Almazán Gómez, Miguel Ángel
Sánchez Chóliz, Julio (dir.) ; Duarte Pac, Rosa (dir.)
Universidad de Zaragoza,
2020
Resumen: El cambio climático y la seguridad alimentaria representan retos inminentes para el desarrollo humano y económico a muy distintas escalas. A nivel mundial, se estima que el impacto del cambio climático sobre la disponibilidad y calidad de los recursos hídricos, la producción agraria, la productividad de la tierra y los distintos ecosistemas puede llevar a reducciones de entre el 5% y el 20% del Producto interior bruto (Stern, 2008). En la misma línea, el panel intergubernamental sobre el cambio climático (IPCC, 2014) advierte del incremento de la temperatura media mundial, hecho asociado al incremento del nivel del mar, inundaciones y reducciones de la producción alimenticia. Por otra parte, la globalización y dependencia internacional de las economías, y particularmente, la creciente internacionalización de la cadena de producción agroalimentaria hace que el logro de la seguridad alimentaria se sitúe como uno de los principales retos locales, nacionales y mundiales, logro que depende en buena medida de los recursos hídricos de que disponga cada país o región, así como de la gestión que haga de ellos. La relevancia de todos estos temas queda patente con su inclusión como objetivos del milenio por parte de las Naciones Unidas (United Nations, 2015), el logro de la seguridad alimentaria (objetivo 2), la reducción del cambio climático y su impacto (objetivo 13) y el logro de patrones de consumo y producción sostenibles (objetivo 12).
En esta misma línea, si pensamos en la cantidad y calidad del agua, vemos que está viendo afectada por numerosas variables. Por ejemplo el incremento en los usos y el cambio climático están conduciendo a una disminución de la disponibilidad de agua dulce (Alcamo et al., 2007; Gerten et al., 2008), pero también lo hacen los procesos de la revegetación en cabecera (Bielsa and Cazcarro, 2014); y a la vez que esto ocurre, los usos actuales y la gestión que se realiza del agua llevan a la generación de diversos tipos de contaminación, lo que también supone una reducción de su disponibilidad. La Directiva Marco del Agua (DMA) de la Unión Europea fue, en buena medida, promulgada por estos motivos (European Communities, 2000). En concreto, la DMA requiere que los Estados miembros de la Unión Europea alcancen un buen estado ecológico en todas sus masas de agua y establezcan requerimientos hídricos medioambientales sobre ellas. En otras palabras, se deben establecer caudales medioambientales en todos los ríos europeos que fijen volúmenes y la distribución de estos en el tiempo, así como estándares de calidad de las aguas (Acreman and Dunbar, 2004; Acreman and Ferguson, 2010). Y es que, se está considerando, por parte de la Unión Europea (UE), que la gobernanza del agua es un factor clave para hacer frente a las consecuencias del cambio climático y trazar las sendas que nos conduzcan a la consecución de los objetivos del milenio.
Sin embargo, la gobernanza del agua resulta un reto arduo para todas las sociedades, dado los diferentes tipos de bienes y servicios que hacen uso del agua y de los diferentes tipos de usos. Los más evidentes, los usos consuntivos (agua de boca, regadío, …) compiten no sólo entre ellos, sino también en ocasiones con los usos no consuntivos (producción hidroeléctrica, refrigeración de centrales, …), que exigen una disponibilidad del agua en momentos y espacios del tiempo determinados y que condicionan el resto de los usos; esto ocurre frecuentemente con la industria hidroeléctrica y los regadíos asociados a embalses. Por su parte, los usos recreativos (pesca, por ejemplo) y/o los medioambientales, requieren unos mínimos de cantidad y calidad en puntos o tramos específicos, condicionando también a otros usos consuntivos y no consuntivos.
El agua dulce es un recurso natural imprescindible para la vida y para el desarrollo de cualquier actividad y su valor depende del lugar y del tiempo (Hanemann, 2006). Por ello es conveniente estudiar todo lo relativo al agua y su gestión siempre en un contexto de variabilidad en tiempo y espacio. Es más, la adaptación al cambio climático y el crecimiento económico en esta época, en la que los sistemas productivos son claramente interdependientes a distintas escalas (intersectorialmente e interregionalmente) y que a su vez son influidos por las condiciones ambientales y por sus impactos, requieren también del estudio en profundidad de aspectos centrales tales como el papel del cambio tecnológico, la mejora de los sistemas de gobernanza, las responsabilidades del productor y del consumidor, en un contexto de cadena global de producción, y la vinculación de los aspectos locales y globales de la producción.
Finalmente, no debemos olvidar que el transporte del agua resulta caro en infraestructuras y mantenimiento, además de suponer grandes pérdidas del recurso. Según Gupta y van der Zaag (2008), asumir los costes por trasvases que supongan transporte del agua a grandes distancias sólo estaría justificado para asegurar necesidades vitales. Por todo ello es necesario y lógico asumir, como haremos en esta tesis, que las cuencas hidrográficas son las unidades básicas de planificación y de gestión hídrica, asumiendo para ésta los límites físicos de las cuencas como límites de planificación. Fronteras físicas que poco o nada tienen que ver frecuentemente con las fronteras administrativas. De hecho, existen ríos que conforman fronteras o ríos que atraviesan distintos países o regiones, obligando a gobiernos y agentes con distintos intereses, a participar unidos en la gobernanza; lo que puede derivar en la aparición de conflictos.
Dada esta realidad, es clave para la gestión del agua el desarrollo de modelos multisectoriales y multirregionales que permitan estudiar las dependencias espaciales y temporales entre los agentes económicos de las diferentes regiones de una cuenca. Si bien la metodología que desarrollamos es aplicable a cualquier cuenca hidrográfica, el área de estudio de la tesis será la cuenca del Ebro, una de las más representativas de las cuencas semiáridas mediterráneas (Milano et al., 2013a), obteniendo en este marco los parámetros y relaciones productivas principales. La cuenca del Ebro es un entorno altamente representativo a nivel europeo tanto de presión ambiental (la cuenca está caracterizada por una desigual distribución de los recursos hídricos; las demandas son crecientes; el delta del Ebro está considerada como una de las más importantes zonas vulnerables en Europa), como por su productividad agraria y agroalimentaria, y por las experiencias exitosas de gestión de los recursos hídricos. Más datos sobre la cuenca del Ebro y su caracterización socioeconómica pueden verse en el capítulo 1, que dedicamos exclusivamente al área de estudio.
Sobre los objetivos, las fuentes de datos y las metodologías:
De acuerdo con todo lo anterior, esta tesis avanza en el análisis económico y ambiental del valle del Ebro tanto desde un punto de vista global como local. Estudiaremos las consecuencias de la sucesión de usos del agua en el valle y algunos conflictos entre usuarios. Además, con el objeto de diseñar medidas de mitigación de impacto ambiental y de crecimiento regional sostenible, integraremos las actividades económicas y los flujos hídricos en un mismo modelo. Esto implica tener en cuenta, de forma integrada geográfica y sectorialmente, elementos que tradicionalmente se han estudiado de forma aislada y local (o regional), tales como el impacto ambiental de las actividades económicas, la especialización productiva, las dependencias sectoriales y multirregionales de la producción y de los usos del agua, el papel del cambio tecnológico (en las técnicas de producción y en los patrones de consumo), las posibilidades de cooperación (local y regional) entre agentes implicados en el uso del agua, y como marco general la gobernanza y gestión de los recursos hídricos asociados a la cuenca del Ebro.
La elaboración de la presente tesis ha exigido un esfuerzo considerable en lo que a la búsqueda y tratamiento de datos se refiere. Este esfuerzo nos ha llevado a tres resultados empíricos importantes; el primero es la construcción de una base de datos a nivel municipal de la cuenca del Ebro y cuyas características principales pueden consultarse en el Anexo del capítulo 1. El segundo, que es una contribución central de la presente tesis, es la construcción de la tabla multirregional de la cuenca del Ebro, que hasta dónde llega nuestro conocimiento es la primera tabla input-output multirregional elaborada para una cuenca hidrográfica. El tercero es la construcción de un modelo hidroeconómico para la cuenca del Ebro que integra flujos de agua y estructura input-output y que tampoco se ha hecho anteriormente.
Las metodologías principales que usaremos en esta tesis son: el marco input-output, la teoría de juegos, los modelos hidroeconómicos y los sistemas de información geográfica. Estas metodologías nos permitirán, desde el marco multirregional que caracteriza la cuenca, simular alternativas a la gestión y evaluar impactos socioeconómicos y medioambientales.
El marco input-output nos permite conocer la interrelación entre sectores y regiones a la vez que nos permite evaluar los impactos directos e indirectos frente a un posible shock, por estos motivos, ha sido ampliamente utilizado en Economía y es una herramienta muy útil en la economía del medioambiente. La teoría de juegos también ha sido ampliamente utilizada en economía, y en particular en la Economía del agua, al permitir analizar los conflictos entre los jugadores bajo muy diferentes enfoques. El enfoque del juego puede asociarse con las condiciones institucionales en que se desarrolla la actividad económica; en ese sentido, la necesidad de cooperar y de competir en los procesos de gestión del agua son muy adecuados para la teoría de juegos. Esta permite determinar óptimos de reparto atendiendo a distintos criterios y poderes de negociación, o determinar coaliciones óptimas y los repartos óptimos dentro de estas coaliciones. Los modelos hidroeconómicos tienen en cuenta el espacio y el tiempo, tanto para su parte hidrológica, como para su parte socioeconómica; por ello, se convierten en una herramienta muy útil para estudiar y/o evaluar las capacidades y alternativas o escenarios de gestión hídrica. Por su parte, los sistemas de información geográfica son fuentes de información que combinaremos con los datos y resultados que vayamos obteniendo; además, nos apoyaremos en los sistemas de información geográfica para realizar análisis espaciales de los distintos usos del agua y de los impactos de los diferentes escenarios que propongamos. Más adelante, en el segundo capítulo, aportamos un mayor detalle sobre las metodologías y herramientas usadas.
Sobre la estructura de la tesis:
Los objetivos antes señalados y los instrumentos metodológicos nos definen en buena medida los diferentes apartados de esta tesis. El siguiente capítulo (capítulo 1), lo dedicamos a la caracterización socioeconómica y medioambiental del área de estudio, la cuenca del Ebro, fijándonos especialmente en los flujos hídricos que discurren por esta cuenca. En el capítulo 2 revisaremos inicialmente otras aportaciones que se han hecho en economía y gestión del agua y que nos servirán de guía en nuestro trabajo. En este tercer capítulo veremos las principales características de cada una de nuestras metodologías base: los modelos input-output en la sección 2.1, la teoría de juegos en la 2.2, los modelos hidroeconómicos en la 2.3 y los sistemas de información geográfica en la 2.4.
Tras la revisión metodológica, el capítulo 3 analiza un caso concreto de gestión, el conflicto existente entre los usos del agua en el tramo bajo del Ebro y los requerimientos medioambientales del Delta. Este capítulo sirve de introducción y justificación en parte de los siguientes. El Ebro es el río más caudaloso de España y conduce al Delta sedimentos procedentes del Pirineo y del Sistema Ibérico entre otros. Estos aportes de sedimentos conforman y mantienen el Delta y permiten combatir la cuña salina actual, problema que se ha agravado con la regulación aguas arriba (especialmente en Mequinenza) y con el cambio climático que provoca incrementos en el nivel del mar.
La Confederación Hidrográfica del Ebro (CHE) es la encargada de elaborar los planes hidrológicos para la cuenca del Ebro (CHE, 2014). Tras la elaboración de dicho plan, los distintos agentes interesados pueden expresar su opinión y plantear cambios. En los últimos años en estas rondas de consultas los caudales mínimos medioambientales fijados para el Delta han sido tildados de insuficientes en varias ocasiones por algunos agentes; hecho que se ve reflejado en la memoria de dichos planes. Agentes representativos de estas demandas son la agencia catalana del agua (ACA) y la comisión de sostenibilidad de las tierras del Ebro (CSTE). Estos dos agentes han planteado sendas propuestas de caudales mínimos (ACA, 2007; CSTE, 2015). Por este motivo, el capítulo 3 lo dedicamos a analizar las posibilidades de incrementar los caudales ecológicos del Delta acorde a dichas propuestas y planteando diversas alternativas de gestión del tramo bajo del Ebro. En la actualidad, la gestión del cumplimiento de los caudales medioambientales del Delta recae en exclusiva sobre el embalse de Mequinenza, solución que ha llevado en ocasiones a este embalse a niveles de agua embalsada preocupantes medioambientalmente y a ojos de los regantes y usuarios que de él se abastecen. Las alternativas de gestión que proponemos tienen en cuenta el uso de otros embalses para este objetivo. Para nuestro análisis hemos construido un modelo de flujos hídricos simplificado en el que hemos simulado con datos mensuales reales de 50 años distintas alternativas de gestión. Los resultados del modelo los analizamos haciendo uso de la teoría de juegos.
El análisis interregional e intersectorial es clave para entender las dependencias socioeconómicas y también en términos medioambientales de la cuenca del Ebro, por este motivo en el capítulo 4 lo dedicamos a explicar la construcción de una tabla input-output que atienda a sus fronteras físicas, así como a analizar interregional e intersectorialmente sus flujos comerciales, lo que conlleva el estudio de los flujos virtuales de valor añadido, empleo y agua implícitos asociados con la cuenca. Describiremos, por tanto, las fuentes usadas y los pasos principales del proceso seguido para la construcción de la tabla multirregional de la cuenca del Ebro. En este sentido, debemos destacar que aproximaremos la cuenca del Ebro por las partes que recaen dentro de la cuenca de las 5 regiones más representativas que la componen, que son Aragón, Cataluña, País Vasco, La Rioja y Navarra; por lo que la tabla input-output multirregional de la cuenca del Ebro contempla estas regiones, así como el resto de España, el resto de la UE y el resto del Mundo.
Para la elaboración de la tabla multirregional input-output nuestras fuentes principales son las tablas proporcionadas por los institutos de estadística de las regiones consideradas, así como el Instituto Nacional de Estadística, y la base WIOD de datos de tablas input-output mundial (Timmer et al., 2015) y. De cara a extender el modelo medioambientalmente, nos apoyaremos en las cuentas satélite existentes en WIOD (Genty et al., 2012), en los datos de (Chapagain and Hoekstra, 2004) y en los datos de un modelo multirregional previo desarrollado para toda España (Cazcarro et al., 2014). Dado nuestro interés en la gobernanza del agua, la tabla tiene un elevado nivel de desagregación en lo que respecta al sector primario, principal usuario consuntivo de agua. Más concretamente, el sector primario, para las regiones de la cuenca del Ebro, lo dividimos en 3: producción vegetal, producción animal y resto del sector primario. Hecha esta primera división, dividimos la producción vegetal en 18 grupos de cultivos y estos cultivos a su vez los dividimos entre regadío y secano. La producción animal se divide también en 6 grupos.
Este nivel de desagregación, además de permitirnos caracterizar la cuenca con mayor detalle, nos da pie a utilizar esta tabla como base para la construcción de un modelo hidroeconómico de la cuenca del Ebro. Una vez construida la tabla, utilizamos ésta y los sistemas de información geográfica (GIS) para profundizar en la caracterización de la cuenca, analizando las interdependencias regionales y sectoriales asociadas a diversas variables.
Dando continuación a los capítulos 3 y 4, dónde usamos la modelización de flujos hídricos simplificada y construimos la tabla multirregional input-output de la cuenca del Ebro, el capítulo 5 lo dedicamos a vincular ambas metodologías, siendo esto una contribución científica importante porque, hasta donde conocemos, esta integración no se ha realizado previamente.
Vinculando estas metodologías dotamos a nuestro modelo multirregional (capítulo 4) de un conjunto de restricciones en la disponibilidad de agua sujeta a los flujos que caracterizan la cuenca mes a mes, los usos previos y las necesidades medioambientales. Los modelos hidroeconómicos tienen una de sus bases en la modelización de flujos hídricos respetando los principios del balance de masas de agua y la continuidad del caudal del río, que determinan el volumen de disponibilidad de agua en los diferentes tramos fluviales. Para ello, determinaremos nodos que contabilizan el agua disponible y formularemos ecuaciones que determinan la relación entre los distintos nodos (las direcciones que toma el agua). Es decir, su componente hidrológico identifica el agua disponible para su uso en cada zona, sus usos y también el destino del agua no usada.
La otra base de los modelos hidroeconómicos, son las ecuaciones de comportamiento de los agentes. El uso de agua que hagan los agentes estará asociado a un determinado nodo, quiere decir, las extracciones de agua que cada agente realice serán mermas asociadas a un nodo concreto, por lo que el agua disponible para cada agente está determinada por el uso de los agentes ubicados aguas arriba y por la hidrología. Aquí toma relevancia la tabla multirregional input-output de la cuenca del Ebro, pues las ecuaciones de comportamiento las basaremos en las relaciones intersectoriales e interregionales que subyacen en esta tabla y en las condiciones de equilibrio del marco input-output.
Este modelo hidroeconómico multisectorial y multirregional, permitirá analizar de una forma conjunta e integrada las actividades económicas de producción y consumo y la realidad fluyente de las aguas en el Valle y sus usos sucesivos. Este modelo nos permite plantear la maximización del beneficio de las actividades asociadas a los usos del agua, pero sin simplificar, como es usual, el componente económico. Restricciones de uso del recurso hídrico, cambio tecnológico, comercio regional, importaciones y exportaciones, cambios en las demandas, etc., son temas que pueden abordarse con este modelo y que haremos en cierta medida. Por otra parte, los impactos medioambientales (nos focalizaremos en la temática del agua) de las distintas producciones y consumos, pueden ser cuantificadas de forma detallada, viendo los pesos de cada actividad y de cada lugar o región. El uso de diferentes escenarios es de gran utilidad para ello, así como la utilización de sistemas de información geográfica. Por ello, tras la construcción del modelo hidroeconómico de la cuenca del Ebro nos disponemos a mostrar la potencialidad de éste proponiendo diversos escenarios y analizando los resultados. En este análisis de resultados, cobra protagonismo el uso de los sistemas de información geográfica, pues nos ayudarán a localizar las áreas afectadas e identificar las posibles vías de mejora.
Finaliza la tesis con un resumen final, en él se recogen los principales resultados obtenidos, se comentan algunas de las conclusiones prácticas y políticas que se han alcanzado y se describen las futuras direcciones de investigación surgidas de la tesis.
Resumen (otro idioma): Climate change and food safety are both imminent challenges for social and economic development, despite the differences in their order of magnitude. It is estimated that the global impact of climate change on the availability and quality of water resources, farm output, land productivity and ecosystems could cut world GDP by between 5% and 20% (Stern, 2008). Meanwhile, the intergovernmental panel on climate change (IPCC, 2014) has sounded the alarm over the increase in average global temperatures, a phenomenon associated with rising sea levels, flooding and falling food production. In this context, globalization and the growing interdependence of national economies, which is starkly evident in the internationalization of agri-food production chains, have made food security into a major issue not only locally or nationally but even at the global level. Success will depend to a great extent on the available water resources in each country or region, and on the management of those resources. The importance of these issues is reflected in the Sustainable Development Goals (SDGs) set by the UN in 2015 (United Nations, 2015), which include zero hunger (goal 2); responsible consumption and production (goal 12); and climate action (goal 13). It becomes clear almost as soon as one begins to think seriously about water that multiple variables affect the quantity and quality of the resource. For example, increased consumption and climate change put pressure on the availability of fresh water (Alcamo et al., 2007; Gerten et al., 2008), but so do bedding and revegetation processes (Bielsa and Cazcarro, 2014), while different water uses and management options may cause contamination, again leading to a reduction in availability. The European Union Water Framework Directive (WFD) (European Communities, 2000) was adopted largely in view of these issues. Specifically, the WFD obliges the Member States of the European Union to take steps to assure the ecological condition of all water bodies and to set environmental flow water requirements. In other words, the volume and distribution of environmental flows over must be defined for all European rivers, together with minimum water quality standards (Acreman and Dunbar, 2004; Acreman and Ferguson, 2010). In general terms, then, the European Union (EU) considers that water governance is a key tool to repair the effects of climate change and to chart paths towards the achievement of the millennium goals. Water governance is an arduous challenge for all societies, however, given the enormous range of goods and services that make use of water in some way and the sheer diversity of actual and possible uses. The most obvious consumptive uses (drinking water, irrigation and so on) compete not only with each other but sometimes also with non-consumptive uses (hydroelectric generating, power plant cooling, etc.) that require water availability at specific locations and times, thereby conditioning other uses. Such conflicts are common enough in relation to water stored in reservoirs associated with hydroelectric generating and irrigation. Meanwhile, recreational uses like fishing and environmental uses also require minimum water quantity and quality at specific points or reaches along a river, again conditioning other consumptive and non-consumptive uses. Fresh water is an essential natural resource for life and for almost any kind of economic development, and its value depends on both place and time (Hanemann, 2006). Hence, any analysis of water use and management must inevitably be made in a context of variability in time and space. Furthermore, adaptation to climate change and economic growth in a world where production systems are clearly interdependent at different levels across economic sectors and regions, and are directly influenced by environmental conditions and their impacts, cannot be addressed without close consideration of key issues like the role of technological change, the improvement of governance systems, producer and consumer responsibility in the context of the global production chain, and the links between local and global aspects of production. Let us not forget, meanwhile, that water is expensive to transport, requiring major capital expenditures to build and maintain infrastructure, not to mention the significant cost of losses along the way. In this light, Gupta and van der Zaag (2008) argue that the costs of long-distance water transportation can only be justified where such transfers are required to guarantee vital supplies. This thesis treats hydrographic basins as the basic water planning and management units, as seems only logical for all of the above reasons, assuming their physical limits as planning constraints. Meanwhile, rivers often mark borders or run through different countries and regions, obliging governments and other riparian agents representing sometimes very diverse interests to cooperate in governance. Such situations can, on occasion, lead to conflict. In this light, multisectoral, multiregional models like that developed here to analyse the spatial and temporal dependencies between economic agents in the different regions of a river basin are indispensable for water management. While the methodology described here is applicable to any hydrographic basin, the case study considered in this thesis will be the Ebro River Basin (ERB), perhaps the most representative of the semi-arid Mediterranean basins (Milano et al., 2013), which will provide a framework to distinguish and determine key parameters and productive relationships. The ERB is a highly representative of environmental pressures at the European level, as it suffers from highly unequal distribution of water resources, ever increasing demand and a whole range of serious threats (the Ebro Delta is one of the most ecologically vulnerable areas in Europe). On the plus side, however, it supports highly productive agriculture, while water management experiences have in general been highly successful. Chapter 1 is given over entirely to the case study area, providing more detailed geographical and socio-economic information about the ERB. Objectives, data sources and methodologies As explained above, this thesis approaches the economic and environmental analysis of the ERB both from a global and local standpoint, examining the consequences of the succession of water uses in the river basin and some of the conflicts between users. The model also integrates different economic activities and water flows, allowing the design of measures to mitigate environmental impacts and foster sustainable regional growth. This allows consideration of a series of geographic and sector-related factors that have traditionally been studied separately at the local (or regional) level, including the environmental impact of economic activities, specialization, sectoral and multi-regional dependencies measured in terms of output and water uses, the role of technological change on production techniques and consumption patterns, and opportunities for local and regional cooperation between different users of water, and the general framework for governance and management of the ERB’s water resources . The considerable research effort required in terms of data mining and data processing to prepare this thesis study produced important empirical results, allowing, in the first place the construction of a municipal-level database for the ERB, the main characteristics of which are outlined in in the Annex to Chapter 1; in the second, construction of a multiregional and multisector input-output table for the ERB, which is a central contribution to this thesis and, to the best of our knowledge, is the first such MRIO model to be made for any hydrographic basin; and in the third, construction of a hydro-economic model for the ERB which integrates water flows and an input-output structure, another first. The main methodologies utilized in this thesis are the input-output framework, game theory, hydro-economic models and geographic information systems. These methodologies will allow us to simulate water management alternatives and evaluate socioeconomic and environmental impacts in the multiregional context of the ERB. The input-output framework reveals the interrelationships between sectors and regions and facilitates assessment of the direct and indirect impacts of possible shocks. For these reasons it has been widely used in economics and has proved a very useful tool to address environmental questions. Game theory has also been taken up enthusiastically by economists, particularly those studying water issues, because it permits analysis of conflict between players from a variety of sometimes very different angles. Among other possibilities, the game theory approach, which is well suited to reflect cooperation and competition in water management processes, can be associated with the institutional conditions under which economic activity takes place allowing researchers to determine the optimal distribution of available water in different scenarios based on a range of criteria and varying assumptions with regard to negotiating power, and to identify both optimal coalitions and optimal distributions within them. Hydro-economic models also take space and time into account, in both hydrological and socioeconomic terms, offering a very handy tool to study and/or evaluate water management capabilities and alternatives. Meanwhile, geographic information systems (GIS) provide a range of data which we will combine with our findings. We rely on geographic information systems to carry out spatial analysis of the different uses of water and the impacts of the different scenarios that we propose. More detail on the methodologies and tools used is provided in the second chapter. Thesis structure: The objectives and methodological instruments mentioned above largely define the different sections of this thesis. Chapter 1 offers a socioeconomic and environmental description of the Ebro River Basin, paying special attention to its water flows. In Chapter 2 we review other contributions made in the fields of economics and water management to outline the context of the case study, and we discuss the main characteristics of our base methodologies: (input-output models in section 2.1, game theory in 2.2, hydro-economic models in 2.3 and geographic information systems in 2.4). Following this methodological review, Chapter 3 examines a specific water management case study involving the conflict between water use in the last stretch of the Ebro and the environmental requirements of the Delta. This chapter introduces and partly justifies what follows. The Ebro is the largest river in Spain, and the sediments it carries downstream from the highlands of the Pyrenees and the Iberian System help to make up and maintain the Delta, at the same time counteracting the growing salt wedge, a problem that has worsened due to upstream regulation (especially at Mequinenza) and climate change, which has raised sea levels in recent decades. The ERB Authority (Confederación Hidrográfica del Ebro or CHE in the Spanish acronym) is responsible for hydrological planning in the River Basin (CHE, 2014). After initial drafting, these plans are submitted to the ERB’s stakeholders to obtain their opinions and allow them to propose changes. In recent years, certain players, in particular the the Catalan Water Agency (Agència Catalana de l'Aigua or ACA) and the Lower Ebro Sustainability Commission (Comissió per a la sostenibilitat de les Terres de l'Ebre or CSTE) , have branded the minimum environmental flows set for the Delta as insufficient in these rounds of consultations, as reflected in the planning reports, and both . agencies have put forward their own proposals for minimum environmental flows (ACA, 2007; CSTE, 2015). Chapter 3 analyses the options available to increase ecological flows in the Delta in line with these proposals, suggesting various management alternatives for the final stretch of the Ebro. The management of environmental flows into the Delta is currently handled solely from the Mequinenza dam, a solution that has sometimes drained water from the reservoir to environmentally concerning levels, drawing protests from irrigators and other users. The management alternatives that we propose take into account the possibility of using other reservoirs to help achieve the objective of increased environmental flows in the Ebro Delta. A simplified water flow model was built for the purpose of this analysis, simulating possible management alternatives using a real monthly data set spanning 50 years. We analyse the results of this model using game theory. Interregional and inter-sectoral analysis is key to understanding socio-economic dependencies and environmental conditions in the Ebro Basin, and Chapter 4 is therefore given over to the construction of an input-output table that matches it geographically and to the analysis of interregional and inter-sector trade flows based on the associated implicit virtual flows of value added, jobs and water. This chapter, then, describes the sources used and the main steps in the process followed to construct the multi-regional IO table. In this regard, let us note that our model approach the ERB by the part of five of Spain’s Autonomous Communities (the most representative political regions), namely Aragon, the Basque Country, Catalonia, La Rioja and Navarre; Therefore, the multi-regional input-output table for the ERB considers these regions, as well as the rest of Spain, the rest of the EU and the rest of the world. Our main sources for the construction of the multi-regional input-output table are the tables provided by regional statistics offices, the Spanish National Statistics Institute, and the World Input-Output Database (WIOD) (Timmer et al., 2015). We rely on the existing satellite accounts at WIOD (Genty et al., 2012), the data reported by Chapagain and Hoekstra (2004) and data from a previous multi-regional model developed for the whole of Spain (Cazcarro et al., 2014) to extend the model environmentally. Given our interest in water governance, the table reflects a high level of primary sector disaggregation, which is the main consumptive user of water. More specifically, the primary sector in the ERB regions, is split between crop cultivation, livestock, and other primary sector activities. Farm output is then further subdivided into 18 groups of irrigated and rainfed crops, which are in turn segmented into, and six livestock groups. This level of disaggregation not only adds detail to the description of the ERB but means that we can use the IO table as a basis for the construction of a hydro-economic model, which is then used together with GIS data flesh out our portrayal of the ERB by analysing the regional and sectoral interdependencies associated with a range of different variables. Chapter 5 links the methodologies employed to build the simplified water flow model and multi-regional input-output table for the ERB in Chapters 3 and 4. This is itself a significant scientific contribution, because these approaches have never, to the best of our knowledge, been integrated in this way before. By linking water flow modelling and IO methodologies, we may establish a set of water availability constraints in our multiregional model (Chapter 4) based on characteristic monthly flows in the ERB, previous uses and environmental needs. Water flow modelling of this kind, respecting the principles of water mass balance and the continuity of river flow, which determine the volume of water availability in the different river sections, is a key feature of hydro-economic models. To this end, we determine a series of nodes where water availability is calculated, formulating equations to describe the relationships between nodes (i.e. the direction of the different water flows). In other words, the hydrological component of the model identifies the water available in each area of the river basin every month, uses of the resource and the destination of unused water. Agent behaviour equations form the other pillar of hydro-economic models. Water use by the agents in a river basin is associated with a given node, so that withdrawals by each agent are subtracted from a specific node. Hence, the water available for use by a given agent is determined by upstream use by other agents and by hydrological conditions. It is here that multiregional input-output table for the ERB comes in, because the behavioural equations used are based on the underlying inter-sectoral and interregional relationships and on the equilibrium conditions of the input-output framework. This multi-sectoral and multi-regional hydro-economic model allows a joint, integrated analysis of both productive and consumptive economic activities and of actual water flows taking into consideration successive uses of the resource. Using this model we can, then, propose measures to maximize the benefits obtained from the activities associated with different water uses, but without oversimplifying the economic component, as is all too often the case. The issues that can be addressed with this model include constraints on the use of water resources, technological change, regional trade, imports and exports, changes in demand and so on, and we will look at some of these below. Meanwhile, the environmental impacts of different productive and consumptive water uses can also be quantified in detail by looking at the share accounted for by each activity at each node or for each region. Analysis of different scenarios using GIS data is ideal for these purposes. For this reason, we set out to show the potential of the hydro-economic model of the ERB constructed on the basis described, proposing various scenarios and analysing the results. GIS plays a key role in this analysis, helping locate the areas affected by the impacts observed and identify possible ways to improve outcomes. This thesis ends with a summary and conclusions section, in which we describe and discuss key findings together with some practical and political conclusions from this research, as well as the future lines of enquiry that it suggests.
En esta misma línea, si pensamos en la cantidad y calidad del agua, vemos que está viendo afectada por numerosas variables. Por ejemplo el incremento en los usos y el cambio climático están conduciendo a una disminución de la disponibilidad de agua dulce (Alcamo et al., 2007; Gerten et al., 2008), pero también lo hacen los procesos de la revegetación en cabecera (Bielsa and Cazcarro, 2014); y a la vez que esto ocurre, los usos actuales y la gestión que se realiza del agua llevan a la generación de diversos tipos de contaminación, lo que también supone una reducción de su disponibilidad. La Directiva Marco del Agua (DMA) de la Unión Europea fue, en buena medida, promulgada por estos motivos (European Communities, 2000). En concreto, la DMA requiere que los Estados miembros de la Unión Europea alcancen un buen estado ecológico en todas sus masas de agua y establezcan requerimientos hídricos medioambientales sobre ellas. En otras palabras, se deben establecer caudales medioambientales en todos los ríos europeos que fijen volúmenes y la distribución de estos en el tiempo, así como estándares de calidad de las aguas (Acreman and Dunbar, 2004; Acreman and Ferguson, 2010). Y es que, se está considerando, por parte de la Unión Europea (UE), que la gobernanza del agua es un factor clave para hacer frente a las consecuencias del cambio climático y trazar las sendas que nos conduzcan a la consecución de los objetivos del milenio.
Sin embargo, la gobernanza del agua resulta un reto arduo para todas las sociedades, dado los diferentes tipos de bienes y servicios que hacen uso del agua y de los diferentes tipos de usos. Los más evidentes, los usos consuntivos (agua de boca, regadío, …) compiten no sólo entre ellos, sino también en ocasiones con los usos no consuntivos (producción hidroeléctrica, refrigeración de centrales, …), que exigen una disponibilidad del agua en momentos y espacios del tiempo determinados y que condicionan el resto de los usos; esto ocurre frecuentemente con la industria hidroeléctrica y los regadíos asociados a embalses. Por su parte, los usos recreativos (pesca, por ejemplo) y/o los medioambientales, requieren unos mínimos de cantidad y calidad en puntos o tramos específicos, condicionando también a otros usos consuntivos y no consuntivos.
El agua dulce es un recurso natural imprescindible para la vida y para el desarrollo de cualquier actividad y su valor depende del lugar y del tiempo (Hanemann, 2006). Por ello es conveniente estudiar todo lo relativo al agua y su gestión siempre en un contexto de variabilidad en tiempo y espacio. Es más, la adaptación al cambio climático y el crecimiento económico en esta época, en la que los sistemas productivos son claramente interdependientes a distintas escalas (intersectorialmente e interregionalmente) y que a su vez son influidos por las condiciones ambientales y por sus impactos, requieren también del estudio en profundidad de aspectos centrales tales como el papel del cambio tecnológico, la mejora de los sistemas de gobernanza, las responsabilidades del productor y del consumidor, en un contexto de cadena global de producción, y la vinculación de los aspectos locales y globales de la producción.
Finalmente, no debemos olvidar que el transporte del agua resulta caro en infraestructuras y mantenimiento, además de suponer grandes pérdidas del recurso. Según Gupta y van der Zaag (2008), asumir los costes por trasvases que supongan transporte del agua a grandes distancias sólo estaría justificado para asegurar necesidades vitales. Por todo ello es necesario y lógico asumir, como haremos en esta tesis, que las cuencas hidrográficas son las unidades básicas de planificación y de gestión hídrica, asumiendo para ésta los límites físicos de las cuencas como límites de planificación. Fronteras físicas que poco o nada tienen que ver frecuentemente con las fronteras administrativas. De hecho, existen ríos que conforman fronteras o ríos que atraviesan distintos países o regiones, obligando a gobiernos y agentes con distintos intereses, a participar unidos en la gobernanza; lo que puede derivar en la aparición de conflictos.
Dada esta realidad, es clave para la gestión del agua el desarrollo de modelos multisectoriales y multirregionales que permitan estudiar las dependencias espaciales y temporales entre los agentes económicos de las diferentes regiones de una cuenca. Si bien la metodología que desarrollamos es aplicable a cualquier cuenca hidrográfica, el área de estudio de la tesis será la cuenca del Ebro, una de las más representativas de las cuencas semiáridas mediterráneas (Milano et al., 2013a), obteniendo en este marco los parámetros y relaciones productivas principales. La cuenca del Ebro es un entorno altamente representativo a nivel europeo tanto de presión ambiental (la cuenca está caracterizada por una desigual distribución de los recursos hídricos; las demandas son crecientes; el delta del Ebro está considerada como una de las más importantes zonas vulnerables en Europa), como por su productividad agraria y agroalimentaria, y por las experiencias exitosas de gestión de los recursos hídricos. Más datos sobre la cuenca del Ebro y su caracterización socioeconómica pueden verse en el capítulo 1, que dedicamos exclusivamente al área de estudio.
Sobre los objetivos, las fuentes de datos y las metodologías:
De acuerdo con todo lo anterior, esta tesis avanza en el análisis económico y ambiental del valle del Ebro tanto desde un punto de vista global como local. Estudiaremos las consecuencias de la sucesión de usos del agua en el valle y algunos conflictos entre usuarios. Además, con el objeto de diseñar medidas de mitigación de impacto ambiental y de crecimiento regional sostenible, integraremos las actividades económicas y los flujos hídricos en un mismo modelo. Esto implica tener en cuenta, de forma integrada geográfica y sectorialmente, elementos que tradicionalmente se han estudiado de forma aislada y local (o regional), tales como el impacto ambiental de las actividades económicas, la especialización productiva, las dependencias sectoriales y multirregionales de la producción y de los usos del agua, el papel del cambio tecnológico (en las técnicas de producción y en los patrones de consumo), las posibilidades de cooperación (local y regional) entre agentes implicados en el uso del agua, y como marco general la gobernanza y gestión de los recursos hídricos asociados a la cuenca del Ebro.
La elaboración de la presente tesis ha exigido un esfuerzo considerable en lo que a la búsqueda y tratamiento de datos se refiere. Este esfuerzo nos ha llevado a tres resultados empíricos importantes; el primero es la construcción de una base de datos a nivel municipal de la cuenca del Ebro y cuyas características principales pueden consultarse en el Anexo del capítulo 1. El segundo, que es una contribución central de la presente tesis, es la construcción de la tabla multirregional de la cuenca del Ebro, que hasta dónde llega nuestro conocimiento es la primera tabla input-output multirregional elaborada para una cuenca hidrográfica. El tercero es la construcción de un modelo hidroeconómico para la cuenca del Ebro que integra flujos de agua y estructura input-output y que tampoco se ha hecho anteriormente.
Las metodologías principales que usaremos en esta tesis son: el marco input-output, la teoría de juegos, los modelos hidroeconómicos y los sistemas de información geográfica. Estas metodologías nos permitirán, desde el marco multirregional que caracteriza la cuenca, simular alternativas a la gestión y evaluar impactos socioeconómicos y medioambientales.
El marco input-output nos permite conocer la interrelación entre sectores y regiones a la vez que nos permite evaluar los impactos directos e indirectos frente a un posible shock, por estos motivos, ha sido ampliamente utilizado en Economía y es una herramienta muy útil en la economía del medioambiente. La teoría de juegos también ha sido ampliamente utilizada en economía, y en particular en la Economía del agua, al permitir analizar los conflictos entre los jugadores bajo muy diferentes enfoques. El enfoque del juego puede asociarse con las condiciones institucionales en que se desarrolla la actividad económica; en ese sentido, la necesidad de cooperar y de competir en los procesos de gestión del agua son muy adecuados para la teoría de juegos. Esta permite determinar óptimos de reparto atendiendo a distintos criterios y poderes de negociación, o determinar coaliciones óptimas y los repartos óptimos dentro de estas coaliciones. Los modelos hidroeconómicos tienen en cuenta el espacio y el tiempo, tanto para su parte hidrológica, como para su parte socioeconómica; por ello, se convierten en una herramienta muy útil para estudiar y/o evaluar las capacidades y alternativas o escenarios de gestión hídrica. Por su parte, los sistemas de información geográfica son fuentes de información que combinaremos con los datos y resultados que vayamos obteniendo; además, nos apoyaremos en los sistemas de información geográfica para realizar análisis espaciales de los distintos usos del agua y de los impactos de los diferentes escenarios que propongamos. Más adelante, en el segundo capítulo, aportamos un mayor detalle sobre las metodologías y herramientas usadas.
Sobre la estructura de la tesis:
Los objetivos antes señalados y los instrumentos metodológicos nos definen en buena medida los diferentes apartados de esta tesis. El siguiente capítulo (capítulo 1), lo dedicamos a la caracterización socioeconómica y medioambiental del área de estudio, la cuenca del Ebro, fijándonos especialmente en los flujos hídricos que discurren por esta cuenca. En el capítulo 2 revisaremos inicialmente otras aportaciones que se han hecho en economía y gestión del agua y que nos servirán de guía en nuestro trabajo. En este tercer capítulo veremos las principales características de cada una de nuestras metodologías base: los modelos input-output en la sección 2.1, la teoría de juegos en la 2.2, los modelos hidroeconómicos en la 2.3 y los sistemas de información geográfica en la 2.4.
Tras la revisión metodológica, el capítulo 3 analiza un caso concreto de gestión, el conflicto existente entre los usos del agua en el tramo bajo del Ebro y los requerimientos medioambientales del Delta. Este capítulo sirve de introducción y justificación en parte de los siguientes. El Ebro es el río más caudaloso de España y conduce al Delta sedimentos procedentes del Pirineo y del Sistema Ibérico entre otros. Estos aportes de sedimentos conforman y mantienen el Delta y permiten combatir la cuña salina actual, problema que se ha agravado con la regulación aguas arriba (especialmente en Mequinenza) y con el cambio climático que provoca incrementos en el nivel del mar.
La Confederación Hidrográfica del Ebro (CHE) es la encargada de elaborar los planes hidrológicos para la cuenca del Ebro (CHE, 2014). Tras la elaboración de dicho plan, los distintos agentes interesados pueden expresar su opinión y plantear cambios. En los últimos años en estas rondas de consultas los caudales mínimos medioambientales fijados para el Delta han sido tildados de insuficientes en varias ocasiones por algunos agentes; hecho que se ve reflejado en la memoria de dichos planes. Agentes representativos de estas demandas son la agencia catalana del agua (ACA) y la comisión de sostenibilidad de las tierras del Ebro (CSTE). Estos dos agentes han planteado sendas propuestas de caudales mínimos (ACA, 2007; CSTE, 2015). Por este motivo, el capítulo 3 lo dedicamos a analizar las posibilidades de incrementar los caudales ecológicos del Delta acorde a dichas propuestas y planteando diversas alternativas de gestión del tramo bajo del Ebro. En la actualidad, la gestión del cumplimiento de los caudales medioambientales del Delta recae en exclusiva sobre el embalse de Mequinenza, solución que ha llevado en ocasiones a este embalse a niveles de agua embalsada preocupantes medioambientalmente y a ojos de los regantes y usuarios que de él se abastecen. Las alternativas de gestión que proponemos tienen en cuenta el uso de otros embalses para este objetivo. Para nuestro análisis hemos construido un modelo de flujos hídricos simplificado en el que hemos simulado con datos mensuales reales de 50 años distintas alternativas de gestión. Los resultados del modelo los analizamos haciendo uso de la teoría de juegos.
El análisis interregional e intersectorial es clave para entender las dependencias socioeconómicas y también en términos medioambientales de la cuenca del Ebro, por este motivo en el capítulo 4 lo dedicamos a explicar la construcción de una tabla input-output que atienda a sus fronteras físicas, así como a analizar interregional e intersectorialmente sus flujos comerciales, lo que conlleva el estudio de los flujos virtuales de valor añadido, empleo y agua implícitos asociados con la cuenca. Describiremos, por tanto, las fuentes usadas y los pasos principales del proceso seguido para la construcción de la tabla multirregional de la cuenca del Ebro. En este sentido, debemos destacar que aproximaremos la cuenca del Ebro por las partes que recaen dentro de la cuenca de las 5 regiones más representativas que la componen, que son Aragón, Cataluña, País Vasco, La Rioja y Navarra; por lo que la tabla input-output multirregional de la cuenca del Ebro contempla estas regiones, así como el resto de España, el resto de la UE y el resto del Mundo.
Para la elaboración de la tabla multirregional input-output nuestras fuentes principales son las tablas proporcionadas por los institutos de estadística de las regiones consideradas, así como el Instituto Nacional de Estadística, y la base WIOD de datos de tablas input-output mundial (Timmer et al., 2015) y. De cara a extender el modelo medioambientalmente, nos apoyaremos en las cuentas satélite existentes en WIOD (Genty et al., 2012), en los datos de (Chapagain and Hoekstra, 2004) y en los datos de un modelo multirregional previo desarrollado para toda España (Cazcarro et al., 2014). Dado nuestro interés en la gobernanza del agua, la tabla tiene un elevado nivel de desagregación en lo que respecta al sector primario, principal usuario consuntivo de agua. Más concretamente, el sector primario, para las regiones de la cuenca del Ebro, lo dividimos en 3: producción vegetal, producción animal y resto del sector primario. Hecha esta primera división, dividimos la producción vegetal en 18 grupos de cultivos y estos cultivos a su vez los dividimos entre regadío y secano. La producción animal se divide también en 6 grupos.
Este nivel de desagregación, además de permitirnos caracterizar la cuenca con mayor detalle, nos da pie a utilizar esta tabla como base para la construcción de un modelo hidroeconómico de la cuenca del Ebro. Una vez construida la tabla, utilizamos ésta y los sistemas de información geográfica (GIS) para profundizar en la caracterización de la cuenca, analizando las interdependencias regionales y sectoriales asociadas a diversas variables.
Dando continuación a los capítulos 3 y 4, dónde usamos la modelización de flujos hídricos simplificada y construimos la tabla multirregional input-output de la cuenca del Ebro, el capítulo 5 lo dedicamos a vincular ambas metodologías, siendo esto una contribución científica importante porque, hasta donde conocemos, esta integración no se ha realizado previamente.
Vinculando estas metodologías dotamos a nuestro modelo multirregional (capítulo 4) de un conjunto de restricciones en la disponibilidad de agua sujeta a los flujos que caracterizan la cuenca mes a mes, los usos previos y las necesidades medioambientales. Los modelos hidroeconómicos tienen una de sus bases en la modelización de flujos hídricos respetando los principios del balance de masas de agua y la continuidad del caudal del río, que determinan el volumen de disponibilidad de agua en los diferentes tramos fluviales. Para ello, determinaremos nodos que contabilizan el agua disponible y formularemos ecuaciones que determinan la relación entre los distintos nodos (las direcciones que toma el agua). Es decir, su componente hidrológico identifica el agua disponible para su uso en cada zona, sus usos y también el destino del agua no usada.
La otra base de los modelos hidroeconómicos, son las ecuaciones de comportamiento de los agentes. El uso de agua que hagan los agentes estará asociado a un determinado nodo, quiere decir, las extracciones de agua que cada agente realice serán mermas asociadas a un nodo concreto, por lo que el agua disponible para cada agente está determinada por el uso de los agentes ubicados aguas arriba y por la hidrología. Aquí toma relevancia la tabla multirregional input-output de la cuenca del Ebro, pues las ecuaciones de comportamiento las basaremos en las relaciones intersectoriales e interregionales que subyacen en esta tabla y en las condiciones de equilibrio del marco input-output.
Este modelo hidroeconómico multisectorial y multirregional, permitirá analizar de una forma conjunta e integrada las actividades económicas de producción y consumo y la realidad fluyente de las aguas en el Valle y sus usos sucesivos. Este modelo nos permite plantear la maximización del beneficio de las actividades asociadas a los usos del agua, pero sin simplificar, como es usual, el componente económico. Restricciones de uso del recurso hídrico, cambio tecnológico, comercio regional, importaciones y exportaciones, cambios en las demandas, etc., son temas que pueden abordarse con este modelo y que haremos en cierta medida. Por otra parte, los impactos medioambientales (nos focalizaremos en la temática del agua) de las distintas producciones y consumos, pueden ser cuantificadas de forma detallada, viendo los pesos de cada actividad y de cada lugar o región. El uso de diferentes escenarios es de gran utilidad para ello, así como la utilización de sistemas de información geográfica. Por ello, tras la construcción del modelo hidroeconómico de la cuenca del Ebro nos disponemos a mostrar la potencialidad de éste proponiendo diversos escenarios y analizando los resultados. En este análisis de resultados, cobra protagonismo el uso de los sistemas de información geográfica, pues nos ayudarán a localizar las áreas afectadas e identificar las posibles vías de mejora.
Finaliza la tesis con un resumen final, en él se recogen los principales resultados obtenidos, se comentan algunas de las conclusiones prácticas y políticas que se han alcanzado y se describen las futuras direcciones de investigación surgidas de la tesis.
Resumen (otro idioma): Climate change and food safety are both imminent challenges for social and economic development, despite the differences in their order of magnitude. It is estimated that the global impact of climate change on the availability and quality of water resources, farm output, land productivity and ecosystems could cut world GDP by between 5% and 20% (Stern, 2008). Meanwhile, the intergovernmental panel on climate change (IPCC, 2014) has sounded the alarm over the increase in average global temperatures, a phenomenon associated with rising sea levels, flooding and falling food production. In this context, globalization and the growing interdependence of national economies, which is starkly evident in the internationalization of agri-food production chains, have made food security into a major issue not only locally or nationally but even at the global level. Success will depend to a great extent on the available water resources in each country or region, and on the management of those resources. The importance of these issues is reflected in the Sustainable Development Goals (SDGs) set by the UN in 2015 (United Nations, 2015), which include zero hunger (goal 2); responsible consumption and production (goal 12); and climate action (goal 13). It becomes clear almost as soon as one begins to think seriously about water that multiple variables affect the quantity and quality of the resource. For example, increased consumption and climate change put pressure on the availability of fresh water (Alcamo et al., 2007; Gerten et al., 2008), but so do bedding and revegetation processes (Bielsa and Cazcarro, 2014), while different water uses and management options may cause contamination, again leading to a reduction in availability. The European Union Water Framework Directive (WFD) (European Communities, 2000) was adopted largely in view of these issues. Specifically, the WFD obliges the Member States of the European Union to take steps to assure the ecological condition of all water bodies and to set environmental flow water requirements. In other words, the volume and distribution of environmental flows over must be defined for all European rivers, together with minimum water quality standards (Acreman and Dunbar, 2004; Acreman and Ferguson, 2010). In general terms, then, the European Union (EU) considers that water governance is a key tool to repair the effects of climate change and to chart paths towards the achievement of the millennium goals. Water governance is an arduous challenge for all societies, however, given the enormous range of goods and services that make use of water in some way and the sheer diversity of actual and possible uses. The most obvious consumptive uses (drinking water, irrigation and so on) compete not only with each other but sometimes also with non-consumptive uses (hydroelectric generating, power plant cooling, etc.) that require water availability at specific locations and times, thereby conditioning other uses. Such conflicts are common enough in relation to water stored in reservoirs associated with hydroelectric generating and irrigation. Meanwhile, recreational uses like fishing and environmental uses also require minimum water quantity and quality at specific points or reaches along a river, again conditioning other consumptive and non-consumptive uses. Fresh water is an essential natural resource for life and for almost any kind of economic development, and its value depends on both place and time (Hanemann, 2006). Hence, any analysis of water use and management must inevitably be made in a context of variability in time and space. Furthermore, adaptation to climate change and economic growth in a world where production systems are clearly interdependent at different levels across economic sectors and regions, and are directly influenced by environmental conditions and their impacts, cannot be addressed without close consideration of key issues like the role of technological change, the improvement of governance systems, producer and consumer responsibility in the context of the global production chain, and the links between local and global aspects of production. Let us not forget, meanwhile, that water is expensive to transport, requiring major capital expenditures to build and maintain infrastructure, not to mention the significant cost of losses along the way. In this light, Gupta and van der Zaag (2008) argue that the costs of long-distance water transportation can only be justified where such transfers are required to guarantee vital supplies. This thesis treats hydrographic basins as the basic water planning and management units, as seems only logical for all of the above reasons, assuming their physical limits as planning constraints. Meanwhile, rivers often mark borders or run through different countries and regions, obliging governments and other riparian agents representing sometimes very diverse interests to cooperate in governance. Such situations can, on occasion, lead to conflict. In this light, multisectoral, multiregional models like that developed here to analyse the spatial and temporal dependencies between economic agents in the different regions of a river basin are indispensable for water management. While the methodology described here is applicable to any hydrographic basin, the case study considered in this thesis will be the Ebro River Basin (ERB), perhaps the most representative of the semi-arid Mediterranean basins (Milano et al., 2013), which will provide a framework to distinguish and determine key parameters and productive relationships. The ERB is a highly representative of environmental pressures at the European level, as it suffers from highly unequal distribution of water resources, ever increasing demand and a whole range of serious threats (the Ebro Delta is one of the most ecologically vulnerable areas in Europe). On the plus side, however, it supports highly productive agriculture, while water management experiences have in general been highly successful. Chapter 1 is given over entirely to the case study area, providing more detailed geographical and socio-economic information about the ERB. Objectives, data sources and methodologies As explained above, this thesis approaches the economic and environmental analysis of the ERB both from a global and local standpoint, examining the consequences of the succession of water uses in the river basin and some of the conflicts between users. The model also integrates different economic activities and water flows, allowing the design of measures to mitigate environmental impacts and foster sustainable regional growth. This allows consideration of a series of geographic and sector-related factors that have traditionally been studied separately at the local (or regional) level, including the environmental impact of economic activities, specialization, sectoral and multi-regional dependencies measured in terms of output and water uses, the role of technological change on production techniques and consumption patterns, and opportunities for local and regional cooperation between different users of water, and the general framework for governance and management of the ERB’s water resources . The considerable research effort required in terms of data mining and data processing to prepare this thesis study produced important empirical results, allowing, in the first place the construction of a municipal-level database for the ERB, the main characteristics of which are outlined in in the Annex to Chapter 1; in the second, construction of a multiregional and multisector input-output table for the ERB, which is a central contribution to this thesis and, to the best of our knowledge, is the first such MRIO model to be made for any hydrographic basin; and in the third, construction of a hydro-economic model for the ERB which integrates water flows and an input-output structure, another first. The main methodologies utilized in this thesis are the input-output framework, game theory, hydro-economic models and geographic information systems. These methodologies will allow us to simulate water management alternatives and evaluate socioeconomic and environmental impacts in the multiregional context of the ERB. The input-output framework reveals the interrelationships between sectors and regions and facilitates assessment of the direct and indirect impacts of possible shocks. For these reasons it has been widely used in economics and has proved a very useful tool to address environmental questions. Game theory has also been taken up enthusiastically by economists, particularly those studying water issues, because it permits analysis of conflict between players from a variety of sometimes very different angles. Among other possibilities, the game theory approach, which is well suited to reflect cooperation and competition in water management processes, can be associated with the institutional conditions under which economic activity takes place allowing researchers to determine the optimal distribution of available water in different scenarios based on a range of criteria and varying assumptions with regard to negotiating power, and to identify both optimal coalitions and optimal distributions within them. Hydro-economic models also take space and time into account, in both hydrological and socioeconomic terms, offering a very handy tool to study and/or evaluate water management capabilities and alternatives. Meanwhile, geographic information systems (GIS) provide a range of data which we will combine with our findings. We rely on geographic information systems to carry out spatial analysis of the different uses of water and the impacts of the different scenarios that we propose. More detail on the methodologies and tools used is provided in the second chapter. Thesis structure: The objectives and methodological instruments mentioned above largely define the different sections of this thesis. Chapter 1 offers a socioeconomic and environmental description of the Ebro River Basin, paying special attention to its water flows. In Chapter 2 we review other contributions made in the fields of economics and water management to outline the context of the case study, and we discuss the main characteristics of our base methodologies: (input-output models in section 2.1, game theory in 2.2, hydro-economic models in 2.3 and geographic information systems in 2.4). Following this methodological review, Chapter 3 examines a specific water management case study involving the conflict between water use in the last stretch of the Ebro and the environmental requirements of the Delta. This chapter introduces and partly justifies what follows. The Ebro is the largest river in Spain, and the sediments it carries downstream from the highlands of the Pyrenees and the Iberian System help to make up and maintain the Delta, at the same time counteracting the growing salt wedge, a problem that has worsened due to upstream regulation (especially at Mequinenza) and climate change, which has raised sea levels in recent decades. The ERB Authority (Confederación Hidrográfica del Ebro or CHE in the Spanish acronym) is responsible for hydrological planning in the River Basin (CHE, 2014). After initial drafting, these plans are submitted to the ERB’s stakeholders to obtain their opinions and allow them to propose changes. In recent years, certain players, in particular the the Catalan Water Agency (Agència Catalana de l'Aigua or ACA) and the Lower Ebro Sustainability Commission (Comissió per a la sostenibilitat de les Terres de l'Ebre or CSTE) , have branded the minimum environmental flows set for the Delta as insufficient in these rounds of consultations, as reflected in the planning reports, and both . agencies have put forward their own proposals for minimum environmental flows (ACA, 2007; CSTE, 2015). Chapter 3 analyses the options available to increase ecological flows in the Delta in line with these proposals, suggesting various management alternatives for the final stretch of the Ebro. The management of environmental flows into the Delta is currently handled solely from the Mequinenza dam, a solution that has sometimes drained water from the reservoir to environmentally concerning levels, drawing protests from irrigators and other users. The management alternatives that we propose take into account the possibility of using other reservoirs to help achieve the objective of increased environmental flows in the Ebro Delta. A simplified water flow model was built for the purpose of this analysis, simulating possible management alternatives using a real monthly data set spanning 50 years. We analyse the results of this model using game theory. Interregional and inter-sectoral analysis is key to understanding socio-economic dependencies and environmental conditions in the Ebro Basin, and Chapter 4 is therefore given over to the construction of an input-output table that matches it geographically and to the analysis of interregional and inter-sector trade flows based on the associated implicit virtual flows of value added, jobs and water. This chapter, then, describes the sources used and the main steps in the process followed to construct the multi-regional IO table. In this regard, let us note that our model approach the ERB by the part of five of Spain’s Autonomous Communities (the most representative political regions), namely Aragon, the Basque Country, Catalonia, La Rioja and Navarre; Therefore, the multi-regional input-output table for the ERB considers these regions, as well as the rest of Spain, the rest of the EU and the rest of the world. Our main sources for the construction of the multi-regional input-output table are the tables provided by regional statistics offices, the Spanish National Statistics Institute, and the World Input-Output Database (WIOD) (Timmer et al., 2015). We rely on the existing satellite accounts at WIOD (Genty et al., 2012), the data reported by Chapagain and Hoekstra (2004) and data from a previous multi-regional model developed for the whole of Spain (Cazcarro et al., 2014) to extend the model environmentally. Given our interest in water governance, the table reflects a high level of primary sector disaggregation, which is the main consumptive user of water. More specifically, the primary sector in the ERB regions, is split between crop cultivation, livestock, and other primary sector activities. Farm output is then further subdivided into 18 groups of irrigated and rainfed crops, which are in turn segmented into, and six livestock groups. This level of disaggregation not only adds detail to the description of the ERB but means that we can use the IO table as a basis for the construction of a hydro-economic model, which is then used together with GIS data flesh out our portrayal of the ERB by analysing the regional and sectoral interdependencies associated with a range of different variables. Chapter 5 links the methodologies employed to build the simplified water flow model and multi-regional input-output table for the ERB in Chapters 3 and 4. This is itself a significant scientific contribution, because these approaches have never, to the best of our knowledge, been integrated in this way before. By linking water flow modelling and IO methodologies, we may establish a set of water availability constraints in our multiregional model (Chapter 4) based on characteristic monthly flows in the ERB, previous uses and environmental needs. Water flow modelling of this kind, respecting the principles of water mass balance and the continuity of river flow, which determine the volume of water availability in the different river sections, is a key feature of hydro-economic models. To this end, we determine a series of nodes where water availability is calculated, formulating equations to describe the relationships between nodes (i.e. the direction of the different water flows). In other words, the hydrological component of the model identifies the water available in each area of the river basin every month, uses of the resource and the destination of unused water. Agent behaviour equations form the other pillar of hydro-economic models. Water use by the agents in a river basin is associated with a given node, so that withdrawals by each agent are subtracted from a specific node. Hence, the water available for use by a given agent is determined by upstream use by other agents and by hydrological conditions. It is here that multiregional input-output table for the ERB comes in, because the behavioural equations used are based on the underlying inter-sectoral and interregional relationships and on the equilibrium conditions of the input-output framework. This multi-sectoral and multi-regional hydro-economic model allows a joint, integrated analysis of both productive and consumptive economic activities and of actual water flows taking into consideration successive uses of the resource. Using this model we can, then, propose measures to maximize the benefits obtained from the activities associated with different water uses, but without oversimplifying the economic component, as is all too often the case. The issues that can be addressed with this model include constraints on the use of water resources, technological change, regional trade, imports and exports, changes in demand and so on, and we will look at some of these below. Meanwhile, the environmental impacts of different productive and consumptive water uses can also be quantified in detail by looking at the share accounted for by each activity at each node or for each region. Analysis of different scenarios using GIS data is ideal for these purposes. For this reason, we set out to show the potential of the hydro-economic model of the ERB constructed on the basis described, proposing various scenarios and analysing the results. GIS plays a key role in this analysis, helping locate the areas affected by the impacts observed and identify possible ways to improve outcomes. This thesis ends with a summary and conclusions section, in which we describe and discuss key findings together with some practical and political conclusions from this research, as well as the future lines of enquiry that it suggests.
Pal. clave: input-output ; geografia de actividades economicas ; desarrollo regional ; economia de recursos naturales y analisis territorial
Titulación: Programa de Doctorado en Economía
Plan(es): Plan 502
Nota: Presentado: 27 11 2020
Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, , 2020
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