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Freie Universität BerlinDepartment of Earth SciencesPhysical GeographyWorking Group Schütt
Assessment of Landscape Sensitivity of the semiarid Krom AntoniesRiver Catchment, Western Cape, South Africa
Norbert Anselm
The Krom Antonies Catchment
I It is semiarid (x̄ = 490mm) with reliable winter rainfalls.IThe catchment is characterized by agroindustrial fruit andvegetable production – mostly grapes and potatoes.
IThe stream’s lower course is seasonal, the upstream tributariesare perennial. Round-the-year water availability is granted byexcessive groundwater pumping and storage.
Figure 1: Overview map of Western Cape and the KromAntonies River Catchment [1, 2].
SPEIThe Standardized Precipitation-Evapotranspiration Index(SPEI)[3] makes use of a simple log-logistic distribution ofDi = Pi − PETi where D is the difference between precipitation(P) and potential evapotranspiration (PET).The more distant from 0 the more extreme the climate event.Values between 1 and −1 are considered to represent normalconditions.
Droughts & Wet Spells
Figure 2: SPEI using a 24 month time scale for a 64 year timeseries. Data Source: [4]IDroughts and humid phasesoccur in cycles.
IThe winter months tend toprevalent above normalrainfalls.
I Very humid phases do notoccur during winter rain.
INo severe droughts areshown on a two-year timescale.
I Light drought conditionsappear in all seasons.
Table 1: Absolute Frequencies.Humid Drought
very light normal light severeJan 2 7 43 12 0Feb 3 6 45 13 0Mar 2 9 40 13 0Apr 0 12 40 12 0May 0 11 41 12 0Jun 0 10 42 12 0Jul 0 13 37 14 0Aug 0 13 39 12 0Sep 1 9 41 13 0Oct 1 8 44 11 0Nov 1 6 46 10 0Dec 1 7 45 11 0
Landuse & Landcover
IMajor fractions (> 2⁄3) are not used.I Intensive agroindustry only in minorshares of the catchment (<3%).
I As a rule of thumb: »The furtheraway from the stream, the lessintensive the water use.«
IOpen Water is exclusively fromartificial water storage dams.
I Pasture, Barren and Fallow are inparts indistinguishable.
IWetland classes always related tothe stream and/or water storagefacilities
I All Forest is man-made.
Open WaterLow Intensity ResidualBarrenEvergreen ForestShrublandOrchards & VineyardsGrasslandPastureFallowWoody WetlandsHerbaceous Wetlands
0
5
10
15
20
25
30
35
40
prop. [%]
Figure 3: Classes after [5]
Magnitude-Frequency-Analysis
The recurrence interval (RI) of daily rainfall values shows alog-linear relationship of the rainfall values (r) and theirdescending rang position (N) [6].
RI =N + 1
r
●
0
500
1000
1500
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000Distance [m]
Ele
vation
[m
]
●Riviera Kromvlei Piketberg
PiketbergMountains
NW SE
Figure 4: Transect of the weather stations across the mountains.
●
●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●0
25
50
75
100
125
Dai
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all [
mm
]
1 7 14 28 50 100 200 365
1 4 7 1013
Recurrence in Years
Recurrence in Days
P = RI −14.85 log10 19.38Riviera
n = 4394 days
●●
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25
50
75
100
125
Dai
ly R
ainf
all [
mm
]
1 7 14 28 50 100 200
1 4 7 9 12Recurrence in Years
Recurrence in Days
P = RI −30.75 log10 34.05Kromvlei
n = 4049 days
●●●
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10
20
30
40
Dai
ly R
ainf
all [
mm
]
1 7 14 28 50 100 200 365
1 3 4 5 7
Recurrence in Years
Recurrence in Days
P = RI −7.58 log10 10.85Piketberg
n = 2282 days
Figure 6: MFA along a Transect. Data Source: [7, 8]
I Piketberg station strongly differs from the others. Rainfallamount is generally lower and less frequently.
IKromvlei and Riviera show similar scales, but differing slopesand intersects reveal spatially heterogeneous rainfall events.
IThe frequencies of rainfalls are much higher than outside thevalley, which is interpreted as a result of orographic rainfallsfrom the Westerlies and the valley’s topographic configuration.
Unit Stream Power Erosion Deposition
USPED [9] makes use of the transport capacity (T) limitation ofsoils and sediments to estimate potential erosion and depositionbased on (R)USLE parameters, via T = LS× K× R× C× P.
Spatial Subfactors
LS (log−scaled)
−10−5
05
101520
Figure 7: SlopeLength & Steepness
K [t ha h (ha MJ mm)−1]
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Figure 8: SoilErodibility
C
0.60.50.40.30.20.1
0
Figure 9: Cover-Management Factor
IMost of the LS values are reasonable, only the extreme values –located in v-shaped valleys and (perennial) streams – cause theLS factor to be exaggerated. LS is processed with the upslopecontributing area (A) and slope (β) – LS = Am(sin β)n.Rill-interrill (m) affects the values extraordinarily (Fig. 11).
IThe eastern mountain range is geologically older and thus moreerodible than the rest. Therefore K values are increased.
I Vast areas are occupied by sparse or patchy vegetation. Thatleads to a generally low protection against erosive rainfalls. Onlysome minor regions in the lower course show favorable values.
Rainfall-Runoff Erosivity
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
R factor [M
J mm
h−
1 ha−
1]
●
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0
10
20
30
40
50
60
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
Dai
ly P
reci
pita
tion
[m
m]
●
●
●
●●
● ● ●●
● ● ●
● x
Figure 10: Daily rainfall distribution and the corresponding Rfactor for Riviera station. Data Source: [7]
Erosion & Deposition
m = 1.6
Krom Antonies 0 5 10 15 20
extreme severevery severe
severehigh
moderatelow
very lowvery low
low − moderatehigh
Share [%]
Deposition
Erosion
Distribution of Classes (m = 1.6)
m = 1.0 m = 1.2
Figure 11: Potential erosion/deposition. Classes after [10, 11]
IThe valley bottom is relatively stable.IThe surrounding slopes are veryprone to erosive processes.
IOvershooting values – especiallyupstream – result from highlyconcentrated streamflow (Fig. 12)and need to be reclassified so thesevalues must be seen as trends.
IThe most determining factor is thetopography. Landuse and sedimentproperties are of minor importance. Figure 12: Stabilized
Gully (N. Anselm 2014)
Conclusions
IThe valley is blessed with a topographically and thusclimatologically favored location.
I Rainfalls occur temporally and spatially highly variable, in partsthey fail. Their erosivity is most of the year negligible – onlyfour months per year the values are excessive.
I Climatic stresses (e.g. droughts) are intrinsic part of thatenvironment.
IOnly very small fractions of arable land are used (ground-)waterintensive. The majority is barren/unused.
IThe main trigger for potential erosion and deposition are thetopography and rainfalls. Using USPED in this environmentreveals LS and the rill-interrill ratio m as extremely sensitive.
References[1] J. J. Danielson et al. Global Multi-resolution Terrain Elevation Data 2010 (GMTED2010). USGS Open
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