Multisectoral models for water management under droughts and climate change

Abstract

The escalating conflicts and competition for freshwater resources are widely acknowledged. The demand for water is on the rise due to rapid population growth and socioeconomic development, while climate change is disrupting the water cycle by changing precipitation patterns, leading to alterations and increasing uncertainty in the availability, quality and distribution of water resources. This is compounded by extreme weather events, especially droughts, which further aggravate both the supply and reliability of water resources. Water scarcity poses a major threat to human health, ecosystems sustainability and economic development, challenging both global food security and economic stability. The complex interplay between water resources and economic systems requires models that encompass the interconnectedness among all economic activities, to properly understand the economy- and region-wide effects of local scarcity and to guide the design of both demand and supply instruments to cope with water stress. By using environmentally-extended multi-sectoral models, this thesis aims to address the impacts of water-induced supply side disruptions in the economy under climate change, proposing methods and policies to mitigate and adapt to changes in water resources availability. It assesses the macroeconomic impacts of localized droughts on different world regions by evaluating two different allocation regimes adopted to deal with the water shortage (namely, water restrictions borne solely by agricultural sectors vs. uniform reduction of water allotments). The results show that the policy-regime chosen, together with the role of the region in global supply chains, greatly determine the extent of the economic impacts, both in the directly affected region and in third countries. When the drought affects only agriculture, the negative economic impacts can be mitigated by adjusting production and trade. In contrast, when water availability is reduced uniformly across all economic sectors in the drought-stricken region, economic losses spread across the globe. This thesis goes further in the analysis of water allocation policies by developing a model capable of finding the optimal allocation to minimize the overall economic disruption during a drought

Els creixents conflictes i la competència pels recursos hídrics estan àmpliament reconeguts. La demanda d'aigua està en augment a causa del ràpid creixement poblacional i del desenvolupament socioeconòmic, mentre que el canvi climàtic està canviant el cicle hidrològic i els patrons de precipitació, la qual cosa condueix a alteracions i un increment de la incertesa en la disponibilitat, qualitat i distribució dels recursos hídrics. Aquesta situació s’agreuja amb l'increment dels fenòmens climàtics extrems, especialment les sequeres, afectant encara més tant el subministrament com la qualitat dels recursos hídrics. L'escassetat d'aigua representa una gran amenaça per a la salut humana, la sostenibilitat dels ecosistemes i el desenvolupament econòmic, posant en risc tant la seguretat alimentària global com l’estabilitat econòmica. La complexa interacció entre els recursos hídrics i els sistemes econòmics requereix de models que tinguin en compte la interconnexió entre totes les activitats econòmiques, per tal de poder comprendre adequadament els efectes a econòmics i regionals de l'escassetat a nivell local i poder guiar en el disseny d'instruments tant de demanda com d'oferta per fer front a l'estrès hídric. A través de models multisectorials estesos a l'ús de recursos hídrics, aquesta tesi té com a objectiu analitzar els impactes econòmics causats per l'escassetat d'aigua degut al canvi climàtic, proposant mètodes i polítiques per mitigar i adaptar-se als canvis en la disponibilitat dels recursos hídrics. Aquesta tesi avalua els impactes macroeconòmics de sequeres en diferents regions globals a través de dues polítiques d'assignació d'aigua diferents adoptades per fer front a l'escassetat temporal d'aigua (és a dir, restriccions d'aigua implementades només als sectors agrícoles vs. una reducció uniforme en les assignacions d'aigua). Els resultats mostren que la política específica d'assignació, juntament amb la importància del país o regió en les cadenes de subministrament globals, determinen en gran mesura la magnitud dels impactes econòmics, tant a la regió directament afectada com als països no afectats. Aquesta tesi aprofundeix en l'anàlisi de les polítiques d'assignació d'aigua desenvolupant un model capaç de trobar l'assignació òptima que minimitza l'impacte econòmic agregat durant una sequera