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Título
Sustainable water management in the agricultural sector under deep uncertainty
Autor(es)
Director(es)
Materia
Tesis y disertaciones académicas
Universidad de Salamanca (España)
Tesis Doctoral
Academic dissertations
Agricultura
Cambio climático
Conservación del agua
Incertidumbre
Riego
Clasificación UNESCO
5506.06 Historia de la Economía
Fecha de publicación
2023
Resumen
[ES] El mundo está experimentando una crisis mundial del agua, causada por los efectos
combinados de la sobreexplotación, del crecimiento demográfico, de la mala gestión y del
cambio climático. Tradicionalmente las estrategias de adaptación para hacer frente a esta
crisis se han basado en modelos de consolidación que ofrecen a los responsables políticos
predicciones puntuales sobre los impactos económicos, la conservación del agua, etc. Sin
embargo, en las últimas décadas, las no linealidades (por ejemplo, en el cambio climático,
el comportamiento adaptativo, etc.) han desafiado la fiabilidad de estos modelos y abrumado
las políticas existentes, que sistemáticamente no han logrado sus objetivos debido a nuevas
correlaciones entre complejos e interconectados sistemas socioeconómicos y ecológicos
que no se habían previsto previamente. En este contexto, la planificación para el futuro se
caracteriza por un alto grado de incertidumbre o incertidumbre profunda. Bajo incertidumbre
profunda, no podemos asociar probabilidades a los resultados (como con el riesgo), y por lo
tanto no podemos destacar una sola estrategia que se espera actúe mejor de las alternativas
con confianza. En lugar de la estrategia que mejor funciona, la incertidumbre obliga a los
responsables políticos a dar prioridad a la robustez, es decir, a través de la identificación de
la(s) estrategia(s) que logre(n) el objetivo de un crecimiento económico sostenible y
equitativo bajo los futuros más plausibles. Esto requiere reasignaciones de agua de usos
económicos a usos ambientales, para garantizar el buen estado ecológico de los
ecosistemas, complementado con reasignaciones entre usos económicos para mejorar la
eficiencia y la equidad. La mayoría de las estrategias de reasignación se dirigirán al sector
agrícola, que es el mayor usuario de agua y concentra el uso marginal (es decir, el menos
valioso) del recurso. Esta tesis presenta un marco de modelos para diseñar e informar
estrategias de adaptación robustas en el sector agrícola, estructurado en 5 capítulos. En el
primer capítulo presentamos el tema, el objetivo y la estructura de esta tesis. El segundo
capítulo presenta la metodología socioeconómica utilizada para evaluar el comportamiento
de los agricultores (Modelos de Programación Matemática - MPMs) y luego introduce un
nuevo modelo que permite el riego deficitario como una estrategia de adaptación a la
escasez de agua, generalmente no considerada en los MPMs convencionales. En el siguiente
capítulo, presentamos un novedoso conjunto multimodelo de MPMs para reducir la
incertidumbre y así fundamentar decisiones sólidas. A continuación, en el capítulo cuatro,
incluimos explícitamente el sistema hidrológico juntando el conjunto de MPMs con un
modelo de gestión del agua utilizado a nivel de cuenca. Finalmente, el capítulo cinco incluye
las conclusiones y recomendaciones del autor. El propósito principal de nuestro sistema de
modelos es ofrecer ciencia aplicable por los responsables políticos, por lo tanto, el sistema
es modular, actualizable y listo para ser utilizado. Gracias a la colaboración con algunas autoridades reguladoras italianas y españolas, aplicamos nuestro sistema de modelos a 5
casos de estudio: evaluamos el rendimiento de dos políticas de precios y un banco de agua
para comprar agua para el medio ambiente, Evaluamos un esquema de compensación
pecuniaria diseñado para sostener los servicios ecosistémicos dependientes del riego, y
calculamos el costo de los recursos de agua agrícola. Nuestro sistema de modelos puede
ayudar en la identificación y adopción de estrategias sólidas que contribuyan a los objetivos
de crecimiento económico y de bienestar equitativo y sostenible. Además, la inclusión
explícita del sistema hidrológico permite considerar la co-evolución de los sistemas humanos
y natural, para evitar resultados desfavorables desencadenados por la posible
retroalimentación bidireccional entre estos sistemas.
[EN] The world is experiencing a global water crisis, caused by the compounded effects of
overexploitation, population growth, mismanagement, and climate change. The design of
water-adaptation strategies to address this crisis has traditionally relied on consolidative
models that offer decision-makers point predictions on economic impacts, water
conservation, etc. However, in recent decades, nonlinearities (e.g., in climate change,
adaptive behavior) have challenged the reliability of these models and overwhelmed existing
policies, which have systemically failed to achieve their targets due to new correlations
across complex and interconnected socioeconomic and ecological systems that were not
previously anticipated. In this context, planning for the future is characterized by a high
degree of uncertainty, or deep uncertainty. Under deep uncertainty, we cannot associate
probabilities to outcomes (as with risk), and therefore we cannot individuate with confidence
a single strategy that is expected to outperform the alternatives. Instead of looking for
optimality, under deep uncertainty, decision-makers should prioritize robustness, i.e., the
identification of the strategy(ies) that achieve the objective of sustainable and equitable
economic growth in the most plausible futures. This calls for water reallocations from
economic to environmental uses in order to guarantee the good ecological status of
ecosystems, complemented by reallocations among economic uses to enhance both
efficiency and equity. Most reallocation strategies will target the agricultural sector, which is
the largest water user and concentrates the marginal (i.e., least valuable) use of the resource.
This thesis presents a modeling framework to design and inform robust adaptation strategies
in the agricultural sector, structured in 5 chapters. In the first chapter, we introduce the topic,
state the objective, and present the structure of the thesis. The second chapter presents the
socioeconomic methodology used to assess farmers' behavior (Mathematical Programming
Models – MPMs) and introduces a new model that allows deficit irrigation as an adaptation
strategy to water scarcity, usually not considered in conventional MPMs. In the third chapter,
we introduce a novel multi-model ensemble of MPMs to sample uncertainty and thus inform
robust decisions. In chapter four, we explicitly include the water systems coupling the multi model ensemble of MPMs with a decision support system model used to manage water at
basin level. Finally, chapter five includes the conclusions and recommendations of the
author. The main purpose of our modeling framework is to deliver actionable science. Thus,
it is designed to be modular, updatable, and ready to apply by policymakers. Thanks to the
collaboration with Italian and Spanish regulatory authorities, we have applied our modeling
framework to 5 policy cases: we tested the performance of two pricing policies, and a water
bank to buyback water for the environment, we assessed a pecuniary compensation scheme
designed to sustain irrigation-dependent ecosystem services, and we calculated the resource
cost of agricultural water. Our multi-model ensemble can inform the identification and
adoption of robust strategies that contribute to the targets of equitable and sustainable
economic and welfare growth. Moreover, the explicit inclusion of the water system allows for
the consideration of the co-evolution of the water and human systems, in order to avoid
unfavorable outcomes triggered by the possible two-way feedback between these systems.
Descripción
Tesis por compendio de publicaciones
URI
Colecciones