Métodos y herramientas de evaluación y diseño de instrumentos económicos para gestión de sequías y adaptacion al cambio climático

Abstract

It is expected that the potential water management conflicts will increase in the coming years due to the population growth, and the uncertainty about the availability of water resources under climate change conditions. For this reason, economic efficiency and equity must be considered in order to manage the available water resources at river basin scale with the aim of reducing the potential water scarcity impacts on society. Hydroeconomic models simultaneously analyse engineering, hydrology and economic aspects of water resources systems; allowing the characterization of real complex systems. So, these models could be useful in order to achieve the goal of reducing water scarcity impacts. Two Decision Support Systems have been developed within the hydroeconomic approach: SIMGAMS and OPTIGAMS. The simulation tool SIMGAMS allocates the available water resources considering priorities and system operating rules, carrying out an economic post-analysis of the water resources management. The optimization tool OPTIGAMS allocates the available water resources considering economic criteria. Both tools obtain either management results (storages, deliveries, etc.) or economic results (water scarcity cost and marginal resource opportunity cost). The economic functions of the users must be obtained to characterize the hydroeconomic models. For that, we have developed a tool within a multicriteria approach based on revealed preferences. This tool has been developed in collaboration with the University of Alcalá de Henares and University of Cordoba. Moreover, a method for get the economic function of irrigation water for citrus within the deficit irrigation approach has been developed and performed. It is needed to assess the economic impacts of the water scarcity conditions in order to design the portfolio of adaptation measures and evaluate their effectiveness. For this goal, a hydroeconomic analysis at river basin scale has been carried out either for the historical inflows or the future inflows under climate change conditions. The future climate change scenarios have been obtained through the precipitation and temperature time series coming from the EURO-CORDEX project, using the aggregate rainfall-runoff Temez model. As the irrigation agriculture is one of the most vulnerable sectors to the water scarcity, we have proposed a method to assess the economic impacts of droughts considering the availability of water resources and the volatility of the crop prices and carry out a risk analysis of the economic impacts on the irrigated agriculture at irrigation district scale. The method has 3 components: econometric models to assess the economic impacts (1), autoregressive inflow models to characterize the stochastic component of the inflows (2) and statistical models to simulate the operation of the system (3). This method allows evaluating the economic impacts of adaptation measures as the drought emergency wells. In this thesis, the potential of the economic instruments as adaptation measures to reduce the economic impacts of droughts has been analysed. In particular, we have designed and simulated the impacts of scarcity-based water pricing policies at river basin scale, dynamic urban tariffs considering the marginal value of water; and water markets. The case study is the Jucar river basin. The results demonstrate the potential and utility of the hydroeconomic models to analyse the management of the system; and the potential of applying economic instruments as adaptation measures to reduce the economic impacts of water scarcity scenarios.

Se prevé que en un futuro se agraven los conflictos en la gestión de los recursos hídricos, debido a que nos encontramos en un contexto de creciente demanda de recursos, motivado principalmente por el crecimiento de la población, y de alta incertidumbre en la disponibilidad futura de los recursos disponibles (fundamentalmente debido al cambio climático). Por ello, es necesario gestionar los recursos hídricos bajo la óptica de la eficiencia económica y equidad, tratando de minimizar los potenciales impactos de la escasez del recurso a la sociedad. En este objetivo los modelos hidroeconómicos pueden ser útiles, ya que analizan simultáneamente la hidrología, la ingeniería y la economía de la gestión del agua a escala de cuenca, permitiendo caracterizar mejor la complejidad de los sistemas de explotación. En esta línea se han desarrollado en esta investigación 2 herramientas bajo el enfoque de modelos hidroeconómicos: SIMGAMS y OPTIGAMS. SIMGAMS desarrolla modelos de simulación que gestionan el recurso basándose en prioridades y/o reglas de operación; realizando un post-análisis económico de la gestión realizada. Por otra parte, OPTIGAMS desarrolla modelos de optimización que gestionan el recurso con criterios económicos. Ambas herramientas permiten obtener tanto resultados de gestión (volúmenes, suministros, etc.) como económicos (costes de escasez y coste marginal de oportunidad del recurso). Para poder desarrollar modelos hidroeconómicos se hace necesario caracterizar económicamente los usos del agua. Para ello, se ha desarrollado una herramienta que permite obtener curvas de demanda con un enfoque multicriterio basado en preferencias reveladas. Este trabajo ha sido realizado en colaboración con la Universidad de Alcalá de Henares y la Universidad de Córdoba. Además, se ha desarrollado una metodología para obtener curvas de demanda para cítricos con la hipótesis de trabajo de riego deficitario. Para diseñar medidas para reducir los impactos económicos de la escasez es necesario evaluar sus impactos económicos. Para ello se ha llevado a cabo un análisis hidroeconómico a escala de cuenca tanto con los escenarios históricos de aportaciones como con escenarios futuros de cambio climático. Los escenarios futuros de cambio climático han sigo generados a partir de proyecciones futuras de precipitación y temperatura del proyecto EURO-CORDEX, usando un modelo lluvia-escorrentía agregado, el modelo de Témez. Para el análisis de los costes de escasez en el regadío (sector más vulnerable frente a la escasez), se propone una metodología de atribución de impactos (incluyendo explícitamente tanto la disponibilidad de recursos como la volatilidad de precios), junto con un análisis del riesgo de impacto económico a escala de comarca agraria en la agricultura de regadío. Esta metodología integra tres componentes: modelos econométricos de impacto económico, modelos autorregresivos (para caracterizar la componente estocástica de las aportaciones) y modelos de simulación del sistema. La metodología desarrollada permite evaluar el impacto económico de medidas que permitan reducir los impactos de los escenarios de escasez, como por ejemplo, pozos de sequías. En este trabajo se explora también el papel potencial de los instrumentos económicos como medida de gestión de la demanda, y su efecto en el impacto económico de las sequías. En concreto, se diseñan y simulan políticas de precios basadas en el valor marginal del agua a escala de cuenca, tarifas dinámicas urbanas que incluyen una componente del valor marginal, y mercados del agua. El caso de estudio es el sistema de explotación del río Júcar. Los resultados muestran la utilidad de los modelos hidroeconómicos desarrollados para analizar la gestión del sistema, y demuestran el potencial de aplicar los instrumentos económicos como medidas para disminuir los impactos económicos de situaciones de escasez del recurso hí

Es preveu que en un futur s'agreugen els conflictes en la gestió dels recursos hídrics, pel fet que ens trobem en un context de creixent demanda de recursos, motivat principalment pel creixement de la població, i d'alta incertesa en la disponibilitat futura dels recursos disponibles (fonamentalment a causa del canvi climàtic). Per això, és necessari gestionar els recursos hídrics baix l'òptica de l'eficiència econòmica i equitat, tractant de minimitzar els potencials impactes de l'escassesa del recurs a la societat. En aquest objectiu els models hidroeconòmics poden ser útils, ja que analitzen simultàniament la hidrologia, l'enginyeria i l'economia de la gestió de l'aigua a escala de conca, permetent caracteritzar millor la complexitat dels sistemes d'explotació. En aquesta línia s'han desenvolupat en aquesta investigació 2 ferramentes baix l'enfocament de models hidroeconòmics: SIMGAMS i OPTIGAMS. SIMGAMS desenvolupa models de simulació que gestionen el recurs basant-se en prioritats i / o regles d'operació; realitzant un post-anàlisi econòmic de la gestió realitzada. D'altra banda, OPTIGAMS desenvolupa models d'optimització que gestionen el recurs amb criteris econòmics exclusivament. Ambdues ferramentes permeten obtindre tant resultats de gestió (volums, subministraments, etc.) com econòmics (costos d'escassesa i cost marginal d'oportunitat del recurs). Per a poder desenvolupar models hidroeconòmics es fa necessari caracteritzar econòmicament els usos de l'aigua. Per a això, s'ha desenvolupat una ferramenta que permet obtindre corbes de demanda amb un enfocament multicriteri basat en preferències revelades. Aquest treball ha sigut realitzat en col·laboració amb la Universitat d'Alcalá d'Henares i la Universitat de Còrdova. A més, s'ha desenvolupat una metodologia per obtindre corbes de demanda per a cítrics amb la hipòtesi de treball de reg deficitari. Per dissenyar mesures per reduir els impactes econòmics de l'escassesa és necessari avaluar els seus impactes econòmics. Per a això s'ha dut a terme una anàlisi hidroeconòmic a escala de conca tant amb els escenaris històrics d'aportacions com amb escenaris futurs de canvi climàtic. Els escenaris futurs de canvi climàtic han sigut generats arran a projeccions futures de precipitació i temperatura del projecte EURO-CORDEX, usant un model pluja-escorrentia agregat, el model de Témez. Per a l'anàlisi dels costos d'escassesa al regadiu (sector més vulnerable davant de l'escassesa), es proposa una metodologia d'atribució d'impactes (incloent explícitament tant la disponibilitat de recursos com la volatilitat de preus), juntament amb una anàlisi del risc d'impacte econòmic a escala de comarca agrària en l'agricultura de regadiu. Aquesta metodologia integra tres components: models economètrics d'impacte econòmic, models autoregressius (per caracteritzar la component estocàstica de les aportacions) i models de simulació del sistema. La metodologia desenvolupada permet avaluar l'impacte econòmic de mesures que permeten reduir els impactes dels escenaris d'escassesa, com per exemple, pous de sequeres. En aquest treball s'explora també el paper potencial dels instruments econòmics com a mesura de gestió de la demanda, i el seu efecte en l'impacte econòmic de les sequeres. En concret, es dissenyen i simulen polítiques de preus basades en el valor marginal de l'aigua a escala de conca, tarifes dinàmiques urbanes que inclouen una component del valor marginal i mercats de l'aigua. El cas d'estudi és el sistema d'explotació del riu Xúquer. Els resultats mostren la utilitat dels models hidroeconòmics desenvolupats per analitzar la gestió del sistema i demostren el potencial d'aplicar els instruments econòmics com a mesures per disminuir els impactes econòmics de situacions d'escassetat del recurs hídric.