A new approach to rapid, desktop-level, environmental flow assessments for rivers in South Africa

Abstract

An approach is presented for desktop-level environmental flow requirement (EFR) determination that is aligned with the Habitat Flow-Stressor Response (HFSR) method which evolved in South Africa over recent years. The HFSR method integrates hydrological, hydraulic and ecological habitat data, involves ecological and hydraulic specialists and is data-intensive and time-consuming. The revised desktop method integrates hydrological information with estimates of channel hydraulic cross-sectional characteristics to generate habitat-type frequencies under changing flow conditions. This information is used with the expected natural habitat requirements to determine acceptable habitat availability under different levels of ecological protection, which is then used with the hydraulic data to define flow regime characteristics that meet the ecological objectives. The paper describes the model components, discusses the assumptions, data requirements and limitations and presents some example results. The revised desktop approach uses approaches that are aligned with the more complex methods and generates results that are similar.Key words environmental flow requirements; hydrological regimes; channel hydraulics; habitat frequency Une nouvelle approche pour des évaluations rapides, sur un poste de travail, des débits environnementaux des rivières d'Afrique du Sud Résumé Nous présentons une approche de détermination, sur un poste de travail, des besoins en matière de débit environnemental. Cette méthode est alignée sur la méthode de réponse de l'habitat à un facteur de stress lié au débit (Habitat Flow-Stressor Response, HFSR), qui a évolué en Afrique du Sud au cours des dernières années. La méthode HFSR intègre des données hydrologiques, hydrauliques et écologiques sur l'habitat, implique des spécialistes en écologie et en hydraulique et est gourmande en données et en temps. La méthode révisée, applicable sur un poste de travail, intègre l'information hydrologique avec des estimations des caractéristiques hydrauliques de sections en travers du bief pour générer des fréquences de types d'habitat dans des conditions d'écoulement variables. Cette information est utilisée avec les besoins attendus en habitats naturels pour déterminer une disponibilité acceptable d'habitat pour différents niveaux de protection de l'environnement. Cette disponibilité est ensuite utilisée avec les données hydrauliques pour définir les caractéristiques des régimes d'écoulement qui répondent aux objectifs écologiques. L'article décrit les composants du modèle, discute ses hypothèses, les données qui lui sont nécessaires et ses limites, et présente quelques exemples de résultats. L'approche révisée, applicable sur un poste de travail, utilise des approches qui sont alignées sur des méthodes plus complexes et génère des résultats similaires.Mots clefs besoins en débits environnementaux ; régimes hydrologiques ; hydraulique en rivière ; fréquence d'habitat

The changing role of ecohydrological science in guiding environmental flows

“…Rapid desktop methods have been developed to provide initial estimates of environmental flow needs for rivers in South Africa (Hughes and Hannart 2003, Hughes and Louw 2010, Hughes et al 2014) based on applications of the Building Block Methodology (BBM; King et al 2000), or Downstream Response to Imposed Flow Transformation (DRIFT; King et al 2003, King andBrown 2010). Similarly, statistical summary methods have been based on amalgamating multiple physical habitat studies in the UK (Booker and Acreman 2007) and New Zealand (Lamouroux and Jowett 2005).…”

Status and trends in EFlows in southern Africa

“…The results were used to develop and calibrate the rapid Desktop Model (Hughes & Munster, ), which was used to inform countrywide water resource planning. Medium‐ or high‐resolution EFlows Assessments continued in South Africa up to 2018, and the outputs from more than 50 rivers were used to update the Desktop Model (Hughes, Desai, Birkhead, & Louw, ; Hughes & Hannart, ), which was used to increase the spatial coverage of assessments across the country for Classification (Dollar et al, ). The Desktop Model was also used to inform coarse‐level EFlows Assessments in Malawi (Chimtengo, Ngongondo, Tumbare, & Monjerezi, ), Zambia (King and Brown, 2014; King, Joubert, & Ewart‐Smith, ) and Mozambique, Swaziland, Tanzania and Zimbabwe (Kashaigili et al, ).…”

Environmental Flow Assessment Considering Inter- and Intra-Annual Streamflow Variability under the Context of Non-Stationarity

“…Because of the deterioration of ecosystems in many rivers around the world, river ecological protection has been received great attention. Though EF can be evaluated in a number of different procedures, almost all are dependent on two aspects: (1) sustain freshwater biodiversity and the integrity of riverine ecosystems with limited alterations from the natural flow baseline, and (2) preserve site-specific species and ecosystem service outcomes with designing flow regimes [18,19]. In practice, as the river authority struggles to preserve and restore riverine ecosystems, the former practice is needed to ensure that current ecological conditions of natural and semi-natural rivers do not deteriorate further.…”