En ny storskalig hydroekonomisk modell, utvecklad av vattenprogrammet vid IIASA, kommer att tillåta forskare att studera vattensystem över hela kontinenter, tittar på hållbarhet i försörjningen och effekterna av vattenförvaltning på energi- och jordbrukssektorerna.
Vattenekonomiska modeller blir alltmer ett viktigt verktyg för planering av vattenresurser i avrinningsområden. Taher Kahil, IIASA-forskaren som ledde utvecklingen av modellen Extended Continental-scale Hydroeconomic Optimization (ECHO), förklarar att hydroekonomisk modellering sällan används över skalor större än en bassäng, och särskilt inte på kontinental skala. ECHO är en av de första storskaliga modellerna som integrerar hydrologiska, miljö, ekonomisk, och institutionella aspekter.
När den växande globala befolkningen och klimatförändringarna ytterligare ökar trycket på vattenresurssystem, såväl som energi- och landsystem, den så kallade vatten-energi-land-kopplingen, Politikerna kommer att behöva bli bättre informerade när det gäller att anpassa förvaltningspraxis för att säkerställa hållbarhet.
"ECHO kan användas för att simulera en mängd olika vattenhanteringsinsatser inklusive effektivitetsförbättringar, resursutvinning, reservoar lagring, överföringar mellan bassänger, och icke-konventionella vattenresurser, bland många andra. Modellen bör ge användbar information till beslutsfattare om den optimala kombinationen av förvaltningsinsatser för att hantera utmaningar med vattenbrist samt avvägningar och synergier mellan dessa olika insatser, säger Kahil.
En viktig fördel med ECHO, enligt forskarna, är att den kan ta hänsyn till lokala hydrologiska och tekniska begränsningar, tillsammans med regional och global politik, på flera rumsliga skalor, övervinna gränserna för andra modeller som har försökt detta i mindre rumsliga skalor.
"Detta är alltmer nödvändigt med tanke på att lokala förhållanden begränsar vattenförsörjningssystemet, medan vissa politiska ingripanden som internationell handel och gränsöverskridande avtal endast kan bedömas i större rumsliga skalor, säger Kahil. Dessutom, lösningar som identifieras i stor skala måste valideras i det regionala sammanhanget med tanke på att förvaltningen, politik, och investeringsbeslut fattas på regional och subnationell nivå."
Själva modellen är en bottom-up-optimeringsmodell med olika möjliga utgångar. Mellanliggande modeller genererar indata, inklusive kopplingar mellan olika vattensystem, vattentillgång och framtida klimatförändringar och dess effekter. Vattenanvändningshanteringsalternativ såsom grundvattenpumpning, avsaltning, reservoaranvändning, och återvinning av avloppsvatten ingår också, tillsammans med elförbrukningen för varje alternativ och tillhörande kostnader och prestanda. Teknik för elproduktion med vatten beaktas också.
Forskarna tillämpade modellen på Afrika som en fallstudie som en del av en bredare studie om vatten, energi och mat (med finansiering från Global Environment Facility). Kontinenten valdes ut på grund av dess snabbt växande vattenbehov och brist på infrastruktur, så att ECHO-modellens kapacitet och fördelarna med den integrerade hydroekonomiska modelleringsramen kan visas. Kahil och teamet undersökte ett antal olika scenarier fram mot 2050. Resultaten de fick överensstämmer med tidigare rön om kostnaden för vattenförvaltning och anpassning till globala förändringar i Afrika. Dock, modellen ger dessutom en bedömning av nödvändiga investeringar i vattenförvaltning och de ekonomiska konsekvenserna av olika socioekonomiska och klimatanpassningar.
Nästa steg i utvecklingen av ECHO kommer att vara att tillämpa modelleringsramverket på alla bassänger och grundvattenakviferer runt om i världen och använda det för att studera utmanande globala vattenrelaterade frågor, inklusive utarmning av grundvatten. Modellen kommer också att överväga vattenkvalitet och tillhörande anpassningsmöjligheter för att ta itu med vattenbrist över hela världen.
ECHO kommer också att användas i det pågående projektet Food-water-energy for Urban Sustainable Environment (FUSE), en gemensam strävan från IIASA, Stanford University, USA, Helmholtz Center for Environmental Research i Tyskland, och den österrikiska stiftelsen för utvecklingsforskning. Projektet kommer att studera policy och styrning för att hantera konkurrensen om knappa resurser i stressade urbana mat-vatten-energisystem, särskilt i Amman, Jordan och Pune, Indien. Här, modellen kommer att tillämpas på megastäder för att hitta hållbara lösningar för stadsbor.
"ECHO är ett modelleringsverktyg som kan användas för att svara på utmanande frågor som är viktiga för det mänskliga samhället, såsom konsekvenserna av kontrasterande socioekonomiska och klimatiska scenarier på vattenförsörjningens hållbarhet, och effekterna av vattenförvaltning på energi- och livsmedelssektorerna och vice versa. Insikterna skulle kunna vägleda utformningen av bättre förvaltningspolicyer och en mer effektiv användning av knappa resurser, " säger Yoshihide Wada, Vattenprogrammets biträdande chef och en av medförfattarna till studien.
