Cost benefit analysis of grey and green infrastructures to adapt to sea level rise in the mekong river delta

VIETNAM JAPAN UNIVERSITY PHAM THI OANH COST–BENEFIT ANALYSIS OF MIXING GREY AND GREEN INFRASTRUCTURES TO ADAPT TO SEA LEVEL RISE IN MEKONG RIVER DELTA MASTER’S THESIS Hanoi, 2020... VIET

VIETNAM JAPAN UNIVERSITY

PHAM THI OANH

COST–BENEFIT ANALYSIS OF MIXING GREY AND GREEN INFRASTRUCTURES

TO ADAPT TO SEA LEVEL RISE IN

MEKONG RIVER DELTA

MASTER’S THESIS

Hanoi, 2020

VIETNAM JAPAN UNIVERSITY

PHAM THI OANH

COST–BENEFIT ANALYSIS OF GREY AND GREEN INFRASTRUCTURES TO ADAPT TO SEA LEVEL RISE IN  MEKONG RIVER DELTA

MAJOR: CLIMATE CHANGE AND DEVELOPMENT

CODE: 8900201.02QTD

RESEARCH SUPERVISOR:

Associate Prof. MAKOTO TAMURA

Hanoi, 2020

I   assure   that   this   thesis   is   the   results   of   my   own   research   and   has   not   beenpublished. The use of other research’s result and other documents must comply withregulations. The citations and references to documents, books, research papers, andwebsites must be in the list of references of the thesis. 

AUTHOR OF THE THESIS

PHAM THI OANH

TABLE OF CONTENTS ii

LIST OF TABLE iv

LIST OF FIGURE v

LIST OF ABBREVIATIONS vi

ACKNOWLEDGMENT vii

CHAPTER 1. INTRODUCTION 1

1.1 The necessary of the research 1

1.2 The research questions and hypotheses 2

1.2.1. The questions of research 2

1.2.2. The hypotheses of research 2

1.3. Research objectives and tasks 2

1.3.1. Research objectives 2

1.3.2. Research tasks 3

1.4. Scope of the research 4

1.5. Research Methods 4

1.6. Framework of the Master’s thesis 5

1.7. Overview of research in Vietnam and international 5

1.7.1. Climate change and climate change impact 5

1.7.2. SLR and SLR impact in the 21 st  century 6

1.7.3. Adaptation strategies 8

1.7.4. Model assess the SLR impact and adaptation effectiveness 12

1.7.5. MRD natural condition 14

1.7.6. SLR impact in MRD 15

1.7.7. Adaptation strategies in MRD 17

1.7.8. Research gap 18

CHAPTER 2. METHODOLOGY 20

2.1. The history of CBA and reasons for CBA 20

2.2 Outline the methodology 22

2.3 Cost­benefit analysis model 22

2.4 Data 27

2.4.3. MRD data 32

2.5 Estimate costs of adaptation options 32

2.6 Estimate benefits of adaptation options 33

2.6.1. Estimate the economic damage of dryland loss can be avoid 33

2.6.2. Potential affected population by SLR 34

2.7 Applying ArcGIS software 34

2.7.1. Data preparation 34

2.7.2. Data analysis 35

CHAPTER 3. RESULTS 37

3.1. Socio­economic damage of SLR without adaptation 37

3.1.1. Identify the inundation area 37

3.1.2. Population at risk from SLR 39

3.1.3. The economic damage without adaptation 41

3.2 The economic loss in the different adaptation scenarios 44

3.2.1. The potential inundation area with adaptation 44

3.2.2. The economic damage with adaptation 46

3.3 Cost of adaptation options 46

3.4 Cost benefit analysis of mixing grey and green infrastructure 49

3.5 Comparison of mixing grey and green infrastructure with other adaptation option 50

3.6. Sensitivity analysis 53

3.6.1. Change in discount rate 53

3.6.2. Change in width of the mangrove belt 54

CHAPTER 4. DISSCUSSION AND RECOMMENDATION 56

4.1. Summary 56

4.2. Limitation of the research and future work 58

4.3. Recommendation 59

CHAPTER 5. CONCLUSION 61

5.1. Impact of SLR on the Mekong Delta region 61

5.2. Solutions to adapt to SLR 61

REFERENCES 63

APPENDIX 67

Table 2.1: Cost and benefit of adaptation solution to reduce the damages due to inundation by SLR in MRD, Vietnam 26Table 2.3: Data sources and description 29Table 3.1: The unit cost of land use by SSP1­5 44Table 3.2: Unit cost of adaptation options using dikes and mangrove in 2010 

(million US$/m) 50Table 3.3: Present value of the cost and benefit in different option (discount rate = 3%) 53Table 3.4: Change in NPV and BCR in with discount rate = 8% 56Table 3.5: Change in NPV and BCR with discount rate = 10% 56Table 3.5: Present value of the cost and benefit with the change in the mangrove width (discount rate = 3%) 57

Figure 1.1. Structure of the research 3

Figure 2.1: Analytical framework of research 24

Figure 2.2: Cost­benefit analysis model 25

Figure 2.3: The potential inundated area in MRD by SLR in 2100 32

Figure 2.4: World population and GDP in different SSP scenarios (Source: IIASA,  2018) 34

Figure 3.1: The potentially inundated area by land use in MRD in the 2020, 2050,  2100 respectively 39

Figure 3.2: Potentially inundated area due to SLR in MRD in the 21st century 39

Figure 3.3: Land use of potentially inundated areas due to SLR in 2100 in MRD .40 Figure 3.4: The potentially inundated by districts in MRD 41

in 2020, 2050, 2100 respectively 41

Figure 3.5: Total population at risk from SLR in MRD in 21st century 42

Figure 3.6: Economic losses due to SLR in MRD in the 21st century 46

Figure 3.7: Comparison of land use loss due to SLR in MRD with and without  adaptation solution (km2/year) 47

Figure 3.8: The damage cost of SLR with different adaptation option (no discount  rate) 48

Figure 3.9: Net present value and Benefit cost ratio of mixing grey and green  infrastructure 51

Figure 3.11: Cost of adaptation options under SSP1­5 without discount rate 53

Figure 3.12:  BCR in different adaptation options under SSP1­5 55

Figure 4.1. The urgency of coastal protection 62

LIST OF ABBREVIATIONS

BCR: Benefit Cost Ratio

CBA: Cost Benefit Analysis

CPMD: Coastal Protection for the Mekong Delta

IPCC: Inter­governmental Panel on Climate Change

MRD: Mekong River Delta

MONRE: Ministry of Nature Resources and Environment 

NPV: Net Present Value

RCP: Representative Concentration Pathway

SSP: Share Socio­economic Pathway

I would like to express my respecting to Assoc Prof Makoto Tamura whointroduced me to this exciting topic and supervising me during this time My thanksalso go to Dr Nguyen Van Quang for his comments during this thesis work Theircomment and essential enabled me to complete this study on time My warm thanksalso go to members of the Master of Climate Change and Development office fortheir relentless supporting during this time Finally, my grateful acknowledgment to

my friends and family for their recommendations, suggestions and supportive of mystudy in VJU

50% of this area will be completely inundated. It is very influential that more than

20   million   people   living   here   and   their   livelihood,   living   standards   and   socialwelfare may be affected. It is necessary to identify the physical damage, economicdamage and other factors for choosing the appropriate adaptation solution

Because the  SLR  impact is uncertain, in  conjunction with  socio­economic

SLR to the mainland. At present, there is little study focusing on the impact of SLRtaking the socio­economic scenarios, especially in the MRD region – the 3rd largestdelta in the world. Therefore, this study was conducted to fill the research gap and

to contribute information for choosing an appropriate adaptation solution for thisarea

1.2 The research questions and hypotheses

1.2.1 The questions of research

This study has the main objective of answering the question “Can mixinggrey and green infrastructure be a good solution to adapt to SLR in MRD?”

To   answer  the   central   research   question,   the   research   address   to   answerfollowing questions:

Question   one:   What   is   the   area   inundated   due   to   SLR   in   the   Mekong   deltaespecially with large­scale land use areas?

Question three: How much the cost of the damage of the land loss due to SLR?Question four: What is the effect of mixing grey and green infrastructure by CBA?Question five: Does mixing grey and green infrastructure has more effectivenessthan other adaptation option?

1.2.2 The hypotheses of research

The hypothesis is mixing grey and green infrastructure has the greater benefitthan   the   cost   to   set   up   this   system   (the   highest   effective   compare   with   otheradaptation option) and it can be a good way to apply in MRD to adapt to SLR. 1.3. Research objectives and tasks

1.3.1. Research objectives

To answer these research question, my research objectives are:

use type and administrative area based on SLR scenarios

 Objective two: Evaluated and estimated the potential impact of SLR in MRD

by the value of land loss and the population affected based on the differentsocio­economic scenarios in 21st century?

­ Literature review: conduct a search and review of national and internationalstudies on the topic of the impact of SLR and analyse adaptive solutions, therebyidentifying research gaps and addressing issues that the research will focus onsolving

­ Set up the theoretical framework and practical framework: after the  literaturereview, the establishment of a theoretical basis and the adaptation solution havebeen applied to adapt to SLR for conducting the impact assessment of SLR andevaluate the effectiveness of adaptation solutions in MRD

­ Carry out evaluation and estimation of damage caused by SLR by identifyingthe economic and social impacts of SLR to the Mekong Delta region

Literature

review

Set up the  theorical  framework  and  analytical  framework  for the  research

Assess and estimate the socio- economic damage of SLR in MRD

Calculate the cost of the mixing grey and green infrastruct ure when apply in MRD

Apply benefit analysis to get the most effective adaptation option for MRD

cost-­ Assess the costs of mixing grey and green infrastructure to adapt to SLR inMRD.

­ Cost  benefit  analysis:  Based on  the results from  previous  step, benefit  costanalysis is conducted to evaluate the effectiveness of mixing grey and greeninfrastructure

1.4. Scope of the research

In general the research tries to assess the impact of SLR in MRD aiming tocalculate the effectiveness of the grey and green infrastructures.  On the other hand,

to confirm the effectiveness of mixing grey and green infrastructures, the researchwill also compare this solution with other solutions including current applications. 

­ In terms of content: The study will focus on estimating the damage value of dryland loss due to the impact of mean SLR, and estimate the population affected

by this impact does not include other impacts such as SLR to coastal and marineecosystem service, infrastructure and economic activities. The effects of localextreme events are not within the scope of this study

­ For adaptation  measures,  the study  will focus on  analysing  the  effective  ofmixing grey and green infrastructure and after that compare the effective ofitself   with   other   adaptation   solution   including   the   current   adaptation   wasapplying in MRD. Currently, the Mekong Delta is applying the solution to buildsea dikes in combination with mangrove to protect the mainland from the effects

of SLR. The study will compare this solution with the solution of lifting andconstructing concrete dikes and alternating concrete dikes and mangrove in thecoastal areas of the Mekong Delta

­ In terms of time: The study will evaluate the impact of SLR in the 21st centuryunder the SLR scenario provided by Tamura et al., (2019) and socio­economicdevelopment scenarios SSPs (Share Socio­economic Pathway). The study doesnot apply forecasts for longer time periods due to the volatility and uncertainty

of the above factors

­ Regarding the scope of space: The scope of the research space of the topic is theregion   of   the   Mekong   Delta   of  Vietnam,   including   13   provinces   and   citiesdirectly under the region as prescribed by the Vietnam government.

1.5. Research Methods

­ Methods   of   collecting   information:   The   study   was   conducted   based   onsecondary data gathered based on articles and reports of the Government ofVietnam and international organizations for SLR impact analysis to the MekongDelta and estimate the cost of implementing adaptation measures

­ Methods of data analysis: The thesis uses the benefit cost analysis method toevaluate the effectiveness of mixing grey and green infrastructure

1.6. Framework of the Master’s thesis

Figure 1.6: Logical framework of the researchFigure 1.6  presents the logical framework of the research. To estimate theSocio­economic impact of SLR in MRD, the inundation area will be identified byapplying   GIS   The   potential   dryland   loss   and   the   population   affected   will   beevaluated by different Socio­economic scenarios. Next, adaptation options – mixinggrey and green infrastructure will be applied to reduce the inundation damage.Finally,   the   effectiveness   of   the  mixing   grey   and   green   infrastructure   will   beassessed by applying CBA in the various socioeconomic scenarios. 

1.7.1. Climate change and climate change impact 

Climate change is the global issue in 21st century. It was defined as “a change

in the state of the climate that can be identified (e.g., by using statistical tests) bychanges in the mean and/or the variability of its properties and that persists for anextended period, typically decades or longer.”  (Field et al., 2014). The recorded

century. It was shown on these evidence: the rise of the global mean temperature,the warming of the oceans, the reduction of the ice sheets in the Greenland andAntarctic, the retreating of the glacial around the world, the decreased of snowcover in the Northern Hemisphere, the rising of the global mean sea level, theincreasing of the extreme events, etc. 

The global warming is the main reason of climate change caused by thegreenhouse effect. However, there is high agreement that the human activities arethe main reason which maximizes the greenhouse effect causing the rising of globaltemperature   and   the   rapid   climate   change.  This  process   is   immutable   and   willimpact for the continues centuries. 

The impact of climate change is happening which is significantly affectedboth on human and environment in global scale. It is expected to continue andintensify in the future. One of the worst impact of climate change is that the melting

of the ice sheet at the poles causes an increase in the average sea level leading to theinundation   risk   in   the   coastal   areas,   especially   some   areas   may   disappearcompletely. Climate change also increases the appearance of the extreme event such

as drought, flooding, hurricane or storm. Moreover, it also has strong effect on theenvironment, ecological balance, causing biodiversity loss and destroying the foodchains. These impacts will create the economic damage and social unrest, especially

in the developing countries. Therefore, it is necessary to reduce the effect of climatechange. 

1.7.2. SLR and SLR impact in the 21 st  century

SLR is one of the main results of climate change. Although it is changingduring the history of Earth, it becomes faster than the previous history under theimpact of anthropogenic climate change. Since the 1990s the average global sealevel has increased 3mm/year and is still rising during the 21st century (Field et al.,2014). Until the last 21st century, the global mean sea level may rise 0.3­1.2m underusing the different RCPs scenarios  (Kopp et al., 2014)  and 0.28­1.31m with thedifferent concentration scenarios (Mengel et al., 2016). According to the IPCC AR5(Field et al., 2014), the global mean sea level has increased 5m during the last 3million years and still increasing. It is predicted that global mean sea level will rise26­82cm   at   the   end   of   this   century  Jevrejeva   et   al   (2016)  also   estimate   thatmedium SLRs may continue up to 52­63cm with the global temperature rise 1.5­2°C by 2100 respectively. On the other hand, Nauels et al. (2017) has estimated that

in 2081­2100 the mean sea level will rise 5­19mm per year based on each ShareSocioeconomic Pathways scenarios (SSPs). This phenomenon is caused by threemain reasons under impacts of climate change: thermal expansion, melting glaciersand loss of Greenland and Antarctica’s ice sheets. 

It is a challenge to identify the direction socioeconomic impact of SLR oncoastal   area   The   impacts   depend   on   the   “geologic   setting   and   physical   andecological processes operating in that environment”  (FitzGerald et al., 2008). Itdoes not only affect the change of coastal habitat but also inland, causing extremeweather events such as storms or floods to become more frequently and stronger. Inaddition, it may also lead coastal soil erosion, aquifers and saline agricultural land,reducing the habitat of coastal flora and fauna. These impacts are the main causesaffecting human activities in the coastal area, forcing people to migrate to otherareas causing economic and social instability. It may lead to the changes in land usewhen the area of land is narrowed, cause of the economic conflicts and social unrest(Goldemberg et al., 2000; Field et al., 2014)

Asuncion & Lee (2017) pointed out that SLR will be impacted by economicgrowth,   migration,   and   tourism   European   Climate   Research   Alliances   hasmentioned that SLR will be a threat to human and infrastructure in the coastal areawhich  is  in   the  low­lying  coastal  regions­living  area  of  10%  world  population(about   0.7   billion   people)   Moreover,   it   also   has   impacts   on   the   biodiversity,ecosystem and creates a more extreme events such as flood, inundation, storm orhurricane  Mimura (1999)  showed the vulnerabilities of island nations in SouthPacific to SLR. Inundation and flooding can have a major impact on these countrieswhich is located in the low elevation, leading to changes in population growth andmigration of small islands to bigger islands for less risk. These areas need to focus

on climate change adaptation solutions rather than mitigation. Ericson et al. (2006)has conducted an analysis on the effects of SLR on 40 river deltas in the world. Theresults suggested that SLR could be a major cause of flooding and erosion in thesearea that will affected on 8.7 million people and 28,000 square kilo meters of plain

by 2050. FitzGerald et al. (2008) focused on the inundated impact by SLR to theisland and low land area, especially in the large river delta or high populationdensity. Neumann et al. (2015) estimated the total population in the coastal area inglobal scale and the number of people likely to be affected by the sea level in thefuture. The results show that the number of population exposed by SLR increases inproportion to population growth in coastal areas, of which Vietnam is one of thecountries   with   the   highest   total   population   in  this   area   Besides   that,   the   totalpopulation facing with SLR might be one of the highest countries in Asia alongwith China, India, Bangladesh, Indonesia in 2060

The cost of damage by SLR in the coastal area is an important element tocalculate   the   total   damage   of   climate   change   in   the   future,   contributed   to   thedesigning and choosing climate policy (Asuncion & Lee, 2017). 

1.7.3. Adaptation strategies

The   concept   of   adaptation   mentioned   by   the   IPCC   in   its   first   reports(McCarthy   &   IPCC,   2001)  is   defined   as   “adjustments   in   human   and   natural

on   different   subjects   will   have   different   adaptation   measures  (Nicholls,   2015)mentioned that adaptation to SLR should include activities that adapt to moderateand   extreme   increases   He   also   pointed   out   that   the   current   major   adaptationactivities focus on responding to events and disasters rather than forecasts for along­term, active adaptation plan

Adaptation strategies can be divided into three main ways (IPCC, 1990;Bijlsma et al., 1996; Klein, 1999;Linham & Nicholls, 2010):

 Retreat   ­  all  the   human  system   is  driven   deep   into   the   land  throughchanging plan, develop policies and migration activities

 Accommodation   ­   mitigate   impacts   by   adjusting   human   activities   incoastal areas through land use changes, early warning systems, flood andinsurance adaptation measures

the impact of SLR. These protect strategies can be hard infrastructure orsoft armouring

The adaptation strategies should not only focus on the initial impacts but alsocarry out the potential impact in the future. On the national or local scale, it isnecessary  to consider the  complex interaction  between  humans  and  the naturalsystem   on   the   coastline   Therefore,   it   is   essential   to   ensure   the   long­termeffectiveness and to consider carefully

Based on the main solutions to adapt to SLR, many studies have been carriedout on a global and regional scale to calculate the feasibility of each solution inpractice.  Hallegatte et al.,  (2013)  suggested that adaptation measures should beapplied and upgraded to achieve the goal for  minimizing the potential adverseimpacts of SLR in the future. In fact, the SLR repute is heterogeneous across areas

due to topographic conditions, other factors such as erosion and local wave model(Gornitz,   1991)  Klein   &   Nicholls   (1999)  confirmed   the   complexity   and   thenecessary for many solutions to adapt to SLR in coastal areas. To date, the previousstudy   in   national   and   local   scale   in   European   countries   revealed   the   higheradaptation cost in the higher level of risk or very high adaptation standard. There is

a large number of published studies (e.g.Diaz, 2008; Hinkel et al., 2010 ; Lincke &Hinkel, 2018) confirmed the effectiveness of protection solution to adapt to SLR.For some developing countries, adopting adaptation solutions in equivalent to those

of the Netherlands or the Gulf of Mexico is not affordable (FitzGerald et al., 2008).For some areas, the only solution to adapt to SLR is to retreat from low­lyingcoastal areas to higher areas. 

Indeed,   adaptation   strategies   are  often   aggregated   from   more   than   oneapproach, and most assessments currently focus on retreat or protection withoutconsidering accommodation

The protection strategies have been used for a long term to minimize theimpacts of flooding due to the increase in the water of rivers or storm surge. Theycan be applied in various options such as hard engineering techniques such asseawalls,  breakwaters, or revetments. In recent years, there is a new trend focusing

on biological solutions like using natural protection which can  bring more naturalbenefits than traditional hard infrastructure solutions. It also has shown the effectswithout  disturbing  the  natural  coastal   environment   throughout  our  developmenthistory. The subtropical and tropical regions have emphasized the current trend ofprotecting and restoring coastal mangrove to the impacts of nature and humans. 

Grey infrastructures are defined as artificial constructions and structures such

as   embankments,   reservoirs,   canals,   etc  which   have   built­in   the   river   basin   orcoastal areas (Browder et al., 2019). To adapt to SLR, the grey infrastructure can beapplied in the coastline including sea dikes, seawalls, groins, and other structure. 

In which, the sea dike is a rigid coastal barrier that has been establishedalong the open coast and is widely applied in the Netherlands, East Asia, and part ofNorth America. On the open coast, sea dike is always the first choice to protect thisarea. The material of the sea dike can be artificial or natural materials consisting ofearth   In   addition,   some   countries   had   made   use   of   it   for   multifunction   TakeNetherlands as an example, the sea dike also as a road or highway. 

Moreover,   grey   infrastructure   has   played   a  major   role   in   protecting   andminimizing the impact of floods. Nevertheless, its weaknesses are shown whenimplementing   climate   change   reduction   goals   and   achieving  sustainabledevelopment. The development of grey infrastructure is easy to ignore and harmnatural   ecosystems,   especially   having     negative   impacts   on   the   area's   habitat,increasing the risk of erosion and changes during sediment deposition in coastalareas (Cheong et al., 2013). They are also not flexible to adapt to the rapid change

of climate and natural conditions. The frequency and intensity of extreme weatherevents   have   been   forecasted   to   increase  lead   to   the  higher   requirement   onconstruction standards of grey infrastructure which can  increase  construction andmaintenance   costs   Some   developing   countries   cannot   afford   to   apply   greyinfrastructure and retreat from the low elevation coastal zone to the higher area isthe only solution (McGranahan et al., 2007)

This issue presents a challenge that needs to be addressed and proposed amore suitable solution to replace the grey infrastructure to adapt to SLR. 

Green infrastructure can be regarded as “living shoreline”­ the application ofthe plants, reefs, sand or natural barriers to reduce the erosion and flooding

Although only recently appearing, green infrastructure is said to not onlybring benefits to coastal areas protection but also have positive impacts on theenvironment and ecosystems as well as the development of economy and benefits tothe economy and society in coastal areas It is built on a foundation that green

to the impacts of rising sea levels including Vietnam (SEI, 2008) Alverson (2012)summarized the benefits of mangrove in protecting coastal areas under the impact

of SLR and extreme weather events such as tsunamis, storm surges. In addition tocoastal protection, mangrove provides other economic resources such as timber,food and medicinal materials (Alongi, D., 2002; Gilman et al., 2008) In particular,

it is assessed as important in conserving biodiversity and increasing the supply ofaquatic resources as well as aquaculture. Furthermore, in some case, the mangroveforest reduces the cost of the hard structure in the undeveloped coastline. The mostimportant is mangrove forest can raise the forest floor to cope with the increase insea level   (Krauss et al., 2014)  Menéndez et al.,  (2020)  point out the benefits ofgrowing mangrove to protect coastal areas from the effects of SLR on a globalscale. The results also show that Vietnam is one of the countries that benefit mostfrom the mangroves such as flood mitigation from SLRs. In order to perform wellthe protection functions, mangrove forest depends on environmental factors such assediment, mangrove forest type and regional topography (Beck et al., 2018). 

However,   mangrove   also   face   damages   from   SLR   Gilman   et   al.(2008)asserted that SLR can be a threat to coastal mangrove systems because sea levelmay rise above the average elevation of the mangrove surface (Godoy & Lacerda,2015) illustrated that coastal delta areas with low terrain have exposed to the effects

of SLR and tend to landward, particularly in some low­lying area as Pacific and theCaribbean oceanic islands and some constrained coastlines In recent year, the rapidSLR is destroying the mangrove system (Ellison & Zouh, 2012; Albert et al., 2017)and is also slowing down the growth of the mangrove forest (Krauss et al., 2014) Inthis context, one of the limitations of the green infrastructure is cannot be widelyapplied and need to be carefully considered

of mixing grey and green infrastructure, which applied a combination of sea dikesand mangrove to adapt to rising sea levels in Vietnam. In particular, mangrove isused as the first protection system to defend the land from erosion and storm surges

On the other hand, Tamura et al. (2018) propose to use mangrove as sea dikes andcombined   with   the  concrete   dikes   to   apply   to   the   coastal   areas   of   Vietnam.Preliminary results show that this solution can be more beneficial than the cost ofthe system and be more effective than the application of traditional concrete seadike system. Browder et al. (2019) defined that green infrastructure is the strategy

to preserve, restore  and enhance elements of the natural system to perform  itsfunctions and combine with grey infrastructure to get more benefits and reduce thecosts

1.7.4. Model assess the SLR impact and adaptation effectiveness

Since   1991,   IPCC   has   suggested   Common   Methodology   to   assess   thevulnerability of coastal area to SLR (IPCC CZMS, 1992). This method has beenwidely applied to assess the vulnerability to SLR in global and national scale (Klein

& Nicholls, 1999; Hoozemans et al, 1993; Basee, 1995). Seven indicators werechosen to assess the impact of SLR including:

- The   people   directly   affected   by   SLR   due   to   the   adaptation   solutionaccompted in the previous indicator.

Common Methodology is  an  effective  method that support to increase theknowledge about the climate change and SLR impact. However, it also has beenfound the limitation such as do not focus on the change of socioeconomic response

to SLR or mainly concentrate on economic factor. To fix these issues, it has beenimproved and represented in Technical Guidelines for Assessing Climate ChangeImpacts and Adaptations in 1994

One of the most common applied models for analysing the impact of SLRand adaptive solutions is the Dynamic and Interactive Vulnerability Assessment

number of European research institutes and can be applied from the international toglobal scale.  The main function of the model give assistance to assess the economicdamage of SLR and the effectiveness of solutions such as upgrading of dikes ornourishing beaches for coastal areas. Up to now, several studies found that theexpected damage by SLR is greater than the adaptation cost  Hinkel et al.,(2010,and subsequently) has applied it to calculate sea level damage as well as adaptation

al., (2016) also estimated the economic damage cost by SLR will reach 2.8% ($27trillion) of global GDP in 2100 and in upper­income countries the cost of damagewill be up to 8% with the contributed from China and more expensive than highincome countries. 

Another model applied to calculate SLR and adaptation effective is CoastalImpact and Adaptation Model (CIAM) has been applied for analysis on local scaleprovides a more specific result of local impact and direct cost. (Barnard et al., 2019;Tamura et al., 2019) also set up a model to assess the economic loss by SLR in theglobal   and   regional   scale  These   studies   have   argued   that   the   costs   of   set   upadaptation solution are less expensive than the damage caused by SLR

MRD is at the end of Mekong basin, it has total area about 4,058,046 haincluding 13 provinces and cities: Long An, Tien Giang, Vinh Long, Ben Tre, BacLieu, Ca Mau, Dong Thap, Tra Vinh, Can Tho, Hau Giang, Soc Trang, An Giang,and Kien Giang. The population density in 2019 is 423 people/km2, higher than theaverage population density in nationwide. The MRD plays an important role insocio­economic development and ensure for food security for the whole country.MRD contributed   53% of rice productivity, 65% of aquaculture productivities,75% of fruit productivities and more than 90% export rice productivities in the totalagriculture value. 

MRD is a flat delta with the average height is 0.7 to 1.2m except for somearea in An Giang province. The terrain change from the Cambodia border from 2.0– 4.0 meters to 1.0 – 1.5 meters in the centre of the delta and in the coastal area, theterrain mainly from 0.3 – 0.7 meters. With low elevations, the impact of SLR in thisarea becomes more serious. (Syvitski, J. et al., 2009) shown that the Mekong riverdelta is vulnerability to the sea level rise while almost of the surface area is belowthe mean sea level. 

The main livelihood in this area is agriculture, especially rice production.This activity is highly dependent on natural conditions and has some appropriateadjustments to adapt with different natural condition in each province. The mainproduction   models   are   two   crops   of   winter­spring   and   summer­autumn   rice,producing three rice crops in areas with favourable conditions. In coastal areas,there is a model of rice­growing combined with shrimp farming. The coastal areahas   a   system   of  dikes   and   sluices   to   prevent   saline   intrusion   to   control   salineintrusion in the dry season. 

1.7.6. SLR impact in MRD

The Mekong Delta is facing the effects of rising sea levels. However, underthe influence of climate change, these impacts occur faster and cause more damage

Due to the natural conditions of swung flat plain with low average elevation,Mekong Delta faces a high risk of flooding under the impact of SLR. At present, theMekong Delta is under the influence of high tide, under the impact of the high tide,the outer area of  the dike covers the provinces of An Giang, Kien Giang, HauGiang, Dong Thap, Long An, Tien Giang, Vinh Long, Can Tho could be flooded.This area including more than 70,000 hectares of fruit trees and rural road systemsare  usually flooded from 10 to 30cm. During the flood season, the flooded areawidens even more, causing great losses to agricultural production and infrastructure.Moreover, under the SLR scenario of MONRE (2016), with 1 meter SLR, by 2100,nearly 50% of the Mekong Delta area will be below sea level, the severely affectedprovinces of Ca Mau and Kien Giang , Soc Trang, Ben Tre. 

Carew­Reid,   (2008)  has   quantified   the   damage   of   rising   sea   levels   toVietnam   in  21st  century   including   geographic   priorities,   population   affected,poverty, roads, industry, settlements, forests, water bodies, protected areas. He alsofound that the MRD is one of the most impacted economic regions which to 2100,12,376 square  kilometres in the MRD will be inundated, affecting 30% of thepopulation. Especially nearly 1.5 million poverty people in this area also impacted

by SLR. Infrastructure including roads (Soc Trang, Kien Giang, Bac Lieu, and TraVinh) and industrial infrastructure (Long An) will be seriously affected. In addition,

it   also   affects   73.1%   of   all   inundated   settlement   in   MRD   region   and   forest,protected areas and water bodies. 

geographical conditions, land use and future socio­economic development scenarios

of the region. Finally, it is highly recommended that policymakers should focus tofinding adaptation solution for coastal area, especially in MRD

 Erosion 

The coastline of the Mekong Delta fluctuates sharply under the effects ofcurrents  and  waves  There   is  an  alternation  between   erosion  and  accretion  buterosion is predominant compared to natural accretion  (Besset et al., 2019). Theerosion speed is very fast in coastal areas. The Mekong delta lost part of one and ahalf football fields every day between 2007 and 2012 (Anthony et al., 2015). Someareas are strongly affected by erosion such as the east coast of Ca Mau province,Bac Lieu city, Vinh Chau (Soc Trang) and some points in Kien Giang, Tra Vinh,Ben   Tre,  Tien  Giang  Erosion   causes   serious  damage  to  coastal   provinces   andaffects the function and longevity of protection structures against the effects ofocean waves. For example, Ca Mau lost nearly 9000 hectares of coastal protectionforest from 2007 to 2019, and the sea dike in the west side must be reinforced everyyear before the rainy season. According to MONRE, it needs VND 1800 billion tohandle 13 serious landslides in coastal areas of the Mekong Delta. The  Vietnamgovernment also invested VND 3,000 billion in 2 years from 2019 to 2020 tosupport the settlement of landslides in the region

Saline intrusion has occurred at a fast pace in recent years especially in thedry   season   In   2009,   saline   intrusion   70km   deep   inland   through   six   estuariesaffected fifty  three communes of the provinces in the region, causing freshwatershortage and affecting the economic activities of the people. By 2016, the  salineintrusion is considered a historical one when saline intrusion has more than 100kminland, causing serious damage to agricultural production: there is  340,000 ha ineight   coastal   provinces  in  MRD   has   been   affected   when   the  total   damage   toagricultural   production   reaches   VND   244   billion,   and   more   than   400,000households will be affected  due to the lack of fresh water. By the dry season of2019­2020, the saline intrusion is more serious than 2016 when at the beginning of

2020, five provinces in this area had to declare a state of emergency because  of

natural   disasters   when   saline   intrusion   caused   huge  damage  for   agriculturalproduction and lack of domestic water for more than 96,000 households.

Another possible impact is the unusual change of the storm. In the past, veryfew   typhoons   affected   the   Mekong   Delta   region   However,   starting   in   1997,typhoon Linda passed the area and by 2006, typhoon Durion caused severe damage

to the area due to the lack of storm adaptation measures. Under the impact of SLR,storm damage in the Mekong Delta will be even greater and more severe. 

1.7.7. Adaptation strategies in MRD

The coast of the Mekong Delta extends through seven coastal provinces with

a total length is more than 1000 km including the river mouth. Since 2009, theVietnam government is focused on protect the coastal area with the  Decision no.667/QD­TTg to take the adaptation solution and divided into 3 periods: 2009­2012,2013­2016 and 2017­2020 with main objective is to build sea dikes systems fromthe central to the south cooperated with a sluice system. At the present, a nearlycomplete sea dikes system has been built mainly and reinforced with solutions such

as   embankments   and   breakwaters   However,   as   the   recommended   by   CPMD(Coastal Protection MRD) the system needs to be strengthened and upgraded about539km out of 720km of coastline to accommodate the impacts of rising sea leveland other extreme weather events. There are a number of areas where concretedikes   have   been   built   but   they   are   small   scale   accounting   for   a   negligiblepercentage

Constructed   with   the   main   objective   of   preventing   salinity,   protectingresidential areas,  activities of agricultural production and aquaculture inside thedike. The sea dike in the Mekong Delta is mainly earth dike. Dike height is differentdue to low technical standards and it does not cover the entire coastline. Some areasare built spontaneously as in the east coast of Ca Mau province. Despite the annualbudget for construction and repair, the existing dike system still fails to ensure itsfunction. There are areas prone to landslides, which must be reinforced with the

Trang; Go Cong, Tien Giang; or the sea dike in the west of Ca Mau are subsidenceand being flooded by tidal peaks  Although there were plans to renovate, rebuildand improve in 2009, but the project has not been completed and slow progress sofar. It will increase the risk of the impact of SLR on the Mekong Delta in the nearfuture.

The Mekong Delta has nearly 66,000 hectares of mangrove but is unevenlydistributed   and   is   affected   by   both   natural   factors   such   as   SLR   and   economicactivities. Some areas such as  Ba Tri, Thanh Phu, Thoi Thuan (Ben Tre), Bac Lieuhave developed mangrove; some areas have been seriously reduced for  instanceKien Giang, Ca Mau, some areas of Soc Trang and Tra Vinh provinces

In general, the protecting system of MRD are currently uneven, there is notechnical standard applied to the whole region. In addition, these constructions arefacing with the risk of losing protection function due to the impact of SLR andhuman activities

The current sea dike construction plan of the MRD is mainly to upgrade theexisting earth dike system in combination with wave shielding, tidal sluice gatesand   fading   mangrove   to   minimize   the  direct   effects   of   waves   on   earth   dikes.Regarding earth dikes, the goal of the project is to upgrade earth dikes to 3­4 meterheight the east coast  2­2.5  meter  height for the west side area. In addition, someareas have to add protection construction such as T­torch, revetment and outerbreakwaters. Regarding mangrove, the minimum width required for the mangrovebelt is 500m with the goal of minimizing the impact of waves on the dike foot

In 2017, to support the current adaptation, CPMD has been divided the MRDcoastline into seven protected areas, and preliminarily conducted CBA to assess theeffectiveness   of   different   adaptation   solutions   The   results   indicated   that   thecombination of mangrove forest and earth dike have highly effective than other greyoptions. 

Overall, in all study reviewed here, it seems that the SLR studies have beenfocused in recent years due to the dramatical change of climate and average sealevel causing great damage in worldwide. However, because of the current focus,these previous studies still have some limitation as follows:

Firstly, in global scale,  the previous studies only focus on estimating thedamage in global or regional scale or the area which high exposure on populationand economic such as urban area or island nations (Evers & Pathirana, 2018). Thereare   several   studies   focus   on   coastal   plains   where   main   economic   activity   isagriculture,  specifically for the Mekong river delta­the third largest delta in theworld. Although it has the lowest economic value, it significantly contributed toensure food security and to reduce the poverty. 

Second,  the majority of studies have been conducted without consideringfuture socio­economic development scenarios both in global and regional scale. 

Third, in Vietnam, there are limitation research and case studied to value theeconomic loss of real estate by SLR. Similarly, the application of CBA to calculatethe benefit of adaptation solution is mainly rough analysis based on raw data. 

Finally, the current sea dike system is still greatly affected  by  SLR  whenmangrove areas are damaged by the impact of ocean waves and cannot performtheir protective functions like in Vinh Chau Soc Trang. Although the technicalstandard of earth dikes is expected to be 50­100 years, in fact, it is easily affected bysea waves, subsidence or erosion leads to the reduction of the protection function.Moreover, with the current project, the uneven elevation is also a question for theprotection function for the inner area. It is necessary to determine the reasonableheight of the sea dike to protect the whole area of the Mekong Delta.  Therefore,should be confirm the overview standard for the system to apply in reality

socio­economic scenarios. In addition, this study also quantifies the efficiency ofusing   mixing   grey   and   green   infrastructure   to   adapt   to   SLR   for   an   optimaladaptation solution

CHAPTER 2. METHODOLOGY

2.1. The history of CBA and reasons for CBA

In  the beginning,  the CBA based on the ideas of Benjamin Franklin andJoseph Priestley in 1772. Dupuit (1844) developed a method of cost benefit analysisconsidered to be the first in the world (Dobes, 2008). Later, CBA was more widelyused in the early 19th century (Shabman, 1997). Until the early 20th century, CBAwas used in the US to analyse the impact of floods on the Mississippi River. Up to

1930, CBA was applied to the US Flood Control Act and then to the US ArmyCorps   of  Engineers   In  the   Netherlands,   CBA   has   been   applied   to   benefit­costanalysis for the construction of a coastal protection dike system under the influence

of the Southern Sea (The Zuiderzee) since 1901 and subsequently widely used inthe infrastructure construction, water management. After that, it was developed andimproved for other areas such as education, labour market, or health care(Cabinet,2014) (Fritz and Zwaneveled, 2017). In Australia, studies using CBA were carriedout  in  the  late  19th  century  with  the  main  objective  is  calculating  the  cost  ofbenefits for the nation's rail construction project even though the results were notconsidered as an official reference to government decisions  (Cabinet, 2014). InFrance, the theory of CBA was recorded in the 19th century regarding infrastructureappraisal. And since the 1960s, the CBA has been recognized as an effective toolfor appraising public investment and public policy (Pearce et al., 2006)

CBA is now widely used in developed and developing countries. The USgovernment   mentioned   that  cost­benefit   analysis   is   a   “guidance     to   heads   ofexecutive agencies” which “all benefits and costs can be quantified and expressed inmonetary   units,   benefit­cost   analysis   provides   decision   makers   with   a   clearindication of the most efficient alternative, that is, the alternative that generates thelargest   net   benefits   to   society   (ignoring   distributional   effects).”  Although   theeconomic benefit is not the only goal of some policies, CBA is still considered auseful   tool   to   show   its   effectiveness   with   decision­makers   and   the   public   whoreceived it. Therefore, CBA is widely used by the US government on environmentalissues and policy. In developing countries, under the recommendations of the WorldBank, CBA has applied to analyse the impact of different projects, especially inWorld Bank's environmental investment projects (Atkinson & Mourato, 2008).

The   OECD  (Pearce   et   al.,   2006)  has   listed   the   benefits   of   CBA   whencompared to other tools, specifically as follows:

Firstly, CBA provides a re­structured model that not only helps to calculatebenefits  and costs, it  also helps address  the  beneficiary  and  non­beneficiary  toconsider decision­making

Second, CBA also analyses alternatives to achieve set goals

Third, CBA has the ability to help determine the maximum benefits of theproject. Thereby helping to choose the highest benefit option. 

Fourth, with a full analysis, CBA can show the total cost and benefit for thevarious social aluminium profiles of both the beneficiaries and the project affected

Fifth, CBA shows the value of the project at different times when discounted

to the present. Because the value of future money will differ from the present valuedepending on market factors, CBA helps to consider the value of project benefitsand costs in the future when they are returned

Sixth,   CBA   clearly   shows   the   priority   of   the   policy,   it   shows   what   thedecision­maker wants.

From the perspective of environmental economists, the current CBA analysis

is   still   considered   to   be   the   most   reliable   solution   and   the   most   professionaleconomic   tool   to   choose   the   right   adaptation   solution   in   the   right   situation.Uncertainty is overcome by project sensitivity analysis. In the climate economy,there is still a lot of controversy regarding the application of CBA as a decisionanalysis framework that helps provide advisory information to support decisionmaking. However, it is still widely applied in adaptive selection models such asDIVA, CosMos and CIAM due to its benefits when comparing with other methodssuch as Cost­Effective analysis. 

Therefore,   this   research   decided   to   choose   CBA   as   the   main   method   toanalyse the effectiveness of mixing grey and green infrastructure

2.2 Outline the methodology

Figure 2.1 outlines the overall of methodology. First, the SLR scenarios andthe   socio­economic   scenarios   was   collected   in   the   global   scale   and   need   todownscale to apply for MRD. The SLR damage without adaptation was calculated

by three components: the inundated area, the potential population affected and theeconomic damage. The SLR damage with the adaptation of mixing grey and greeninfrastructure   was   calculated   by   the   inundated   area,   the   potential   populationaffected, the economic damage and the cost and benefit of mixing grey and greeninfrastructure. Finally, the effectiveness of mixing grey and green infrastructure wasassessed by CBA. 

Figure 2.1: Analytical framework of research2.3 Cost­benefit analysis model

The CBA model is described in the figure 2.2. The damage of SLR in noadaptation scenarios by primary impact on dry land loss and potential populationaffected in the worst case was monetized by the different socio­economic scenarios.The negative impact of adaptation scenarios was monetized with the different dikeheight scenarios to get the most effectiveness adaptation scenarios. Based on thisresults,   the   cost   and   the   benefit   of   mixing   grey   and   green   infrastructure   wasevaluated. Finally, the effectiveness of mixing grey and green infrastructure wasassessed by CBA. The effectiveness of other adaptation solution will do with thesame model

Step 1: Define the scope of analysis

The first step determines the range of the research. The geographic scope andthe payback period should be identified. These factors may influence the results.This study measures the costs and benefits affecting the socio­economic region of

will set up base on the option: 

“A   concrete   dikes   system   with   4­meter   height   is   built   in   the   areas   withoutmangrove. The mangrove forest can grow in the possible area. The life span ofconcrete dikes is 100 years, the lifetime of mangrove forest is 50 years and thegrowth period of mangrove forests is 10 years before performing its protectionfunction.”

Step 2: Identify the potential impact of the cases

SLR has the strong impact on the costal line and low­lying area such asMDR. The potential direct impact of mean SLR on this area were mentioned in thefifth assessment report of IPCC (2014), specifically:

The economic damage is estimated directly by the object­based approach(Karlsson and Larsson, 2014). In other words, the cost is estimated by multiplyingthe number of affected objects by the corresponding standard value. In particular,the economic damage of inundated area is calculated by multiplying the inundatedland by each land use and the corresponding land price set by the Vietnam’s centralgovernment   The   cost   of   adaptation   option   can   be   calculated   as   the   economicdamage from dryland loss which applying the object­based approach. The value ofthese factors will change over time. There is uncertainty regarding calculating thesefuture values. Therefore, the application of socio­economic development scenarios

is an ability to analyse the sensitivity of the project.  

Step 5: Discount to get the present value

To   determine   the   final   outcome   of   CBA,   converting   the   costs   and   thebenefits in the future is an important and necessary step. The present value of costand benefit could be the sum of all costs and benefits, “present and future with eachyear’s cost and benefit discounted at the selected rate” (UNDP, 2018). The discountrate is important to get the final results especially in the environmental managementand climate change case and also raise the question of which discount rate value isappropriate for the project  (Saez and Calatrava, 2006). The costs and benefits in thefuture may decline in high discount rate. In contrast, the results are greater in low

discount rates. The present value of cost and benefit of the project at time t with the discount rate r is calculated using the following formula:

The final result of CBA is the difference between the costs and benefits ofthe project and can be expressed in three ways:

 Net  present  value  (NPV)  is  the   difference  between   the  present  value   ofbenefit and cost

      NPV = PVB ­ PVC

When NPV> 0 that is the benefit is larger than the cost and the project can beaccepted. In the case of multiple compared projects, the project in which the largestNPV will be selected

The benefit­cost ratio (BCR) is the ratio of benefit to cost of the project. Aproject with a BCR greater than one is acceptable

The internal rate of return (IRR) is the value of the discount rate at which thenet present value of the project is zero or the present value of the benefit is equal tothe present value of the cost. If IRR is higher than the rate of return on alternativeinvestment, the project can be accepted

Step 7: Perform expected value and/or sensitivity analysis

Some variable factors of CBA can be uncertain than others. Applying asensitivity analysis can identify the level of the impact of factors to the final results

It might be useful to identify the important factors that can be further assessed to getmore precise results. This analysis provides more information when consideringproject options before proceeding. The basis of a sensitivity analysis is consideringimpacts of the change in the discount rate on the output of CBA. 

The selection of the discount rate has been instrumental in conducting costbenefit analysis. Both TBCS (2008) and ADB agree that the discount rate should bedetermined between 3 to 7 percent based on the project and its length. Zhuang et al.(2007) mentioned that developing countries should use the interest rate of 8% orhigher rate due to the risk and uncertainty of the projects in these countries. TheAustralian Government has proposed a discount rate from 3% to 10% of which 8%

is used to calculate on the long­term project to ensure profitability comparing withthe private project

 In private sector, as the opportunities cost assessment, the rate of 3% and10% are used to calculate the sensitivity of the analysis. (Vo Thanh Danh, 2012) usethe rate of 3%, 6%, and 10% in their CBA; Coastal Protection for the Mekong delta(CPMD) uses the discount rate of 5%, 8%, and 10% to calculate the cost and benefitcorresponding to each adaptation option based on the different length of the project

As a result, this study will use the discount rates of 3%, 8% and 10% to calculatethe cost and benefit of the dikes system and the sensitivity analysis

2.4 Data 

This   study   is   based   on   secondary   data   including   economic   data   andgeospatial data. These data are considered as accurate, based on official information

of Vietnam government and international organizations such as GIZ for the MRD.Table 2 presents elements and sources of the data

Based on the RCP8.5 of MICROC­

ESM 

MRD land use 

planning to 2020

Shapefile, polygon

Land use classes

Ministry of Agriculture and Rural 

Development; 

National institute 

of agricultural planning and projectionMRD 

Administrative 

map 

Shape file, polygon

Administrativeareas class

GADM (World Wide Fund for Nature) version 1.0

Detail to province administrativ

e level in 2015Land price 

bracket

government

Average land use price based on Decree 44/2014 / ND­CP of Vietnam governmentPopulation 

density

office of Vietnam

Population density in