Als je in de ontwikkelde wereld woont, veilig water is meestal slechts een kraan-draai weg. En toch, opwarming van de aarde, droogte omstandigheden, en de bevolkingsgroei in de komende decennia zou daar verandering in kunnen brengen, een tijdperk van onzekere toegang tot water inluiden.

Nu heeft een op MIT gebaseerd onderzoeksteam die potentiële problemen geëvalueerd en, op basis van een case study in Australië, suggereerde een alternatieve benadering van waterplanning. In een nieuwe krant vinden de onderzoekers dat er vaak een sterk argument is om relatief bescheiden te bouwen, incrementele toevoegingen aan waterinfrastructuur in geavanceerde landen, in plaats van dure, grotere projecten die slechts zelden nodig zijn.

Specifieker, de studie kijkt naar de stad Melbourne, waar een droogte van 12 jaar van 1997 tot 2009 leidde tot de bouw van een faciliteit van $ 5 miljard, de Victoriaanse ontziltingsinstallatie. Het werd in 2007 goedgekeurd en in 2012 geopend - op een moment dat de droogte al was afgenomen. Als resultaat, de plant is amper gebruikt, en zijn inactiviteit, gecombineerd met zijn forse prijskaartje, heeft tot veel controverse geleid.

Als een alternatief, de studie suggereert, kleiner, modulaire ontziltingsinstallaties hadden aan de behoeften van Melbourne kunnen voldoen tegen een lagere prijs.

"Als je te veel infrastructuur bouwt, je bouwt honderden miljoenen of miljarden dollars aan activa die je misschien niet nodig hebt, " zegt Sarah Fletcher, een promovendus bij het Institute for Data van MIT, systemen, en Maatschappij (IDSS), wie is de hoofdauteur van het nieuwe artikel.

Om zeker te zijn, Fletcher voegt toe, "Je wilt niet in een situatie komen waarin je minder wateraanbod hebt dan vraag." Als zodanig, de studie stelt niet dat één enkele oplossing voor alle gevallen geldt, maar presenteert een nieuwe methode om het beste plan te bepalen - en merkt op dat in veel gevallen "matige investeringsverhogingen, samen met flexibel infrastructuurontwerp, kan het risico op waterschaarste aanzienlijk verminderen."

Het nieuwe papier, "Watervoorzieningsinfrastructuurplanning:besluitvormingskader om meerdere onzekerheden te classificeren en flexibel ontwerp te evalueren, " werd onlangs online gepubliceerd in het Journal of Water Resources Planning and Management, en zal verschijnen in het drukvolume van oktober 2017.

De co-auteurs zijn Fletcher, die ook is aangesloten bij MIT's Joint Program on the Science and Policy of Global Change; Marco Miotti, een promovendus in IDSS; Jaichander Swaminathan, een promovendus bij de afdeling Werktuigbouwkunde van het MIT; Magdalena Klemun, een promovendus in IDSS; Kenneth Strzepek, een onderzoekswetenschapper bij het MIT Joint Program on the Science and Policy of Global Change en een emeritus hoogleraar engineering aan de Universiteit van Colorado; en Afreen Siddiqi, een onderzoekswetenschapper in IDSS.

Siddiqi bezocht Melbourne tijdens de historische droogte en leerde van lokale experts over het uitdagende watervoorzieningsprobleem van de stad. De oorsprong van de huidige studie komt van Siddiqi's onderzoek naar de Melbourne-zaak en de beoordeling dat het complexe probleem van stedelijke waterveiligheid op het snijvlak ligt van technisch ontwerp en strategische planning.

Het nieuwe raamwerk van het MIT-team voor analyse van de watervoorziening bevat verschillende onzekerheden waarmee beleidsmakers in deze gevallen te maken krijgen, en voert grote aantallen simulaties uit van de beschikbaarheid van water over een periode van 30 jaar. Vervolgens krijgen planners een beslissingsboom voorgeschoteld over welke infrastructuuropties het best op hun behoeften zijn afgestemd.

De belangrijke onzekerheden zijn onder meer klimaatverandering en de effecten ervan op regenval, evenals de gevolgen van watertekorten en bevolkingsgroei.

Bij het bestuderen van de zaak Melbourne, de onderzoekers keken naar zes infrastructuuralternatieven, waaronder meerdere soorten ontziltingsinstallaties en een mogelijke nieuwe pijpleiding naar verder weg gelegen bronnen, en combinaties van deze dingen.

"De belangrijkste methodologische bijdrage voor het artikel is dit raamwerk om naar verschillende onzekerheden van verschillende typen te kijken en dat allemaal samen te brengen in één analyse, ' zegt Fletcher.

De resultaten wijzen op een vervelend probleem bij de planning van de toegang tot water:tekorten kunnen acuut zijn, maar ze kunnen relatief kort duren.

Bijvoorbeeld, het team liep 100, 000 simulaties van 30-jarige omstandigheden in Melbourne en ontdekten dat in 80 procent van alle jaren, er zou helemaal geen watertekort zijn. En toch, voor de jaren waarin de droogte aanhield, grote watertekorten kwamen vaker voor dan kleine watertekorten.

Als resultaat, wanneer de kosten werden meegewogen in de analyse, gewoonweg geen nieuwe infrastructuur bouwen was ongeveer 50 procent van de tijd de beste optie. Echter, niets doen was ongeveer 30 procent van de tijd ook het 'slechtst presterende alternatief'.

Daarom kan het zinvol zijn om kleinere ontziltingsinstallaties te bouwen. De gebouwde fabriek in Melboune kan 150 miljoen kubieke meter water per jaar produceren. Maar in de simulaties van het MIT-team, het bouwen van een ontziltingsinstallatie die half zo groot is, werkt meestal goed:het was de best presterende optie in 20 procent van de simulaties, en in de top drie van 90 procent van de simulaties. Het was nooit, in totaal 100, 000 simulaties, de slechtst of op één na slechtst presterende optie.

Bovendien, Fletcher wijst erop, eerst kleiner bouwen geeft planners de mogelijkheid om een ​​nieuwe fabriek sneller online te brengen en indien nodig op te schalen.

"Je bouwt in het begin maar een bepaald aantal modules, en je kunt later een bepaald aantal toevoegen, " zegt Fletcher. "Dat is iets anders dan een klein plantje bouwen en dan nog een klein plantje. Je bent proactief en bent van plan om je in de toekomst aan te passen."

Dus klein denken, in dit scenario, behoorlijk zin hebben. Maar zoals de onderzoekers erkennen, de exacte resultaten van hun onderzoek zouden waarschijnlijk van regio tot regio verschillen, afhankelijk van alle klimaat- en bevolkingsfactoren die de watervoorziening beïnvloeden.

Toch, ze denken dat hun nieuwe studiekader planners in ieder geval kan helpen om te stellen dat bouwen op kleinere schaal steden en landen op de lange termijn het beste kan positioneren. Of, zoals Siddiqi het zegt, "bouwen op kleinere schaal, maar groot plannen" kan de optimale aanpak zijn.

"We zijn gewend om grootschalige ontziltingsinstallaties te bouwen, en er is minder geschiedenis van het bouwen van meer modulaire installaties, " zegt Fletcher. "Het is een uitdaging omdat het grote investeringen zijn met een lange levensduur. Maar als je een modulaire plant ziet als een verzekering tegen droogte, misschien wil je het in de buurt hebben."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.