Energy-Water and Agriculture Nexus to Support the Sustainable Management of Shared Water Resources

• Throughout history, major rivers and shared water bodies have allowed civilizations to flourish, and the effective management of shared water bodies has always been a priority for societies and nations. Today, about 40% of the world’s population lives in proximity to the 286 transboundary river and lake basins that supply 60% of the world’s freshwater flows and make up about half of the Earth’s land area. Moreover, around 2 billion people in the world depend on groundwater sources, which include over 460 transboundary aquifer systems.The mismanagement of water resources can result in catastrophic disasters that are often exacerbated by a domino effect so that the impacts of poor water management often extend beyond the water system. The interdependency of the water system with other systems such as energy and food, or with land-use, highlights the importance of ”systems thinking and planning” in resource management. Such a concept is not easily encapsulated into policy-making processes in many parts of the world because consideration of the resource systems in isolation as individual entities and ‘silo” thinking still dominate. Climate change adds another layer of complexity and exacerbates the issue of water management. Another important factor is geographical location because precipitation varies among and within continents. This results in some regions suffering from water shortages and some regions facing the risks of water redundancy and floods. The concept of the Water-Energy-Food (WEF) nexus was introduced in 2011 as a response to help address some of the issues mentioned above. Over the last decade, research on the WEF nexus has gained momentum in both the policy and academic areas and several methods have been introduced to operationalize the nexus in different contexts. One of the flagship methodologies is the Transboundary Basins Nexus Approach (TBNA) introduced by the United Nations Economic Commission of Europe (UNECE) in 2015 and designed to assess the nexus in shared (transboundary) water basins.The aim of this thesis is to support shared water management by using the WEF-nexus approach to quantify the benefits of coordinated management, motivate cooperation, and identify trade-offs in the optimal use of resources. To achieve this aim, four research questions are explored over the course of four academic publications.  The first question explores the role of the energy sector in motivating shared water cooperation. The second question studies the risks and opportunities emerging from the interplay between climate and renewable energy in shared basins. The third question focuses on groundwater management and explores what benefits the consideration of the energy-water-agriculture nexus could bring to shared groundwater management in water-scarce areas. The fourth question examines how consideration of the energy-water-agriculture nexus could accelerate the low-carbon transition in the agricultural sector. These research questions are examined in two different, yet complementing, geographic locations. One is the Balkans in Southeastern Europe, which faces water redundancy and flood issues and the other is the Middle East and North Africa (MENA) region which suffers from water scarcity. In the first region, the Drina and the Drin River Basins represent the characteristics of Southeastern Europe while the North Western Sahara Aquifer System (NWSAS) and the Souss-Massa basin represent the characteristics of the MENA region. Three of the case applications are transboundary (Drina, Drin and NWSAS) while the last application (Souss-Massa Basin) is a subnational basin.  

• Historiskt har stora floder och delade vattendrag gjort det möjligt för civilisationer att blomstra. Att effektivt hantera delade vattenresurser har alltid varit och är en prioritet för samhällen och nationer. Idag bor cirka 40 % av världens befolkning i nära anslutning till någon av de 286 internationella floder och sjöar som är just delade vattendrag. De försörjer 60 % av världens sötvatten och utgör ungefär hälften av jordens yta. Vidare är omkring 2 miljarder människor i världen beroende av grundvattenkällor, som inkluderar över 460 gränsöverskridande akvifera system.Dålig vattenförvaltning kan leda till katastrofala följder med efterföljande dominoeffekt där dålig vattenförvaltning inte bara påverkar vattensystemet, utan även andra relaterade system så som energi, mat och markanvändning. Vattensystemets ömsesidiga beroende av andra system understryker vikten av "systemtänkande och planering" i resurshantering. I många delar av världen domineras dock policyprocesserna av att se resurssystemen som isolerade individuella enheter, ett så kallat "silo"-tänkande. Klimatförändringarna lägger till ytterligare ett lager av komplexitet till frågan om vattenförvaltning. Det geografiska läget har också betydelse eftersom den globala nederbörden varierar mellan och inom kontinenter. Detta resulterar i att vissa regioner lider av vattenbrist och andra riskerar att få vattenöverflöd och bli översvämmade.Konceptet vatten-energi-mat (WEF)-nexus introducerades 2011 som en lösning för att hjälpa till att ta itu med några av de ovan nämnda problemen. Forskningen kring WEF-nexus tog fart under det efterföljande decenniet, både inom politiska och akademiska arenor, och flera metoder introducerades för att göra nexus användbart i olika sammanhang. En av flaggskeppsmetoderna är Transboundary Bassins Nexus Approach (TBNA) som introducerades av FN:s ekonomiska kommission för Europa (UNECE) 2015 och är utformad för att förstå och utvärdera delade (gränsöverskridande) vattenavrinningsområde.Denna avhandling syftar till att stödja delad (gränsöverskridande) vattenförvaltning genom att använda WEF-nexus-metoden till att kvantifiera fördelarna med samordnad förvaltning, motivera samarbete samt identifiera avvägningar i optimal användning av resurser. Detta undersöks genom fyra forskningsfrågor och redovisas i fyra publikationer.Den första frågan utforskar energisektorns roll i att motivera delad vattenförvaltning och vilka insikter som kan erhållas från modeller med öppen källkod. Den andra frågan studerar riskerna och möjligheterna av samspelet mellan klimat och förnybar energi i delade vattenavrinningsområden. Den tredje frågan fokuserar på grundvattenhantering och undersöker vilka fördelar systemtänkande kring energi-vatten-jordbruk kan ge till delad grundvattenhantering i områden med vattenbrist. Den fjärde frågan undersöker hur hänsynstagandet till sambandet energi-vatten-jordbruk kan påskynda omställningen med låga koldioxidutsläpp inom jordbrukssektorn.Dessa forskningsfrågor undersöks på två olika, men kompletterande, geografiska platser. Den ena är Balkanregionen i sydöstra Europa, som står inför översvämningsproblem, och den andra är Mellanöstern- och Nordafrika-regionen (MENA) som lider av vattenbrist. I den första regionen representerar floderna Drina och Drin några av särdragen för sydöstra Europa, medan North Western Sahara Aquifer System (NWSAS) och Souss-Massa-vattenavrinningsområde representerar särdrag i MENA-regionen. Tre av fallstudierna är gränsöverskridande (Drina, Drin och NWSAS) medan den sista studien (Souss-Massa Basin) är ett nationellt vattenavrinningsområde.

• لعبت الأنهار الرئيسية والمسطحات المائية المشتركة دورا محوريا في ازدهار الحضارات على مر التاريخ ، وشكلت الإدارة الفاعلة للمسطحات المائية المشتركة أولوية كبرى للأمم والمجتمعات، وفي الوقت الراهن يعيش حوالي 40٪ من سكان العالم بالقرب من أحواض الأنهار و البحيرات العابرة للحدود البالغ عددها 286 حوضا مشتركا، والتي تغطي حوالي نصف مساحة اليابسة وتشكل المصدر الرئيسي لـ 60٪ من تدفقات المياه العذبة في العالم. علاوة على ذلك، يعتمد حوالي 2 مليار نسمة في العالم على مصادر المياه الجوفية النابعة من 460 نظامًا لطبقات المياه الجوفية العابرة للحدود.إن سوء إدارة الموارد المائية يمكن أن يؤدي إلى كوارث متعددة الأبعاد غالبًا ما تتجاوز منظومة المياه، كما أن الترابط بين النظام المائي والأنظمة الأخرى مثل الطاقة والغذاء (أو استخدام الأراضي) يسلط الضوء على أهمية "التفكير والتخطيط النظمي" في إدارة الموارد، وهو مفهوم لا يمكن ترجمته بسهولة في عملية صنع السياسات في أجزاء كثيرة من العالم، حيث لا يزال التفكير والتخطيط الأحادي والمنعزل لأنظمة الموارد هو المسيطر. التغير المناخي يضيف بدوره مستوى آخر من التعقيد ويفاقم من أزمة إدارة المياه، والعامل الأخر المهم هو الموقع الجغرافي حيث تتباين مستويات هطول الأمطار بين القارات وفي داخلها، مما انعكس على تباين تحديات المياه حول العالم، ففي حين نجد بعض المناطق تعاني من شح الموارد المائية، نجد مناطق أخرى تعاني من مخاطر وفرة المياه والفيضانات. ظهر مفهوم "الترابط بين المياه والطاقة والغذاء (WEF-nexus)" في عام 2011م كمساهمة في معالجة بعض القضايا المذكورة أعلاه، وخلال العقد الماضي اكتسب البحث حول "الترابط بين الماء والطاقة والغذاء" زخمًا كبيرا في المجال الأكاديمي وكذلك في مجال صنع السياسات التنموية، وتم ابتكار العديد من النماذج التطبيقية لاسقاط مفهوم التفكير الترابطي بين الموارد على أرض الواقع وتطبيقه في سياقات مختلفة، إحدى المنهجيات الرئيسية هي منهجية الترابط في الأحواض العابرة للحدود (TBNA)، والتي ابتكرتها اللجنة الاقتصادية لأوروبا التابعة للأمم المتحدة (UNECE) في عام 2015 لتقييم الترابط بين الموارد في أحواض المياه المشتركة (العابرة للحدود).تهدف هذه الأطروحة إلى دعم إدارة المياه المشتركة باستخدام نهج "الترابط بين المياه والطاقة والغذاء WEF-nexus" وذلك من خلال الدراسة الكمية لفوائد الإدارة التكاملية للموارد، وتحفيز التعاون بين الشركاء، ودراسة التبعات أوالمقايضات في الاستخدام الأمثل للموارد، ولتحقيق هذا الهدف؛ تمت دراسة أربعة أسئلة بحثية عبر أربعة أبحاث علمية محكمة.يبحث السؤال الأول دور قطاع الطاقة في تحفيز التعاون في مجال المياه المشتركة، في حين يبحث السؤال الثاني المخاطر والفرص الناتجة من التفاعل بين المناخ ومصادر الطاقة المتجددة في الأحواض المشتركة، أما السؤال الثالث فيركز على إدارة المياه الجوفية ويستكشف الفوائد التي يمكن أن تجلبها دراسة "الترابط بين الطاقة والمياه والزراعة" في إدارة المياه الجوفية المشتركة وبالأخص في المناطق التي تعاني من شح الموارد المائية، أما السؤال الرابع فيدور حول كيف يمكن للتخطيط الترابطي بين موارد الطاقة والمياه والزراعة أن يساهم في تسريع التحول الى قطاع زراعي منخفض الكربون.يتم دراسة هذه الأسئلة البحثية في بيئتين جغرافيتين مختلفتين لكن متكاملتين؛ الأولى هي منطقة البلقان في جنوب شرق أوروبا، والتي تواجه مشكلات وفرة المياه والفيضانات، أما الثانية فهي منطقة الشرق الأوسط وشمال إفريقيا (MENA) والتي تعاني من ندرة المياه، وتمثل أحواض نهري "درينا" و "درين" خصائص المنطقة الأولى في جنوب شرق أوروبا، بينما يمثل نظام المياه الجوفية في شمال الصحراء الغربية (NWSAS) وحوض سوس-ماسة خصائص منطقة الشرق الأوسط وشمال إفريقيا، وللتنويه فإن ثلاثة من الأحواض المشتركة هي أحواض عابرة للحدود (درينا ودرين و NWSAS) بينما حوض سوس ماسة هو عبارة عن حوض محلي (يقع ضمن حدود المملكة المغربية).

Ämnesord

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Naturresursteknik -- Energisystem (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Environmental Engineering -- Energy Systems (hsv//eng)

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Naturresursteknik -- Miljöledning (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Environmental Engineering -- Environmental Management (hsv//eng)

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Maskinteknik -- Energiteknik (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Mechanical Engineering -- Energy Engineering (hsv//eng)

NATURVETENSKAP  -- Geovetenskap och miljövetenskap -- Klimatforskning (hsv//swe)

NATURAL SCIENCES  -- Earth and Related Environmental Sciences -- Climate Research (hsv//eng)

NATURVETENSKAP  -- Geovetenskap och miljövetenskap -- Miljövetenskap (hsv//swe)

NATURAL SCIENCES  -- Earth and Related Environmental Sciences -- Environmental Sciences (hsv//eng)

Nyckelord

shared water management; WEF nexus; agriculture

water and energy systems; hydropower; climate change; groundwater.

Delad vattenförvaltning; WEF-nexus; jordbruk

vatten och energisystem; vattenkraft; klimatförändring; grundvatten.

إدارة المياه المشتركة ؛ الترابط بين الموارد المائية و الطاقة والغذاء؛ أنظمة الطاقة؛ الطاقة الكهرومائية؛ تغير المناخ؛ المياه الجوفية.

Energiteknik

Energy Technology

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

dok (ämneskategori)