Water is at the core of the main global and regional challenges our globe is facing. The mutual interactions between human systems and the hydrological cycle contribute to shaping sustainable development on all levels: environmental, economic, and social. Hydrosocial interactions are often expected to ignite when water security is impacted. In this sense, measuring the availability of water in relation to its multisectoral utilization can be a way to quantify the effect of human-water interactions on sustainable development. This thesis investigates the ability of water scarcity to be a quantitative representation of human-water interactions, and to the possibility of reversing this paradigm, so to transform water scarcity indicators in a design tool for more hydrologically conscious sustainable development strategies. First, two introductory chapters provide an overview of the use of hydrological modelling for the development of water scarcity indicators and their use. Then, a series of case study applications is presented, progressively moving from water scarcity indicators as diagnostic tools for competitive/conflictual instances of human-water interactions, to water scarcity indicators as design tools for synergistic instances of human-water interactions. Conflictual water use is addressed as a situation in which different production sectors or social strata compete over water resource and operationalized in the context of alluvial mining in the Democratic Republic of Congo and of armed conflicts in the Lake Chad basin and in central America. To switch the paradigm from conflict to synergy, blue water scarcity is progressively used as an impact measure, a limit, and a design parameter, in the contexts of afforestation, biofuels production and cash crop expansion. Finally, the use of green water scarcity as an intrinsic functionality measure of agricultural solutions is investigated in the context of agrivoltaic. Results across the case studies show that similar approaches can be applied to a broad range of applications, moving from different water-energy-food exus strategies to agricultural transitions and socio-hydrological issues. While there is room for improvement towards a further formalization of this theoretical-operational framework, the flexibility that makes it applicable to such a variety of instances also makes it a versatile, although specialized, and thus exportable and upscalable analytical lens.

L’acqua è al centro delle grandi sfide regionali e globali del nostro pianeta. Le interazioni e gli scambi tra i sistemi antropici e il ciclo idrologico contribuiscono a dare forma allo sviluppo sostenibili su ciascun livello: da quello ambientale a quello economico e sociale. Le interazioni tra società umane e risorse idriche tendono ad intensificarsi quando influenzano la sicurezza idrica. In questo contesto, misurare la disponibilità idrica in relazione ai suoi usi in diversi settori può diventare un modo per quantificare l’effetto delle interazioni tra uomo e acqua sullo sviluppo sostenibile. In questa tesi viene esaminata la capacità della scarsità idrica di fornire una rappresentazione quantitativa delle interazioni tra uomo e acqua, e la possibilità di invertire questo paradigma, così da trasformare gli indicatori di scarsità idrica in strumenti di progettazione per strategie di sviluppo sostenibile con una maggiore consapevolezza idrologica. Due capitoli introduttivi forniscono una panoramica sull’uso della modellazione idrologica per la derivazione di indici di scarsità idrica e sul loro utilizzo. Successivamente, è presentata una serie di applicazioni a casi studio, che passa gradualmente dall’uso di indicatori di scarsità idrica come strumenti diagnostici per interazioni conflittuali tra uomo e risorsa idrica all’uso degli stessi indicatori come strumenti di progettazione per interazioni sinergiche tra uomo e risorsa idrica. L’uso conflittuale dell’acqua viene concettualizzato come una situazione in cui diversi settori produttivi e/o strati sociali competono per l’uso dell’acqua, e viene operazionalizzato nel contesto delle miniere alluvionali nella Repubblica Democratica del Congo e dei conflitti armati nel bacino del Lago Ciad e in America centrale. Per invertire il paradigma da conflitto a sinergia, la scarsità di ‘acqua blu’ viene usata progressivamente come misura di impatto, limite, e criterio progettuale, nei contesti dell’afforestazione, della produzione di biocarburanti, e nell’espansione di colture da reddito. L’uso della scarsità di ‘acqua verde’ come misura intrinseca di funzionamento di soluzioni agricole viene infine valutato attraverso il caso dell’agrivoltaico. I risultati dei diversi casi studio mostrano, nel complesso, che approcci metodologici simili possono essere applicati ad un ampio spettro di casistiche, incluse diverse soluzioni di nesso acqua-cibo-energia, nonché transizioni agricole e problematiche socio-idrologiche. Pur essendoci ancora margine per una maggiore formalizzazione di questo approccio, la flessibilità che ne ha consentito l’applicazione a diversi casi studio è la stessa che lo rende uno strumento versatile e allo stesso tempo specializzato, dunque potenzialmente esportabile e riscalabile ad altri contesti. 

Water scarcity : modeling conflicts and synergies in water use

GALLI, NIKOLAS
2022/2023

Abstract

Water is at the core of the main global and regional challenges our globe is facing. The mutual interactions between human systems and the hydrological cycle contribute to shaping sustainable development on all levels: environmental, economic, and social. Hydrosocial interactions are often expected to ignite when water security is impacted. In this sense, measuring the availability of water in relation to its multisectoral utilization can be a way to quantify the effect of human-water interactions on sustainable development. This thesis investigates the ability of water scarcity to be a quantitative representation of human-water interactions, and to the possibility of reversing this paradigm, so to transform water scarcity indicators in a design tool for more hydrologically conscious sustainable development strategies. First, two introductory chapters provide an overview of the use of hydrological modelling for the development of water scarcity indicators and their use. Then, a series of case study applications is presented, progressively moving from water scarcity indicators as diagnostic tools for competitive/conflictual instances of human-water interactions, to water scarcity indicators as design tools for synergistic instances of human-water interactions. Conflictual water use is addressed as a situation in which different production sectors or social strata compete over water resource and operationalized in the context of alluvial mining in the Democratic Republic of Congo and of armed conflicts in the Lake Chad basin and in central America. To switch the paradigm from conflict to synergy, blue water scarcity is progressively used as an impact measure, a limit, and a design parameter, in the contexts of afforestation, biofuels production and cash crop expansion. Finally, the use of green water scarcity as an intrinsic functionality measure of agricultural solutions is investigated in the context of agrivoltaic. Results across the case studies show that similar approaches can be applied to a broad range of applications, moving from different water-energy-food exus strategies to agricultural transitions and socio-hydrological issues. While there is room for improvement towards a further formalization of this theoretical-operational framework, the flexibility that makes it applicable to such a variety of instances also makes it a versatile, although specialized, and thus exportable and upscalable analytical lens.
BARZAGHI, RICCARDO
RULLI, MARIA CRISTINA
3-feb-2023
L’acqua è al centro delle grandi sfide regionali e globali del nostro pianeta. Le interazioni e gli scambi tra i sistemi antropici e il ciclo idrologico contribuiscono a dare forma allo sviluppo sostenibili su ciascun livello: da quello ambientale a quello economico e sociale. Le interazioni tra società umane e risorse idriche tendono ad intensificarsi quando influenzano la sicurezza idrica. In questo contesto, misurare la disponibilità idrica in relazione ai suoi usi in diversi settori può diventare un modo per quantificare l’effetto delle interazioni tra uomo e acqua sullo sviluppo sostenibile. In questa tesi viene esaminata la capacità della scarsità idrica di fornire una rappresentazione quantitativa delle interazioni tra uomo e acqua, e la possibilità di invertire questo paradigma, così da trasformare gli indicatori di scarsità idrica in strumenti di progettazione per strategie di sviluppo sostenibile con una maggiore consapevolezza idrologica. Due capitoli introduttivi forniscono una panoramica sull’uso della modellazione idrologica per la derivazione di indici di scarsità idrica e sul loro utilizzo. Successivamente, è presentata una serie di applicazioni a casi studio, che passa gradualmente dall’uso di indicatori di scarsità idrica come strumenti diagnostici per interazioni conflittuali tra uomo e risorsa idrica all’uso degli stessi indicatori come strumenti di progettazione per interazioni sinergiche tra uomo e risorsa idrica. L’uso conflittuale dell’acqua viene concettualizzato come una situazione in cui diversi settori produttivi e/o strati sociali competono per l’uso dell’acqua, e viene operazionalizzato nel contesto delle miniere alluvionali nella Repubblica Democratica del Congo e dei conflitti armati nel bacino del Lago Ciad e in America centrale. Per invertire il paradigma da conflitto a sinergia, la scarsità di ‘acqua blu’ viene usata progressivamente come misura di impatto, limite, e criterio progettuale, nei contesti dell’afforestazione, della produzione di biocarburanti, e nell’espansione di colture da reddito. L’uso della scarsità di ‘acqua verde’ come misura intrinseca di funzionamento di soluzioni agricole viene infine valutato attraverso il caso dell’agrivoltaico. I risultati dei diversi casi studio mostrano, nel complesso, che approcci metodologici simili possono essere applicati ad un ampio spettro di casistiche, incluse diverse soluzioni di nesso acqua-cibo-energia, nonché transizioni agricole e problematiche socio-idrologiche. Pur essendoci ancora margine per una maggiore formalizzazione di questo approccio, la flessibilità che ne ha consentito l’applicazione a diversi casi studio è la stessa che lo rende uno strumento versatile e allo stesso tempo specializzato, dunque potenzialmente esportabile e riscalabile ad altri contesti. 
File allegati
File Dimensione Formato  
TESI_PHD_NIKOLAS_GALLI.pdf

non accessibile

Dimensione 5.24 MB
Formato Adobe PDF
5.24 MB Adobe PDF   Visualizza/Apri

I documenti in POLITesi sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.

Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/195909