Устойчивое управление водными ресурсами в условиях водного дефицита и ограниченности данных

Анхелос Аламанос

Водный форум, Научно-исследовательский центр проблем пресной воды и окружающей среды, Технологический институт Дандолка, ул. Маршес Аппер, Дандолк, графство Лаут, A91K584, Ирландия.

*для корреспонденции: angelos.alamanos@dkit.ie

https://doi.org/10.29258/CAJWR/2021-R1.v7-2/1-19.eng

Аннотация

Урбанизация и рост населения ведут к увеличению забора пресной воды и производства продовольствия, тем самым повышая ожидания в сфере сельского хозяйства, экономики и производительности. Необходимость повышения качества услуг в области водоснабжения и устойчивого управления в условиях изменения климата являются основными факторами, обусловливающими необходимость пересмотра системы планирования в водном хозяйстве.  Нехватка воды в сочетании с ограниченным расширением новой инфраструктуры приводят к конкуренции среди водопользователей и еще больше подчеркивают важность удовлетворения растущих потребностей.  Комплексное моделирование позволяет моделировать и вести поиск решений вышеупомянутых проблем.  Вместе с тем, неэффективный мониторинг, отсутствие полноты и сложность данных затрудняют их применение.  Возникают такие вопросы, как какие данные использовать, как наилучшим образом использовать (ограниченные) доступные базы данных, какие параметры следует рассчитывать и как обеспечить достижение как экономических, так и экологических целей.  В статье представлена новая система поддержки процесса принятия решений (DecisionSupportSystem, DSS), сочетающая в себе гидрологические, экономические, инженерные и социальные аспекты.  В рамках сценариев изменения климата анализируются такие вопросы как наличие и спрос на воду, качество воды, уровень прибыли, затраты и сценарии управления, включая природосберегающие решения, равно как и проводится оценка альтернативных стратегий.  Комплексный анализ указанных выше аспектов в сочетании с полезными результатами моделирования в условиях нехватки воды и данных представляет собой новаторский подход, главная цель которого заключается в стимулировании интегрированного и устойчивого управления водными ресурсами посредством внедрения понятных и удобных для пользователей систем поддержки процесса принятия решений.

Download the article (eng)

Для цитирования: Alamanos, A. (2021) ‘Sustainable water resources management under water-scarce and limited- data conditions’, 7(2), pp. 1–19. doi: 10.29258/CAJWR/2021-R1.v7-2/1-19.eng.

Список литературы

Alamanos, A. (2021). A framework to assess wetlands’ potential as nature-based solutions. Conference of the Chartered Institute of Ecology and Environmental Management (CIEEM) “Nature Based Solutions – Opportunities in a time of biodiversity crisis and climate emergency”. April 20-21, 2021.

Alamanos, A., & Papaioannou, G. (2020). A GIS Multi-Criteria Analysis Tool for a Low-Cost, Preliminary Evaluation of Wetland Effectiveness for Nutrient Buffering at Watershed Scale: The Case Study of Grand River, Ontario, Canada. Water12(11), 3134. https://doi.org/10.3390/w12113134

Alamanos, A., Latinopoulos, D., Xenarios, S., Tziatzios, G., Mylopoulos, N., & Loukas, A. (2019b). Combining hydro-economic and water quality modeling for optimal management of a degraded watershed. Journal of Hydroinformatics21(6), 1118–1129. https://doi.org/10.2166/hydro.2019.079

Alamanos, A., Mylopoulos, N., Loukas, A., & Gaitanaros, D. (2018). An Integrated Multicriteria Analysis Tool for Evaluating Water Resource Management Strategies. Water10(12), 1795. https://doi.org/10.3390/w10121795

Alamanos, Α., & Zeng Q. (2021). Managing scarce water resources for socially acceptable solutions, through hydrological and econometric modeling. Central Asian Journal of Water Research (2021) 7(1): 84-101. doi: https://doi.org/10.29258/CAJWR/2021-R1.v7-1/84-101.eng      

Alamanos, Α., Tsota M. & Mylopoulos, N. (2021). Applying a novel framework for the estimation of the full cost of water in degraded rural watersheds. Water Policy IWA. (2021):1-16. doi: https://doi.org/10.2166/wp.2021.240

Al-Jawad, J. Y., Alsaffar, H. M., Bertram, D., & Kalin, R. M. (2019). A comprehensive optimum integrated water resources management approach for multidisciplinary water resources management problems. Journal of Environmental Management239, 211–224. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.03.045

Badham, J., Elsawah, S., Guillaume, J. H. A., Hamilton, S. H., Hunt, R. J., Jakeman, A. J., Pierce, S. A., Snow, V. O., Babbar-Sebens, M., Fu, B., Gober, P., Hill, M. C., Iwanaga, T., Loucks, D. P., Merritt, W. S., Peckham, S. D., Richmond, A. K., Zare, F., Ames, D., & Bammer, G. (2019). Effective modeling for Integrated Water Resource Management: A guide to contextual practices by phases and steps and future opportunities. Environmental Modelling & Software116, 40–56. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2019.02.013

Blaney, H.F. & Criddle, W.D. (1962). Determining consumptive use and irrigation water requirements. U.S. Dept. Agr. Agricultural Research Service Tech Bull 1275. 59p.

Churchman, C.W., Ackoff, R.L., & Arnoff, E.L. (1957). Introduction to Operations Research. [By C.W. Churchman, Russell L. Ackoff and E. Leonard Arnoff. New York.

Davidson, N. C. (2014). How much wetland has the world lost? Long-term and recent trends in global wetland area. Marine and Freshwater Research65(10), 934–941. https://doi.org/10.1071/MF14173

Delft Hydraulics (2006). River Basin Planning and Management Simulation Program. Proceedings of the iEMSs Third Biennial Meeting: “Summit on Environmental Modelling and Software”, Voinov, Jakeman & Rizzoli (Ed.), International Environmental Modelling and Software Society, Burlington, Vermont.

DHI (2014). Manuals and documentation from the Mike Basin web sitehttps://manuals.mikepoweredbydhi.help/2017/Water_Resources/MIKEHydro_River_UserGuide.pdf (2014)

Droubi, A., Al-Sibai, M., Abdallah, A., Zahra, S., Obeissi, M., Wolfer, J., Huber, M., Hennings, V., & Schelkes, K. (2008). A Decision Support System (DSS) for Water Resources Management, – Design and Results from a Pilot Study in Syria. In F. Zereini & H. Hötzl (Eds.), Climatic Changes and Water Resources in the Middle East and North Africa (pp. 199–225). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-540-85047-2_16

Esteve, P., Varela-Ortega, C., Blanco-Gutiérrez, I., & Downing, T. E. (2015). A hydro-economic model for the assessment of climate change impacts and adaptation in irrigated agriculture. Ecological Economics120, 49–58. https://doi.org/10.1016/j.ecolecon.2015.09.017

FAO (2015) Cropwat. http://www.fao.org/nr/water/infores_databases_cropwat.html (assessed: 30/11/2018).

Gibbons, D.C. (1986) The Economic Value of Water. Resources for the Future, Washington, DC.

Giupponi, C., Mysiak, J., Fassio, A., & Cogan, V. (2000). ‘MULINO: Multi-sectoral, Integrated and Operational Decision Support System for Sustainable Use of Water Resources at the Catchment Scale’, in Proceeding from MODSIM 2001 – Volume 3, eds E. Ghassemi, M. McAller, F. Oxley, and Scoccimarro, Canberra, Australia.

Giupponi, C., Mysiak, J., Fassio, A., & Cogan, V. (2004). MULINO-DSS: A computer tool for sustainable use of water resources at the catchment scale. Mathematics and Computers in Simulation (MATCOM)64(1), 13–24.

Hajkowicz, S., & Collins, K. (2007). A Review of Multiple Criteria Analysis for Water Resource Planning and Management. Water Resources Management21(9), 1553–1566. https://doi.org/10.1007/s11269-006-9112-5

Hydromentor (2015). Development of an integrated monitoring system and management of quantity and quality of water resources in agricultural basins under climate change conditions. Application in the basin of Lake Karla. Department of Civil Engineering, University of Thessaly, Greece.

Intergovernmental Panel on Climate Change, Synthesis Report (2014). Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, R.K. Pachauri and L.A. Meyer (eds.)]. IPCC, Geneva, Switzerland, 151 pp.

Jaramillo, F., Desormeaux, A., Hedlund, J., Jawitz, J. W., Clerici, N., Piemontese, L., Rodríguez-Rodriguez, J. A., Anaya, J. A., Blanco-Libreros, J. F., Borja, S., Celi, J., Chalov, S., Chun, K. P., Cresso, M., Destouni, G., Dessu, S. B., Di Baldassarre, G., Downing, A., Espinosa, L., … Åhlén, I. (2019). Priorities and Interactions of Sustainable Development Goals (SDGs) with Focus on Wetlands. Water11(3), 619. https://doi.org/10.3390/w11030619

Keeney, R.L., & Raiffa, H. (1976). Decisions with Multiple Objectives; Wiley: New York, NY, USA, 1976; 569p, ISBN 0-521-44185-4.

Labadie, J.W.; Baldo, M.L., & Larson, R. (2000). MODSIM: Decision Support System for River Basin Management: Documentation and User Manual, Colorado State University and U.S. Bureau of Reclamation, Ft Collins, Colorado.

Latinopoulos, D. (2006). Application of Multicriteria Analysis for the economic assessment of agricultural water under Sustainable Water Resources Management. PhD thesis, Aristotle University, Department of Civil Engineering, Division of Hydraulics and Environmental Engineering.

Li, Y., Wang, H., Chen, Y., Deng, M., Li, Q., Wufu, A., Wang, D., & Ma, L. (2020). Estimation of regional irrigation water requirements and water balance in Xinjiang, China during 1995–2017. PeerJ8, e8243. https://doi.org/10.7717/peerj.8243

Loukas, A., Mylopoulos, N., & Vasiliades, L. (2007). A Modeling System for the Evaluation of Water Resources Management Strategies in Thessaly, Greece. Water Resources Management21(10), 1673–1702. https://doi.org/10.1007/s11269-006-9120-5

Moss, R., Babiker, M., Brinkman, S., Calvo, E., Carter, T., Edmonds, J., Elgizouli, I., Emori, S., Erda, L., Hibbard, K., Jones, R., Kainuma, M., Kelleher, J., Lamarque, J.F., Manning, M., Matthews, B., Meehl, J., Meyer, L., Mitchell, J., Nakicenovic, N., O’Neill, B., Pichs, R., Riahi, K., Rose, S., Runci, P., Stouffer, R. van Vuuren, D., Weyant, J., Wilbanks, T., van Ypersele, J.P. & Zurek, M. (2008). Towards New Scenarios for Analysis of Emissions, Climate Change, Impacts, and Response Strategies. Geneva: Intergovernmental Panel on Climate Change, 2008.

Neumann, J.V., & Morgenstern, O. (1953). Theory of Games and Economic Behavior, Princeton University Press: Princeton, NJ, USA, 1953; ISBN 9780691130613.

Nikolic, V. V., & Simonovic, S. P. (2015). Multi-method Modeling Framework for Support of Integrated Water Resources Management. Environmental Processes2(3), 461–483. https://doi.org/10.1007/s40710-015-0082-6

Panagopoulos, Y., Makropoulos, C., & Mimikou, M. (2012). Decision support for diffuse pollution management. Environmental Modelling & Software30, 57–70. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2011.11.006

Peña-Haro, S., Pulido-Velazquez, M., & Sahuquillo, A. (2009). A hydro-economic modelling framework for optimal management of groundwater nitrate pollution from agriculture. Journal of Hydrology373(1), 193–203. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2009.04.024

Progea S.r.l. (2001). DSS for water resources planning based on environmental balance. Documentation available at Progea S.r.l., 2001.

Raseman, W. J., Kasprzyk, J. R., Rosario-Ortiz, F. L., Stewart, J. R., & Livneh, B. (2017). Emerging investigators series: A critical review of decision support systems for water treatment: making the case for incorporating climate change and climate extremes. Environmental Science: Water Research & Technology3(1), 18–36. https://doi.org/10.1039/C6EW00121A

Safavi, H. R., Golmohammadi, M. H., & Sandoval-Solis, S. (2016). Scenario analysis for integrated water resources planning and management under uncertainty in the Zayandehrud river basin. Journal of Hydrology539, 625–639. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2016.05.073

Sechi, G. M., & Sulis, A. (2009). Water System Management through a Mixed Optimization-Simulation Approach. Journal of Water Resources Planning and Management135(3), 160–170. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9496(2009)135:3(160)

Sehring,J. (2015). Bridging gaps and connecting experts: the linkages of water, scientific collaboration and regional security. Central Asian Journal of Water Research, 1(0), 21–26, 2015.

Sieber, J., Huber-Lee, A., Raskin, P., & Purkey, D. (2005). WEAP: Water Evaluation And Planning System User Guide (for WEAP 21): Publications: Tellus Institutehttps://www.tellus.org/tellus/publication/weap-water-evaluation-and-planning-system-user-guide-for-weap-21

Thalmeinerova, D. (2015). Management of knowledge starts with sharing best practices. Central Asian Journal of Water Research, 1(0), 13–14.

Tietenberg, T., & Lewis L. (2011). Environmental & Natural Resource Economics. Boston: Pearson, 9th edition. MA, USA, 2011; ISBN-13 978-0131392571.

Trzaska S., & Schnarr E. (2014). A Review of Downscaling Methods for Climate Change Projections. African and Latin-American resilience to climate change project, Technical Report. USAID. September, 2014.

U.S.E.P.A. (2001). Better Assessment Science Integrating point and Nonpoint Sources – BASINS Version 3.0 User Manual. USEPA.

WaterStrategyMan Project (2001-2005). http://environ.chemeng.ntua.gr/wsm/   

Weng, S. Q., Huang, G. H., & Li, Y. P. (2010). An integrated scenario-based multi-criteria decision support system for water resources management and planning – A case study in the Haihe River Basin. Expert Systems with Applications37(12), 8242–8254. https://doi.org/10.1016/j.eswa.2010.05.061

Yang, Q., Yang, R., Wang, Y., & Shi, K. (2019). Does Fallowing Cultivated Land Threaten Food Security? Empirical Evidence from Chinese Pilot Provinces. Sustainability11(10), 2836. https://doi.org/10.3390/su11102836

гидроэкономическое моделирование, изменение климата, интегрированное управление водными ресурсами, многокритериальный анализ, природосберегающие решения, система поддержки принятия решений

Подписка на статьи: