TY  - JOUR
A1  - Do Thi Chinh, 
A1  - Bubeck, Philip
A1  - Nguyen Viet Dung, 
A1  - Kreibich, Heidi
T1  - The 2011 flood event in the Mekong Delta: preparedness, response, damage and recovery of private households and small businesses
JF  - Disasters : the journal of disaster studies, policy and management
N2  - Floods frequently cause substantial economic and human losses, particularly in developing countries. For the development of sound flood risk management schemes that reduce flood consequences, detailed insights into the different components of the flood risk management cycle, such as preparedness, response, flood impact analyses and recovery, are needed. However, such detailed insights are often lacking: commonly, only (aggregated) data on direct flood damage are available. Other damage categories such as losses owing to the disruption of production processes are usually not considered, resulting in incomplete risk assessments and possibly inappropriate recommendations for risk management. In this paper, data from 858 face-to-face interviews among flood-prone households and small businesses in Can Tho city in the Vietnamese Mekong Delta are presented to gain better insights into the damage caused by the 2011 flood event and its management by households and businesses.
KW  - Can Tho
KW  - floods
KW  - flood damage
KW  - flood loss
KW  - flood risk management
KW  - Mekong Delta
KW  - Vietnam
Y1  - 2016
U6  - https://doi.org/10.1111/disa.12171
SN  - 0361-3666
SN  - 1467-7717
VL  - 40
SP  - 753
EP  - 778
PB  - Wiley-Blackwell
CY  - Hoboken
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Nguyen Nghia Hung, 
A1  - Delgado, José Miguel Martins
A1  - Güntner, Andreas
A1  - Merz, Bruno
A1  - Bardossy, Andras
A1  - Apel, Heiko
T1  - Sedimentation in the floodplains of the Mekong Delta, Vietnam. Part I: suspended sediment dynamics
JF  - Hydrological processes
N2  - Suspended sediment is the primary source for a sustainable agro-ecosystem in the Mekong Delta by providing nutrient input for the subsequent cropping season. In addition, the suspended sediment concentration (SSC) plays an important role in the erosion and deposition processes in the Delta; that is, it influences the morphologic development and may counteract the deltaic subsidence and sea level rise. Despite this importance, little is known about the dynamics of suspended sediment in the floodplains of the Mekong Delta. In particular, quantitative analyses are lacking mainly because of data scarcity with respect to the inundation processes in the floodplains. In 2008, therefore, a comprehensive in situ system to monitor the dynamics of suspended sediment in a study area located in the Plain of Reeds was established, aiming at the characterization and quantification of suspended sediment dynamics in the deeply inundated parts of the Vietnamese part of the Mekong Delta. The monitoring system was equipped with seven water quality-monitoring stations. They have a robust design and autonomous power supply suitable for operation on inundated floodplains, enabling the collection of reliable data over a long period of time with a high temporal resolution. The data analysis shows that the general seasonal dynamics of suspended sediment transport in the Delta is controlled by two main mechanisms: the flood wave of the Mekong River and the tidal backwater influences from the coast. In the channel network, SSC decreases exponentially with distance from the Mekong River. The anthropogenic influence on SSC could also be identified for two periods: at the start of the floodplain inundation and at the end of the flood period, when subsequent paddy rice crops are prepared. Based on the results, we recommend an operation scheme for the sluice gates, which intends to distribute the sediment and thus the nutrients equally over the floodplain.
KW  - Mekong Delta
KW  - floodplain
KW  - suspended sediment
KW  - sediment dynamics
KW  - floodplain sedimentation
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1002/hyp.9856
SN  - 0885-6087
SN  - 1099-1085
VL  - 28
IS  - 7
SP  - 3132
EP  - 3144
PB  - Wiley-Blackwell
CY  - Hoboken
ER  - 
TY  - THES
A1  - Nguyen, Van Manh
T1  - Large-scale floodplain sediment dynamics in the Mekong Delta : present state and future prospects
T1  - Großskalige Sedimentdynamik im Mekong Delta : aktuelle Situation und zukünftige Entwicklungen
N2  - The Mekong Delta (MD) sustains the livelihood and food security of millions of people in Vietnam and Cambodia. It is known as the “rice bowl” of South East Asia and has one of the world’s most productive fisheries. Sediment dynamics play a major role for the high productivity of agriculture and fishery in the delta. However, the MD is threatened by climate change, sea level rise and unsustainable development activities in the Mekong Basin. But despite its importance and the expected threats, the understanding of the present and future sediment dynamics in the MD is very limited. This is a consequence of its large extent, the intricate system of rivers, channels and floodplains and the scarcity of observations. Thus this thesis aimed at (1) the quantification of suspended sediment dynamics and associated sediment-nutrient deposition in floodplains of the MD, and (2) assessed the impacts of likely future boundary changes on the sediment dynamics in the MD. The applied methodology combines field experiments and numerical simulation to quantify and predict the sediment dynamics in the entire delta in a spatially explicit manner. The experimental part consists of a comprehensive procedure to monitor quantity and spatial variability of sediment and associated nutrient deposition for large and complex river floodplains, including an uncertainty analysis. The measurement campaign applied 450 sediment mat traps in 19 floodplains over the MD for a complete flood season. The data also supports quantification of nutrient deposition in floodplains based on laboratory analysis of nutrient fractions of trapped sedimentation.The main findings are that the distribution of grain size and nutrient fractions of suspended sediment are homogeneous over the Vietnamese floodplains. But the sediment deposition within and between ring dike floodplains shows very high spatial variability due to a high level of human inference. The experimental findings provide the essential data for setting up and calibration of a large-scale sediment transport model for the MD. For the simulation studies a large scale hydrodynamic model was developed in order to quantify large-scale floodplain sediment dynamics. The complex river-channel-floodplain system of the MD is described by a quasi-2D model linking a hydrodynamic and a cohesive sediment transport model. The floodplains are described as quasi-2D presentations linked to rivers and channels modeled in 1D by using control structures. The model setup, based on the experimental findings, ignored erosion and re-suspension processes due to a very high degree of human interference during the flood season. A two-stage calibration with six objective functions was developed in order to calibrate both the hydrodynamic and sediment transport modules. The objective functions include hydraulic and sediment transport parameters in main rivers, channels and floodplains. The model results show, for the first time, the tempo-spatial distribution of sediment and associated nutrient deposition rates in the whole MD. The patterns of sediment transport and deposition are quantified for different sub-systems. The main factors influencing spatial sediment dynamics are the network of rivers, channels and dike-rings, sluice gate operations, magnitude of the floods and tidal influences. The superposition of these factors leads to high spatial variability of the sediment transport and deposition, in particular in the Vietnamese floodplains. Depending on the flood magnitude, annual sediment loads reaching the coast vary from 48% to 60% of the sediment load at Kratie, the upper boundary of the MD. Deposited sediment varies from 19% to 23% of the annual load at Kratie in Cambodian floodplains, and from 1% to 6% in the compartmented and diked floodplains in Vietnam. Annual deposited nutrients (N, P, K), which are associated to the sediment deposition, provide on average more than 50% of mineral fertilizers typically applied for rice crops in non-flooded ring dike compartments in Vietnam. This large-scale quantification provides a basis for estimating the benefits of the annual Mekong floods for agriculture and fishery, for assessing the impacts of future changes on the delta system, and further studies on coastal deposition/erosion. For the estimation of future prospects a sensitivity-based approach is applied to assess the response of floodplain hydraulics and sediment dynamics to the changes in the delta boundaries including hydropower development, climate change in the Mekong River Basin and effective sea level rise. The developed sediment model is used to simulate the mean sediment transport and sediment deposition in the whole delta system for the baseline (2000-2010) and future (2050-2060) periods. For each driver we derive a plausible range of future changes and discretize it into five levels, resulting in altogether 216 possible factor combinations. Our results thus cover all plausible future pathways of sediment dynamics in the delta based on current knowledge. The uncertainty of the range of the resulting impacts can be decreased in case more information on these drivers becomes available. Our results indicate that the hydropower development dominates the changes in sediment dynamics of the Mekong Delta, while sea level rise has the smallest effect. The floodplains of Vietnamese Mekong Delta are much more sensitive to the changes compared to the other subsystems of the delta. In terms of median changes of the three combined drivers, the inundation extent is predicted to increase slightly, but the overall floodplain sedimentation would be reduced by approximately 40%, while the sediment load to the Sea would diminish to half of the current rates. These findings provide new and valuable information on the possible impacts of future development on the delta, and indicate the most vulnerable areas. Thus, the presented results are a significant contribution to the ongoing international discussion on the hydropower development in the Mekong basin and its impact on the Mekong delta.
N2  - Das Mekong Delta bildet die Existenzgrundlage und Nahrungsquelle für mehrere Millionen Menschen in Vietnam und Kambodscha. Die Sedimentdynamik spielt in diesem Zusammenhang eine große Rolle für die Landwirtschaft und Fischerei im Delta. Klimawandel und zweifelhaft nachhaltige Entwicklungen im Mekong Einzugsgebiet können jedoch diese essentielle Grundlage gefährden. Trotz der hohen Bedeutung des Sedimenthaushaltes für das Delta ist jedoch das Wissen um die räumliche und zeitliche Dynamik der Sedimentdynamik und insbesondere der Sedimentation auf den Überflutungsflächen sehr begrenzt. Dies liegt zum einen an der hohen Komplexität des Deltas mit unzähligen Kanälen, Deichen und hydraulischen Strukturen, zum anderen an dem Mangel an Beobachtungsdaten. Die vorliegende Arbeit zielte daher auf a) die Schaffung einer quantitativen Datenbasis zur Sedimentation auf den Überflutungsflächen, b) auf eine modellbasierte Abschätzung der Sedimentation im gesamten Mekong Delta, und c) auf die Abschätzung des Einflusses relevanter Änderungen in den Randbedingungen auf die zukünftige Sedimentdynamik. Im experimentellen Teil der Arbeit wurde die Sedimentation auf den Überflutungsflächen im vietnamesischen Teil des Deltas mittels Sedimentfallen, die über weite Bereiche des Deltas verteilt wurden, quantitativ inklusive einer Unsicherheitsabschätzung bestimmt. Die Ergebnisse zeigten, dass die Sedimentation räumlich sehr stark variiert, verursacht durch die Komplexität und Diversität des hydraulischen Systems und insbesondere die menschliche Steuerung der hydraulischen Bauten. Die experimentellen Daten geben einen ersten Einblick in die räumliche Variabilität der Sedimentation im Mekong Delta, und bilden die Basis für die Kalibrierung des hydraulischen Modells im nächsten Schritt. Zusätzlich konnten auch die Nährstoffanteile im Sediment bestimmt werden, wodurch eine Basis zur Abschätzung des Nutzens der Sedimente für die Landwirtschaft gelegt wurde. Die Sedimentdynamik wurde mittels eines quasi-2D hydraulischen Modells, das mit einer Sedimenttransportroutine für kohäsive Sedimente gekoppelt wurde, simuliert. Hierbei wurden die hydraulische und die Sedimenttransportroutine unabhängig voneinander mit mehreren Optimierungsfunktionen und Stations-, Feld- und Fernerkundungsdaten kalibriert. Durch die Modellergebnisse konnte zum ersten Mal die räumliche und zeitliche Variabilität des Sedimenttansports und der Sedimentation quantifiziert werden. Diese großskalige Quantifizierung bildet zudem die Basis für eine ökonomische Nutzensabschätzung der Sedimente für die Landwirtschaft und Fischerei. Mittels des entwickelten und kalibrierten Modells konnten auch zukünftige Entwicklungen abgeschätzt werden. Hierzu wurde ein Verfahren basierend auf einem Sensitivitätsansatz implementiert, mittels dessen die Auswirkungen des Baus von Staudämmen im Mekong Einzugsgebiet, des Klimawandels auf den Abfluss und Sedimenttransport aus dem Mekong Einzugsgebiet und des effektiven Meeresspiegelanstiegs auf die Sedimentdynamik im Delta einzeln in verschiedenen Ausprägungsstufen als auch kombiniert quantifiziert werden konnte. Durch diese Kombinationen können alle möglichen zukünftigen Entwicklungen basierend auf dem jetzigen Kenntnisstand betrachtet werden. Von den betrachteten Faktoren hat der Bau von Staudämmen den größten Einfluss auf die Sedimentdynamik im Delta, insbesondere auf den vietnamesischen Teil des Deltas. Der Klimawandel hat das Potential diese Änderungen partiell zu dämpfen, aber auch zu verstärken. Die Änderungen im Meeresspiegel haben den geringsten Effekt, beschränken sich in den Auswirkungen auf den Vietnamesischen Teil und modulieren im Wesentlichen die Auswirkungen des Klimawandels. Diese Ergebnisse liefern somit neue quantitative Erkenntnisse zur möglichen zukünftigen Sedimentdynamik im Mekong Delta, identifiziert die verwundbarsten Regionen und trägt dadurch zur internationalen kontroversen Diskussion über die Auswirkungen des Staudammbaus im Mekong bei.
KW  - Mekong Delta
KW  - Sedimentfallen
KW  - Sedimentation
KW  - Sedimenttransportroutine
KW  - Staudämme
KW  - Mekong Delta
KW  - sediment trap
KW  - floodplain sedimentation
KW  - sediment transport
KW  - hydropower dam impact
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72512
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Nguyen Le Duy, 
A1  - Nguyen Viet Du, 
A1  - Heidbüchel, Ingo
A1  - Meyer, Hanno
A1  - Weiler, Markus
A1  - Merz, Bruno
A1  - Apel, Heiko
T1  - Identification of groundwater mean transit times of precipitation and riverbank infiltration by two-component lumped parameter models
JF  - Hydrological processes
N2  - Groundwater transit time is an essential hydrologic metric for groundwater resources management. However, especially in tropical environments, studies on the transit time distribution (TTD) of groundwater infiltration and its corresponding mean transit time (mTT) have been extremely limited due to data sparsity. In this study, we primarily use stable isotopes to examine the TTDs and their mTTs of both vertical and horizontal infiltration at a riverbank infiltration area in the Vietnamese Mekong Delta (VMD), representative of the tropical climate in Asian monsoon regions. Precipitation, river water, groundwater, and local ponding surface water were sampled for 3 to 9 years and analysed for stable isotopes (delta O-18 and delta H-2), providing a unique data set of stable isotope records for a tropical region. We quantified the contribution that the two sources contributed to the local shallow groundwater by a novel concept of two-component lumped parameter models (LPMs) that are solved using delta O-18 records. The study illustrates that two-component LPMs, in conjunction with hydrological and isotopic measurements, are able to identify subsurface flow conditions and water mixing at riverbank infiltration systems. However, the predictive skill and the reliability of the models decrease for locations farther from the river, where recharge by precipitation dominates, and a low-permeable aquitard layer above the highly permeable aquifer is present. This specific setting impairs the identifiability of model parameters. For river infiltration, short mTTs (<40 weeks) were determined for sites closer to the river (<200 m), whereas for the precipitation infiltration, the mTTs were longer (>80 weeks) and independent of the distance to the river. The results not only enhance the understanding of the groundwater recharge dynamics in the VMD but also suggest that the highly complex mechanisms of surface-groundwater interaction can be conceptualized by exploiting two-component LPMs in general. The model concept could thus be a powerful tool for better understanding both the hydrological functioning of mixing processes and the movement of different water components in riverbank infiltration systems.
KW  - bank infiltration
KW  - groundwater
KW  - lumped parameter model
KW  - mean transit time
KW  - Mekong Delta
KW  - stable isotopes
Y1  - 2019
U6  - https://doi.org/10.1002/hyp.13549
SN  - 0885-6087
SN  - 1099-1085
VL  - 33
IS  - 24
SP  - 3098
EP  - 3118
PB  - Wiley
CY  - Hoboken
ER  - 
TY  - THES
A1  - Duy, Nguyen Le
T1  - Hydrological processes in the Vietnamese Mekong Delta
BT  - Insights from stable water isotopes and monitoring data analysis
BT  - Erkenntnisse aus stabilen Wasserisotopen und Überwachungsdatenanalyse
N2  - Understanding hydrological processes is of fundamental importance for the Vietnamese national food security and the livelihood of the population in the Vietnamese Mekong Delta (VMD). As a consequence of sparse data in this region, however, hydrologic processes, such as the controlling processes of precipitation, the interaction between surface and groundwater, and groundwater dynamics, have not been thoroughly studied. The lack of this knowledge may negatively impact the long-term strategic planning for sustainable groundwater resources management and may result in insufficient groundwater recharge and freshwater scarcity. It is essential to develop useful methods for a better understanding of hydrological processes in such data-sparse regions. The goal of this dissertation is to advance methodologies that can improve the understanding of fundamental hydrological processes in the VMD, based on the analyses of stable water isotopes and monitoring data. The thesis mainly focuses on the controlling processes of precipitation, the mechanism of surface–groundwater interaction, and the groundwater dynamics. These processes have not been fully addressed in the VMD so far. The thesis is based on statistical analyses of the isotopic data of Global Network of Isotopes in Precipitation (GNIP), of meteorological and hydrological data from Vietnamese agencies, and of the stable water isotopes and monitoring data collected as part of this work. 
First, the controlling processes of precipitation were quantified by the combination of trajectory analysis, multi-factor linear regression, and relative importance analysis (hereafter, a model‐based statistical approach). The validity of this approach is confirmed by similar, but mainly qualitative results obtained in other studies. The total variation in precipitation isotopes (δ18O and δ2H) can be better explained by multiple linear regression (up to 80%) than single-factor linear regression (30%). The relative importance analysis indicates that atmospheric moisture regimes control precipitation isotopes rather than local climatic conditions. The most crucial factor is the upstream rainfall along the trajectories of air mass movement. However, the influences of regional and local climatic factors vary in importance over the seasons. The developed model‐based statistical approach is a robust tool for the interpretation of precipitation isotopes and could also be applied to understand the controlling processes of precipitation in other regions. 
Second, the concept of the two-component lumped-parameter model (LPM) in conjunction with stable water isotopes was applied to examine the surface–groundwater interaction in the VMD. A calibration framework was also set up to evaluate the behaviour, parameter identifiability, and uncertainties of two-component LPMs. The modelling results provided insights on the subsurface flow conditions, the recharge contributions, and the spatial variation of groundwater transit time. The subsurface flow conditions at the study site can be best represented by the linear-piston flow distribution. The contributions of the recharge sources change with distance to the river. The mean transit time (mTT) of riverbank infiltration increases with the length of the horizontal flow path and the decreasing gradient between river and groundwater. River water infiltrates horizontally mainly via the highly permeable aquifer, resulting in short mTTs (<40 weeks) for locations close to the river (<200 m). The vertical infiltration from precipitation takes place primarily via a low‐permeable overlying aquitard, resulting in considerably longer mTTs (>80 weeks). Notably, the transit time of precipitation infiltration is independent of the distance to the river. All these results are hydrologically plausible and could be quantified by the presented method for the first time. This study indicates that the highly complex mechanism of surface–groundwater interaction at riverbank infiltration systems can be conceptualized by exploiting two‐component LPMs. It is illustrated that the model concept can be used as a tool to investigate the hydrological functioning of mixing processes and the flow path of multiple water components in riverbank infiltration systems.
Lastly, a suite of time series analysis approaches was applied to examine the groundwater dynamics in the VMD. The assessment was focused on the time-variant trends of groundwater levels (GWLs), the groundwater memory effect (representing the time that an aquifer holds water), and the hydraulic response between surface water and multi-layer alluvial aquifers. The analysis indicates that the aquifers act as low-pass filters to reduce the high‐frequency signals in the GWL variations, and limit the recharge to the deep groundwater. The groundwater abstraction has exceeded groundwater recharge between 1997 and 2017, leading to the decline of groundwater levels (0.01-0.55 m/year) in all considered aquifers in the VMD. The memory effect varies according to the geographical location, being shorter in shallow aquifers and flood-prone areas and longer in deep aquifers and coastal regions. Groundwater depth, season, and location primarily control the variation of the response time between the river and alluvial aquifers. These findings are important contributions to the hydrogeological literature of a little-known groundwater system in an alluvial setting. It is suggested that time series analysis can be used as an efficient tool to understand groundwater systems where resources are insufficient to develop a physical-based groundwater model. 
This doctoral thesis demonstrates that important aspects of hydrological processes can be understood by statistical analysis of stable water isotope and monitoring data. The approaches developed in this thesis can be easily transferred to regions in similar tropical environments, particularly those in alluvial settings. The results of the thesis can be used as a baseline for future isotope-based studies and contribute to the hydrogeological literature of little-known groundwater systems in the VMD.
N2  - Ein fundiertes Verständnis der hydrologischen Prozesse im vietnamesischen Mekong Delta (VMD) ist von grundlegender Bedeutung für den Lebensunterhalt der Bevölkerung im Mekong Delta, und darüber hinaus auch für die nationale Ernährungssicherheit. Aufgrund des Fehlens einer belastbaren Datenbasis konnten bislang eine Reihe von wichtigen hydrologischen Prozessen nur unzureichend untersucht und quantifiziert werden.  Dazu zählen unter anderem die Analyse des Ursprungs des Niederschlages im Delta, die Interaktion zwischen Oberflächen- und Grundwasser, sowie die Grundwasserdynamik. Diese Lücken im Wissensstand verhindern eine solide datenbasierte Wasserwirtschaftsplanung, was unter Berücksichtigung der derzeitigen Trends mittelfristig zu weiter fallenden Grundwasserständen und Wasserknappheit führen wird. Daher ist es von großer Bedeutung, Methoden und Werkzeuge zu entwickeln, die auch unter der bestehenden Datenknappheit belastbare quantitative Ergebnisse für eine nachhaltige Wasserbewirtschaftung liefern können. Das Ziel dieser Dissertation ist es, solche Methoden zu entwickeln und zu testen, um grundlegende hydrologische Prozesse im VMD besser verstehen und quantifizieren zu können. Hierzu werden die existierenden Messdaten sowie im Rahmen dieser Arbeit gesammelte Daten zum Gehalt an stabilen Wasserisotopen verwendet. Mit Hilfe dieser Daten wurden folgende Prozesse untersucht:
1.	Der Ursprung und die Fraktionierung des Niederschlages im VMD.
2.	Die Interaktion zwischen Oberflächen- und Grundwasser mit einem besonderen Fokus auf die ufernahen Gebiete.
3.	Die großflächige Dynamik in den verschiedenen Grundwasserleitern der letzten Jahrzehnte.
Die Prozesse, die den Ursprung und die Verteilung des Niederschlagsbestimmen, wurden mittels einer Kombination aus Isotopendaten, Trajektorienanalyse, multifaktorieller Regression, und relativer Wichtigkeitsanalyse untersucht. Diese Kombination ist nachfolgend „modelbasierter statistischer Ansatz“ betitelt. Hierbei wurde festgestellt, dass die Varianz im Isotopengehalt des Niederschlags (δ18O and δ2H) mit der multifaktoriellen Regression zu 80% erklärt werden konnte, was im Vergleich zu einer einfachen Regression mit 30% erklärter Varianz eine deutliche Verbesserung darstellt. Die Wichtigkeitsanalyse ergab zudem, dass großskalige atmosphärische Feuchtigkeitsverteilungen einen weitaus größeren Einfluss auf die Isotopenverteilung im Niederschlag haben, als lokale klimatische Bedingungen im VMD. Der hierbei wichtigste Faktor ist die Regenmenge entlang der Trajektorien der Luftmassenbewegungen. Die Wichtigkeit der Faktoren variiert jedoch saisonal zwischen Regen- und Trockenzeit. Der in dieser Dissertation entwickelte modelbasierte statistische Ansatz ist ein robustes Werkzeug zur Analyse und Interpretation der Isotopenverteilung im Niederschlag, der auch auf ähnliche Fragestellungen in andere Regionen übertragbar ist. 
Im zweiten Teil der Dissertation wurden Zweikomponentenmodelle (LPM) in Verbindung mit Isotopenmessungen im Niederschlag, Oberflächen- und Grundwasser verwendet, um die Interaktion zwischen Oberflächen- und Grundwasser qualitativ und quantitativ zu beschreiben. Verschiedene Modellansätze wurden hierbei in einem automatischen Kalibrieransatz getestet, und deren Unsicherheit bestimmt. Hierbei hat sich das lineare Kolbenfließmodell (linear piston flow model) als das am besten geeignetste herausgestellt. Die Modellierungsergebnisse ermöglichten daraufhin eine modellbasierte Abschätzung der Grundwasserschwankungen und -flüsse, der Grundwasserneubildung und der räumlichen Variabilität der Grundwasserlaufzeiten. Hierbei zeigte sich, dass Grundwasserneubildung und deren Quellen räumlich variabel ist, und sich mit zunehmender Entfernung vom Fluss die Neubildung von primär Uferinfiltration hin zu Neubildung durch Niederschläge ändert. Analog dazu erhöhen sich die Grundwasserlaufzeiten mit der Länge der horizontalen Fließwege (= Entfernung vom Vorfluter) und mit sinkendem Gradienten zwischen Grundwasserstand und Wasserstand im Fluss. Flusswasser infiltriert über das Flussufer in den wasserleitenden Aquifer, mit mittleren Transferzeiten (mTT) von < 40 Wochen für Bereiche mit weniger als 200 m Entfernung zum Fluss. In größeren Entfernungen findet die Neubildung im Wesentlichen durch Versickerung von Regenwaser statt. Da der betrachtete holozäne Grundwasserleiter mit einer schwerdurchlässigen Deckschicht überlagert ist, liegen die mTT in diesen Bereichen mit > 80 Wochen wesentlich höher. Es konnte mit dieser Studie gezeigt werden, dass die komplexe Interaktion zwischen Grund- und Oberflächenwasser mittels eines konzeptionellen Modells in Verbindung mit aus Wasserproben bestimmten Isotopendaten konzeptionalisiert und quantifiziert werden kann. Der Ansatz empfiehlt sich daher als Werkzeug für die Untersuchung der Mischungsprozesse der Ufer- und Regenwasserinfiltration, sowie der Fließwege des Grundwassers in ähnlichen Gebieten. 
Im letzten Teil der Dissertation wurden Trends in den Grundwasserständen im gesamtem VMD untersucht. Hierzu wurde eine Reihe von Methoden zur Zeitreihenanalyse angewandt. Der Fokus der Untersuchungen lag auf zeitvariablen Trends in den Grundwasserständen, der Wasserspeicherdauer (memory effect), und der hydraulischen Reaktionszeit zwischen dem Oberflächenwasser und den verschiedenen Aquiferen im VMD. Die Analyse ergab, dass die verschiedenen Schichten von Aquiferen und Aquitarden wie ein Tiefpassfilter auf die hydraulischen Signale des Oberflächenwassers wirken, was wiederum die Grundwasserneubildung in den tieferen Aquiferen stark reduziert. Die Zeitreihenanalyse ergab, dass die Entnahmemengen an Grundwasser insbesondere in den tieferen, stark genutzten Aquiferen die Neubildung im gesamten Analysezeitraum 1997 – 2017 überschritten hat. Dies führte zu Absenkung des Grundwasserspiegels von 0.01 – 0.55 m pro Jahr in den verschiedenen Aquiferen des VMD. Die Speicherdauer variiert zwischen den verschiedenen Regionen und Aquiferen des VMD. In den flacheren Aquiferen und in der Region mit tiefen Überflutungen während der Hochwassersaison sind die Speicherdauern kürzer, während sie in den tieferen Aquiferen und in den küstennahen Regionen wesentlich länger sind. Die Reaktionszeit variiert ebenfalls im Raum, wobei die wichtigsten Einflussfaktoren der Abstand des Grundwasserspiegels zur Oberfläche, die Saison und die Lage, hier besonders die Entfernung zum Fluss oder der Küste, sind. Diese qualitativen wie quantitativen Ergebnisse fügen wichtige und wesentlich Erkenntnisse zum Wissensstand über das Grundwasser im VMD hinzu. Die verwendeten Methoden empfehlen sich darüber hinaus für die Analyse von Grundwasserdynamiken in alluvialen Aquifersystemen im Generellen, wenn Daten und Ressourcen für ein physisches numerisches Grundwassermodell fehlen. 
Die vorliegende Dissertation zeigt, dass wichtige hydrologische Prozesse auch über statistische Analysen von Mess- und Isotopendaten quantitativ analysiert werden können. Die Ergebnisse stellen eine Basisanalyse der Grundwasserdynamik und der sie beeinflussenden Prozesse im VMD dar, und sollten in weiteren Studien ausgebaut werden. Die Analyse der Isotopendaten liefert darüber hinaus die Basislinie für hydrologische Analysen mit stabilen Isotopen im VMD und aufgrund der ähnlichen klimatischen und geografischen Lage auch für weite Teile Südostasiens. Die entwickelten Methodenkombinationen können aufgrund ihrer generellen Natur auch problemlos auf andere tropische Regionen, insbesondere solche mit alluvialen Aquiferen, übertragen werden.
T2  - Hydrologische Prozesse im Mekong Delta
KW  - Vietnamese Mekong Delta
KW  - stable isotopes
KW  - data analysis
KW  - hydrological processes
KW  - Mekong Delta
KW  - Datenanalyse
KW  - hydrologische Prozesse
KW  - stabile Isotope
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-602607
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Nguyen Viet Dung, 
A1  - Merz, Bruno
A1  - Bardossy, Andras
A1  - Apel, Heiko
T1  - Handling uncertainty in bivariate quantile estimation - An application to flood hazard analysis in the Mekong Delta
JF  - Journal of hydrology
N2  - The hydrological load causing flood hazard is in many instances not only determined by peak discharge, but is a multidimensional problem. While the methodology for multivariate frequency analysis is well established, the estimation of the associated uncertainty is rarely studied. In this paper, a method is developed to quantify the different sources of uncertainty for a bivariate flood frequency analysis. The method is exemplarily developed for the Mekong Delta (MD), one of the largest and most densely populated river deltas worldwide. Floods in the MD are the basis for the livelihoods of the local population, but they are also the major hazard. This hazard has, however, not been studied within the frame of a probabilistic flood hazard analysis. The nature of the floods in the MD suggests a bivariate approach, because the societal flood severity is determined by both peak discharge and flood volume. The uncertainty caused by selection of statistical models and parameter estimation procedures are analyzed by applying different models and methods. For the quantification of the sampling uncertainty two bootstrapping methods were applied. The developed bootstrapping-based uncertainty estimation method shows that large uncertainties are associated with the estimation of bivariate flood quantiles. This uncertainty is much larger than the model selection and fitting uncertainty. Given the rather long data series of 88 years, it is concluded that bivariate flood frequency analysis is expected to carry significant uncertainty and that the quantification and reduction of uncertainty merit greater attention. But despite this uncertainty the proposed approach has certainly major advantages compared to a univariate approach, because (a) it reflects the two essential aspects of floods in this region, (b) the uncertainties are inherent for every bivariate frequency analysis in hydrology due to the general limited length of observations and can hardly be avoided, and (c) a framework for the quantification of the uncertainties is given, which can be used and interpreted in the hazard assessment. In addition it is shown by a parametric bootstrapping experiment how longer observation time series can reduce the sampling uncertainty. Based on this finding it is concluded that bivariate frequency analyses in hydrology would greatly benefit from discharge time series augmented by proxy or historical data, or by causal hydrologic expansion of time series. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.
KW  - Bivariate flood quantile
KW  - Copulas
KW  - Uncertainty estimation
KW  - Bootstrapping
KW  - Mekong Delta
Y1  - 2015
U6  - https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2015.05.033
SN  - 0022-1694
SN  - 1879-2707
VL  - 527
SP  - 704
EP  - 717
PB  - Elsevier
CY  - Amsterdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Nguyen, Van Khanh Triet
T1  - Flood dynamics in the Vietnamese Mekong Delta
T1  - Hochwasserdynamik im vietnamesischen Mekong-Delta
BT  - Current state and future projections
BT  - Aktueller Stand und künftige Prognosen
N2  - Today, the Mekong Delta in the southern of Vietnam is home for 18 million people. The delta also accounts for more than half of the country’s food production and 80% of the exported rice. Due to the low elevation, it is highly susceptible to the risk of fluvial and coastal flooding. Although extreme floods often result in excessive damages and economic losses, the annual flood pulse from the Mekong is vital to sustain agricultural cultivation and livelihoods of million delta inhabitants.
Delta-wise risk management and adaptation strategies are required to mitigate the adverse impacts from extreme events while capitalising benefits from floods. However, a proper flood risk management has not been implemented in the VMD, because the quantification of flood damage is often overlooked and the risks are thus not quantified. So far, flood management has been exclusively focused on engineering measures, i.e. high- and low- dyke systems, aiming at flood-free or partial inundation control without any consideration of the actual risks or a cost-benefit analysis. Therefore, an analysis of future delta flood dynamics driven these stressors is valuable to facilitate the transition from sole hazard control towards a risk management approach, which is more cost-effective and also robust against future changes in risk.
Built on these research gaps, this thesis investigates the current state and future projections of flood hazard, damage and risk to rice cultivation, the most important economic activity in the VMD. The study quantifies the changes in risk and hazard brought by the development of delta-based flood control measures in the last decades, and analyses the expected changes in risk driven by the changing climate, rising sea-level and deltaic land subsidence, and finally the development of hydropower projects in the Mekong Basin. For this purpose, flood trend analyses and comprehensive hydraulic modelling were performed, together with the development of a concept to quantify flood damage and risk to rice plantation.
The analysis of observed flood levels revealed strong and robust increasing trends of peak and duration downstream of the high-dyke areas with a step change in 2000/2001, i.e. after the disastrous flood which initiated the high-dyke development. These changes were in contrast to the negative trends detected upstream, suggested that high-dyke development has shifted flood hazard downstream. Findings of the trend’s analysis were later confirmed by hydraulic simulations of the two recent extreme floods in 2000 and 2011, where the hydrological boundaries and dyke system settings were interchanged.
However, the high-dyke system was not the only and often not the main cause for a shift of flood hazard, as a comparative analysis of these two extreme floods proved. The high-dyke development was responsible for 20–90% of the observed changes in flood level between 2000 and 2011, with large spatial variances. The particular flood hydrograph of the two events had the highest contribution in the northern part of the delta, while the tidal level had 2–3 times higher influence than the high-dyke in the lower-central and coastal areas downstream of high-dyke areas. The impact of the high-dyke development was highest in the areas closely downstream of the high-dyke area just south of the Cambodia-Vietnam border. The hydraulic simulations also validated that the concurrence of the flood peak with spring tides, i.e. high sea level along the coast, amplified the flood level and inundation in the central and coastal regions substantially.
The risk assessment quantified the economic losses of rice cultivation to USD 25.0 and 115 million (0.02–0.1% of the total GDP of Vietnam in 2011) corresponding to the 10-year and the 100-year floods, with an expected annual damage of about USD 4.5 million. A particular finding is that the flood damage was highly sensitive to flood timing. Here, a 10-year event with an early peak, i.e. late August-September, could cause as much damage as a 100-year event that peaked in October. This finding underlines the importance of a reliable early flood warning, which could substantially reduce the damage to rice crops and thus the risk. 
The developed risk assessment concept was furthermore applied to investigate two high-dyke development alternatives, which are currently under discussion among the administrative bodies in Vietnam, but also in the public. The first option favouring the utilization of the current high-dyke compartments as flood retention areas instead for rice cropping during the flood season could reduce flood hazard and expected losses by 5–40%, depending on the region of the delta. On the contrary, the second option promoting the further extension of the areas protected by high-dyke to facilitate third rice crop planting on a larger area, tripled the current expected annual flood damage. This finding challenges the expected economic benefit of triple rice cultivation, in addition to the already known reducing of nutrient supply by floodplain sedimentation and thus higher costs for fertilizers. 
The economic benefits of the high-dyke and triple rice cropping system is further challenged by the changes in the flood dynamics to be expected in future. For the middle of the 21st century (2036-2065) the effective sea-level rise an increase of the inundation extent by 20–27% was projected. This corresponds to an increase of flood damage to rice crops in dry, normal and wet year by USD 26.0, 40.0 and 82.0 million in dry, normal and wet year compared to the baseline period 1971-2000.
Hydraulic simulations indicated that the planned massive development of hydropower dams in the Mekong Basin could potentially compensate the increase in flood hazard and agriculture losses stemming from climate change. However, the benefits of dams as mitigation of flood losses are highly uncertain, because a) the actual development of the dams is highly disputed, b) the operation of the dams is primarily targeted at power generation, not flood control, and c) this would require international agreements and cooperation, which is difficult to achieve in South-East Asia. The theoretical flood mitigation benefit is additionally challenged by a number of negative impacts of the dam development, e.g. disruption of floodplain inundation in normal, non-extreme flood years. Adding to the certain reduction of sediment and nutrient load to the floodplains, hydropower dams will drastically impair rice and agriculture production, the basis livelihoods of million delta inhabitants.
In conclusion, the VMD is expected to face increasing threats of tidal induced floods in the coming decades. Protection of the entire delta coastline solely with “hard” engineering flood protection structures is neither technically nor economically feasible, adaptation and mitigation actions are urgently required. Better control and reduction of groundwater abstraction is thus strongly recommended as an immediate and high priority action to reduce the land subsidence and thus tidal flooding and salinity intrusion in the delta. Hydropower development in the Mekong basin might offer some theoretical flood protection for the Mekong delta, but due to uncertainties in the operation of the dams and a number of negative effects, the dam development cannot be recommended as a strategy for flood management. For the Vietnamese authorities, it is advisable to properly maintain the existing flood protection structures and to develop flexible risk-based flood management plans. In this context the study showed that the high-dyke compartments can be utilized for emergency flood management in extreme events. For this purpose, a reliable flood forecast is essential, and the action plan should be materialised in official documents and legislation to assure commitment and consistency in the implementation and operation.
N2  - Das Mekong-Delta im Süden Vietnams ist die Heimat von 18 Millionen Menschen. Im Delta werden mehr als die Hälfte der Nahrungsmittel des Landes und 80 % des exportierten Reises produziert. Aufgrund der geringen Höhen und Topographie ist das Delta sehr anfällig für Überflutungen, sowohl durch Fußhochwasser als auch durch gezeitenbedingte Rückstauüberflutungen. Obwohl extreme Überschwemmungen oft zu hohen Schäden und wirtschaftlichen Verlusten führen, ist der jährliche Hochwasserimpuls des Mekong lebenswichtig für die Aufrechterhaltung des landwirtschaftlichen Anbaus und des Lebensunterhalts von Millionen Deltabewohnern.
Ein deltaweites Risikomanagement bestehend aus Hochwasserschutzmaßnahmen und  Anpassungsstrategien ist erforderlich, um die negativen Auswirkungen von Extremereignissen zu mindern, zeitgleich aber auch die positiven Aspekte der Hochwasser beizubehalten. Ein Hochwasserrisikomanagement ist im VMD jedoch nicht implementiert, da die Quantifizierung von Hochwasserschäden typischerweise nicht vorgenommen wird. Bisher konzentriert sich das Hochwassermanagement ausschließlich auf ingenieurtechnische Maßnahmen zur Eindämmung der Gefährdung. Dies geschieht entweder durch Hoch- oder Niederdeichung, die auf eine hochwasserfreie oder teilweise Überflutungssteuerung abzielen. Eine risikobasierte Bewertung der Vor- und Nachteile zwischen Hoch- und Niederdeichansatz sowie Kosten-Nutzen-Rechnungen fehlen allerdings ebenfalls. Zudem ist zu erwarten, dass sich die Überschwemmungen Dynamik und das Hochwasserrisiko im Mekong Delta als Folge des Klimawandels und menschlicher Eingriffe in das Delta und das Mekong-Einzugsgebiet verändern werden. Die Analyse der zukünftigen Hochwasserdynamik in Abhängigkeit von diesen Stressoren ist notwendig, um den Übergang von einer alleinigen Gefahrenabwehr zu einem zukunftssicheren, probabilistischen Risikomanagement zu erleichtern.
Ausgehend von diesen Forschungslücken untersucht diese Arbeit den aktuelle Hochwassergefährdung und die zu erwartenden zukünftigen Änderungen, sowie der damit einhergehenden Schäden und Risiken für den Reisanbau im Mekong Delta unter Berücksichtigung existierender und möglicher Hochwasserschutzmaßnahmen, des sich ändernden Klimas, des steigenden Meeresspiegels in Kombination mit der Landabsenkung des Deltas und der geplanten Staudämme im Mekong Einzugsgebiet.
Eine Analyse der jährlichen Hochwasserpegel zeigte starke und robuste steigende Trends in den maximalen Wasserständen der Hochwasser und der Hochwasserdauer flussabwärts der Hochdeichgebiete, wobei eine sprunghafte Veränderung in den Jahren 2000/2001 nach. dem katastrophalen Hochwasser, das die Hochdeichentwicklung einleitete, festgestellt wurde. Diese Veränderungen stehen im Gegensatz zu den negativen Trends, oberstrom der Hocdeichgebiete, was darauf schließen lässt, dass die Hochdeichentwicklung die Hochwassergefahr flussabwärts verlagert hat. Die Ergebnisse der Trendanalyse wurden weiterhin durch hydraulische Simulationen der Überflutungsdynamiken der Hochwasser von 2000 und 2011 bestätigt. Allerdings waren die Hochdeiche nicht die Haupt- und einzige Ursache für den höheren Hochwasserpegel im Jahr 2011 im Vergleich zum Hochwasser im Jahr 2000. Die Hochwasserganglinie des Mekongs hatte den höchsten Beitrag im nördlichen Teil des Deltas oberstrom der Hochdeichgebiete, während der Tidenhub in den zentralen und küstennahen Gebieten stromabwärts des Hochdeichs einen 2-3 mal höheren Einfluss hatte als die Hochdeiche. 
Die wirtschaftlichen Verluste des Reisanbaus wurden rezent auf 25,0-115 Mio. USD geschätzt, für jeweils das 10- und 100-jährliche Hochwasser. Die Schäden sind hierbei sehr sensitiv gegenüber der Hochwasserganglinie, insbesondere dem Zeitpunkt des Auftretens des Hochwasserscheitels. Ein frühes 10-jährliches Hochwasser kann aufgrund des Zusammentreffens des Hochwassers mit der Ernte der Frühjahrsaussaat oder der Aussaat der Sommerfrucht ähnliche Verluste verursachen wie ein 100-jährliches Ereignis, das im Oktober seinen Höhepunkt erreicht. Neben dem Anbau einer dritten Frucht im Jahr könnten die existierenden Hochdeichabschnitte als Hochwasserrückhalteräume genutzt werden und so die Hochwassergefahr und die zu erwartenden Schäden um 5-40% reduzieren. Umgekehrt würde ein weiterer Ausbau der Hochdeiche die derzeit erwarteten jährlichen Hochwasserschäden verdreifachen.
Die Zukunftsprojektionen des Hochwasserrisikos ergaben, dass das Mekong Delta in den nächsten Jahrzehnten zunehmend von tidebedingten Überschwemmungen bedroht sein wird. Der Anstieg des Meeresspiegels in Kombination mit der Landabsenkung erhöht das Ausmaß der Überflutung des Deltas um 20% und den Schaden an der Reisernte um 40-85 Mio. USD. Technische Hochwasserschutzmaßnahmen können diesen Anstieg des Risikos nicht verhindern, da der Schutz des gesamten Deltas allein durch harte Hochwasserschutzbauten technisch und wirtschaftlich nicht realisierbar ist. Daher sind Maßnahmen zur Schadensminderung und zur Anpassung an das veränderte Risiko dringend erforderlich. Als erster und wichtiger Schritt wird hier eine bessere Kontrolle und Reduzierung der Grundwasserentnahme im Delta dringend empfohlen, um die Landabsenkung und dadurch die tidenbedingten Überflutungen sowie die Salzwasserintrusion zu verringern.
Der Klimawandel und die daraus resultierenden Veränderungen im Hochwasserregime des Mekong verursachen eine weitere, aber geringere Erhöhung des Hochwasserrisikos. Die geplanten Staudämme im Mekong Einzugsgebiet könnten die Zunahme der Hochwassergefahr und der landwirtschaftlichen Verluste aufgrund des Klimawandels in extremen Hochwasserjahren zumindest theoretisch abmildern. Der Nutzen von Dämmen zur Minderung des Hochwasserrisikos ist jedoch ungewiss, da die Realisierung der geplanten Dämme sehr umstritten und damit unsicher ist. Weiterhin spielt das Management der Staudämme eine wichtige Rolle für die Hochwasserregulierung. Da die Dämme in erste Linie zur Stromerzeugung gebaut werden, ist der Hochwasserschutz der unterliegenden Anrainerstaaten eher von untergeordneter Bedeutung. Für Vietnam bedeutet das, dass eine ordnungsgemäße Instandhaltung von Deichen und Hochwasserschutzbauten eine hohe Priorität haben sollte, um Abhängigkeiten von den Nachbarstaaten zu vermeiden. Weiterhin ist die Entwicklung von „weichen“ Hochwasserschutzmaßnahmen und -plänen dringend notwendig, da ein alleiniger Schutz durch technische Maßnahmen unmöglich ist. Aufgrund der in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse wird daher empfohlen, die Hochdeichkompartimente für das Notfall-Hochwassermanagement bei Extremereignissen zu nutzen. Zu diesem Zweck ist eine verlässliche Hochwasservorhersage unerlässlich, und der Aktionsplan sollte in offiziellen Dokumenten und Gesetzen festgehalten werden, um die Verbindlichkeit und konsequente Umsetzung sicherzustellen.
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Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-512830
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