The Tana River Basin in Kenya serves as a crucial resource hub, underpinning agriculture, hydropower, and water supply for millions of people. However, the basin faces significant challenges due to climate change, population growth, and escalating resource demands. This thesis develops an integrated resource optimization model within the Climate-Land-Energy-Water (CLEWs) framework, employing the OSeMOSYS modeling tool combined with Geographic Information System (GIS) data to evaluate and propose sustainable management strategies for the basin. Two scenarios are assessed: Business-As-Usual (BAU) and Vision 2030, both with and without the projected impacts of climate change. The results demonstrate that the BAU scenario exacerbates existing challenges, leading to declining agricultural productivity, increased reliance on rainfed farming, and heightened vulnerability to climate variability and global market volatility. In contrast, the Vision 2030 scenario illustrates the advantages of strategic interventions, including the expansion of irrigated agriculture, the adoption of climate-smart practices, and a shift towards high-value crops such as coffee. These interventions are projected to significantly enhance food security and support Kenya’s broader development goals. The findings underscore the urgent need for integrated management strategies that optimize resource use, enhance resilience to climate change, and promote sustainable development. This thesis provides stakeholders with a novel and powerful modeling tool that facilitates the simulation and evaluation of various resource management strategies under different environmental and socio-economic conditions. Such capabilities enable more precise and informed decision-making, paving the way for effective policy implementation that optimizes resource utilization and ensures the sustainability of the Tana River Basin. Future research should focus on expanding the scope and refining the detail of the water and land models to incorporate all planned hydropower projects and remaining energy elements, along with their associated land and water usages. Integrating sectors such as livestock, transportation, and industrial energy use will be essential. These efforts, combined with improved data collection methodologies, will address the limitations encountered in this study and further enhance the model’s precision and applicability across various contexts, contributing to broader sustainable resource management efforts.

Tana River Basin i Kenya fungerar som en viktig resursnav som stödjer jordbruk, vattenkraft och vattenförsörjning för miljontals människor. Trots detta står området inför stora utmaningar på grund av klimatförändringar, befolkningstillväxt och ökande efterfrågan på naturresurser. I denna avhandling utvecklas en integrerad resursoptimeringsmodell inom Climate-Land-EnergyWater (CLEWs)-ramverket, där modelleringsverktyget OSeMOSYS kombineras med geografiska informationssystem (GIS) för att analysera och föreslå hållbara förvaltningsstrategier för flodbäckenet. Två scenarier utvärderas: Business-AsUsual (BAU) och Vision 2030, med och utan beaktande av klimatförändringarnas förväntade effekter. Resultaten visar att BAU-scenariot förstärker befintliga problem, inklusive minskad jordbruksproduktivitet, ökad beroende av regnbaserat jordbruk och ökad sårbarhet för klimatvariationer och global marknadsvolatilitet. I kontrast visar Vision 2030-scenariot fördelarna med strategiska insatser, såsom utvidgning av bevattningssystem, införande av klimatsmarta metoder och en övergång till mer lönsamma grödor som kaffe. Dessa åtgärder förväntas avsevärt förbättra livsmedelssäkerheten och stödja Kenyas bredare utvecklingsmål. Resultaten understryker behovet av integrerade förvaltningsstrategier som optimerar resursanvändningen, stärker motståndskraften mot klimatförändringar och främjar hållbar utveckling. Avhandlingen erbjuder intressenter ett kraftfullt modelleringsverktyg för att simulera och utvärdera olika strategier för resursförvaltning under olika miljömässiga och socioekonomiska förutsättningar. Detta möjliggör mer välgrundade beslut och effektiv policyimplementering för optimerad resursanvändning och hållbarhet i Tanaflodens avrinningsområde. Framtida forskning bör fokusera på att utvidga och fördjupa vatten- och markmodellerna för att inkludera alla planerade vattenkraftprojekt och återstående energiaspekter, samt deras kopplingar till mark- och vattenanvändning. Det är också avgörande att integrera sektorer som boskapsskötsel, transporter och industriell energianvändning. Genom att förbättra datainsamlingen kan man övervinna de begränsningar som identifierats i denna studie och ytterligare förbättra modellens precision och tillämpbarhet i olika sammanhang, vilket bidrar till hållbar resursförvaltning.