaporation, the geometry of reservoirs determines how susceptible they are to evaporation  (McJannet  et  al,  2008)  Reservoirs with  higher  surface  area  to  volume  ratios  are more vulnerable  to  losing  capacity  from  evaporation, which  reduces  a  facility’s  power  production  capacity (Izrael, Y.(2007). Retrofitting reservoirs to make them deeper with a smaller surface area would reduce evaporation; however it is very expensive (McJannet et al, 2008). Planned projects should take reservoir shape into consideration in their design in order to reduce evaporation and maximize power potential. Reservoir  size  is  important  to evaporation as well, as  smaller  reservoirs will be more at  risk  to  losing greater proportions of their volume, as reflected in the above illustrated framework.  

4.2 Discharge  Though an increase in amount of annual river discharge can sometimes simply translate to an increase in hydropower production, fluctuations  in discharge affect different types of facilities differently. Run‐of‐river dams, for example, may be more vulnerable to decreased amounts of discharge because they are directly dependent on the river’s flow, whereas reservoir dams may be able to compensate better for decreased  amounts  of  water  by  adapting  the  management  plan  for  the  reservoir  volume.  In  our diagram,  discharge  refers  to  the  annual  discharge,  which  can  be  directly  correlated  to  changes  in precipitation.  It  does  not  address  other  issues  such  as  temporal  variability, which we  account  for  in another section.  

4.3 Temporal variability of precipitation  Climate change will cause increased temporal variability of precipitation events. This will pose significant problems for hydroelectric generation. These impacts will result in more severe and frequent floods and droughts. Seasonal offsets, or the altering timing and magnitude of precipitation for traditional rainy and dry seasons and peak snowmelt, will occur as well (Izrael, Y. 2007). 

4.4 Flooding  By delivering water  supply at  varied and unpredictable  times,  temporal  variability negatively  impacts hydroelectric production. However,  it  impacts  reservoir dams  less  than  run‐of‐river  facilities because reservoir dams have  the  capacity  to  store water,  thereby accounting  for  these variations  in  reservoir volume. Dams can control the flood pulse of a river and help buffer downstream areas from dangerous 

� 

18  

impacts  (Hauenstein, W.,  2005).    Flooding  has  the  potential  to  increase  river  flows  and  hydropower generation as long as the excess river flow level remains within the dam’s reservoir capacity.  

4.5 Droughts  Droughts may present the most obvious threat to hydroelectric generation, as they reduce the amount of water available  to produce electricity. Many  regions have experienced droughts  in  the  last  several decades  that  greatly  reduced  energy  production,  reducing  up  to  half  of  their  electrical  production capacity in some Cases (Sailor D.J., Muñoz J.R., 1997).  A 2009 study in the western United States, which modelled the impact of drought scenarios on electricity generation, found that hydroelectric generation would  be  reduced  by  30  percent  (National  Energy  Technology  Laboratory  (2009). Droughts  in  areas exclusively  dependent  hydropower  for  electricity  generation  would  face  blackouts  in  some  drought scenarios.  

4.6 Seasonal offset  The  seasonality  of  precipitation  causes  variability  in  hydroelectric  generation.  Regions  with  distinct seasonal  rain  cycles  and  snowmelt  seasons  typically  experience  fluctuations  in  generation  due  to precipitation’s  influence  on  flow. Munoz  and  Sailor  note  that  “Under  global  warming,  the  existent difference between  the generation  in  fall‐winter and spring‐summer will  increase.” Sailor and Muñoz. (1997). Thus power production will  indeed  increase  relative  to  current  rates during part of  the  year; however,  this will  be  counteracted  by  sharp  decreases  in  other months.  The magnitude  of  climate change induced precipitation shifts will vary greatly by season. In some cases precipitation  is projected to be reduced twice as much in one season while in other regions, wet seasons may become drier and the dry seasons may become wetter (Harrison, G. P., & Whittington, H. (2002) 

4.7 Glacial melt  Glaciated regions of the world act as natural water towers that provide water to downstream areas. As glaciers continue  to retreat  in response to climate change, runoff to rivers will  initially  increase  in  the short‐term  due  to  the  large  volumes  of  stored  ice melting  away.  Eventually  these  stores  of  ice may disappear entirely, however,  resulting  in a  long‐term decrease  in annual  runoff and stream discharge. (Huss, M. (2011).   

5.  Regional  Findings  ‐  Climate  change  impacts  and  implications  for hydropower  Neither  river  systems  nor  climate  change  affects  are  constrained  by manmade  political  boundaries.  Many  case  studies  and  data  sets  are  regional.  Regional  findings  provided  a  preliminary  basis  for collecting information that climate change impacts will most significantly impact hydropower generation across the globe. A type of dam characteristics determines affects on them by types of climate change impacts.  The  severity  and  type  of  these  impacts  vary  significantly  each  regionally.  The  other  factors determining the responses to climate change impacts on hydropower generation are political, social and economic  factors, unique  to  the region. Regional portfolios of North America, South America, Europe, and the Middle East, Africa, and Asia‐Pacific and. Asia is copied below for references. 

� 

19  

5.1 North America   The United States and Canada rank among the top four largest hydroelectricity producers in the world. Mexico  is considerably  less developed with  regards  to hydropower  in  the  region. But  the country has some very large dams currently operational and some potential sites for additional large and small‐scale dams are proposed to be constructed (U.S. Energy Information Administration. (2011).  

The  expected  long‐term  increase  of  annual  and  seasonal  precipitation  in  parts  of  Canada  has  the capacity to increase hydroelectric output in those areas. One study in the Peribonka River watershed in Quebec, Canada predicted mean annual hydropower  to decrease by 1.8 percent between 2010‐2039 due  to  initial  early  peak  flows  and  lack  of  summer  precipitation)  and  subsequently  increase  by  9.3 percent  and  18.3  percent  during  2040‐2069  and  2070‐2099  respectively  due  to  steadily  increasing precipitation amounts (Minville et al, 2009). This initial decrease in production is expected to hit run‐of‐river dams harder than reservoir dams, as they are unable to absorb the  impact of  low summer flows through  storage  of  river  water  from  earlier  in  the  year.  There  are  a  couple  of  predicted  negative impacts:  firstly,  the  increased  volatility of discharge due  to more  frequent extreme events. Changing seasonal patterns is expected to lower the reliability of reservoirs to store water efficiently, resulting in more unproductive overspill; and secondly, peak flows are expected to come earlier with less discharge, as can be seen in Figure 5.1, which analyzes four of the dams in the Peribonka River basin (Minville et al, 2009)

 

 Figure 5.1: Predicted monthly discharge changes for four dams on the Peribonka River in  

Quebec, Canada. (Minville et al., 2009).  

� 

20  

The  prediction  in  increasing  temperature  and  decreasing  in    rainfall  on  the  Pacific Northwest  of  the United States have  likely a negative effect on mean annual discharge, and  in hydroelectric production. Some predictions forecast a 40 percent loss in production by 2080. Earlier snowmelts will shift seasonal peak  flow  time  thereby  hurting  hydroelectric  production,  especially  during  the  summer  when  it’s needed most  (Power Markets Week,  2005)  in  the  dry  north  and  northwestern  parts  of Mexico.  If temperatures  increase significantly, though, droughts could threaten hydroelectric plant production  in all parts of the country (Boyd, R., & Ibarrarán, M. E. 2009). 

5.2South America  Of all of the regions in the world, Latin America is one of the most reliant on hydropower for its energy production. Installed hydropower capacity in Latin America has the potential to produce approximately 140,000MW,  or  between  50‐60  percent  of  the  region’s  energy  demands  (U.S.  Energy  Information Administration, 2011).   All nations  in  Latin America  rely  significantly on hydropower as an  important energy  resource.   Brazil, Paraguay, Venezuela, and Costa Rica are most  reliant on hydropower, which provides over 80 percent of their electricity supply.  

Brazil has the largest reserve of surface freshwater on the planet nearly 20 percent of the global supply and most  of  that  found  in  the  relatively  undeveloped  regions  of  the Amazon  River  (Castano,  2011). Argentina and Chile share the world’s third largest store of ice as well as all of the rivers that compose the region of Patagonia. The northwestern sector of South America including Peru, Bolivia, Ecuador, and Colombia has started to discover their hydropower potential.   

Climate changes in Latin America show a great deal of variability across the region. Different projections associated  with  evaporation  and  precipitation  makes  difficult  to  make  stream  flow  projections. Projections related to climate change vary significantly at regional levels from model to model. (Izrael, Y. 2007).   The variation  in model output  is believed due  to  the smaller hydrometereological observation network  in  Southern Hemisphere  (Soito,  J.  L.,  Freitas D.  S. 2011).   However,  it  can be expected  that general  changes  in  rainfall  patterns  will  occur  and,  increased  frequency  of  extreme  rainfall  events throughout the region will lead to greater instances of flooding over larger areas and longer periods of time.   Greater rainfall  is expected  in the River Plate Basin between Argentina and Uruguay due to the trend  of  increasing  rainfall  in  the  region  from  1960  to  2000.  There  have  been  notable  decreases  in rainfall  over  western  Chile  and  Peru,  leading  to  the  prediction  that  rainfall  levels  will  continue  to decrease  on  the  Pacific  side  of  South  America  in  the  near  future.  The  Amazon  River  watershed  is predicted to feel significant effects of climate change over the next half century.  The region is expected to receive markedly less rainfall with increased intensity of the El Niño Southern Oscillation.  The zone of Latin America  i.e. the Amazon plains of Bolivia, Peru, and western Brazilhas have great  impacts on the downstream  variability  in  the Amazon River discharges.   Changes  in  river  flows  in  Latin America  are mainly associated with changes  in rainfall as well as changing  land use practices. Due to the relatively drier climates  in the Amazon associated with  the El Niño Southern Oscillation, significant decreases  in stream outflow in parts of the Amazon and Tocantins river basins are expected. The Paraná River which contains more than 55 percent of Brazil’s  installed hydroelectric capacity as well as great hydroelectric generation potential  for Argentina, Paraguay, and Uruguay  is projected  to experience  river  flows  that 

� 

21  

are significantly higher than today due to increased rainfall amounts throughout the River Plate drainage basin.   Thus Hyrdro  industries will require developing more flexible approaches to managing reservoirs (Soito and Freitas, 2011).   

5.3 Europe  The  topography of Europe has  favoured wide variety of hydropower  types  including pumped storage, run‐of‐river,  and  reservoirs.    The Alps, which  stretch  across  France,  Switzerland,  Italy, Germany,  and Austria,  provide much  of  the  changes  in  topography  that  provide  hydropower  potential  to Western Europe. There  is a high concentration of reservoir dams  in mountainous and glaciated areas,  including the Alps,  the Pyrenees, and Norway. Hydropower accounts  for approximately 19 percent of Europe’s total  installed electric capacity  (U.S. Energy  Information Administration, 2011). Model predictions vary with availability of water.  It  is  likely to  increase across northern Europe and decrease  in southern and south‐eastern Europe (Figure 5.2). Over the next several decades (Lehner et al; 2005). Specific changes in flow regime and characteristics of existing hydropower systems will guide on hydropower production in the countries and regions within Europe.    

 

 Figure  5.2:  Predicted  changes  in  river  discharge  across  Europe  by  two models,  for  2020s  and  2070s. (Source:  Lehner et al. 2005) 

 

� 

22  

In south and south‐eastern Europe, likelihood of droughts is increased and decrease in precipitation that will  lead  to  reduced  water  availability  in  2070.  So  there  will  decline  in  hydropower  production correspondingly about 20 to 50 percent  in counties  like, Portugal, Spain, Ukraine, and Bulgaria (Lehner et al. 2005). In the short‐term, glacially fed rivers, such as those originating in the Alps and Pyrenees, will likely see increases in summer discharge as glaciers melt faster than they regenerate. Already, rivers in the Alps are  seeing 13 percent  increases  in  flow  in August  compared  to  two decades ago, and many glaciers  have  diminished  significantly  (Huss, M,  2011).  In  the  long‐term,  the  contribution  of  these retreating glaciers to river flow will decrease, by 15 to 45 percent by the end of this century (Lehner et al. 2005). 

Scandinavia  and  northern  Russia  will  have  increased  water  availability.  But  this  change  does  not necessarily  translate  to  a direct,  equivalent  increase  in hydropower production. Run‐of‐river dams  in Sweden  are  particularly  susceptible  to  changes  in  flow  pattern  because  of  their  inability  to  store discharge  that  exceeds maximum  production  capacity.  Thus,  an  analysis  of  the  impacts  of  climate change on hydropower  in northern Europe must examine not only production  capacity and  changing water  availability,  but  also  the  type  of  hydropower  facilities.    Overall  across  Europe,  developed hydropower potential  is predicted  to decrease 7  to 12 percent by  the year 2070  (Lehner et al, 2005). These decreases must also be considered within a broader context of  increased water and electricity usage.  

5.4 Middle East The Middle East lies in a transition zone between the temperate, wet climate of Central Europe and the arid climate of North Africa. With the desert environments of the Arabian Peninsula to the south, and the wet mountainous  regions of  Turkey  and  Iran  to  the north  and  east,  even  small  shifts  in  climatic patterns are likely to have tremendous impacts on the region’s climate. (Giorgi, F. 2008).   

The Middle  East’s  surface  hydrology  is  primarily  defined  by  the  Tigris‐Euphrates  River  Basin, which boasts a mean annual stream flow of 85 billion cubic meters (BCM).( Cullen, 2002)  Originating in Turkey, the  Tigris  River  flows  contains  about  86  percent  of  flow  that  is  derived  from  surface  runoff  and snowmelt  within  Turkey.  (Cullen,  2002)      The  Zargos  Mountain  Range  maintains  a  climate  of considerable precipitation, which provides various river basins with snowmelt and surface runoff which facilitate powerful stream flow.  

The Middle  East’s  climatic  variations  are  in  large  part  due  to  the  North  Atlantic  Oscillation  Pattern (NAO).  The  NAO  regulates  heat  and  moisture  fluxes  in  the  Mediterranean  Region  and  ultimately influences climate patterns throughout the Middle East. (Turkes, M., 1996). Over the past 150 years, this climatic pattern has provided the Mediterranean and Middle East with much of, its precipitation in the form of wet winters  (Hurrell,  J.W., 1995).   The NAO  transports winter cyclones  to  the area, and  large amounts of precipitation with  them.  Cullen  et  al  (2002) noted  that  increased  greenhouse  gas  (GHG) concentrations  in  the  atmosphere  would  significantly  impact  the  regional  precipitation  patterns.  Specifically,  “December  through March  precipitation  and  stream  flow  can  be  expected  to  be  lower” (Cullen et al. 2011) due to climate change. As the NAO is a significant contributor to snow accumulation, 

� 

23  

the ultimate sources of both the Tigris and Euphrates Rivers, climate change will have a major impact on region’s flow rates (Sowers, et al, 2011).   

 

This trend is further corroborated with A2 and B2 IPCC emission scenarios and the ICTP RegCM climate model which state that “by the end of the 21st century the Mediterranean region might experience a substantial  increase and northward extension of arid regime  lands.”(Giorgi, F. 2008).   This threatens to increase  water  scarcity  in  downstream  states.  Arabian  Peninsula  remain  still  limited  potential  for hydroelectric  development  due  to  a  dearth  of  rivers,  the  predicted  increase  of  precipitation  in  the mountainous regions of  Iran will  increase flow averages  in the Karun River basin.   Most of the Middle East  stands  to  lose precipitation  in  climate  change projections,  increased precipitation  in  the  Iranian mountains may translate to increased flow and increased hydroelectric potential.  

5.5 Africa  Africa is heavily dependent on hydropower. South Africa's 42 GW energy accounts around 40 percent of total African capacity  (Neil Ford.2007).   Due  to  the dearth of water resources  in northern Africa, Sub‐Saharan Africa  is home  to  the majority of  the continent’s hydroelectric dams. Most of  the generating capacity is concentrated on the continent’s major rivers, the Nile, the Congo, and the Zambezi. However, smaller basins such as the Volta also contain a number of hydroelectric dams 

Dominant  role  in Africa’s electricity portfolio,  large projects are planned and under  construction  in  a number of nations including Ethiopia, Uganda, Zambia, Mozabique and Liberiab (Basson, G. 2004).  The enormous power potential at Grand  Inga has  led  to discussions of  constructing a  continent  spanning electricity grid that could provide power to all Africans and provide some electricity to Europe and the Middle East. (Wachter, S. 2007; Showers, K.B.; 2009).    

Recurring droughts have plagued hydroelectric dams and led to power rationing across the continent. In the past decade, from Ghana to Kenya, Zimbabwe, and Tanzania, droughts have disrupted generation, sometimes reducing plants to half of their capacity. (Mukheibir, P; 2007; Waylen, P. 2008).   Differences in temperature and rainfall are projected to be the two biggest impacts of climate change in Africa (but these  can  also  increase  evaporation,  a  crucial  consideration  for  reservoirs  (Mukheibir,  P.  (2007)  the rainfall  changes  will  also  be  different  for  different  sub  regions,  which  raises  questions  for  regional planning and power distribution. While some regions will likely receive more rainfall and thus increased river flows, there is uncertainty regarding the consistency of this increase.  

The Congo River Basin  is projected  to receive both  increased rainfall and  temperatures, but minimum evaporative  reductions  to  generating  capacity  due  to  the  humidity  of  the  region  and  the  dearth  of reservoir  dams  (Mukheibir,  P.,  2007) Other  regions  face more  striking  predictions,  “Climate models predict  an  average  10‐20  percent  decline  in  rainfall,  resulting  in  the  rivers  of  Botswana  and  Tunisia completely  drying  up.  The  high‐risk  regions  include  the  east‐west  bands  stretching  from  Senegal  to Sudan.” (Sharife, K. (2009).   Harrison and Whittington. (2002)  also note that “Simulations indicate that 

� 

24  

for all scenarios annual flow  levels at Victoria Falls reduce between 10 and 35.5 percent.  In each case the resultant flow change  is greater than the precipitation change, confirming the amplifying effect of the hydrology.”  

Yamba, et al  (2011)  conducted a  fairly  comprehensive  study of projected  climate  change  impacts on hydroelectric generation  in the Zambezi River Basin. These authors paired hydrologic modelling, based on  historical  data, with  projected  climate  changes  to  reveal  general  trends  for  the  basin  and more specific  changes  for  each  dam  site.  Their  findings  indicate  a  gradual  overall  reduction  in  generation capacity over the next 60 years. Yamba, et al. (2011) However this reduction  is only gradual  in  light of this  time  scale,  as  Yamba  et  al.  predict  both  severely  dry  years,  and  potential  flooding  events.  Thus extreme variability must be planned  for through strategic management of  flows between dams  in the basin to maximize generation.  

5.6 Asian‐Pacific region   There  are  varying  scales  of  hydropower  in  the Asian‐Pacific  region. Australia maintains  the  greatest installed capacity with 8,186 MW  (Harries, D.  (2011).  followed by New Zealand  (5,373 MW), Malaysia (4520 MW), Indonesia (4,869 MW), the Philippines (3,291 MW), Papua New Guinea (216 MW), and Fiji (85 MW). Energici. (2010).   

As  much  of  the  region  depends  on  hydroelectric  generation,  small  changes  in  climate  patterns influencing stream flow can have major impacts on overall hydroelectric productivity. Despite the many studies  completed  in  this  region,  there  is  still  uncertainty  in  climate  change  prediction models with respect  to  precipitation.152  In  one  study, while  an  increase  in  precipitation  of  0.1‐9.3  percent was predicted under IPCC A1B scenarios for the Philippines, IPCC A2 climate models predicted precipitation to range from a decrease of 3.3 percent to an increase of 3.3 percent (Combalicer et al, 2010).  Varying predictions  include  increased rainfall during the monsoon season or persistent dry months throughout the year. (Espinueva, S. R. 2010).  Some studies predict increased precipitation in south‐eastern Australia (where  the majority of hydroelectric production  is  located),  (Hughes, L. L.  (2003).   while other studies forecast a drier future on average (Chiew et al , 2011). Increase in temperature is projected throughout the region which will  increase evaporation and affect stream flows Countries  like New Zealand are the most susceptible  to conditions of decreased precipitation due  to  their dependence on  reservoir dams with relatively little capacity. Compared to Australian dams, with large‐capacity reservoir dams, most of New Zealand’s dams have little ability to buffer drought conditions.  

5.7 Asia  The large population of Asia and the expansion of urban areas have caused a rapid growth in electricity demand.  But  less  than  a  quarter  of  the  continent’s  energy  comes  from  hydroelectricity.  The  vast majority of  the electricity, almost  seventy percent,  is  supplied by conventional  thermal power plants. Many  areas of Asia  are  incredibly  rich  in  fossil  fuels, which  encourages  the  continent  to  rely on  this cheap and readily available energy source (U.S. Energy Information Administration, 2011)  

 

� 

25  

Nations like Nepal, Bhutan, Pakistan and Tajikistan rely significantly on hydroelectricity (Figure 5.3). The rivers which  are  utilised  for  power  production  are  already  transforming  due  to  the  effects  of  global climate change. (U.S. Energy Information Administration, 2011).  Hydroelectricity comprises the majority of electricity generation  in  the central Asian countries of Pakistan, Afghanistan, Kyrgyzstan, Tajikistan, Kazakhstan  and  Uzbekistan.  These  nations  have  ambitious  plans  for  expanding  their  hydroelectric sector,  they  have  already  experienced  obstacles,  both  in  the  form  of  climactic  variability  and international  tensions.(Steward, Richard.   2010). Many  rivers  in Asia cross disputed borders, and dam building  often  heightens  existing  tensions.  These  international  tensions  will  likely  build  as  climate change threatens the already limited shared resources.  

The majority of hydropower projects  in China and the rest of Asia are medium to  large scale reservoir dams.      However, micro  hydropowers  are  expanding  in  remote  areas  of  the  Himalaya where many communities are not yet electrified (Dhakal, S. 2011). The Himalayan nations of Bhutan and Nepal rely significantly  on  hydroelectricity  generated  by  the massive  change  in  elevation within  their  borders. Much of the hydropower produced in Bhutan is sold to India, a neighboring nation. Indeed, the sale of hydropower to India generates over 50 percent of the Bhutanese gross government revenue. Magistad, Mary Kay. (7 July 2011).   

 

 

Figure 5.3: Asian hydropower dependence. Percent of total  installed capacity dedicated to hydropower. Data: US Energy Administration, 2008 

� 

26  

 

All nations across in Asia are interested in developing their hydropower potential in order to supply their growing energy demands. Some of the most significant plans for expansion are along the Mekong River, which  flows  through  China, Myanmar,  Laos,  Thailand,  Cambodia  and  Vietnam.  Vietnam  depends  on hydroelectric to produce upwards of 70 percent of its power and neighbouring countries. Laos plans to build more dams on the Mekong River to become the battery of Southeast Asia (Hirsch, 2010). Central Asian countries are also hoping to significantly expand their hydropower capacity to supply both their own burgeoning electricity needs and  to  increase national  funds by  selling hydropower  to China and Pakistan (Peyrouse, S. 2007). Nepal appears determined to expand her hydroelectric sector, hope to be a  battery  for  North  India  and  Bangladesh,  but  political  instability  and  regional mistrust  is  breaking speedily development. The Chinese already regulate  their dams along  the Mekong River  to produce a steady  amount of  electricity, but doing  this  causes downstream wet  season  flooding  and dry  season water shortages, problems which will likely be compounded by changes in the monsoon pattern. (BBC, 2020)  Unpredictability,  surges  in  river  flows,  and  water  shortages  are  all  linked  to  climate  change induced alterations to the South Asian monsoon.  

 Asia has already experienced disasters related to climate change which are often compounded by poor land‐use  practices.  The most  recent  of  extreme weather  events  is  the massive  flooding  in  Thailand during  the  fall of 2011. Scientists believe  this monsoonal deluge can be  linked  to climate change  (The Guardian 1 Nov. 2011). The 2010  floods  in Pakistan affected over 20 million  residents and  inundated 62,000 square miles of the country. Scientists have also linked these floods to monsoon rains intensified by  climate  change  (Doyle, A,  2010) Many  areas  of  Southeast Asia  receive  up  to  80  percent  of  their annual  rainfall  during  the  summer  months  making  the  rivers  highly  variable  during  the  monsoon season(Reuters, 27 Feb, 2009). Rising  temperatures might affect monsoon  to arrive  later  in  the year, lengthening  the  time  between  rains  and  increasing  the  region’s  vulnerability  to  drought,  especially during  the  summer  growing  season.  Scientists  predict  that  Climate  change  will  certainly  have implications for the viability of hydropower in the region.  

Droughts have also plagued Asia. Poor water management combined with climate change has spurned some of  the most  severe droughts  in  the  continent’s history.  In 2004,  the Yunnan Province of China underwent  one  of  the worst  droughts  in  years,  experiencing  60  percent  less  rainfall  and  leaving  8.1 million  residents  short  on  drinking  water  (  Qiu,  J.,2010).    Almost  simultaneously,  another  heavy monsoon caused catastrophic  flooding  in Bangladesh,  India, Nepal, Vietnam and other areas of China (The Guardian, 2004). Since the 1960s, the number of overall rainy days has decreased  in China, while the number of extreme precipitation events has increased ( Qiu, J. 2010). Climate change has caused the temporal distribution of water resources to become more unpredictable in Asia (McNally, A.,2009). The unpredictability  and  volatility  in  precipitation  across  the  continent  naturally  affects  hydropower generation. Though it is difficult to predict the future impacts of climate change, it is certain that climate change will significantly affect Asia not only because of  its ecological qualities and geographic  location, but  also  because many Asian  nations  lack  the  infrastructure  and  resources  to  effectively  respond  to crises spawned by climate change.  

� 

27  

The Himalayan glaciers hold  the  largest  store of  fresh water outside  the Polar  Ice Caps. Many of  the rivers  on  the  Asian  continent  originate  in  the  Himalayas.  Steady  glacial melt  has  fed  these  rivers, regulating  their  flow  throughout  the  annual  hydrological  cycle. However, many  of  these  glaciers  are rapidly melting, causing yet more volatility in the flow levels of rivers in Asia. Though intensified glacial melt  increases  the  flow  level  of  the  rivers  they  feed,  rapid  spring melting  causes  a  shortage  in  late season flows (Ives, M. (2011), when water  is often critical for agriculture. Deglaciation  in the Himalaya will also cause  rapid growth of glacial  lakes, which will  increase  the  likelihood of glacial  lake outburst floods.  These  devastating  and  often  unexpected  floods  could  wreak  havoc  on  hydroelectric infrastructure. The deglaciation pattern will deliver water to the rivers  in sporadic bursts rather than a steady stream of flow. Glacial melt will cause initial overall increased flow for the rivers originating in the Himalaya.    However,  highly  variable  river  flow  is  not  optimal  for  hydropower,  so  even  though deglaciation will  increase  the  flows at certain periods of time,  its variability and unpredictability make hydropower more vulnerable on rivers. Some smaller rivers are fed exclusively by glacial melt, and could dry up  in as few as 50 years. This naturally would affect downstream hydropower, not to mention the water supply of communities along such rivers.  

6. Major River Basins of Nepal Nepal, a country of mountains and hills and  sandwiched between  India and China,  lies  in South Asia. Eight peaks out of ten worlds’ highest mountain peaks including Mount Everest are in Nepal.  Altitudinal variation ranges from about 80 to 8848 meters above sea level (Figure 6.1) from in a span of only about 200 kilometres.  

Ecologically Nepal can be divided into lowland, midland and highland regions. Mountains and hills occupy about 80 % of the total national land (Table 6.1). The elevation differences favored for a variety of biomes from tropical savannas along the Indian border to montane grasslands and shrublands and tundra along rock and ice at the highest elevations. These ecological belts run east-west and are vertically intersected by Nepal's major, north to south flowing river systems.

 

Figure 6.1: River system and North‐South Topographical difference 

� 

28  

 

 Table 6.1: Geographic regions of Nepal 

 

Source: CST Nepal, 1997 

Nepal contains about 2.27 of the world’s water resources (DHM, 1998). There are more than 6000 rivers in Nepal out of which about 54  rivers are each  longer  than 150    kilometres and 964  rivers are each longer than 10 kilometres( DHM,1998) The total length of each stream exceeds 45000 Kilometres giving drainage density to about 0.3 Km per sq. km.  Karmali in the west, Gandaki in the Central and Kosi in the east are  three main  river basins of Nepal. About 78% of  the mountainous part and about 70% of  the Nepal territory is drained by these three rivers. Only a very small portion of watersheds of these rivers lie  in Tibet, China. Mahakali  river basin  is a sub basin of Karnali  river and  lies  in  India and Nepal. The other major sub basins that do not contain year round snow covered zones are Babai, Rapti, Bagmati, Kamala. Kankai and Mechi river catchments.  

Broadly,  Nepalese  catchments  fall  on  three  river  groups.  The  group  grading  is  based  on  the  river discharge and their sources. 

6.1 First Grade Rivers Rivers that are originated from glacier on  ice caped mountains above the snow  line are categorized as the first grade rivers. These rivers are perennial and carry sufficient flows in all seasons. Karnali river in the western region, Gandaki river in central region, and Kosi river in the eastern region as well as their tributaries which originate from glaciers are categorized as the first grade rivers. Kaushiki (Kosi)  is also called as Saptakosi from Barahachetra at Chatara. Sapta means seven in Sanskrit. Seven Kosi are Tamur, Arun, Dudh, Tama, Sun, Likhu and  Indrawati. Similarly, Gandaki  is called as Narayani  from Devghat at Narayanghat. Narayani  is  also  is  called  Saptagandaki  and  seven Gandaki  are  Trishuli, Budhi, Daraudi, Marhsyandi, Seti, Kali and Myagdi. Modi of Kali, and Madi of Seti are also other major tributaries that have sources in Snow and Glaciers. Narayani is again named as Gandak in India. Likewise, Humla, Mugu, Seti, Tila, Thulo Bheri,  Sano Bheri and Bhudiganga are  the main  tributaries of Karnali  river. Karnali  is called as Ghagra in India. Mahakali is the border river between Nepal and India. Chameliya and Surnagad are two major tributaries of Mahakali coming from Nepal. Saryu, Gauriganga and Dhauliganga are major tributaries coming from India. Mahakali is called as Sharada in India. 

� 

29  

6.2 Second Grade Rivers They are originated  from Mahabharat hills. Mahabharat hills  fall below the snow  line thaties at about 5000 meters altitude. They also do not dry up  in the  low flow period as they meet spring and shallow underground water tables. Mechi river, Kankai river, Kamala river, Bagmati river, East Rapti river, Tinau river, West‐Rapti river, Babai river are second grade rivers. West‐Rapti river is the biggest amomg them. East Rapti river basin  falls  totally  in Nepal. Others have  their confluence point  in  India. Roshi Khola  (a tributary of Sunkosi), Trijuga  (a  tributary of Saptakosi), Andhi Khola and Ridi Khola  (tributaries of Kali Gandaki) lie in the mountainous region below 5000 meter altitude. 

6.3 Third Grade Rivers Rivers that are originated from Siwaliks hills as well as from the Tarai plain are to be understood as the third grade rivers. These rivers contain either very less water in the winter or no surface flow in the dry period. Examples of such rivers are Banganga at Rupandhehi, Tilawa at Parsa, Vangori and Sirsia at Bara, Manusmara  at  Sarlahi, Hardinath  at Mahotari,  Sunsari  at  Sunsari  and  so  on.  They  are  originating  in Siwaliks and flow through Tarai in the plain. 

Over  6000 Nepalese  rivers, most  headwater  of  snow  and  glacier  fed  stream  are  perennial where  as some of head water of non snow fed rivers fall on intermittent type. Most of rivers on lower siwalik are ephemeral. Ephemeral rivers are rivers that do not always flow, that  is, they dry up and are seasonal. How  often,  and  for  how  long  they  dry  up  varies  depend  on  the  watershed  characteristics  and meteorological pattern  like deserts and dry climates. An  intermittent river only  flows occasionally and  can be dry for several years at a time. These rivers are found  in regions with  limited or highly variable rainfall, or can occur because of geologic conditions such as having a highly permeable river bed.  

7. Hydropower Potential in Nepal Having  steep  gradients,  Nepalese  rivers,  fed  by  snows  possess  high  hydropower  potential.  An assessment made by Dr. Hariman Shrestha indicated that Nepal have it a potential of 83000 Mega Watt. But in the present context hydroelectricity potential of Nepal could exceed.   

Nepal  had  its  first  hydropower  electricity  project  run  in  1911  (1968  B.S.  Nepal  Era).  Pharping hydroproject,  which  was  the  first  hydropower  project  in  Nepal  located  some  kilometres  south  of Kathmandu had a  capacity of 500‐kilowatt  capacity. Since  then, Nepal  could produce only about 600 Mega Watt  (MW) only.   Government  of Nepal  introduced BOOT  (Build, Own, Operate  and  Transfer) policy for hydropower development since year 1950. Till January 2010,  licenses  issued and application received  amounted  to more  than  60000 MW.    The  largest  capacity  project  indentified  are Mahakali rivers  at  Pancheswor  (6000 MW)  and  Karnali  River  at  Chisapani  (10500 MW).  Hence,  hydropower production of Nepal would bring an economic revolution  in Nepal  if high dam concept  is materialized with  neighboring  countries  especially with  India  and  Bangladesh.  Hydropower  projects  in  Nepal  are divided into micro, small, medium and large. The total capacity of the projects under NEA and IPP up to June 1, 2012 is summarized in Table 7.1    

 

� 

30  

Table 7.1:  Hydropower Potential of Nepal (identified 1 June, 2012) 

Category  Number of sites   Total Capacity (MW) 

 Construction License  for Generation       

1 to 12 MW  16  317 

Application for Construction License for Generation       

upto 127 MW  51  3474 

Cancelled Construction License for Generation       

5 to 14 MW  3  24 

Survey License for Generation        

Below 1 MW  202  149 

1 to 25 MW  178  1099 

25 to 100 MW  51  2730 

Greater than 100 MW  29  8510 

GON Reserved Survey License for Generation       

2 to 1110 MW  42  3456 

Application for Survey License for Generation       

Below 1 MW  806  682 

1 to 10 MW  480  2332 

   194  20803 

Cancelled Survey License for Generation       

upto 96 MW  41  516 

Total   2093  44092 

(Source : www.doed.gov.np) 

 

� 

31  

Private  sectors  contribution  is 174 MW out of 700 MW of  total production of Nepal.  Latest updated information made available by Nepal Electricity Authority at its annual report is given in Table 7.2 below: 

Table 7.2: Existing power plants run by private companies. 

 

Energy demand is increasing annually.  Demand forecast made by NEA is given in Table 7.3 below’ 

Table 7.3: Load Forecast for Nepal 

 

� 

32  

 

`  

Figure 7.1: Load Forecast [Source: Nepal Electricity Authority, A YEAR IN REVIEW, FISCAL YEAR 2010/11] 

 

The systematic collection of hydrological data began in 1962‐65 by UN special fund and USAID fund for a feasibility  study  of  hydro  power  project  and  hydrological  services.  Department  of  hydrology  and meteorology has been publishing stream flows records. Availability of water and trend in river flows for selected rivers ‐ Snowfed and non snow fed river is presented below 

8. Climate change in Nepal Temperature and precipitation observation history is not long enough to draw any conclusion in Nepal. Analysis  carried  out  by  some  scientists/researchers      had  assessed  climate  changes  and  impacts  the warming was  consistent  and  continuous  after  themid‐1970s.    Climate  change  is  a matter  of  global concern.  It  is predicted  that one degree  temperature  raise at sea  level will correspond  to  two degree temperature raise in high altitude region like Himalaya (IPCC, 2001). Spatial variation of the annual mean temperature trend analysis showed the increasing trend in almost entire country except on few isolated places  (Karmacharya  etal, 2007, Practical Action 2009).)  The mean  temperature of basin has  a  rising trend by about 0.02 per year (Baidya etal, 2008). The average annual rainfalls in the basin and on overall western regions of Nepal have a positive trend (Baidya etal, 2008). Lower part of Kaligandaki basin area from  where  rain  shadow  starts  and    which  is  the  wettest  part  has  an  increasing  trend  in  annual precipitation  with  the  rate  of  about  0.70  millimeter  per  decade  (Gauchan  A.  2010)  where  as  the  

� 

33  

northern part of  the basin which  is  the  lowest precipitation  region has been experiencing decreasing trend in snowfall. 

8.1 Trend in Changes in average annual maximum temperature It was found that the average warming  in annual maximum temperature between 1977 and 1994 was 0.06 degree Celsus  per  year (Shrestha et al. (1999). Warming was seen more pronounced in the higher altitude  regions of Nepal  such as  the Middle Mountains and Himalaya, while  the warming happened significantly  lower, or even  lacked,  in  the Terai and Siwalik  regions. Warming  in  the winter was more pronounced compared to other season (Table 8.1).  

 

Table  8.1  :  Regional mean maximum  temperature  trends  for  the  period  1977–1994  (degree  C/year) 

 

[Source Shrestha et al. 1999] 

8.2 Trend in precipitation The Indian Institute of Tropical Meteorology (IITM) had high resolution climate scenarios for the South Asian region from the regional climate model PRECIS (HadRM3) for emission scenarios SRES‐A2 and B2 (Rupa Kumar et al. 2006). These scenarios indicate a decrease in monsoon in the northern parts of the country and increase in the southern parts (Figure 8.1).  

  

� 

34  

 

Figure.  8.1:  Projections  of  changes  in monsoon  precipitation  (top)  and  average  annual  temperature (bottom) by the end of the twenty‐first century for emission scenario SRES‐A2 (left) and B2 (right) (Rupa Kumar et al. 2006) 

Nepal may get warming on average by 3.5–4 degree Celsius in those scenarios at the end of the century.  The IPCC AR4 has indicated that the warming in South Asia would be at least 2–4 degree Celsius  by the end of the century (Christensen et al. 2007).     The warming rates follow the   elevation gradient  in   the Himalayan region (e.g.,Bhutan, Nepal, and Himachal Pradesh).  The projection for Nepal was also made  by selecting the SRES B2 scenario by using   the MAGICC/SCENGEN model (Agrawala et al. 2003) .   This analysis  also  showed  somewhat  larger  warming  in  winter  months  than  the  summer  months.,  The projected warming above the baseline average (1961–1990)  is 1.2 degree Celsius for 2030, 1.7 degree Celsius for 2050 and 3.0 degree Celsius for 2100 (Table 8.2).  

Table 8.2: GCM Estimates for temperature and precipitation changes in Nepal 

 

(Source: Agrawala et al. 2003) 

� 

35  

 

Trend analysis on observed data rainfall and temperature was performed.  It was  confirmed  that there is a rising trend of temperature in Nepal. Annual rate of temperature rise was found to be about 0.41o C per decade. Trend on precipitation was decreasing at the rate of  9.8mm/decade in the month of April and May though, a rising trend of precipitation was  observed during monsoon seasons. 

Trends  of  monsoon  onset  and  withdrawal  from  21  years  of  data  show  that  monsoon  season  is elongating  in both the ends. Onset will occur earlier by 71 % of a day per annum and withdrawal will retreat  by  about  15 %  of  a  day  per  annum. Although  this  trend  appears  to  be  elongating monsoon period for  long,  it  is not  likely to happen due to changes of seasons.  In case of trend of withdrawal of monsoon it is not so distinct whereas trend of monsoon onset is quite distinct.  

8.3 Climate change induced trend in Rainfall and Temperature  

8.3.1 Rainfall As  the  inter‐annual  variation of  rainfall  is  so  large, no  significant  trend  like  in  temperature  could be observed. However, the general tendency towards  increasing or decreasing trend  is more  important  in rainfall. Rainfall trend analysis showed the positive trend in most of Eastern, Central, Western and Far‐western  Development  Regions  in  annual  rainfall.  However, most  of  the Mid‐western  Development Region showed the decreasing annual rainfall trend. The region in and around Dolakha district observed the  largest decreasing trend of up to  ‐40 mm/year (Figure 9.1). Trend analysis of pre‐monsoon rainfall showed increasing trend in most of the Eastern, Central and Western Development Regions, while Mid‐western and Far western Development Regions showed the decreasing trend  (Figure 9.2). The highest increasing trend for the pre‐monsoon rainfall was observed in and around Myagdi and Kaski districts in the Western  Development  Region;  Sindhupalchowk  district  in  the  Central  Development  Region  and Sankhuwasabha in the Eastern Development Region, however some small pocket areas in these regions showed  the  decreasing  trend  e.g.,  Dhankuta,  Dolakha,  Ramechhap  and  Tanahun  with  the  largest decreasing trend in the north western parts of the country. Monsoon season rainfall was observed to be mainly increasing in the Eastern, Central, Western and Far‐western Development Regions while most of the  areas  in  Mid‐western  Development  region  showed  the  decreasing  trend  the  highest  trend  in Dolakha  and  Solukhumbu districts  (Figure 9.3). Monsoon  season  contributes  about 80 % of  the  total annual rainfall. The rainfall trend  in post‐monsoon season showed the  increasing trend  in most of the Mid‐western Development Region and the southern parts of Eastern, Central and Western Development Regions while Far‐western Development Region and most of the northern parts of the country observed the decreasing trend  (Figure 9.4). With the highest  increasing trend  in Sankhuwasabha, Taplejung and Accham districts, winter season rainfall showed increasing rainfall trend almost over the entire country. However, some areas in the northern parts of Mid‐western and Eastern Development Regions and some isolated  small  pocket  areas  here  and  there  showed  increasing  trend  (Figure  9.5).  Though  seasonal rainfall  is  less  in southern parts; Siwalik and the Terai, the highest 24 hour rainfall  is recorded  in these parts  (Figure 8.6).  The highest extreme  rainfall was  found mainly  in  the  foothills of Mahabharat  and 

� 

36  

Siwalik  in  the Central Development  and Western Development  regions.   These  regions  are  therefore prone to flash flood and inundation.  

 

80 81 82 83 84 85 86 87 88

27

28

29

30

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

     80 81 82 83 84 85 86 87 88

27

28

29

30

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

 

Figure 8.1: Annual rainfall (mm/year) trend                Figure 8.2: Pre‐monsoon rainfall (mm/year) trend 

 

80 81 82 83 84 85 86 87 88

27

28

29

30

-35

-30

-20

-10

0

10

20

30

    80 81 82 83 84 85 86 87 88

27

28

29

30

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

 

Figure 8.3: Monsoon rainfall (mm/year) trend            Figure 8.4: Post‐monsoon rainfall (mm/year) trend 

 

80 81 82 83 84 85 86 87 88

27

28

29

30

-1.2

-0.8

-0.4

0

0.4

0.8

1.2

1.6

2

2.4

2.8

    80 81 82 83 84 85 86 87 88

27

28

29

30

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

 

 

Figure 8.5: Winter rainfall (mm/year) trend                 Figure 8.6: 24 hour’s highest rainfall (mm) 

 

� 

37  

8.3.2 Future Projection on Rainfall trend    

Precipitation projection under high  (A1), medium  (A1B) and  low  (B1) GHG emission scenarios  for 20’s (2010‐2030), 50’s (2040‐2060), 80’s (2070‐2090) showed increased precipitation in the entire Nepal.  

B1 Scenario 

For  this  scenario,  the ensemble averaged precipitation change  shows more or  less consistent pattern (Figure 9.7)  for all three  future periods  ‐1920,1950, and 1980. Precipitation  is projected to  increase  in the entire Nepal during all time span (20’s, 50's and 80's).   Larger  increase  in precipitation  is projected over Western Region with up  to 60 mm and 80 mm  increase per annum  respectively during 20's and 50’s.    Since  high  precipitation  and  flood/  landslide  are  directly  related,  any  significant  increase  in precipitation  as  projected  over  these  areas  will  increase  the  likelihood  of  flood  and  other  related hazards. 

 

Figure 8.7: Mean annual Change in precipitation (in millimeter) for B1 scenario (a) 2020's (b) 

2050's (c) 2080's 

 

� 

38  

A1B Scenario 

The ensemble  averaged precipitation  change  shows more or  less  consistent pattern  compared  to B1 scenario  (Figure 8.8)    for  all  three  future periods.  Precipitation  is projected  to  increase  in  the  entire Nepal during all time spans. Largest increase in precipitation is projected over Western Region upto 70 mm during 20’s, 140 mm over Eastern, Central and Western Regions during 50’s and upto 250 mm  in Eastern Region during 50’s ( Figure 8.8). 

   

Figure 8.8: Mean annual Change in precipitation (in millimeter) for A1B scenario (a) 

2020's (b) 2050's (c) 2080's 

 

 

 

� 

39  

A2 Scenario 

The  ensemble  averaged  precipitation  change  shows  more  or  less  consistent  pattern  (Figure  8.9) compared  to previous  two scenarios  for all  three  future periods but  there  is subtle variation  for 20's. Precipitation  is projected to decrease by up to 20 mm over Far Western Region and southern parts of Eastern Region. Pattern for 50's and 80's quite consistent for A2 scenario in comparison to B1 and A1B scenario with increase up to 100 mm  and 200 mm over Eastern Region respectively( Figure 8.9) 

 

Figure 8.9: Mean annual Change  in precipitation (in millimeter) for A2 scenario (a) 2020's (b) 2050's (c) 2080's 

Table  8.3  shows  the  projected  change  for  temperature  and  precipitation  under  different  scenario averaged over Central Himalayan region that covers Nepal and adjacent areas.  In case of temperature the projected increase is slightly higher than that averaged over South Asia. It ranges from 1.1C to 1.3C in  2020's,  1.8C  to  2.5C  in  2050's  and  2.5C  to  4.2C  in  2080's  among  the  three  scenario.  In  case  of precipitation the projected changes are in line with that average over South Asia.  

 

 

 

 

 

� 

40  

Table 8.3: Projected change  for  temperature and precipitation under different  scenario averaged over Central Himalayan region 

 

9. CLIMATE Change impact in River flows pattern in Nepal 

9.1 River Flows Pattern  The key elements for hydropower project are the flow available for its use. Any change in flows caused changes in the production of electricity. The systematic collection of Hydrological data began in 1962‐65 by UN  special  fund  and  USAID  fund  for  a  feasibility  study  of  hydro  power  project  and  hydrological services. Department of Hydrology  and Meteorology has been publishing  stream  flows  records  since 1963/64. Based on published data,  trend  in  flows  trend  in selected  rivers  is determined  (Figure 10.1). Selected  rivers  are  of  two  categories  ‐  Snowfed  and  nonsnow  fed  river. Non  snow  fed  category  are basically rain fed rivers whose sources lies around 3000 meters.    

 

Figure 9.1:  Location of three major rivers system,  Kosi, Narayani and Karnali  

 

� 

41  

Trend in annual discharge and annual fluctuation in mean annual flows was assessed on data published by DHM.    There  is  as  light  positive  trend  i.e.  increasing  trend  in  Koshi  river  flows.  But  this  trend  is insignificant  compared  to  the percent difference  in annual mean  to  the  long  term mean. Koshi  flows found  appreciable  increased  after  1998/99  and  in  some  years  difference  reaches  to  30  percent increased.    Tributaries  flows  also  have  similar  nature  but  amount  deviation  and  trend  is  different. Deviation in Tamur crossed 50 percent in particular wet year (Figure )  

Narayani river basin showed a slight increase in annual flows.  The percent difference is relatively lower than Koshi basin.  In most of  the year, difference  fall below 10 percent. Differences  in annual mean  is about  20  percent. Wet  and  dry  year  flows.  Chepe  river,  a  tributary  of Marsyangdi  river within  the Narayani basin also showed an increasing trend. There is positive trend in Karnali river flows. This river flow  is  relatively  stable  compared  to  Koshi  and  Narayani.  Difference  in  annual means  is  about  20 percent.  

Similarly, trend in annual mean flows of  non snow fed rivers – Kankai, Bagmati, lother‐Manahari, West Rapt and Babi  ( Figure     also do not  show any  significant  trend. However,  there are  significant  trend monthly flows. Winter flows are in decreasing trend where as annual extremes are increasing  represent partly the result of warming trend in the region due to climate changes. 

Koshi river:  Combination of Monsoon and Snow fed rivers in Eastern Region 

 

 

 

   

 Figure 9.2 :  Trend in mean annual discharge of  Kosi       Figure 9.3:  Annual flows deviation in Kosi    

 

� 

42  

Tamur river : 

   

Figure 9.4 Trend in mean annual discharge of  Tamur             Figure 9.5:  Annual flows deviation in Tamur    

 

 

Narayani :  Combination of Monsoon and  Snow fed rivers in Central Region  

   

Figure 9.6:  Trend in mean annual discharge of  of Narayani    Figure 9.7:  Annual flows deviation in Narayani   

 

Chepe river  

   

Figure 9.8:  Trend in mean annual discharge of  Chepe     Figure 9.9:  Annual flows deviation in Chepe   

 

� 

43  

Karnali river :  Combination of Monsoon and  Snow fed rivers in Western Region 

     

Figure 9.10:  Trend in mean annual discharge of  Karnali   Figure 9.11:  Annual flows deviation in Karnali 

 

Chamelia river 

   

Figure 9.12: Trend in mean annual discharge of  Chamelia   Figure 9.13:  Annual flows deviation in Chamelia 

 

� 

44  

Kankai river: A Non snow fed river in in Kosi –Mechi basin in Eastern  Nepal  

 

   

Figure 9.14: Trend in mean annual discharge of  Kankai       Figure 9.15:  Annual flows deviation in Kankai 

 

Bagmati river: A Non snow fed river in Central  Nepal  

 

   

Figure 9.16: Trend in mean annual discharge of  Bagmati   Figure 9.17:  Annual flows deviation in Bagmati 

 

� 

45  

Lother and Manahari: A Non snow fed river in Central Region  

 

   

 

 

 

 

 

West Rapti: A Non snow fed river in Karnali and Rapti basin in Western Nepal   

   

Figure 9.20: Trend in mean annual discharge of  W Rapti   Figure 9.21:  Annual flows deviation in W Rapti 

 

Figure 9.18: Trend in mean annual discharge of   Lothar  and Manahari river 

Figure 9.19:  Percent difference in mean annual flows with longterm of Lothar  and Manahari i

� 

46  

Babai: A Non snow fed river in Karnali and Rapti basin in Westen Nepal   

   

Figure 9.22: Trend in mean annual discharge of  Bagmati   Figure 9.23:  Annual flows deviation in Bagmati 

 

9.2 The effect of climate change in Nepalese river flows The effect of recent climate changes on river flows are not yet done extensively. The general perception is made on trends in three categories as large outlet rivers, southern rivers and snow‐fed rivers. Among the  large  rivers, Karnali and  Sapta Koshi  show a decreasing  trend, Narayani  (Kali Gandaki),  shows an increasing trend. Southern rivers do not show any trend. All of the three snow‐fed rivers examined here show  a  declining  trend  in  discharge.  Preliminary  trend  analysis  on  observed  records  indicated  that discharge trend is neither consistent nor significant in magnitude. It could be due to short record lengths and high  inter‐annual variability  in discharge data. Another  study  indicated  that  the number of  flood days and consecutive days of flood events appeared to be increasing (Shrestha and Shrestha 2003). 

The Himalayan Rivers are vulnerable to climate change. The degree of sensitivity may vary among the river systems. The magnitudes of snowmelt floods are determined by the volume of snow, the rate at which the snow melts and the amount of rain that falls during the melt period. The peak melting season in  the Himalayas coincides with  the summer monsoon rainfall, which contribute  to  increased summer runoff and  flood disasters  (IPCC, 2001b, p.565). The  increase  in  temperature would shift  the snowline upward, which reduces the capacity of natural reservoir.  

The annual  runoff of  the Alkananda River  in  the western Himalayas  increased by 2.8% yr‐1  for 1980‐2000, whereas that of Kali Gandaki River  in Nepal Himalayas  increased by about 1% annually for 1964‐2000 (Shrestha, 2005). A runoff sensitivity analysis by Mirza and Dixit (1997) showed that a 2ºC rise  in temperature would cause a 4% decrease in runoff, while a 5ºC rise in temperature and 10% decrease in precipitation would  cause a 41% decrease  in  the  runoff of  the Ganges River near New Delhi.   As  the snow  and  glacier  volume  gets  smaller  and  the  volume  of meltwater  reduces,  dry  season  flows will decline to well below present levels (Shrestha, 2005, p.77). River discharge is influenced by climate, land cover  and  human  activities,  so  it  is  difficult  to  disaggregate  the  climatic  impact  from  non‐climatic impacts on river discharge. However, river discharge analysis for 1947‐1994 in the Kosi Basin in eastern Nepal showed a decreasing trend particularly during the low‐flow season. 

� 

47  

 

Sensitivity analysis of river runoff in the same basin showed that the runoff increase was higher than the precipitation  increase assuming temperature constant and an  increase  in temperature of 4°C assuming precipitation  constant would  cause  a  decrease  in  runoff  by  two  to  8  percent  (Sharma  et  al.,  2000b, p.139).  Gurung  (1997,  p.37)  has  revealed  that  there will  be  decrease  in  runoff  in  dry  seasons  and increase  in  runoff  in monsoon  season  under  the  doubled  CO2‐scenario  using  the  Canadian  Climate Centre Model (CCCM) and Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL) models 

The assessment made on Upper Kaligandaki  river basin. The basin also  lacks  longtern data on stream flows. The  important of  the basin  lies  in  the  fact  that  streams within  the basins get water  sources as snow  and  glacial melt.  The  basin  lies  in  the  rain  shadow  area where  only  about  150  to  250 mm  of precipitation  is  reported  from  observed  record.    An  assessment  indicated  that  the  snow  melt contribution (Figure 9.24, Figure 9.25) could reach up to 40 % (Bhusal   J K & Sagar P, 2011). The worst scenarios  as  per  the  present  projection  are  that  future  flow  characteristics  of  snow  fed  rivers  could appear to be like that of present pattern of non‐snow fed rivers.  And the reduction in river flows in the basin  could be up  to 40 %  if  all  snow dries up.   However,  the  situation would be more miserable  if temporal and spatial variations become wider due to climate changes in future. 

 

   

Figure 9.24: Annual runoff and rainfall volume        Figure 9.25: Flow recession curves 

10. Climate Change as it affects in Hydropower Production  The slight increase in temperature paired with an increase in precipitation suggests that the evaporation rates of the region will decrease slightly. The overall increase in precipitation will provide more water to the  rivers,  increasing  the  potential  for  hydropower  generation.  The  increasing  temperature  in  the Himalayas will  increase the glacial melt that feeds the rivers,  increasing discharge for at  least the next several decades. However, once these glaciers have melted, there will be a decline in river’s discharge. South  Asia’s  climate  and  hydrological  cycles  are  significantly  impacted  by  the monsoon,  which  has already been altered by climate change (Science Daily, 2009).  The monsoon delivers around 75 percent of the regions precipitation during roughly three months. The beginning of the monsoon is predicted to arrive  later  in the year, making the dry season  longer and  increasing the number of droughts (Science 

� 

48  

Daily,  2009).  Similarly,  there will  be  an  increase  in  the  severity  of  rainfall  events  as well  as  storms, causing  overall  increased  temporal  variability  in  water  supply  (McNally,  A.  2009).  The  disparate distribution  of  precipitation  timing  in  this  area  causes  significant  variations  in  the  Mekong  River’s discharge.  All  of  these  various  climate  change  impacts  are  interconnected  and  have  significant repercussions  for hydropower. As climate change  impacts  intensify, this variation will be exacerbated, making it more difficult for hydropower facilities along the Mekong River to predict river discharge and to generate an even supply of power.  

10.1 Hydropower and Impact of Climate in Snow and Glacial areas Agrawala et al (2003) has also identified two critical impacts on water resources in Nepal due to climate change – GLOFs and variability of river runoff. These posed significant  impacts not only on but also on rural  livelihoods  and  agriculture  but  also  on  hydropower. Micro‐hydro,  for  example,  serves multiple rural  development  objectives.    They  have  indicated  that  the  water  storage  might  be  a  potential adaptation  to  response  to  increased  variability  in  stream‐flow  and  reduced  dry  season  flows  for sustainability of forecasted energy output from hydro projects. But there is also a risk of environmental objectives  that  might  conflict  with  large  storage  projects.  Dams  could  potentially  exacerbate vulnerability to another potential impact if breached.  Trans‐boundary or regional dimension to certain impacts also demands need for regional coordinated strategies to cope with impacts of climate change. 

The scoring for following four factors is made.  In ranking the risks from climate change, was considered, Impacts that are most certain are ranked as the most severe, and most  likely to become severe  in the first half of the 21st century are ranked the highest. The results (Agrawala et al ,2003)   of this analysis are summarized in Table  10.1 

 

Table 10.1:. Priority ranking of climate change impacts for Nepal 

 

A study by WWF (2009) has predicted climate change responses to Koshi River and its major tributaries. The energy budget model simulations on the snowmelt  in conjunction with comprehensive catchment model were applied in Koshi basin that has significant snow and glacier coverage. Ice ablation from the debris  covered  glacier  area  has  a  remarkable  influence  over  the  river  discharge.    The  results  of simulations  showed  significant  impact  on  stream  flows.  The  contribution  of  snow  and  glacier melt discharge to annual flow River flow at a station  ‘Chatara’, from where river enters plain area of Nepal 

� 

49  

Tarai, is about 8.46% (WWF 2009) A maximum monthly contribution of 22.52% is in May and a minimum monthly  contribution  of  1.86%  is  in  January.    2.51%  out  of  total  8.46%  snow  and  glacier  melt contribution is from Dudh Koshi sub‐basin (WWF 2009).  This basin has maximum contribution to annual flow at Chatara. Arun and Tamor basins are two other major tributaries, Tamor, Arun and Dhudha Kosi  share  84%    Kosi  flow  at  Chatara.  Indrawati  sub‐basin  has minimum  contribution  to  annual  flow  at Chatara (0.15% out of total 8.46%). (WWF 2009). Sensitivity test of snow and glacier melt contribution was carried out for increase in air temperatures of 0.020C, 0.040C, 0.080C and 0.120C. The results of the simulation for these scenarios are presented in Table 10.2. 

Table 10.2: Annual snow and glacier melt contribution (in %) for increased temperature scenarios 

Station Name Increase in Temperature (ΔToC) 

0.00  0.02  0.04  0.08  0.12 

Indrawati (Dolalghat) 

3.66  3.66  3.67  3.68  3.72 

Sunkoshi (Dolalghat)  3.56  3.57  3.59  3.61  3.66 

Busti  7.55  7.57  7.58  7.61  7.69 

Khurkot  3.80  3.81  3.82  3.84  3.89 

Sangutar  8.96  8.98  9.03  9.10  9.17 

Rabuwa bazar  16.37  16.39  16.49  16.58  16.63 

Kampughat  7.85  7.86  7.90  7.95  8.00 

Uwagaon  14.92  14.98  15.08  15.32  15.45 

Turkeghat  9.45  9.48  9.55  9.71  9.80 

Majhitar  17.91  17.94  18.03  18.15  18.21 

Mulghat  8.84  8.86  8.91  8.97  9.01 

Chatara  8.46  8.48  8.53  8.61  8.66 

(Source: WWF 2009) 

 

 

 

� 

50  

 

Table  10.3:    Contribution  (%)  of  glacierized  sub‐watersheds  of  each  sub  basins  to  the  total  flow  at downstream stations 

Sub‐basins Indrawati  Sunkoshi 

Tama koshi 

Likhu Dudh koshi 

Arun  Tamor Overall Contribution Station Name  monthly 

Indrawati (Dolalghat) 

max  28.80 

‐  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐ 

28.80

min  1.83  1.83

annual  3.66  3.66

Sunkoshi (Dolalghat) 

max 

‐ 

7.70

‐  ‐  ‐  ‐  ‐ 

7.70

min  2.36 2.36

annual  3.56 3.56

Busti 

max 

‐  ‐ 

17.78

‐  ‐  ‐  ‐ 

17.78

min  5.17 5.17

annual  7.55 7.55

Khurkot 

max  1.28  3.11 5.80

‐  ‐  ‐  ‐ 

9.99

min  0.30  0.78 1.34 2.43

annual  0.46  1.25 2.09 3.80

Sangutar 

max 

‐  ‐  ‐ 

36.68

‐  ‐  ‐ 

36.68

min  1.64 1.64

annual  8.96 8.96

Rabuwa bazar 

max 

‐  ‐  ‐  ‐ 

74.01

‐  ‐ 

74.01

min  3.93 3.93

annual  16.37 16.37

Kampughat 

max  0.96  2.19 4.32 1.30 17.77

‐  ‐ 

24.40

min  0.20  0.53 0.90 0.14 0.97 2.95

annual  0.30  0.80 1.33 0.37 5.05 7.85

� 

51  

Uwagaon 

max 

‐  ‐  ‐  ‐  ‐ 

25.88 

‐ 

25.88

min  0.90  0.90

annual  14.92  14.92

Turkeghat 

max 

‐  ‐  ‐  ‐  ‐ 

19.15 

‐ 

19.15

min  0.93  0.93

annual  9.45  9.45

Majhitar 

max 

‐  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐ 

31.97  31.97

min  2.73  2.73

annual  17.91  17.91

Mulghat 

max 

‐  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐ 

26.40  26.40

min  1.80  1.80

annual  8.84  8.84

Chatara 

max  0.35  0.81 1.61 0.48 8.54 4.68  7.28  22.52

min  0.08  0.24 0.38 0.06 0.37 0.38  0.37  1.86

annual  0.15  0.40 0.66 0.19 2.51 2.20  2.36  8.46

(Source: WWF 2009) 

Hydropower are rank significantly higher than any other sector because river flows are directly related to  rising  temperatures  that have already been observed, and are projected  (with high  confidence)  to increase  further  over  the  coming  decades.  This  enhances  glacier  retreat  that  in  turn  causes  greater variability in stream flows. Dark side of glacial lake outburst floods is that floods pose significant risk to hydropower facilities, and also to other infrastructure and human settlements. 

Other climate  induced  risks  to water  resources and hydropower  facilities  include:  flooding,  landslides, and sedimentation from more intense precipitation events (particularly during the monsoon), as well as greater unreliability of dry season flows that poses potentially serious risks to water and energy supplies in the lean season.  

Intense  precipitation  events,  increased  floods,  landslides,  and  sedimentation  (particularly  during  the monsoon) are expected  to  result  from climate change. Hydropower  infrastructure and  facilities are at risk. Hydroelectric plants are highly dependent on predictable  runoff patterns, Greater unreliability of dry season flows,  in particular, poses potentially serious risks to hydro electricity energy production  in 

� 

52  

the lean season. In addition, uncertainties in climate projections and lack of reliable hydrological records are a constraint for effective planning and operation of a hydropower.  .  

 

10.2Consequence of Climate Change to Infrastructure  A nearly completed Namche Hydropower Project was washed away by Dig Tsho Glacier Lake outburst flooded  on  4  August  1985  in  the  Langmoche  valley,  Khumbu  (Ives  1986;  Yamada  1998).  The  lake, crescent in shape, was dammed by a 50 m high terminal moraine. The GLOF was caused by detachment of a  large  ice mass from the upper portion of the Langmoche glacier during clear weather condition  in July.  The  ice  mass  overran  the  glacier  and  splashed  into  lake  which  was  already  full.  Since  then, Government of Nepal (GON) has considered GLOFs as a threat to the development of water resources of the country and has realized the necessity to carry out studies on glaciers and GLOFs. 

An preliminary  investigation said that there are 2,315 glacier  lakes of different sizes  in Nepal and   the total  area of which  is 75  km2.  (ICIMOD/UNEP2001).   Due  to warming  climate,  the melting process  is accelerated.     Retreated glacier area has a  large void as  the depression  that was earlier occupied by glacial  ice.  The  moraine  walls  that  act  as  dams  are  structurally  weak  and  unstable  and    undergo  constant   changes   due   to   slope   failures,   slumping,   etc. and are    in   danger   of catastrophic failure, causing glacier lake outburst floods (GLOFs).  

Moraine dam do break as self‐destruction or by trigging action of some external forces.  Self‐destruction is caused by the failure of the dam slope and seepage from the natural drainage network of the dam A huge displacement wave generated by rockslide or snow/  ice avalanche from glacier terminus  into the lake may cause the water to overtop the moraines, create a large breach and eventually cause the dam failure  (Ives  1986).  Earthquakes may  also  be  one  of  the  factors  triggering  dam  to  break,  however breaking also depends on its magnitude, location and characteristics of lakes. 

A  GLOF  cause  devastating  consequences  for  riparian  communities,  hydropower  stations  and  other infrastructure. Some past disastrous GLOF events in Nepal are shown in Table 10.4 below.  

 

 

 

 

 

 

 

 

� 

53  

 

Table 10.4: List of GLOF events recorded in Nepal 

 

Date  River Basin  Name of Lake 450 Years ago   Seti Khola  Machhapuchchhare August, 1935  Sun Koshi  Taraco, Tibet 21 September, 1964  Arun  Gelaipco, Tibet 1964  Sun Koshi  Zhangzangbo, Tibet 1964  Trishuli  Longda, Tibet 1968  Arun  Ayaco, Tibet 1969  Arun  Ayaco, Tibet 1970  Arun  Ayaco, Tibet 

3rd September, 1977  Dudh Koshi  Nare, Tibet 

23rd June, 1980  Tamur  Nagmapokhri, Nepal 

11th July, 1981  Sun Koshi  Zhangzagbo, Tibet 

27th August, 1982  Arun  Jinco, Tibet 

4th August, 1985  Dudh Koshi  Dig Tsho, Nepal 

12th  July, 1991  Tamo Koshi  Chubung, Nepal 

3rd September, 1998  Dudh Koshi  Sabai Tsho, Nepal 

 

In  the  past  few  decades,  global  climate  change  has  had  a  significant  impact  on  the  high mountain environment: snow, glacier and permafrost are especially sensitive to changes in atmospheric condition because of their proximity to melting conditions. The formation and growth of glacier lakes is linked to deglaciation resulting the appearance of ponds.  Due to warming climate, ponds grow bigger and merge. This relationship between climate change and  its  impact over supra‐glacier and GLOF will be explicitly studied in the proposed area by taking past data. 

11. Conclusions, Adaptations and Policy Recommendations Himalayan  region  is  severely  affected  by  global warming  (I1PCC  2007). Whether  the  present  rate  of temperature rise will continue or will show some discrepancies/stability in future remain to be verified.  The degree of  climate  variability  that  is described by  the differences between  long‐term  statistics of meteorological elements  calculated  for different periods  is  the measure of climate change. There are variations 

in  predictions.  The  variation  in  model  outputs  is  believed  due  to  the  smaller  hydrometereological observation  network  and  short  data  series  (Soito,  J.  L.,  Freitas  D.  S.  2011).  However,  the  rise  in 

� 

54  

temperature cannot be expected to be linear over the time. The global cry to reduce green house gases to a certain levels is expected to place the risk at adaptable limit.  

The  effect of  climate  changes,  though not  exactly quantified,  is  visualized  to be heterogeneous over different ecological  zones of Nepal. Certain areas especially higher Himalayas of Nepal are becoming increasingly susceptible to hydrological transformations caused by climate change. Research on climate, climate change and its impacts on different sectors are very limited in Nepal. Observed climate data are not sufficient to carry out intensive research. Common understanding of climate change is the change in rainfall  and  temperature  pattern  in  specific  areas  which  impinge  significantly  on  the  agricultural systems, water resources, bio‐ diversity, human health, etc.  In spite of inadequate data, few researches have  been  carried  out  on  rainfall  and  temperature  pattern.  Analysis  (Shrestha  et  al,  1999,  2010, Shrestha   and Aryal, 2010,   Shrestha KL, 2003, etc.) suggests changes  in precipitation and temperature pattern. The change is time and space dependent. Changing pattern of temperature is more visible and clear than precipitation. 

Changes  in  evaporation  rates,  annual  river  discharge  amounts,  seasonal  and  temporal  offsets  of hydrological patterns, extreme precipitation events, and  increased glacial melt are  the most pertinent climate change effects that will impact hydroelectric generation.  These impacts all affect each other and cannot  solely  be  viewed  in  isolation.  Some  of  these  changes will  cause  an  increase  of  hydropower generation, while others have  the potential  to decrease generation. A hydropower  facility  requires a relatively  reliable water  source  to  generate  electricity.  The  uncertainty  inherent  to modelling  future trends make  it  very  difficult  to  determine  the  precise  effect  on    climate  change  that  will  have  on hydroelectric production. However, even with this uncertainty, Nepal still need to plan for future energy demands.  

Some  useful  initiation  on  assessing  the  trends  in  river  flows  added  by  global  and  local  changes  in climates  is  carried  out  for  Nepal.  There  is  virtually  neither  positive  trend  ie  increasing  trend  nor decreasing trend in Koshi river flows. But there is significant difference in annual mean to the long‐term mean annual flows. Koshi flows found appreciable increased after 1998/99 and in some years difference reaches to 30 percent  increased.   Tributaries flows also have similar nature but amount deviation and trend  is  different.    Flow  deviated  from  long  term mean  by  50  percent  about  in  Tamur  river.    The variability  in  stream  flows  of  two  other  basins,  Karnali,    Narayani  river  basin    also  do  not  differ significantly.  In case of Narayani river basin, difference fall below 10 percent in most of the year were as some  wet  years  show  about  20  percent.  It  has  been  observed  that  monthly  mean  fluctuation  is noticeable  in  other  snow  fed  rivers’  hydrograph.  The  reason  could  be  both  changes  in  watershed morphology and global warming.  

There  is about 8.46 %  contribution  to annual  flow  from  snow and glacier melt, a maximum monthly contribution of 22.52 % in May and a minimum monthly contribution of 1.86% in January in Koshi River in Nepal (WWF 2009). An assessment indicated that the snow melt contribution could reach up to 40 %. The worst scenarios as per the present projection are that future flow characteristics of snow fed rivers could appear to be like that of present pattern of non‐snow fed rivers (Bhusal  Jk & Sagar P, 2011).   

� 

55  

 

Nepal  has  to make  large  investments  to  increase  the  hydro  electricity.  So  a  developer will  have  to carefully  consider how  climate  change will  impact hydropower production  to determine what  role,  if any, hydropower should play in their energy futures.  

Changes  in future electric production depend not only on the type and severity of climate alterations, but also on the facility’s structural characteristics.   Vulnerabilities to climate change depend on variety of types and scales of hydropower facilities. While large‐scale reservoir dams are able to regulate flow, produce electricity as desired. Reservoir size  is  important to evaporation as well, as smaller reservoirs will  be more  at  risk  to  losing  greater  proportions  of  their  volume.  Therefore,  decision‐makers  can acquire  a  basic  understanding  of  how  climate  change may  impact  certain  areas,  and which  types  of hydropower  facilities  are  least  vulnerable  to  said  effects.  Similiarly,  hyrdro  industries  will  require developing more flexible approaches to managing reservoirs (Soito and Freitas, 2011).   

It is imperative to understand how climate change will impact hydroelectric production to meet Nepal’s growing energy demands from hydropower. Hydropower  is often developed as a means of generating electricity that reduces emissions that contribute to climate change.   

Ben Blackshear et al (2011) created an illustrated framework that shows relative changes in generation capacity due  to climate change. Climate change effects are  located along  the x‐axis and  the  type and characteristics of hydropower schemes along the y‐axis (Figure 4.2). Discharge, temporal variability, and glacial melt  do  not  apply  to  pure  pumped  storage, which  is  not  connected  to  a  river  network. Only evaporation is applicable to reservoir surface area to volume ratio (SA:Vol).]  

 

Global warming has been adding severity of glacial melt‐related flood as well as decreasing lean period flows. Although glacial melt water’s proportion of the total  flow decreases with greater distance  from glaciers due to input from other runoff within the basin, it is important to recognize the contribution of glaciers to downstream flow when considering the impacts of climate change. Climate change has been inducing decreasing  trend on  freshwater availability not only  in Nepal but also  in Central, South, East and Southeast Asia, and even  in  the  large  river basins.. Regions with distinct seasonal  rain cycles and snowmelt  seasons  typically  experience  fluctuations  in  generation  due  to  precipitation’s  influence  on flow. The  seasonality of precipitation  causes  variability  in hydroelectric generation. The other  factors determining the responses to climate change impacts on hydropower generation are political, social and economic factors, unique to the region  

Though it is difficult to predict the future impacts of climate change, it is certain that climate change will significantly  affect  ecological  qualities  of  Nepal.  Nepal  lacks  the  infrastructure  and  resources  to effectively respond to crises spawned by climate change.   So  it  is recommended to address the water resources sector as a) by studying  the  impacts of climate variability and Climate Change on river  flow regimes and on the ground water table as well as snow covered area in Nepal, b) by identify new flood levels via hydrological and hydraulic modeling, c) by developing the effective measures to manage and 

� 

56  

mitigate  water  induced  disasters  like  Glofs,  cloud  burst  induced  floods  etc.  and  ,  d)  by  develop appropriate  guidelines  for  sustainable  management  of  watersheds  and  water  conservation management. 

Adaptation and policy recommendation Water Resources Strategy of Government of Nepal  (2002) had developed an ambitious action plan  to increase hydropower from 527 MW to 22,000 MW (WECS, 2002). The strategy has ignored the river flow variability due to climate changes. But the projection on the depletion of river flows that are likely to be face  due  to  Climate  Change,  thought  not  yet  reliably  quantified,  have  to  be  considered  for  the development  hydropower  in  Nepal.  Flow  duration  curves  are  affected  from  temporal  variability  in precipitation.  The  nature  of  snow  fed  rivers  and  non‐snow  fed  rivers  have  different  responses  to warming  trends.  Based  on  flow  patterns,  basin  responses  to monsoon  rainfall  as  well  as  from  the climatic features (WECS/DHMN, 1996), seven hydrological zones are considered as follows.  

 

• Mountain Catchments, • Hills to the north of the Mahabharat Range, rivers rising north of the Siwaliks, the inner Terai, • Pokhara, Nuwakot, Kathmandu, the Sun Koshi tributaries, • Lower Tamur Valley, • River draining the Mahabharat Range, • Kankai Mai Basin; and • Rivers draining from the Churia Range to the Terai 

 

The  permanent  snowline  of  the  Himalayan  region  lies  close  to  the  5000 meter  elevation.  Table  12 presents  the  areas  of major  river  basins  lying  in  between  5000 m  and  5500 m  elevation  at  100 m intervals (WECS, 2002). The data presented in the table shows that about 23 % of the basin areas of the Himalayan watersheds (excluding the Terai) lies above 5000 m elevation. 

Table 11.1: Temperature Sensitive Glaciated Areas of the Major River Basins inNepal. 

 

 

� 

57  

Considering  the  average  environmental  lapse  rate  of  6.5o  C  /km,  almost  20 %  of  the  glaciated  area above 5000 m is likely to be snow and glacier free area at an increase of air temperature by 1o C. Two degree centigrade rise in temperature can lead a loss of almost 40 % of the area. Similarly, 3o C and 4o C rise in temperature can result in the loss of 58 % and 70 % of snow and glacier areas respectively. Such changes in glacier areas are likely to contribute to the development of glacier lakes increasing potential GLOF hazards. Erosion and sediment transport pattern of sediment is directly influenced by the pattern of changes in precipitation and runoff.   

The following activities can be promoted as adaptive measures for the understanding of water resources system and sustainable development of Hydropower. 

• Import technology from abroad research and modify, if necessary to suit to Nepal.  Hydropower sector are directly linked with hydrology. Therefore, generic adaptive measures, which have been studied and tested in different parts of the world (a few of them are cited in the report), can be considered for Nepal as well.  But due to unique physiographic conditions of the Himalayan region  of  Nepal,  several  additional  adaptive  measures  must  also  be  considered  for  better effectiveness  in  impact  reduction. Some  rivers are  seasonal with  little  flow during  the dry  season which renders them unsuitable for year‐round irrigation or hydropower generation without surface storage. 

• Collaboration between DHM and hydro  companies be established and maintained. Established  (if not), maintain and monitor the hydromet networks that represent the basin of interest. 

• Promotion  of  research  on  case  studies  in  different  geographical  regions  and  hydrological  zones within  the  Country.  Collaboration  of  hydro  companies  with  research  institutes  (TU,  KU  etc)  be promoted and facilitated.   

• Encourage  storage  projects.  Wherever  possible,  provide  provision  for  storages  facilities  to  the existing and under development (under construction)  

• Frequent increase in soil erosion, landslide events and debris torrents are major threats in Nepal and such  events  are  likely  to  increase  by  Climate  Change.    So watershed  conservation  activities  be increased, due consideration be given to river morphology during planning, designing and operation phases.  

� 

58  

 

References   

Agrawala S, Raksakulthai V, Van Aalst M, Larsen P, Smith J, Reynolds J (2003) Development and climate 

change  in  Nepal:  focus  on water  resources  and  hydropower.  OECD,  Environment  Directorate  & 

Development Co‐operation Directorate, Paris, France 

Bard E, Rostek F, Sonzogni C (1997)  Inter‐hemispheric synchrony of the  last deglaciation  inferred from 

alkenone palaeothermometry. Nature 385: 707–710 

Basson, G.  (2004). Hydropower dams and  fluvial morphological  impacts‐an african perspective. Paper 

presented  at  the  Retrieved  from 

http://www.un.org/esa/sustdev/sdissues/energy/op/hydro_basson_paper.pdf   

BBC,  (2010),  Singapore  paper  views  Chinese  hydropower  projects'  impact  on  Southeast  Asia.  BBC 

Monitoring International Reports.  

Ben Blackshear ∙ Tom Crocker ∙ Emma Drucker ∙ John Filoon ∙ Jak Knelman ∙ Michaela Skiles, (2011), “A 

Framework  for  Modeling  the  Future  of  Global  Hydroelectric  Resources,  Middlebury  College 

Environmental Studies Senior Seminar , fall 2011. 

Bhusal Jagat K. and Prem Sagar Chapagai, (2011), Impacts of climate change on hydrological regime and 

local  livelihood  in  the  upper  Kaligandaki  river  basin  of  Nepal.  Proceedings  of  the  Second 

International Symposium on Building Knowledge Bridges  for a Sustainable Water Future, Panama, 

Republic of Panama, 21‐24 November, 2011, Published by  the Panama Canal Authority  (ACP) and 

UNESCO, 2011. 

Blackshear  Ben,  Tom  Crocker,  Emma  Drucker,∙  John  Filoon,  Jak  Knelman,Michaela  Skiles, 

(2011),Hydropower  Vulnerability  and  Climate  Change,  A  Framework  for Modeling  the  Future  of 

Global Hydroelectric Resources , Middlebury College Environmental Studies Senior Seminar. 

Boyd, R., &  Ibarrarán, M. E. (2009). Extreme climate events and adaptation: An exploratory analysis of 

drought in Mexico. Environment and Development Economics, 14(3), 371‐395.   

BP, (2008): British Petroleum Statistical Review of World Energy 2008. British Petroleum, pp. 

� 

59  

Castano, I. (2011). Hydroelectricity, biofuels to lead latam renewable growth. Renewable Energy World   

Chaulagain, Narayan  Prasad,  (2006),  Impacts  of  Climate  Change  on Water  Resources  of Nepal  ‐  The 

Physical and Socioeconomic Dimensions Ph. D. Dissertation 

Chiew,  F.  H.  S.,  Young, W.  J.,  Cai, W.,  &  Teng,  J.  (2011).  Current  drought  and  future  hydroclimate 

projections  in  southeast  Australia  and  implications  for water  resources management.  Stochastic 

Environmental Research and Risk Assessment, 25(4), 601‐612.  

Christensen  JH, Hewitson B, Busuioc A, Chen A, Gao X, Held  I,  Jones R, Kolli RK, Kwon W‐T, Laprise R, 

Magan˜a  Rueda  V, Mearns  L, Mene´ndez  CG,  Ra¨isa¨nen  J,  Rinke  A,  Sarr  A, Whe on  P  (2007) 

Regional climate projections. Contribution of working group I to the fourth assessment report of the 

Intergovernmental  Panel  on  Climate  Change.  Cambridge  University  Press,  Cambridge,  UK  and 

NewYork, NY, USA, p 996 

Combalicer, E. A., Cruz, R. V. O.,  Lee, S., &  Im, S.  (2010). Assessing  climate  change  impacts on water 

balance in the Mount Makiling forest, Philippines. Journal of Earth System Science, 119(3), 265‐283.  

Country  Study  Team–Nepal,  (1997).  “Climate  Change  Vulnerability  and  Adaptation:  Nepal  Water 

Resources”, prepared as part of the US Country Studies Program, Washington, DC 

Crowley TJ, North GR (1991) Paleoclimatology. Oxford University Press New York NY, USA 

Cullen, H.M., Kaplan, A., Arkin, P.A., & deMenocal, P.B. (2002).  Impact of the North Atlantic oscillation 

on Middle Eastern climate and streamflow. Climate Change, 55 (3), 315‐338.   

deMenocal P, Ortiz  J, Guilderson T, Adkins  J, Sarnthein M, BakerL, Yaarusinsky M  (2000) Abrupt onset 

and termination of the African Humid Period: rapid climate responses to gradual insolation forcing. 

Quat Sci Rev 19: 347–361 

Dhakal, S. (2011). Halting hydro: A review of the socio‐technical barriers to hydroelectric power plants in 

Nepal. Energy (Oxford), 36(5), 3468‐3476.  

DHM,  (1998),  Hydrological  Records  of  Nepal  –  Streamflow  Summary,  Department  of  Hydrology  and 

Meteorology, Ministry of Science and technology, His Majestry Government of Nepal, Kathmandu, 

1998.  

� 

60  

DHM,  (2006),  Hydrological  Records  of  Nepal  –  Streamflow  Summary,  Department  of  Hydrology  and 

Meteorology, Ministry of  Environment Science and technology, Government of Nepal, Kathmandu, 

2006.  

Doyle, A. “Analysis: Pakistan floods, Russia heat fit climate trend.”(9 Aug. 2010). Reuters. Retrieved from 

http://www.reuters.com/article/2010/08/09/us‐climate‐extreme‐id USTRE6782DU20100809.  

Edenhofer,  O.,  Pichs  Madruga,  R.,  &  Sokona,  Y.  (2011).  Renewable  energy  sources  and  climate 

Benchange mitigation: Special report of the intergovernmental panel on climate change (IPCC,2007) 

Cambridge University Press. 

Egre, D., & Milewski,  J. C.  (2002).  The diversity of hydropower projects.  Energy Policy, 30(14), 1225‐

1230.  

Energici.  (2010). Papua New Guinea: Energy profile. Retrieved  from http://www.energici.com/energy‐ 

profiles/by‐country/oceania/papua‐new‐guinea.  

Espinueva,  S.  R.  (2010).  Extreme  events  and  climate  change  projections  for  the  Philippines:  An 

opportunity  for  collaborative  research.  Retrieved  from  http://jsps‐th.org/wp‐jsps/wp‐ 

content/uploads/2011/02/25.‐SRE‐ extended‐abstract‐of‐JSPS‐international.pdf.  

Freitas,  M.  A.  V.  (2009).  Vulnerability  to  climate  change  and  water  management:  Hydropower 

generation in Brazil. WIT Transactions on Ecology and the Environment, 124, 217‐226.  

Giorgi, F. (2008). Increased aridity in the Mediterranean region under greenhouse has forcing estimated 

from high resolution simulations with a regional climate model. Planetary Change, 62(3‐4), 195‐209.   

Giorgi, F. (2008). Increased aridity in the Mediterranean region under greenhouse has forcing estimated 

from high resolution simulations with a regional climate model. Planetary Change,62 (3‐4), 195‐209.  

GoN,  2004  Initial  National  Communication  Report,    2004, Ministry  of  Population  and  Environment. 

Government of Nepal, July 1, 2004. 

Gurung, T.M., (1997): Vulnerability and Adaptation Assessment of Water Resources to Climate Change in 

Koshi  Basin  of  Nepal.  In:  Proceedings  of  the  Workshop  on  Climate  Change  in  Nepal,  USCSP, 

Kathmandu, 76 pp. 

� 

61  

Harries, D. (2011). Hydroelectricity in Australia: Past, present and future. Ecogeneration, Retrieved from 

http://ecogeneration.com.au/news/hydroelectricity_in_australia_past_present_and_future/055974

/.  

Harrison, G. P., & Whittington, H.  (2002). Susceptibility of  the Batoka Gorge hydroelectric  scheme  to 

climate  change. Journal of Hydrology, 264(1‐4), 230‐241.;  

Hauenstein, W.  (2005). Hydropower  and Climate Change  ‐ A Reciprocal Relation:  Institutional Energy 

Issues in Switzerland. Mountain Research and Development, 25, 321‐325.  

Hirsch, P. (2010). The changing political dynamics of dam building on the Mekong. Water Alternatives, 

3(2),  312‐323.  

Hirsch,  Philip.  (8  Feb  2011).  “Cascade  Effect”  The  Third  Pole.  Retrieved  from 

http://www.chinadialogue.net/article/show/single/en/4093‐Cascade‐effect.  

Hughes,  L.  L.  (2003). Climate  change  and Australia: Trends, projections  and  impacts. Austral Ecology, 

28(4), 423‐443.  

Huntley B, Prentice C (1988) July temperatures  in Europe from pollen data 6000 years before present. 

Science 241: 687–690 

Hurrell,  J.W.  (1995).  Decadal  trends  in  the  North  Atlantic  Oscillation:  Regional  temperatures  and 

precipitation. Science, 269 (5224), 676‐679 

Huss, M. (2011). Present and future contribution of glacier storage change to runoff from macro scale 

drainage basins in Europe. Water Resources Research, 47 (7).  

ICIMOD,  (2001).  Inventory  of Glaciers, Glacial  lakes  and  glacial  lake  outburst  floods; Monitoring  and 

Early warning system in the Hindu‐Kush Himalaya Region, Nepal, ICIMOD/UNEP. 

IEA,  (2006): World Energy Outlook 2006, Maps Out a Cleaner, Cleverer and More Competitive Energy 

Future. International Energy Agency. 

IEA,  (2006): World Energy Outlook 2006, Maps Out a Cleaner, Cleverer and More Competitive Energy 

Future. International Energy Agency. 

� 

62  

Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), (2011): Summary for Policymakers.  In  IPCC Special 

Report  on  Renewable  Energy  Sources  and  Climate  Change  Mitigation  [O.  Edenhofer,  R.  Pichs‐

Madruga, Y. Sokona, K. Seyboth, P. Matschoss, S. Kadner, T. Zwickel, P. Eickemeier, G. Hansen, S. 

Schlömer, C. von Stechow (eds)], Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New 

York, NY, USA.  

IPCC (2007), Climate Change 2007: Synthesis Report , Contribution of Working Groups I, II and III to the 

Fourth Assessment Report of the  Intergovernmental Panel on Climate Change, Core Writing Team, 

Pachauri, R.K. and Reisinger, A. (Eds.)IPC C, Geneva, Switzerland. pp 104 

IPCC (2007), The fourth assessment report of the intergovernmental panel on climate change: Working 

group II contribution. Russian Meteorology and Hydrology, 32(9), 551. 

IPCC  (2007),   Assessment Report 4, Warming over  the 50 years 1956‐2006 has  taken place at  roughly 

twice the rate as over 1906‐2006 – see, Working Group I report, Summary for Policy Makers,.  

IPCC,  (2001b): Climate Change 2001:  Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Contribution of WG  II  to 

TAR of the Intergovernmental Panel on Climate Change [McCarthy, M.C., O.F. Canziani, N.A. Leary, 

D.J.Dokken and K.S. White (eds.)] Cambridge 

IPCC,  (2007),  An  Assessment  of  the  Intergovernmental  Panel  on  Climate  Change,  Working  Group 

contributions  to  the Fourth Assessment Report, adopted  section by  section at  IPCC Plenary XXVII 

(Valencia, Spain, 12‐17 November 2007),  

Ives, J.D., (1986). Glacial Lake Outburst Floods and Risk Engineering in the Himalaya. ICIMOD, Occasional 

Paper No. 5. International Center for Integrated Mountain Development, Kathmandu 

Ives, M. (2011). Dam bad: Laos' plans to dam the Mekong could open the floodgates to further dams on 

the river. Earth Island Journal, 26(3), 40.   

Izrael,  Y.  (2007).  The  fourth  assessment  report  of  the  intergovernmental  panel  on  climate  change: 

Working group II contribution. Russian Meteorology and Hydrology, 32(9), 551.   

Lee, Yoolim. (2010). China hydropower dams in Mekong River give shocks to 60 million. Bloomberg. (26 

Oct 2010). 

� 

63  

Lehner,  B.,  R‐Liermann,  C.,  Revenga,  C.,  Vörösmarty,  C.,  Fekete,  B.,  Crouzet,  P.,  Döll,  P.  et  al.:  High 

resolution mapping  of  the world’s  reservoirs  and  dams  for  sustainable  river  flow management. 

Frontiers in Ecology and the Environment. Source: GWSP Digital Water Atlas (2011). Map 81: GRanD 

Database (V1.1). Available online at http://atlas.gwsp.org.  

Mayewski PA, Meeker LD, Twickler MS, Whitlow S, Yang Q,Lyons WB, Prentice M (1997) Major features 

and forcing of high‐latitude Northern Hemisphere atmospheric circulation using a 110 000 year‐long 

glaciochemical series. J Geophys Res 102: 26 345–65 

McJannet D.L., I.T. Webster, M.P. Stenson, B.S. Sherman. (2008). Estimating open water evaporation for 

the  Murray‐Darling  Basin.  Retrieved  from 

http://www.clw.csiro.au/publications/waterforahealthycountry/mdbsy/technical/U‐

OpenWaterEvaporation.pdf.  

McNally, A.  (2009). Hydropower and sustainability: Resilience and vulnerability  in China's powersheds. 

Journal of Environmental Management, 90, S286‐S293.  

Minville,  M.,  Brissette,  F.,  Krau,  S.,  &  Leconte,  R.  (2009).  Adaptation  to  climate  change  in  the 

management  of  a  Canadian water‐resources  system  exploited  for  hydropower. Water  Resources 

Management, 23(14), 2965‐2986 

Mirza, M.Q. and A. Dixit, (1997): Climate change and water management  in the GBM basins. In: Water 

Nepal, Vol. 5 No. 1, Nepal Water Conservation Foundation, Kathmandu, pp.71‐100 

MoPE,  (2004),  Initial  National  Communication  Report,    Ministry  of  Population  and  Environment. 

Government of Nepal, July 2004. 

Mukheibir,  P.  (2007).  Possible  climate  change  impacts  on  large  hydroelectricity  schemes  in  southern 

Africa. Journal of Energy in Southern Africa, 18(1), 4.  

National  Energy  Technology  Laboratory.  (2009). An Analysis  of  the  Effects  of Drought  Conditions  on Electric Power Generation in the Western United States. Retrieved from http://www.netl.doe.gov. 

Neil Ford. (2007). Power pools present best hope for renewed foreign interest in African power sector. 

Energy Economist, 305, 12.  

� 

64  

Peyrouse, S. (2007). The Hydroelectric sector in Central Asia and the growing role of China. Central Asia  

Caucasus  Institute:  Silk  Roads  Study  Program.  2(5),  131‐148.  Retrieved  from  

http://www.silkroadstudies.org/new/docs/CEF/Quarterly/May_2007/Peyrouse.pdf.  

PIRC, (2008). Climate safety, http://news.bbc.co.uk/1/hi/7139797.stm  

Porter  SC, Orombelli G  (1985) Glacier  contraction  during  the middle Holocene  in  the western  Italian 

Alps: evidence and implications. Geology 13: 296–298 

Power Markets Week. (2005). With drought, northwestern hydropower plants face another potentially 

risky year. Power Markets Week, 10.   

Qiu, J. (2010). China drought highlights future climate threats. Nature (London), 465(7295), 142‐143.  

Reuters, (2009).   Weakened monsoon season predicted for South Asia, due to rising temperatures. (27 

Feb.  2009).  Retrieved  from  http://www.reuters.com/article/2010/08/09/us‐climate‐extreme‐

idUSTRE6782DU20100809 

Richardson,  Michael.  (30  Sept.  2009).  “River  of  Discord”  The  Third  Pole.  Retrieved  from 

http://www.chinadialogue.net/article/show/single/en/3268‐River‐of‐discord.  

Rupa Kumar K, Sahai AK, Krishna Kumar K, Patwardhan SK, Mishra PK, Revadekar JV, Kamala K, Pant GB 

(2006) Highresolution climate change scenario for India for the 21st century. Curr Sci 90(3):334–345 

Sailor D.J., Muñoz  J.R.  (1997). Sensitivity of electricity and natural gas  consumption  to  climate  in  the 

USA—methodology and results for eight states. Energy 22:987–998;  

Science  Daily  (27  Feb.  2009).  “weakened  monsoon  season  predicted  for  South  Asia,  due  to  rising 

temperatures.”  Retrieved  from 

http://www.sciencedaily.com/releases/2009/02/090227112307.htm.  

Shardul Agrawala, Vivian Raksakulthai, Maarten van Aalst, Peter Larsen,  Joel Smith and  John Reynolds 

(2003),  DEVELOPMENT  AND  CLIMATE  CHANGE  IN  NEPAL:FOCUS  ON  WATER  RESOURCES  AND 

HYDROPOWER, COM/ENV/EPOC/DCD/DAC(2003)1/FINAL 

Sharma, K.P., (2003). “Impact of Climate Change on Water Resources of Nepal”  in draft proceedings of 

the    Consultative  Workshop  on  Climate  Change  Impacts  and  Adaptation  Options  in  Nepal’s 

� 

65  

Hydropower Sector with a Focus on Hydrological Regime Changes  Including GLOF, Department of 

Hydrology and Meteorology and Asian Disaster Preparedness Center, 5‐6 March 2003, Kathmandu 

Sharma, K.P., C. J. Vorosmarty and B. Moore III, (2000b): Sensitivity of the Himalayan Hydrology to Land‐

use  and  Climatic  Changes.  In:  Climatic  Change  47,  Kluwer  Academic  Publishers,  Dordrecht,  the 

Netherlands, pp.117‐139. 

Shrestha AB, Wake CP, Dibb JE, Mayewski PA (2000) Precipitation fluctuations in the Nepal Himalaya and 

its  vicinity  and  relationship    with  some  large  scale  climatological  parameters.  Int  J  Climatol 

20(3):317–327 

Shrestha AB, Wake CP, Mayewski PA, Dibb JE (1999),  Maximum temperature trends in the Himalaya and 

its  vicinity: an analysis based on  temperature  records  from Nepal  for  the period 1971–94.  J Clim 

12(9):2775–2786 

Shrestha Arun B, Raju Aryal, (2010), Climate change in Nepal and its impact on Himalayan glaciers, Reg 

Environ  Change  (2011)  11  (Suppl  1):S65–S77,  DOI  10.1007/s10113‐010‐0174‐9,  Accepted:  19 

October 2010 / Published online: 17 November 2010,  Springer‐Verlag 2010 

Shrestha KL, Shresta ML  (2003) Climate change and water resources of Nepal.  In: Climate change and 

water resources in South Asia. Asianics Agro‐Dev. International (Pvt) Ltd 

Shrestha,  K.L.,  2005:  Global  change  impact  assessment  for  Himalayan  mountain  regions  for 

environmentalmanagement and sustainable development. In: Global Environmental Research Vol. 9 

No.1, pp.69‐81 

Soito,  J.  L.,  Freitas  D.  S.  (2011).  Amazon  and  the  expansion  of  hydropower  in  brazil:  Vulnerability, 

impacts and possibilities for adaptation to global climate change. Renewable & Sustainable Energy 

Reviews, 15(6), 3165‐3177.  

Sowers,  J., Vengosh, A., & Weinthal,  E..  (2011). Climate  change, water  resources,  and  the politics of 

adaption in the Middle East and North Africa. Climate Change, 104:599‐627 

Steward, Richard. (8 Aug 2010). Tajikistan’s hydropower ambitions: the source of conflict in central Asia? 

SHIP  Peace  Practitioners.  Retrieved  from 

� 

66  

https://sites.google.com/a/peacepractitioners.co.uk/scottish  highlandinstitute‐

forpeace/Articles/tajikistan%E2%80%99shydropowerambitionsthesourceofconflictincentralasia.   

The Guardian  (2011), Wild weather worsening due to climate change, IPCC confirms. (1 Nov. 2011). The 

Guardian.  Retrieved  from  http://www.guardian.co.uk/environment/2011/nov/01/climate‐change‐

weather‐ipcc.  

Time for Climate Justice, June 2010: WARNING SIGNS: THE SCIENCE AND IMPACTS OF CLIMATE CHANGE, 

Christian Aid, 35 Lower Marsh, London SE1 7RL t. 020 7620 4444 www.christianaid.org.uk 

Tremblay,  L.  Varfalvy,  C.  Roehm  and  M.  Garneau,  (2005):  Greenhouse  Gas  Emissions:  Fluxesand 

Processes, Hydroelectric Reservoirs and Natural Environments, Springer, New York,  

Turkes, M.  (1996)  Spatial  and  temporal  analysis  of  annual  rainfall  variations  in  Turkey.  International 

Journal of Climatology, 16(9), 1057‐1076.  

U.K. Met Office HadCRUT3 temperature record IPCC AR4 WGI, 2007 

U.S. Energy Information Administration. (2011). International energy statistics.  

UNESCO‐RED, (2008), Resolving the Water‐Energy Nexus ‐ Assessment and Recommendations Ethique. 

Waylen, P. (2008). Changing rainfall  inputs  in the Volta basin:  Implications for water sharing  in Ghana. 

GeoJournal, 71(4), 201‐210.  

WWF, (2009), Climate Change Impact on Discharge at Koshi River Basin and Analyzing Regional Climate 

Model  (PRECIS)  output  and  Extracting  Meteorological  Data  in  Appropriate  Format  for  Input  in 

Hydrological Model 

WWF,(2009), Report On Climate Change Impact on Discharge at Koshi RiverBasin and Analyzing Regional 

Climate Model (PRECIS) output and Extracting Meteorological Data in Appropriate Format for Input 

in Hydrological Model