Floder är livlinor för många länder. De skapar värdefulla ekosystem, tillhandahålla dricksvatten till människor och råvatten till jordbruk och industri. Särskilt i det globala södern, det råder stark konkurrens om tillgång till sötvattenresurser. Den ökande användningen av vattenkraft har på senare tid intensifierat denna konkurrens ytterligare.

Ta Etiopien, till exempel:när landet började fylla megadammen Gibe III vid floden Omo 2015, nedströmsanvändare såg en minskning av vattenvolymerna. Naturliga översvämningar minskade, minska volymen bördig lera som sköljs ut på översvämningsslätten. Nivån på Kenyas Lake Turkana, in i vilken Omo flödar, föll tillfälligt med två meter, med betydande konsekvenser för människor och jordbruk.

Att adressera kopplingen

Nätverket av interaktioner mellan vatten, energi, mat och ekosystem – av experter kallade "vatten-energi-mat (WEF) nexus" – leder ofta till omfattande dispyter i avrinningsområdena för gränsöverskridande floder. Storskaliga infrastrukturprojekt som dammar och bevattningssystem har orsakat politiska spänningar mellan grannstater vid olika punkter tidigare.

Ett internationellt forskarlag under ledning av ETH Zürich har nu utvecklat en strategisk verktygslåda som kan hjälpa till att lindra sådana konflikter om vattenanvändning, genom en objektiv analys av intressenternas intressen. I EU:s Horizon 2020-projekt DAFNE, 14 forskningspartner från Europa och Afrika arbetade tillsammans för att hitta metoder för en mer rättvis förvaltning av vattenresurser.

"Vi ville visa hur det är möjligt att hållbart hantera kopplingen mellan vatten, energi, mat och ekosystem, även i stora och gränsöverskridande avrinningsområden med ett brett spektrum av användare, " säger Paolo Burlando, Professor i hydrologi och vattenresursförvaltning vid ETH Zürich.

Integrera och balansera olika intressen

Även om det nu är erkänt att planering av vattendelare bör ha ett holistiskt tillvägagångssätt som respekterar behoven hos alla intressenter, flerdimensionella beslutsfattande problem med ett betydande antal intressenter gör det svårt att förhandla fram allmänt accepterade lösningar.

"Konventionella planeringsverktyg är vanligtvis överväldigade av utmaningar som dessa, " förklarar Burlando, som har lett DAFNE-konsortiet de senaste fyra åren. Det är därför projektgruppen utvecklade en ny metod för att kartlägga och kvantifiera avvägningar i WEF-nexus.

Tillvägagångssättet är baserat på principerna för deltagande och integrerad planering och förvaltning av vattenresurser, som fokuserar på intressenternas roll och intressen. DAFNE-metoden är utformad för att engagera intressenter och hitta kompromisser och synergier i ett gemensamt tillvägagångssätt. "Nyckeln är att hitta lösningar som gynnar alla, ta hänsyn till miljön och även vara ekonomiskt förnuftigt, " förklarar Burlando.

Möjliggör dialog genom modeller

DAFNE använder toppmoderna modelleringstekniker och digitala lösningar för att möjliggöra deltagande planering. Ett strategiskt beslutsverktyg tillåter sociala, ekonomiska och miljömässiga konsekvenser av ingripanden som ska bedömas i en kvantitativ ansats, gör det möjligt för användare att identifiera livskraftiga utvecklingsvägar. Intressentutvalda vägar simuleras i detalj med hjälp av en hydrologisk modell som drivs av högupplösta klimatscenarier, för att noggrant analysera påverkan på respektive vattenresurser. Ytterligare undermodeller kan användas för att modellera andra aspekter av nexus. Till sist, ett visualiseringsverktyg hjälper till att illustrera inbördes samband och bedöma problem ur olika användarperspektiv.

"Modellerna syftar till att underlätta kontinuerliga förhandlingar mellan intressenter - vilket är ett nyckelelement i DAFNE-strategin, " säger seniorforskaren Scott Sinclair, som var med och utvecklade modelleringsmetoden.

Fallstudier med lokala intressenter

DAFNE-projektet fokuserade på två stora flodbassänger i öst, och södra Afrika – Omo-Turkana och Zambezi – där forskarna testade sin metodik i två fallstudier. I båda fallstudierna, verkliga intressenter var involverade i utvecklingen av DAFNE:s metoder, arbeta med dem för att testa alternativa driftsätt för kraftverken och bevattningssystem, att utforma mer hållbara användningsscenarier för sina upptagningsområden. De utbytte sina olika perspektiv i simulerade förhandlingar för att illustrera processen.

I Omo-Turkana-bassängen, forskarna använde också sin metod i en retrospektiv analys av den kontroversiella tvååriga fyllningsfasen av Gibe III mega-dammen i Etiopien. "Vi observerade att den negativa påverkan på nedströms grannar förvärrades av en långvarig torka, " rapporterar Burlando. DAFNE-konsortiets partner från Politecnico di Milano kunde visa i en studie publicerad i Naturkommunikation tillsammans med Burlando och Sinclair, att sådana problem kan minskas genom att kombinera DAFNE-verktyg med säsongsbetonade torkaprognoser och flexibelt anpassa fyllningsregimen till hydroklimatiska förhållanden.

Dammar på frammarsch över hela världen

Resultaten av studien är högaktuella:Etiopien bygger för närvarande ytterligare en megadamm i Omo-Turkanas avrinningsområde, och fylla den stora etiopiska renässansdammen på Blå Nilen. Över hela världen, cirka 500 dammprojekt planeras i regioner som påverkas av klimatåterkopplingar genom teleförbindelser. En växande befolkning och ökat välstånd kommer att fortsätta att öka efterfrågan på energi, mat och vatten. Forskarna hoppas att DAFNE-metoden en dag ska bli en referens.

"Vi designade modelleringsverktygen för att kunna överföras till andra regioner med konkurrerande vattenbehov, " säger Burlando. Uppföljningsprojekt pågår redan för att tillämpa och vidareutveckla tekniken i flera avrinningsområden över hela världen.