Het BUCRA-project (Building Unity for Climate Resilient Agriculture) richt zich op het versterken van de landbouwresistentie in Qahbunah, een landbouwgemeenschap in de Nijldelta van Egypte. Lokale boeren worden geconfronteerd met uitdagingen zoals waterschaarste, klimaatverandering en versnippering van landbouwgrond, en hebben innovatieve benaderingen nodig om hun levensonderhoud te behouden.

Centraal in BUCRA staan twee geavanceerde tools ontwikkeld door FutureWater: Croptimal en SOSIA, die geavanceerde technologie combineren met lokale kennis om traditionele landbouwpraktijken te transformeren.

Croptimal is een analyse-instrument voor klimaatgevoeligheid dat klimaatprojecties, geospatiale gegevens en landbouwinzichten benut om de geschiktheid van verschillende gewassen te beoordelen onder huidige en toekomstige klimaatscenario’s. Door gebieden en gewassen te identificeren die het meest bestand zijn tegen klimaatstressfactoren zoals hitte, zoutgehalte en waterschaarste, biedt Croptimal boeren datagestuurde aanbevelingen om hun gewaskeuze en plantstrategieën te optimaliseren. Deze tool levert zeer gedetailleerde kaarten en bruikbare adviezen, waardoor boeren hun praktijken kunnen aanpassen aan de uitdagingen van klimaatverandering en tegelijkertijd hun productiviteit kunnen verhogen.

SOSIA (Satellite-based Open-Source Irrigation Advisory) is een irrigatiebeheertool die is ontworpen om de efficiëntie van watergebruik te verbeteren. De tool maakt gebruik van open-source satellietgegevens, realtime weersinformatie en lokale bodemomstandigheden om nauwkeurige dagelijkse irrigatie-adviezen te geven. Boeren ontvangen via WhatsApp aanbevelingen over hoe lang zij hun gewassen dagelijks moeten irrigeren, waardoor de dienst zowel toegankelijk als kosteneffectief is. Deze innovatieve aanpak vermindert niet alleen het waterverbruik, maar verhoogt ook de gewasopbrengsten en energie-efficiëntie, en speelt zo in op de toenemende druk op watervoorraden in de Nijldelta.

Naast deze tools bevat BUCRA demonstratiepercelen waar klimaatslimme technieken worden getoond, zoals efficiënte irrigatie, bodembeheer en gewasrotatie. Boeren zullen ook deelnemen aan een blended leerprogramma dat veldgerichte training combineert met gebruiksvriendelijke digitale toepassingen om hun technische vaardigheden en kennis te verbeteren.

BUCRA legt sterke nadruk op het empoweren van jongeren en vrouwen in de landbouw, het versterken van marktverbindingen en het bevorderen van duurzame landgebruikspraktijken. Door Nederlandse expertise af te stemmen op lokale behoeften, streeft het project ernaar de productiviteit te verhogen, inkomens te stabiliseren en een duurzame agrarische toekomst op te bouwen in Qahbunah.

De langetermijnvisie is om bredere adoptie van deze tools en praktijken te inspireren, waardoor voedsel- en waterveiligheid in de regio wordt gegarandeerd en de uitdagingen van klimaatverandering effectief worden aangepakt.

The UNDP is implementing the project “Conservation and sustainable management of lakes, wetlands, and riparian corridors as pillars of a resilient and land degradation-neutral Aral basin landscape supporting sustainable livelihoods” to enhance the resilience of the ecosystems and livelihoods in Lower Amudarya and Aral Sea Basin (LADAB) through land degradation neutrality (LDN) compatible integrated land-water management.

This assignment contributes to water allocation analysis and the development of water supply scenarios for irrigated agriculture and biodiversity conservation reports. The services consist in:

  1. Consulting with project experts, government agencies, local communities, and other relevant stakeholders
  2. Develop a hydro-economic water allocation model for the lower Amu Darya basin using WEAP
  3. Explore different scenarios for irrigated agriculture and biodiversity conservation, considering climate change, to strike a balance between sustainable agricultural practices and conservation of biodiversity and ecosystems and (iv) build capacity and support project experts and relevant stakeholders on water allocation analysis and modelling.
Stakeholders consultation in Nukus, Uzbekistan

Analysis of the historical climate data and future model projections indicates significant shifts in rainfall patterns. These shifts could influence water availability within the upstream river basins, which are vital for irrigation practices and ecological balance. Furthermore, the study explores variations in temperature -including average, minimum, and maximum values- and evaluates their potential consequences on water demand due to increased evaporation rates and altered crop water needs.

Additionally, this scoping research touches upon the effects of these climatic factors on olive crop phenology and productivity. The study also considers the likelihood of extreme weather events, such as heatwaves and droughts, and their potential to disrupt traditional farming cycles and water resource management strategies.

The outcomes of this analysis are aimed at providing an olive producing firm with insights and strategies to mitigate the adverse effects of climate change on olive production in these targeted regions of Andalucia. By foreseeing potential challenges and preparing for them, a decision can be made on whether to invest or not in order to maintain a leading olive producer on the global stage.

Om de doelstellingen te bereiken, heeft het project een technische component en een component voor betrokkenheid van belanghebbenden. Aan de technische kant zullen hydrologische modellen worden bijgewerkt en gevalideerd. Klimaatveranderingsscenario’s zullen worden gebruikt als input voor het testen van adaptatiestrategieën binnen het Limpopo-bekken. De adaptatiestrategieën omvatten traditionele grijze infrastructuur en daarnaast op de natuur gebaseerde oplossingen. De batenanalyse van de adaptatiemaatregelen zal zowel macro- als micro-sociaal-economische voordelen omvatten.

De resultaten van deze studie zullen vervolgens worden gebruikt om de ontwikkeling van een eerste generatie Grensoverschrijdende Diagnostische Analyse (TDA) voor het Limpopo-rivierbekken (LRB) te ondersteunen. Hierdoor zullen de afzonderlijke landen in het stroomgebied het eens worden over een reeks grensoverschrijdende ontwikkelingsprioriteiten voor het bekken. Deze prioriteiten zullen toekomstige grensoverschrijdende en nationale investeringen sturen via een Strategisch Actieplan (SAP) en Nationale Actieplannen (NAP’s).

This consultancy project is framed by the AQUIFER project, “Innovative instruments for the integrated management of groundwater in a context of increasing scarcity of water resources” (Interreg-SUDOE V programme) which aims to capitalize, test, disseminate and transfer innovative practices for the preservation, monitoring and integrated management of aquifers.

FutureWater expertise was required for providing a novel and open-source hydrological modelling framework able to quantify spatial patterns of daily root percolation as a direct surrogate of groundwater recharge in the Campo de Cartagena Quaternary Aquifer (CC-QA). This aquifer is located at SE Spain and is one of the most important vectors of water drainage to the Mar Menor lagoon.

This task is addressed through the improvement and local calibration of the SPHY code for the Campo de Cartagena and the simulation of the water balance in the soil root zone from the 1950s until the end 2020. The SPHY-Campo de Cartagena includes a new routine able to compute irrigation inputs at the pixel level based on satellite data. Timeseries of monthly root percolation are taken as good surrogates of potential groundwater recharge and used as the main forcing input to an hydrogeological model of the Quaternary aquifer. The calibration process is performed through a sensititivity-intercomparison analysis in which model-derived outputs (irrigation and streamflow) during the calibration period are cross-checked against actual observations.

Spatial patterns of root percolation and the relative contribution of irrigation return flows to the total groundwater recharge were quantified (e.g. Figure 1) under historical and current conditions. Simulation results would show the lack of a significant temporal trend in the long-term recharge rates in the aquifer, most likely due to the the strong interannual variability observed in rainfall patterns, but also by the trade-offs resulting from the combination of climate, land use and irrigation-crop management drivers.

Figure 1. Mean Annual values of the main water balance components in Campo de Cartagena (2000-2020). RPer_ratio refers to the fraction between Root Percolation (MA.RPer) and Precipitation (MA.Pre)

FutureWater supports Fiera Comox in its due diligence process for the acquisition of a vertically integrated tree-fruit operation in North Spain. Particularly, FutureWater addresses an overall assessment of the most important water-related factors of risk that may control the current and medium-term feasibility of the fruit orchard farming system of interest. The application of FutureWater’s approach applies a multicriteria analysis and allows to qualify the levels of risk for each key factor analyzed.

FutureWater’s approach rests on: 1) the collection and analysis of data retrieved from documents, large datasets, and in-situ field inspections and stakeholder interviews, and 2) the scoring of the risks previously identified based on a final expert judgment.

Key sources of information for this risk screening included:

  • Existing documentation, reports, plans, and local legislation that may affect the access to water for irrigation
  • Existing and publicly accessible spatial and GIS data, including satellite imagery and thematic datasets available through national and regional agencies and platforms (Ebro River Basin Authority, National Infrastructure of Geospatial Data, Spanish Information System of Water)
  • Meteorological data (rainfall and temperature) from nearby weather stations
  • Groundwater level from the Spanish National Ministry of Environment.
  • Private data and documents generated by clients and stakeholders through personal and follow-up communications with farmer

Key variables analyzed and evaluated at the district and regional scales, to the extent relevant to the farm, included:

  • Water availability of surface and groundwater resources. For groundwater, a trend analysis of water levels, and first-order assessment of quality constraints and risks is included.
  • Impacts of climate change on water resources availability based on rainfall and temperature trends and projections for the region.
  • Water quality for irrigation purposes.
  • Potential conflicts due to competition for water in agriculture and other sectors of activity.

Legislative and policy-related factors that may affect the overall performance were also analyzed risk-by-risk.

Four factors of risk were analyzed: water availability, climate change, water quality, and water conflict. Each factor of risk was scored according to a risk matrix in which levels of probability of occurrence and impact severity were qualified based on data and expert judgement. For each factor, a risk matrix with three levels of overall risk were adopted: Low Risk (L), Moderate Risk (M), and High Risk (H)

Figure 1. Overall risk levels when probability of occurrence and impact severity are qualified.
Figure 2. Overview of risk assessment by factor.

In this particular project, the approach was implemented in four different settings located in the area.

The issue of water scarcity is intensifying across the Asia Pacific region, posing significant challenges for sustainable agricultural production and water resources management. The Water Scarcity Program (WSP), designed by FAO-RAP and partners, aims to bring agricultural water use within sustainable limits and prepare the sector for a productive future with less water. The program aims to assess the ongoing issue of water scarcity in the region, evaluate potential management options, and assist partner countries to implement adaptive management in the agriculture water sector using innovative tools and approaches.

As part of the WSP, FutureWater will design and deliver a two-phase water accounting training program in Indonesia, Vietnam and Thailand, respectively. The first phase of the training will primarily focus on introducing and better understanding the concept of water accounting, its components and approaches. Participants will also work with tools such as REWAS and Follow the Water (developed by FutureWater in collaboration with FAO) to conduct water accounting in agricultural systems at different scales. Through the use of these tools, participants will be able to estimate real water savings at system and basin scale, and also analyze the impact of different irrigation schemes on the overall water availability in the system. The second phase will consist of participants working on the selected basin in each country to develop a detailed water account. Given the data availability and accessibility issues in the region, the participants will learn how to access, process and analyse remotely sensed datasets using Google Earth Engine.

In addition to the trainings, FutureWater will also provide technical inputs for the regional WSP events on water scarcity and highlight the technical challenges of implemeting water accounting and allocation in south-east Asia for the WSP High Level Technical Meeting to be held in June 2024.

Looking at global climate change patterns and its increased pressure on natural resources, West African countries like Ghana will be hit very hard. In particular, agriculture, which is the largest water user in Ghana, will be affected by high temperatures and changes in the variability of rainfall. This variability in climate makes crop production and yield more uncertain, as well as farm income. The periods of droughts in Ghana are getting longer and there is increased pressure on water availability from the river basins due to climate change, putting many people and farmers in risk of having too little water. Therefore in this project, we will develop and pilot in the field an innovative tool that will significantly enhance water security in Ghana by reducing the quantity of water needed for irrigation per hectare (up to about 40% less of current water use).

To support the Ghanaian farmers in making the transition to a water secure future, they expressed a need for locally adapted, climate smart irrigation technologies and innovative advice to improve their irrigation practices. To develop such a smart irrigation service, FutureWater is working together with knowledge institute TU Delft, horticulture company Holland Greentech, and social enterprise TAHMO to develop this innovative tool and implement it in the field. This smart irrigation service should be able to translate various weather parameters and data (historical but also real-time data) into crop specific irrigation advice in volumes, but also in minutes for small-scale farmers. The unique and innovative part of this smart irrigation service, called SOSIA+ (Small-scale Open source, Satellite based Irrigation Advice), will be the algorithm to provide advice on how many minutes a farmer should irrigate a specific crop – based on the combination of the TAHMO local weather data and real-time data (normally not taken into account), that will be tailor-made for small scale farmers (normally these services are only for large scale farmers while the predominant type of farmers in Ghana are small scale) and is linked to the innovative drip irrigation systems that Holland Greentech Ghana already sells to farmers (so closely linked to an existing customer base of farmers and a product).

SOSIA+ will initially focus on the city of Kumasi and the Ashanti region, targeting more than 500 farmers and a growing population of more than 4 million people that needs to be fed and are affected by the changing weather patterns and increased water demand. In the long-term, the goal is to transform the horticulture sector in Ghana towards a smart and sustainable practice. By developing the Irrigation Advisory Tool, we can prevent over-irrigation to reduce water use and hence work towards the desired situation of sustainable food production and water security. This project will focus on gathering better weather information, piloting an innovative irrigation tool that is linked to a drip irrigation system to reduce water losses and implement this in the field with lead farmers. This will change the current traditional practices of the farmers leading to less water and energy losses, hence increasing availability of water and the sustainability of food production in light of climate change.

Earlier this year FutureWater and Holland Greentech developed a very first draft of the irrigation advisory application ‘SOSIA’ for Rwanda, with promising results. As one of the main problems in many African countries is that there is no ground network of weather stations, making it very difficult to efficiently manage water resources or generate weather forecasts that are localised and essential for food production, the initial SOSIA project used satellite remote sensing data to overcome this problem. But given the rapidly changing weather patterns due to climate change, the collection of ground data is also essential. This is why TAHMO has been set-up to develop a dense network of weather stations all over Africa and using their data will be very valuable to use for the irrigation tool.

The video below gives a brief summary of the tool created in the previous SOSIA project.

Momenteel vertrouwen boeren op weersvoorspellingen en adviezen die ofwel algemeen zijn voor een bepaald, vaak groot, interessegebied, of sterk aangepast zijn aan de behoeften van de boeren (bijv. door grootschalige atmosferische variabelen te combineren tot synthetische parameters van belang). In beide gevallen zijn dergelijke voorspellingen en adviezen vaak helemaal niet gebaseerd op waarnemingen die zijn verzameld op of rond de beoogde landbouwgebieden, of zijn ze beperkt tot traditionele waarnemingen die uitsluitend worden verstrekt door weerstations, zonder gebruik te maken van de volledige reeks metingen en waarnemingen die beschikbaar zijn via Europese ruimtevaartmiddelen (bijv. Galileo GNSS, Copernicus Sentinels) en op radar gebaseerde gegevens vanaf de grond.

De doelstellingen van MAGDA gaan verder dan de huidige stand van de techniek door te streven naar de ontwikkeling van een modulair systeem dat door eigenaren van grote boerderijen rechtstreeks op hun locatie kan worden ingezet. Dit systeem voedt continu waarnemingen aan speciale en op maat gemaakte weersvoorspellings- en hydrologische modellen, waarvan de resultaten worden weergegeven via een dashboard en/of binnen een boerderijbeheersysteem.

FutureWater leidt de irrigatieadviesdienst van MAGDA, waarbij gebruik wordt gemaakt van hydrologische modellering met behulp van SPHY (Spatial Processes in Hydrology). De verwachte output bestaat uit een operationele irrigatiedienst die advies biedt over wanneer en hoeveel te irrigeren op bepaalde momenten tijdens het groeiseizoen, met gebruik van verbeterde weersvoorspellingen als invoergegevens.

Tijdens deze taak zal het SPHY-waterbalansmodel worden opgezet voor drie geselecteerde demonstratieboerderijen in Roemenië, Frankrijk en Italië. Tot slot zal het irrigatieadvies worden gevalideerd aan de hand van prestatie-indicatoren (bijv. waterproductiviteit, gewasopbrengstanalyse, efficiëntie van watergebruik) met behulp van veldgegevens (bijv. weerstations, vochtigheidssensoren, metingen van gewasbiomassa).

Watervoorraden over de hele wereld staan onder toenemende druk. Onder andere factoren zoals klimaatverandering, stijgende vraag naar voedsel en energie, en verbeterende levensstandaarden hebben geleid tot een zesvoudige toename in wereldwijde wateronttrekkingen in de afgelopen eeuw, met aanzienlijke gevolgen voor de waterkwaliteit en -beschikbaarheid, de gezondheid van ecosystemen, biodiversiteit en sociale stabiliteit.

Door watermodellen te verbeteren en te koppelen aan modellen uit sectoren zoals landbouw en energie, biodiversiteit of sedimenttransport, streeft het SOS-Water-project ernaar de basis te leggen voor een holistisch beoordelingskader voor watervoorraden op verschillende ruimtelijke schalen. Gebaseerd op vijf casestudies van stroomgebieden in Europa en Vietnam – het stroomgebied van de Júcar in Spanje, de regio van de Boven-Donau, de delta’s van de Donau en Rijn, en het stroomgebied van de Mekong – zal een interdisciplinair team van onderzoekers van tien instellingen uit acht landen een multidimensionaal SOS voor water ontwikkelen. Dit kader zal de beoordeling van terugkoppelingen en afwegingen tussen verschillende dimensies van het watersysteem mogelijk maken en helpen bij het aanpakken van dringende mondiale, regionale en lokale uitdagingen.

Naast het verder ontwikkelen van geavanceerde watersysteemmodellen, zal het project een uitgebreide set indicatoren ontwikkelen om de milieukundige, sociale en economische prestaties van watersystemen te beoordelen en te monitoren. De deelnemende onderzoekers zullen samenwerken met regionale en lokale autoriteiten, vertegenwoordigers van watergebruikers, niet-gouvernementele organisaties en burgers om toekomstscenario’s en waterbeheerroutes gezamenlijk te creëren. Door de waterplanning op verschillende niveaus te stroomlijnen, kan worden gegarandeerd dat de watertoewijzing tussen samenlevingen, economieën en ecosystemen economisch efficiënt, sociaal rechtvaardig en veerkrachtig tegen schokken zal zijn.

In samenwerking met projectleider IIASA en partners zoals Universiteit Utrecht en EAWAG, is FutureWater verantwoordelijk voor verschillende taken binnen het werkpakket dat erop gericht is de bestaande technologieën voor aardobservatie te verbeteren om de prestaties van watersystemen te monitoren. Nieuwe toepassingen zullen worden ontwikkeld en getest in de context van de SOS-Water-casestudies van de stroomgebieden van de Mekong en Júcar.

Voor meer informatie over het project kunt u de officiële website bezoeken.