Een nieuw grootschalig hydro-economisch model, ontwikkeld door het Waterprogramma van IIASA, stelt onderzoekers in staat om watersystemen over hele continenten te bestuderen, kijken naar de verduurzaming van de voorziening en de effecten van waterbeheer op de energie- en landbouwsector.

Hydro-economische modellen worden steeds meer een belangrijk instrument voor de planning van watervoorraden in stroomgebieden. Taher Kahil, de IIASA-onderzoeker die leiding gaf aan de ontwikkeling van het Extended Continental-scale Hydroeconomic Optimization (ECHO) -model, legt uit dat hydro-economische modellering zelden wordt gebruikt op schalen groter dan een bassin, en vooral niet op continentale schaal. ECHO is een van de eerste grootschalige modellen die hydrologische, milieu, economisch, en institutionele aspecten.

Naarmate de stijgende wereldbevolking en de klimaatverandering de druk op watervoorzieningssystemen verder vergroten, evenals energie- en landsystemen, de zogenaamde water-energie-land nexus, beleidsmakers zullen beter geïnformeerd moeten worden als het gaat om het aanpassen van managementpraktijken om duurzaamheid te waarborgen.

"ECHO kan worden gebruikt om een ​​verscheidenheid aan waterbeheerinterventies te simuleren, waaronder efficiëntieverbeteringen, extracties van hulpbronnen, opslag van reservoirs, interbekkenoverdrachten, en niet-conventionele waterbronnen, onder vele anderen. Het model moet beleidsmakers nuttige informatie verschaffen over de optimale combinatie van beheersinterventies om de uitdagingen op het gebied van waterschaarste aan te pakken, evenals de wisselwerkingen en synergieën tussen deze verschillende interventies, ' zegt Kahil.

Een belangrijk voordeel van ECHO, volgens de onderzoekers is dat het rekening kan houden met lokale hydrologische en technologische beperkingen, samen met regionaal en mondiaal beleid, op meerdere ruimtelijke schalen, het overwinnen van de grenzen van andere modellen die dit op kleinere ruimtelijke schalen hebben geprobeerd.

"Dit is in toenemende mate noodzakelijk, aangezien lokale omstandigheden het watervoorzieningssysteem beperken, terwijl sommige beleidsinterventies zoals internationale handel en grensoverschrijdende overeenkomsten alleen op grotere ruimtelijke schaal kunnen worden beoordeeld, "zegt Kahil. "Bovendien, op grote schaal geïdentificeerde oplossingen moeten worden gevalideerd in de regionale context, aangezien beheer, beleid, en investeringsbeslissingen worden genomen op regionaal en subnationaal niveau."

Het model zelf is een bottom-up optimalisatiemodel met verschillende mogelijke outputs. Tussenmodellen genereren invoergegevens, inclusief koppelingen tussen verschillende watersystemen, beschikbaarheid van water en toekomstige klimaatverandering en de gevolgen daarvan. Beheeropties voor watergebruik, zoals het oppompen van grondwater, ontzilting, reservoirgebruik, en afvalwaterrecycling zijn ook inbegrepen, naast het elektriciteitsverbruik van elke optie en de bijbehorende kosten en prestaties. Ook technologieën voor elektriciteitsopwekking met water worden overwogen.

De onderzoekers pasten het model toe op Afrika als een case study als onderdeel van een bredere studie over water, energie en voedsel (met financiering van de Global Environment Facility). Het continent werd gekozen vanwege de snel groeiende vraag naar water en het gebrek aan infrastructuur, waardoor de capaciteit van het ECHO-model en de voordelen van het geïntegreerde hydro-economische modelleringskader kunnen worden aangetoond. Kahil en het team onderzochten een aantal verschillende scenario's richting 2050. De resultaten die ze behaalden, zijn in lijn met eerdere bevindingen over de kosten van waterbeheer en aanpassing aan mondiale veranderingen in Afrika. Echter, het model geeft daarnaast een inschatting van noodzakelijke investeringen in waterbeheer en de economische implicaties van verschillende sociaal-economische en klimaatadaptaties.

De volgende stap in de ontwikkeling van ECHO zal zijn om het modelleringskader toe te passen op alle bekkens en grondwaterlagen over de hele wereld en het te gebruiken om uitdagende mondiale watergerelateerde problemen te bestuderen, inclusief grondwateruitputting. Het model zal ook rekening houden met de waterkwaliteit en de bijbehorende adaptieve opties om waterschaarste wereldwijd aan te pakken.

ECHO zal ook worden gebruikt in het lopende project Food-water-energy for Urban Sustainable Environment (FUSE), een gezamenlijke inspanning van IIASA, Stanford universiteit, ONS, het Helmholtz Centrum voor Milieuonderzoek in Duitsland, en de Oostenrijkse Stichting voor Ontwikkelingsonderzoek. Het project zal beleid en bestuur bestuderen om de concurrentie om schaarse hulpbronnen in gestresste stedelijke voedsel-water-energiesystemen aan te pakken, vooral in Amman, Jordanië en Pune, Indië. Hier, het model zal worden toegepast op megasteden om duurzame oplossingen te vinden voor stadsbewoners.

"ECHO is een modelleringsinstrument dat kan worden gebruikt om te reageren op uitdagende vragen die belangrijk zijn voor de menselijke samenleving, zoals de implicaties van contrasterende sociaaleconomische en klimatologische scenario's voor de duurzaamheid van de watervoorziening, en de effecten van waterbeheer op de energie- en voedselsector en vice versa. De inzichten zouden richting kunnen geven aan het ontwerp van een beter beheerbeleid en een efficiënter gebruik van schaarse middelen, " zegt Yoshihide Wada, adjunct-directeur van het Waterprogramma en een van de co-auteurs van de studie.