Kalifornien har kämpat med torka under större delen av det senaste decenniet. Från 2011-2015, staten upplevde den torraste fyraåriga sträckan i historien, leder till oöverträffade vattenbegränsningar för invånarna, inklusive ett statligt mandat att minska vattenanvändningen med 25 procent.

Kraftig nederbörd förra vintern avlastade stora delar av Kalifornien, men torra förhållanden dröjer kvar. Skogsbränder rasade under hösten och tidiga vintermånaderna, härjar städer och sluttningar från Los Angeles till Santa Rosa. En försenad start på årets regnperiod har gjort 44 procent av staten "onormalt torr, " och underblåste oron för en återgång till torkan.

På torkans höjd, vattenbesparing var ett hett ämne, men bevarandenivåerna varierade kraftigt då Kaliforniens verktyg arbetade självständigt mot sina statligt beordrade mål. Nu överväger Stanford-forskare en annan strategi för vattenförvaltning, tar en sida från energi- och klimatspelböcker. Patricia Gonzales, en doktorand vid Stanfords avdelning för civil- och miljöteknik och Newsha Ajami, chef för Urban Water Policy på Stanford's Water in the West och NSF-ReNUWIt-initiativ, har föreslagit en tak- och handelsstrategi för vattenbesparing baserad på lokal tillgång och efterfrågan. Artiklar som beskriver deras tillvägagångssätt har publicerats i Vattenresursforskning och Wiley Tvärvetenskapliga recensioner:Vatten .

Tillgång och efterfrågan

Säkert vatten för dricksvatten och bevattning har blivit alltmer bristfällig runt om i världen, och förväntas minska ytterligare i takt med att klimatet förändras. Kaliforniens vattensystem är inget undantag. För att tillgodose statens framtida vattenbehov, forskarna betonar att det är viktigt att förstå människors vattenanvändningsbeteende.

"Människor är en riktigt stor del av vattensystemet, och de är också en riktigt stor källa till osäkerhet, säger Gonzales, förklara att att veta mer om hur människor använder – och sparar – vatten och förändrad vattentillgång och efterfrågedynamik kan resultera i bättre prognoser av efterfrågan framöver. Inte alltid kopplat till befolkningsökning, efterfrågan kan påverkas av socioekonomiska och demografiska faktorer samt skiftande sociala normer. Till exempel, rikare samhällen med större partistorlekar kan använda mer vatten än mer befolkade och/eller lägre inkomstområden. Meddelanden om vattenbrist kan också hjälpa allmänheten att bli mer vattenmedveten över socioekonomiska realiteter.

Vattentillgången varierar mycket från år till år med snöpackning, regn och andra faktorer. Verksamheten begränsas ytterligare av var de får sitt vatten ifrån. Vissa verktyg förlitar sig på bara en källa för nästan allt sitt vatten och lämnar liten flexibilitet om det äventyras. Till exempel, San Franciscos regionala vattensystem får 85 procent av sitt vatten enbart från Tuolumnefloden, betjänar 27 olika vattenverk med en sammanlagd befolkning på 2,4 miljoner. Forskarna hävdar att denna utmaning är en möjlighet för vattenförvaltare och planerare att anamma innovativa strategier, inklusive att integrera fler olika vattenförsörjningsportföljer, och främjande av en mer samarbetande förvaltningsstrategi för vattenförvaltning.

Handel med en resurs

Om vi ​​tittar på 26 samhällen i Bay Area som betjänas av San Franciscos regionala vattensystem, forskarna undersöker hur ett system med säljbara krediter kan göra det möjligt för verktyg att uppfylla sina bevarandemål mer effektivt. Denna marknadsbaserade programmetod har använts inom energi, föroreningsutsläpp och handelssystem för vattenkvalitet runt om i världen. Men tills nu, den har inte tillämpats på vattenvårdsinsatser.

Under en torka där regeringen fastställer mål för vattenbesparing, varje verktyg har till uppgift att ta reda på hur man når dessa mål. Dock, vissa samhällen som inte har varit lika framåt med vatteneffektivitetsstrategier under åren kanske kan spara vatten på billiga sätt med relativt små investeringar, medan andra skulle behöva investera i större projekt för att nå samma mål.

"Tänk om du istället gav regionen ett mål, och sedan låter du verktyg hitta det bästa sättet att uppnå det målet kollektivt?" säger Gonzales. Hon och Ajami föreslår att samhällen, som San Francisco Bay Area, gå samman och samarbeta för att se det smartaste och mest fördelaktiga sättet att nå målen.

Ajami förklarar att om ett samhälle redan har gjort "lågt hängande frukt", som att ersätta toaletter och duschar med lågvattenversioner, de måste flytta till dyrare alternativ, som att betala invånare för att byta ut gräsmattor, som kanske eller kanske inte räcker för att nå sitt mål.

Istället för detta dyra alternativ, samhället skulle bidra till den övergripande finansieringspoolen för bevarande, i huvudsak köpa bevarandekrediter från andra områden.

"Till exempel, de kan antingen investera $1500/acre-fot för att ersätta gräsmattor, eller så kan de använda handelsplattformen för att köpa bevarandekrediter till ett lägre pris, som i slutändan kan bidra till att hjälpa ett annat samhälle att byta ut sina toaletter, säger Ajami.

"Grundtanken med cap and trade är att uppmuntra människor att göra saker som är kostnadseffektiva för dem, men också potentiellt investera i samhället och systemet som helhet."

Vatna framtiden

Teamet utökar den nuvarande plattformen, som de har märkt HydroTrade, att tillåta samhällen att inte bara dela bevarandekrediter utan också utveckla och dela andra vattenförsörjningskällor för att öka den regionala motståndskraften.

"Vi gjorde detta proof-of-concept för bevarande, men vårt slutmål är att möjliggöra diversifiering av vattenportföljen och minska beroendet av en enda försörjningskälla eller importerat vatten, säger Gonzales. Att komplettera vattenkällor genom att lägga till alternativt vatten – som att återvinna vatten eller fånga upp dagvatten – kan hjälpa till att stärka försörjningen. Gonzales säger, "Du kan använda den här typen av samarbetsstrategi, inte bara för torka eller nödsituationer, men också när det gäller långsiktig planering och anpassning."

Genom att titta närmare på effektivitets- och bevarandetrender och möjligheter, såväl som långsiktiga vattenbehovsmönster i regional skala, Ajami säger att verktyg kan öka tillförlitligheten och motståndskraften i sin befintliga vattenförsörjning trots befolkningsökning genom mindre och smartare investeringar.

"Det mesta av vår nuvarande vatteninfrastruktur byggdes under en annan klimatisk verklighet, och når nu slutet av sin designlivslängd. Därför tappar den sin operativa effektivitet. När samhällen diskuterar hur de ska tillgodose sina framtida vattenbehov är det viktigt att ta en ordentlig titt på vart vår efterfrågan är på väg. Vi har en möjlighet att lägga till flexibilitet i vårt befintliga vatteninfrastruktursystem genom att introducera innovativa operativa strategier samtidigt som vi främjar alternativa, distribuerade och decentraliserade vattenkällor, 2000-talets lösningar för 2000-talets utmaningar", säger hon.

Med fler klimatextremer förväntas i framtiden, att frigöra vatten för användarna kräver smartare tänkande, säger Ajami. "Vi måste uppmuntra regionalt tänkande och samarbete för att möta vårt framtida vattenbehov mer effektivt samtidigt som vi undviker onödiga investeringar i stor kapitalintensiv infrastruktur, som tillhör föregående århundrade och inte är särskilt anpassningsbar till framtida klimatiska och sociala realiteter."