Modelling Water Yield, Sedimentation, and Flood Dynamics in 2 sub‐basins of the Volta Basin 

Emmanuel Obuobie, Fred Kizito, Christophe Le Page and Jean Philippe Venot

Location and background

Social aspects of IWRM‐ Tool: Companion modeling‐ Methodology: Stakeholders identify a collective challenge and use 

conceptual frameworks to identify their systems in a play fashion ‐ Collective identification of social and ecological dynamics‐ Outcome: Identification of a shared representation of issues at stake 

(actors, resources, dynamics and relationships) through local stakeholder consultation

Conceptual System setup

4

Flood vulnerability and land use planning

Modeling Water/Sediment Yields‐ Study catchment in Ghana (Zebilla: 1,695 km2) ‐‐ Modeling conducted to include 

upstream inputs to‐ and downstream sinks from study area

Model Calibration and Validation

6

Calibration results for Yakala

R2=0.72NSE=0.68PBIAS= 12.6%

R2=0.84NSE=0.77PBIAS= 6.3%

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1980 1981 1982 1983 1984 1985An

nual Total W

ater Yield (m

m)

Year

Simulated Measured

0

1

2

3

4

5

6

7

8

janv.‐80 janv.‐81 janv.‐82 janv.‐83 janv.‐84 janv.‐85

Mon

thly Total W

ater Yield (m

m)

Calibration Years

Simulated Measured

Conditions for successful calib.R2 > 0.6NSE > 0.50 PBIAS is + 25%(Santhi et al., 2001; Moriasi et al., 2007)

Model Calibration and Validation

7

R2=0.82NSE=0.78PBIAS= 15.5%

R2=0.83NSE=0.82PBIAS= 4.4%

0

10

20

30

40

50

60

70

Mon

thly Total W

ater Yield (m

m)

Calibration Months

Simulated Measured

0

10

20

30

40

50

60

70

Mon

thly Total W

ater Yield (m

m)

Validation Months

Simulated Measured

Calibration and validation  results for Nawuni

Key water Yield ResultsMethodology: Simulated discharge in ‘cms’ was converted to ‘cmy’Outcome: Estimate of water fluxes that can be imported into WEAP for allocation to the different water users in the basinMean annual water yield: 1.4 Billion m3 of which 0.16 Billion m3 is generated within the basin. The remaining 90% is generated upstream of the basin.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

1971 1976 1981 1986 1991 1996 2001

Annu

al W

ater Yield (M

m3)

Zebila water yield Total water yield

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Total W

ater Yield (M

m3 )

Sediment Yield Estimation‐ Methodology: Empirical relationship between water discharge and sediment 

concentration yields sediment discharge.‐ Sediment discharge is used to simulate and calibrate sediment transport (t/day) 

in the catchment; yield is computed as a function of study area  t/ha‐ Outcome: Estimate of sediment yields permits scenarios for interventions to 

mitigate problem e.g. grass strips

Calibration and validation  Results for Nawuni

Sediment Yield Estimation

‐ Average annual sediment yield for Zebila catchment: 3.4 t/ha/yr 

‐ Sediment yield by land use type: Cropland/woodland, Savanna

Land use Cropland/woodland Savanna

Sediment (t/ha/yr) 4.7 2.1

Contribution to sedimentation (%) 69 31

‐ Average sediment yield in reservoirs  in Zebila catchment: 0.012 t/ha/yr (2035 t/yr) 

‐ Global average sediment yield: 15 t/ha/yr

‐ Average for Africa: 9 t/ha/yr 

GEO‐SFM ModelFlood Hazard Assessment 

HydrographSmall reservoirs

Characterizing Flood Risk

Generate DailyHistorical Rainfall

(1961-2003) by reanalysis

Produce a synthetic

streamflow record

Compute Bankfull storage

Determine locations where bankfull storage

Is exceeded

?

Next Steps

o Conduct data processing module, water balance routines and flow routing modules

o Generate flood hazard map  

Flood modeling

Sediment modelingo Model scenarios of interventions e.g., introducing grass 

strips to ascertain impacts on erosion and sedimentation  

Concluding Remarks

‐ Modeling tools are useful for studying sedimentation/erosion and flooding dynamics within the framework of Integrated Water Resources Management (IWRM)

‐ Estimates indicate that 90% of the sub‐basin water resources are from upstream sources which signifies implications for upstream‐downstream collaboration on IWRM issues

‐ Sedimentation control through interventions ensures that:‐ Reservoirs are not subjected to uncontrollable siltation levels ‐ Storage capacity of reservoirs is lengthened and they are used 

more productively which‐ Enhances community water provision and livelihoods in the Basin 

Concluding Remarks‐ 2

‐ Flood hazard modeling  is far advanced. When completed the generated hazard maps will inform decision making regarding land use planning in the study catchment. This will help reduce vulnerability to flooding disasters. 

‐ Results from sedimentation and flood modeling feed  into multi‐stakeholder platform for policy and IWRM interventions

Thank you