Att förstå samspelet mellan natur och människor på hög nivå är viktigt för att avgöra om en region kommer att drabbas av vattenbrist i framtiden. Det är ett nyckelresultat i en studie med titeln "Finding Water Scarcity Amid Abundance Using Human-Natural System Models, " publiceras nästa vecka i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Upp till 2 miljarder människor runt om i världen står inför vattenbrist nu och i framtiden, sa studiens huvudförfattare, William Jaeger, en ekonom vid Oregon State Universitys College of Agricultural Sciences. Framväxande brister är knutna till faktorer som växande befolkning, stigande levnadsstandard och klimatförändringar.

"Den senaste tidens torka i väst har understrukit sårbarheten hos även högt utvecklade ekonomier för vattenbrist, " Sa Jaeger. "Och klimatförändringarna kommer bara att öka behovet av att förutse vattenbrist över hela världen." Det är en skrämmande uppgift, han sa, eftersom samspelet mellan naturlig vattenförsörjning och mänskliga vattenbehov är komplexa, och involverar "kopplingar och återkopplingar" som är svåra att förutse.

Uppsatsen bygger på en stor 6-årig modellstudie, kallas Willamette Water 2100, som projicerade vattenbrist i Willamette River-bassängen i västra Oregon fram till år 2100. Forskare utvecklade en datormodell som heter Willamette Envision för att representera växelverkan mellan bassängens naturliga vattenförsörjning och det mänskliga systemets vattenbehov.

Hur bra nivå? "Vi modellerade dagliga flöden av vatten ner till bäckens räckvidd och paketnivå, " Sa Jaeger. "Vi modellerade mängden vatten som avleds ner till en given bondes åker en viss dag, återspeglar vad den bonden hade planterat och när, när det regnade senast, och ta hänsyn till den bondens sannolika vinster och vattenrättsprioritet. Den detaljnivån är sällsynt i en modell, speciellt med liknande detaljer för både de naturliga och mänskliga delarna av systemet."

Anne Nolin, OSU hydrolog och medforskare i projektet, sa, "Vi lärde oss saker från denna kopplade modellering som vi inte kunde ha lärt oss från projektioner från varken naturlig dynamik eller mänskliga system enbart."

Willamette Water 2100 modellerade 20 olika scenarier baserat på en mängd olika antaganden, inklusive antaganden om låga, medelhög och hög befolkning och inkomsttillväxt, och låg, medelhög och hög uppvärmning från klimatförändringar.

Ett nyckelresultat i studien var vikten av ekonomi för att förstå vattenbrist. "Vatten är mycket rikligt i bassängen överlag, Jaeger sa, "Men på grund av kostnaden för att lagra och transportera vatten, brist kan uppstå vid specifika platser eller tider, även om överskottsvatten kan hittas vid andra tidpunkter eller på andra platser."

Modelleringen visade några kontraintuitiva fynd, sa Jaeger. Den ena var att stadsexpansion kan resultera i mindre total vattenanvändning, snarare än mer — eftersom ett tunnland hus förbrukar mindre vatten än ett tunnland bevattnade åkrar. "Stads tillväxt och expansion innebär ökad efterfrågan på vatten, Jaeger sa, "men vår modell visade att en del eller hela denna ökning kan kompenseras när närliggande bevattning förskjuts."

Ett annat ögonöppnande fynd var att mängden vatten som konsumeras av skogar, och vattnet kvar i bäckarna för att skydda livsmiljöer för hotade fiskarter enligt federal lag, vida överstiger mängden vatten som förbrukas i städer och gårdar.

Vid modellering av effekterna av klimatförändringar - en uppenbar extern faktor i vattenbrist över hela världen - fann forskarna, på nytt, att de mänskliga komponenterna i modellen – ekonomiska realiteter och samhällets lagar och institutioner som kan skapa eller blockera möjligheter – gör stor skillnad i var, när och hur allvarliga effekterna kommer att märkas.

"Du skulle inte urskilja vikten av dessa saker från en 10, 000 fot utsikt över vattnet i Willamette-bassängen, "Sade Jaeger. "Det är därför det är så viktigt att titta på de där fina interaktionerna mellan människan och det naturliga systemet."

Jaeger hoppas att Willamette Water 2100 kommer att vara en modell – i ordets största betydelse – för andra regioner när de förutser och mildrar hot från vattenbrist. "Vårt projekt är specifikt för Willamette Basin, " han sa, "men vi tror att många av våra insikter kan hjälpa människor i andra delar av världen att komma till rätta med komplexiteten i sina egna problem med vattenbrist."