Index-Based Cost-Effectiveness Analysis vs. Least-Cost River Basin Optimization Model: Comparison in the Selection of a Programme of Measures at the River Basin Scale

Abstract

Increasing water scarcity challenges conventional approaches to managing water resources. More holistic tools and methods are required to support the integrated planning and management of fresh water resources at the river basin level. This paper compares an index-based cost-effectiveness analysis (IBCEA) with a least-cost river basin optimization model (LCRBOM). Both methods are applied to a real case study to design a cost-effective portfolio of water demand and supply management measures that ensures compliance with water supply and environmental targets. The IBCEA is a common approach to select programmes of measures in the implementation of the EU Water Framework Directive. We describe its limitations in finding a least-cost solution at the river basin level and highlight the benefits from implementing a LCRBOM. Both methods are compared in a real case study, the Orb river basin, in the south of France. The performances of the programmes of measures selected by the two methods are compared for the same annual equivalent cost. By ignoring the spatial and temporal variability of water availability and water demands in the river basin and the interconnection among its elements, the aggregated approach used in the standard IBCEA can miss more cost-effective solutions at the river basin scale. Highlights:• The limits of IBCEA at the river basin scale are highlighted• The methodological steps required to develop an IBCEA and a Least-Cost River Basin Optimization Model are presented• The advantages of both methods to support water resources planning are contrasted• A method for the comparison of both approaches is described• The implementation of the approaches in a real case study are discussed

Sharing the cost of river basin adaptation portfolios to climate change: Insights from social justice and cooperative game theory

“…The two stages methodological approach presented above was implemented in the Orb River basin. This is a Mediterranean basin located in southern France, where global change is expected to exacerbate the existing imbalance between available water resources and increasing water demands [ Girard et al ., ]. Water scarcity is an emerging issue in the basin.…”

Economic Value of Climate Change Adaptation Strategies for Water Management in Spain’s Jucar Basin

“…Although HEM has been implemented widely with different approaches, few examples have addressed the impacts of climate change on water resource systems (Hurd and Coonrod 2012;Tanaka et al 2006;Molina et al, 2013;Yang et al 2013), and fewer studies have assessed not only the costs (as in Girard et al, 2015c) but also the benefits on the selection of potential adaptation actions (Connell-Buck et al 2011;Medellin-Azuara et al 2008).…”

MODELACION HIDROECONOMICA Y ANALISIS COSTE EFICACIA DE MEDIDAS PARA ALCANZAR OBJETIVOS MEDIOAMBIENTALES EN UNA CUENCA HIDROGRAFICA. Contribución a la Directiva Marco europea del Agua.

“…La principal limitación del enfoque ACE aplicado en el contexto de la DMA es que mide efectividad como reducción de la presión (disminución en la concentración en la descarga de contaminantes, o disminución en la extracción de agua), mientras que los objetivos se definen en términos de impactos (buen estado químico y un buen estado ecológico de las masas de agua, esta última a menudo vinculada a requisitos de caudales ambientales).Estas limitaciones, principalmente se han destacado en problemas de calidad del agua, sin embargo actualmente algunos investigadores (Girard et al, 2015) hacen una reflexión sobre el uso del ACE centrándose en los retos de gestión de la cantidad de agua en un contexto de escasez de agua. Un examen preliminar de las medidas a nivel de cuenca con un índice basado en la relación coste-eficacia, sin duda puede ser un apoyo útil en el desarrollo de las principales líneas de estrategias cuantitativas de gestión del agua.…”

“…Esto puede formalizarse como un problema de optimización de coste mínimo a escala de cuenca, donde el analista busca identificar la combinación óptima de medidas que (i) minimiza costes, mientras que (ii) se reúnen varias restricciones de gestión interrelacionadas, (iii) asociadas con una probabilidad dada de fallo a través del tiempo mediante indicadores de desempeño (Girard et al, 2015). La solución de este tipo de problema requiere la implementación de un modelo de optimización basado en ordenador que integra la hidrología y herramientas de economía que hacen parte de la familia de modelos de gestión integrada de recursos hídricos (Loucks y van Beek 2005), y podrían considerarse como un tipo de modelo hidro-económico, MHE, (Heinz et al 2007;Harou et al 2009;Brouwer y Hofkes 2008;Pulido-Velázquez et al 2008).…”

“…Normalmente, en el diseño de los programas de medidas para abordar los problemas de escasez de agua a escala de cuenca, los gestores del agua a menudo deben considerar simultáneamente varios objetivos y restricciones en el análisis de sistemas de recursos hídricos; así como enfocar el problema a las dimensiones temporales y espaciales. Esto requiere el uso de herramientas más complejas que un ACE básico, tales como los enfoques de modelización integrada de recursos hídricos (Girard et al, 2015).…”