MODELOS HIDROECONMICOS: CONCEPTOS, DISEO, APLICACIONES Y PERSPECTIVAS DE FUTURO

Juan Luis Crdenas Escuderoe-mail: jcardenase@uni.pe

Yonathan Abad Calsina Sancheze-mail: abad_sc@hotmail.com

Gerver Carlos Morales Rosales e-mail: gervermr@gmail.com

Erik Cortez Berrospi e-mail: erikcortezb@gmail.com

Facultad de Ingeniera CivilUniversidad Nacional de Ingeniera

RESUMEN: La gestin del agua futura se trasladara de la construccin de nuevos sistemas de abastecimiento de agua a mejorar el funcionamiento de los ya existentes. La variacin de los valores del agua en el tiempo y el espacio motivan a realizar mayores esfuerzos para tratar la escasez del agua y reducir los conflictos por el agua. Los modelos hidroeconmicos representan el agua distribuida en el espacio, sistema de recursos, la infraestructura, las opciones de gestin y los valores econmicos de una manera integrada. Estas herramientas de las asignaciones y la gestin del agua son impulsadas ya sea por el valor econmico del agua o econmicamente evaluados para proporcionar ideas polticas y revelar oportunidades para una mejor gestin. El concepto central es que la demanda de agua no son requisitos fijos, sino ms bien de funciones, cuando las cantidades de agua a utilizar en diferentes momentos tienen diferentes valores econmicos totales y marginales. Este artculo revisa las tcnicas para caracterizar el valor econmico del uso del agua y de incluir este tipo de valores en los modelos matemticos. Nos identifica los pasos claves en el diseo de modelos y diversos problemas, las formulaciones, los niveles de integracin, espacial y escalas temporales y tcnicas de soluciones tratadas y utilizadas por ms de 80 modelaciones hidroeconmicas, los esfuerzos que se remontan a 45 aos procedente de 23 pases. Tenemos una lista de las limitaciones actuales del enfoque, sugieren direcciones para el trabajo futuro, y recomiendan formas de mejorar la pertinencia de las polticas.

INTRODUCCIN

Las ltimas dcadas han visto un uso generalizado de sistemas de anlisis para ayudar a gestionar los recursos hdricos. Anlisis de sistemas aplicado a los recursos hdricos utiliza modelos de simulacin y optimizacin para explorar los beneficios de la gestin de sistemas ambientales como interdependientes unidades integradas. Desde las primeras aplicaciones de anlisis de sistemas a los recursos hdricos, limitaciones y objetivos econmicos han sido comunes

Orgenes del campo

Economa e ingeniera son las disciplinas afines que frecuentemente han intercambiado ideas fundamentales durante su larga historia (Lund et al., 2006). Economa y la ingeniera moderna comparten antepasados comunes en las escuelas de ingeniera francesas del siglo XIX (Hayek, 1950; Langins, 2004). Un ejemplo claro es el concepto econmico fundamental del excedente del consumidor (seccin '' la asignacin eficiente del agua") presentado por el ingeniero francs Jules Dupuit (Dupuit, 1844; Ekelund y Hebert, 1999). Esta contribucin y otras formaban parte de un esfuerzo de diseo de infraestructura civil que mejor sirvan a la sociedad. Dupuit reconoci la necesidad de considerar la construccin y los costos operativos; Adems de los beneficios econmicos de obras hidrulicas pblicas propuestas y esquemas de funcionamiento.

Los ingenieros hidrulicos siguieron incorporando los principios econmicos a lo largo de los siglos 19 y 20, cada vez ms en el contexto del anlisis de un sistema. A menudo, la optimizacin proporcion el vnculo entre la economa matemtica y la ingeniera. La ingeniera econmica en el campo del agua enfatiza el uso de principios econmicos para apoyar la toma de decisiones, gestin flexible e integrada, la valoracin del beneficio, el diseo del plan, la evaluacin alternativa, las finanzas, y el diseo institucional (Griffin, 1998; Braden, 2000; Lund et al.2006). Una manifestacin de esta colaboracin mutuamente beneficiosa fue el desarrollo de modelos hidroeconmicos.

Modelos Hidroeconmicos: caractersticas y propsito

Modelos hidroeconmicos representan aspectos hidrolgicos, ingeniera, ambientales y econmicas de escala regional de sistemas de recursos de agua dentro de un marco coherente. La idea es operacionalizar conceptos econmicos mediante su inclusin en el corazn de modelos de gestin de recursos de agua. Estos modelos han surgido como una herramienta privilegiada para llevar a cabo integrado del agua la gestin de recursos (IWRM) (Global Water Partnership, 2000; Mario y Simonovic, 2001; Cardwell et al., 2006). Los modelos hidroeconmicos son herramientas orientadas a la solucin para descubrir nuevas estrategias para avanzar eficiencia y transparencia en el uso del agua. El objetivo es mirar a un sistema de una manera fresca para investigar prometedores sistemas de gestin de agua y perspectivas polticas. Hidroeconmicos reciente investigacin de modelado ha sido descrito por McKinney et al (1999), Jakeman y Letcher (2003), Lund et al (2006), Heinz et al (2007), Cai (2008), Pulido-Velazquez et al (en prensa), Brouwer y Hofkes (2008) y Ward (2009).

Los ingenieros tradicionalmente evalan los costos de construccin, operacin y mantenimiento de suministro de agua, transporte, almacenamiento, alcantarillado, drenaje, infraestructura y la reutilizacin de las aguas residuales y estimar las necesidades de agua. En los modelos de sistemas no econmicos, las demandas de agua son comnmente representados por agua fija ''requisitos" u objetivos de entrega. La profesin se ha basado a menudo en una visin esttica de las demandas de agua que puede conducir a un exceso de diseo de la infraestructura, los residuos, y la adaptacin lenta a las nuevas condiciones. En una economa de agua madura (Randall, 1981) con el rpido aumento de los costos incrementales de los nuevos suministros (acuferos ya fuertemente explotadas, las mejores ubicaciones de presas tomadas y otros ros protegidos) y el aumento de los conflictos entre los usuarios del agua, es necesaria una visin ms amplia para hacer frente a los problemas de escasez de agua. Economa ayuda a los administradores de agua se mueven a partir de una visin esttica de la demanda de agua, que se define a travs de agua de los derechos, las prioridades y las proyecciones de crecimiento de la poblacin y las necesidades de agua agrcolas e industriales a una vista de la demanda en relacin con el concepto econmico de valor. Valor del agua cambia con la cantidad y tipo de uso. Rentabilidad de todos los usos del agua permite una comparacin ecunime entre usos. Identificar el valor de los recursos impugnados ayuda difusa conflictos mediante la introduccin de la claridad y revelando las a menudo relativamente modestas sumas involucradas (Fisher et al., 2002). La monetizacin convierte un complejo problema de gestin multiobjetivo en un problema de un solo objetivo simple.

Por qu un enfoque econmico?

Debido a las cualidades del agua para los seres humanos y el medio ambiente vital, algunos comentaristas se oponen a la utilizacin de la economa para administrar el agua. Sin embargo, humano acceso a agua para las necesidades bsicas y suficiente asignacin de uso pblico y del medio ambiente son compatibles con y alentado por un enfoque econmico a la gestin del agua.

De acuerdo con la declaracin de la ONU de Dubln 1992, '' La gestin del agua como un bien econmico es una manera importante de lograr un uso eficiente y equitativo, y de fomentar la conservacin y proteccin de los recursos hdricos "(ONU, 1992). En condiciones de escasez de agua un enfoque econmico ayuda a identificar las asignaciones de agua eficientes y reducir el despilfarro. El agua se asigna normalmente de acuerdo con las tradiciones y las condiciones histricas, institucionales, polticos, legales y sociales. Esta divisin de los recursos hdricos puede ser lento para adaptarse a los cambios ambientales o de demanda de agua. Tcnicas econmicas ayudan a asignar los escasos recursos e identificar las compensaciones adecuadas entre los usos de recursos que reflejen los valores y las opciones de la sociedad.

CONCEPTOS ECONMICOS PARA LA VALORACIN Y DISTRIBUCIN DEL AGUA

Economa aplicada a la gestin del agua tiene una larga y distinguida historia. Algunos conceptos bsicos para la comprensin de los modelos integrales hidroeconmicos se describen a continuacin. Varios libros de texto introductorios recientes proporcionan accesible pero en una cobertura a fondo de los aspectos econmicos de los recursos hdricos

Asignacin eficiente del agua

El agua es ms valiosa en una sequa que en un perodo hmedo, y la oferta costos aumentan de manera desproporcionada al aumentar la produccin si todas las principales fuentes de agua ya son explotadas.

FIG .1 Funcin de la demanda consiste en el precio (disposicin a pagar) para agua a diferentes cantidades. Tenga en cuenta que para una pequea cantidad de agua (''de salida", y), el precio es alta (C). (Oso et al., 1964). Ntese bien valor de mercado llamado alternativamente productor supervit.

Muchas de las prcticas tradicionales de planificacin del agua asumen objetivos y operaciones de uso de agua fijo, independiente de los precios y los costos.

Una curva de demanda (Fig. 1) para el agua presenta la disposicin de los consumidores a pagar por cantidades variables de agua. El eje y es precio unitario o la disposicin marginal a pagar, el eje X es la cantidad disponible. Se define como la cantidad demandada (eje x) Vs una funcin del precio (eje y). Una curva de demanda ms pronunciada implica que el uso del agua es menos sensible a las variaciones de precios (baja elasticidad-precio) y valor del usuario para el uso del agua es muy sensible a la disponibilidad de agua. Las curvas de demanda son esenciales para el anlisis econmico; '' La determinacin del valor econmico y los costos de produccin de agua "discute cmo se estiman para diferentes usos del agua. Debido a que la demanda de agua puede cambiar con la ubicacin, el tipo de uso del agua (por ejemplo, agrcola, municipal, industrial), condicin hidrolgica (por ejemplo, ao seco, ao normal, ao hmedo), o influencias externas (por ejemplo, la recesin), los modelos hidroeconmicos pueden usar ms de una curva de demanda en un solo modelo. La figura 1 muestra cmo el rea bajo una curva de demanda de mercado cuantifica Valor (ABDE) y el excedente del consumidor (BCD), la suma de las cuales son los beneficios brutos de un suministro de agua.

La integracin de la curva de demanda se cuantifica el valor econmico bruto beneficios derivados de la asignacin del agua (ver fig. 2). En esta demanda manera las funciones se pueden usar para distribuir el agua a los sectores que lo utilizan ms productivamente. La asignacin ptima del agua maximiza el beneficio econmico neto agregado (valor) del uso del agua en el sistema. La funcin objetivo equivalente puede ser formulada como un problema de minimizacin de costes en los que los costes modelados incluyen agua uso de beneficios no percibidos (es decir, los costos de escasez) y los costos de operacin.

Fig 2. Describe la relacin entre la curva de demanda (a) y bruto beneficios econmicos (b). Bt son los beneficios brutos, P es la cantidad de agua, d es la voluntad a pagar. Tenga en cuenta que la curva de demanda'' "en (a) es una funcin de paso a partir de dos datos puntos. Cuando esta funcin escalonada est integrada, (b) es a nivel de pieza lineal. (Adaptado de Tenga et al., 1964). Si la curva de demanda de la figura. 1 se integraron, la econmica funcin de beneficio sera suave. En ambos casos, los beneficios de disminucin de exposiciones rendimientos marginales (tasa de beneficios disminuye a medida que aumenta la cantidad de agua).

Determinacin de los costos econmicos de valor y la produccin de agua

Los precios para el agua en los mercados de agua que funcionan bien ofreceran la oportunidad de observar directamente el valor econmico del agua. Debido a que los mercados son por lo general ausente o ineficiente, a menudo es necesario para estimar el valor econmico del agua utilizando enfoques alternativos (Young, 2005). Enfoques de valoracin y los resultados dependen de que se estn valorando los servicios de agua especficos, as como dnde y por qu se est llevando a cabo la valoracin. La valoracin del agua puede ocurrir desde una perspectiva de oferta o la demanda, lo que resulta en una curva de oferta o una curva de demanda de agua. Para muchos administradores de recursos hdricos, el valor econmico del agua evoca la capital (inversin) y los costos de operacin de suministro de agua que dan lugar a una curva de costos de suministro. Estos costos tangibles se calculan normalmente por los economistas de ingeniera o contadores y, a menudo se simplifican como constante con respecto a la cantidad suministrada (Griffin, 2006, captulo 10).

Economa contribuye ms a la valoracin de la perspectiva de la demanda de agua donde los mtodos ms simples son inutilizables. Gibbons (1986) proporciona una buena imprimacin. La valoracin se realiza de forma diferente en funcin de si el agua es considerada un producto intermedio o un buen final. Cuando el agua es una entrada a un proceso de produccin, como en el riego, generacin de energa hidroelctrica y los usos comerciales o industriales, la demanda de agua se deriva de la demanda de la produccin final y la funcin de produccin. En estos casos el agua es un '' bien intermedio "y su demanda se conoce como una demanda derivada. El uso de agua residencial o recreacional se ve tpicamente como demandas finales en el modelado de gestin regional. Estas diferencias tienen importantes implicaciones para la seleccin del mtodo de valoracin, ya que las diferentes teoras econmicas (de los consumidores y productores demandas) son aplicables a cada caso (Hanemann, 1998). Cuando el agua es un bien final, el agua proporciona utilidad directa para los consumidores dispuestos a pagar una cantidad especfica de dinero para ello. Para los Bienes intermedios (demanda derivada), la demanda de agua se ver influido por la produccin de los bienes y la demanda de la salida final finales tecnologa. En este caso, la estimacin del valor econmico del agua es equivalente a aislar la contribucin marginal del agua al valor de salida total (valor residual).

La demanda de agua urbana

Desde Howe y Linaweaver (1967) los enfoques economtricos a estimar el precio-respuesta y los beneficios marginales para el consumidor dominando la literatura (Arbus et al., 2003). La mayora utiliza la seccin transversal datos, sino tambin de series de tiempo y datos de panel. Las discusiones se han centrado en qu variables incluir en el modelo adems a la cantidad de agua y el precio, las mejores formas funcionales para estadstica de estimacin, los datos y magnitudes del precio estimado y elasticidades ingreso (Martin y Thomas, 1986;. Dalhuisen et al, 2003). El principal desafo para las estimaciones economtricas de agua elasticidad-precio es el problema planteado por la simultaneidad de tipos de bloques horarios, el nivel de desglose, el tamao de conjunto de datos, y el precio especificacin (Young, 2005). Aplicaciones economtricas tpicas incluyen especificando una variable del precio marginal, una diferencia Taylor-Nordin datos variables, datos demogrficos y climticos como regresores para el uso del agua (Griffin y Chang, 1991). Las estimaciones de la elasticidad-precio del rango de la demanda de agua de cero a casi las dos de valor absoluto (Espey et al, 1997;.. Dalhuisen et al, 2003). La elasticidad precio es el porcentaje de cambio en el consumo por el cambio porcentual en el precio.

Demandas de agua agrcolas

El riego es por mucho el mayor uso consuntivo humano. literatura abunda en la forma de obtener las curvas de demanda agrcola de agua y elasticidades-precio (Tsur et al, 2004;. Young, 2005). promedio y las medianas de las elasticidades-precio de la cada de agua de riego en la gama inelstica (Scheierling et al., 2006). La demanda de agua de riego se derivan exigencias, ya que el agua es un proceso de produccin de entrada. Informacin sobre la productividad agrcola se puede utilizar para construir funciones de produccin de agua de los cultivos, de las que lo marginal producto fsico (derivado primera parcial de la funcin de produccin con respecto a la entrada de agua) puede ser derivada para agua diferente cantidades. Finalmente, el valor marginal (la curva de demanda) puede ser obtenido a partir de multiplicar productividades fsicas marginales por precios de los cultivos.

La energa hidroelctrica y la demanda de agua industriales

Los beneficios de la produccin de energa hidroelctrica se definen a menudo utilizando la tcnica de costo alternativo, el clculo de los ahorros en los costos de la energa hidrulica en comparacin con la siguiente produccin de energa menos caro alternativa (Gibbons, 1986; Booker y Young, 1994). Funciones beneficio tambin se pueden derivar de la cantidad de energa producida y su precio de mercado de la energa. La energa producida depende sobre la aprobacin de la central elctrica, la carga hidrulica y la la eficiencia del grupo turbina-generador. Carga hidrulica es a menudo representado como una funcin lineal de almacenamiento de depsito (Daz et al., 2000; Cai et al., 2003a), aunque esto puede producir inexactitudes. La valoracin econmica de la energa hidroelctrica se ha vuelto ms compleja debido a la desregulacin del mercado de la energa y de la descentralizacin y la aumento de los compromisos de energa firme contratados y las compras aleatorias en el mercado.

Las demandas de agua del medio ambiente y recreativo

Dentro de la corriente de los valores para la recreacin y la vida silvestre pueden ser comparables a los valores de uso econmico ms tradicionales (Colby, 1990). Enfoques para la cuantificacin de los beneficios del agua del medio ambiente utiliza ya sea inferir WTP de las observaciones de las opciones de gasto real de los consumidores (por ejemplo, mtodo del costo de viaje o de fijacin de precios hednicos) o el uso de encuestas pedir a los consumidores acerca de los valores que introducen en el medio ambiente servicios (valoracin contingente) (Freeman, 2003; Young, 2005). Enfoques de transferencia de beneficios se adaptan los resultados de estudios en otra sitios (Brouwer, 2000). A pesar de los avances en los mtodos y aplicaciones, valoracin ambiental sigue siendo un'' arte imperfecto ", con sujecin a la interpretacin y el debate (Braden, 2000; Shabman y Stephenson, 2000). Por ltimo, la sombra valora las limitaciones de caudal mnimo en modelos hidroeconmicos proporcionan el costo de oportunidad del medio ambiente agua, una forma indirecta de la valoracin de la oferta (Medelln-Azuara y col., 2007).

Costos de produccin.

Los costos de produccin de agua incluyen los costos variables para bombear, tratar y mejorar la calidad del agua, as como el capital y los costos fijos de infraestructura y operaciones. La mayora de los modelos econmicos de hidroelctricas estn diseados para la gestin, por lo que slo incluyen costos variables de operacin de la infraestructura existente. Para la programacin lineal y no lineal, los costos variables deben ser convexas (ya que a menudo estn en la prctica debido a la disminucin de los rendimientos a escala) para garantizar la identificacin de una solucin global ptima.

Para la planificacin de la expansin de la capacidad, los costos fijos y de capital tambin deben ser considerados. Sin embargo, los costos fijos y de capital son a menudo no convexos debido a los costos de las instalaciones marginales discontinuas y decrecientes. Esto inhibe el uso de la programacin lineal y no lineal, por lo que los costos fijos y de capital son a menudo ignorados. Hay varias maneras de incluir estos costos. En primer lugar, las decisiones de expansin de capacidad se pueden considerar como un clculo lado fuera del proceso de optimizacin (la comparacin de los costos de capital a los beneficios de carreras separadas de optimizacin, una con y otra sin la infraestructura en el lugar) (Fisher et al., 2005).

MODELOS HIDROECONMICOS, DISEO E IMPLEMENTACIN.

Muchas opciones se enfrentan a la hora de disear el modelador matemtico formulacin y la eleccin de un algoritmo de solucin. reglas generales y las buenas prcticas de elaboracin de modelos ambientales se aplican aqu tambin (Jakeman et al., 2006). Una caracterstica esencial es disear un modelo capaz de responder a preguntas y proporcionar ideas para los recursos gerentes, los interesados y los responsables polticos. Diseo de modelo afecta requisitos de datos, mtodos de solucin disponibles y los tipos de resultados obtenible.

Componentes del modelo

La mayora de los modelos hidroeconmicos comparten componentes bsicos incluidos flujos hidrolgicos, la infraestructura de gestin del agua, econmica la demanda de agua, costos de operacin y normas de funcionamiento. Desde Maass et al. (1962), los sistemas de recursos hdricos han sido modeladas como redes de nodos de almacenamiento y de unin unidas por enlaces de transporte ro que representa alcanza, canales, tuberas, etc La demanda de agua y el consumo, y otras caractersticas, donde el agua tiene un costo o beneficio tambin se representan como nodos. El formato de red es sencillo, eficiente y parsimonioso tanto para la simulacin y modelos de optimizacin. Las condiciones de contorno en forma de entradas, salidas u otros flujos fijos pueden ocurrir en cualquier parte del red.Flujos hidrolgicos que entran y salen del dominio modelado y flujos internos pertinentes deben ser estimados. Estos incluyen superficies externas o entradas subsuperficiales e impulsado por la precipitacin local fundentes tales como la escorrenta y la recarga de acuferos. Para fines operativos previsiones a corto plazo de las entradas basadas en predicciones meteorolgicas de operacin y las condiciones hidrolgicas actuales pueden ser utilizados. externo los datos de flujo de entrada del sistema pueden provenir de los registros histricos de calibre flujo o series de tiempo sinttica generada por los modelos de hidrologa estocstica. Escenarios hidrolgicos alternativos, por ejemplo, de escala reducida modelos de circulacin global que representan los cambios climticos, pueden tambin ser utilizado. Cuando no existen datos histricos, modelos hidrolgicos calibrados pueden llenar el vaco. Modelos hidrolgicos son la fuente principal para flujos ocupados tales como la recarga de acuferos, la evaporacin y la escorrenta local.

Infraestructura de gestin del agua consiste en natural y construido instalaciones para almacenar, transportar, tratar y utilizar el agua como el ro alcances, canales, tuberas, depsitos, acuferos, bombas, centrales elctricas, plantas de tratamiento, pozos de inyeccin de agua subterrnea, recarga cuencas, y los lugares de admisin de la demanda de agua. Mnimo y mximo las capacidades y los costes de explotacin se especifican para cada elemento. El uso de los datos y la topologa de la red a partir de modelos existentes es una rpida y de manera creble para construir un modelo hidroeconmicos. Simulacin de modelos calibrados y mantenidos por las instituciones de gestin del agua son una base ideal para una gestin ms abstracto modelos.

Demandas econmica de agua pueden ser representados por las funciones que prestan beneficios econmicos brutos generados durante un determinado modelo paso de tiempo (oso et al., 1964). Si el objetivo del modelo es el costo costos de minimizacin, la escasez de agua efectuados por menores entregas pueden ser representados por funciones de penalizacin (Newlin et al., 2002). Los usos del agua ambiental se pueden representar alternativamente con operativo reglas o restricciones, en los que una funcin de valoracin objetivo es disponible.

Simulacin u optimizacin

Simulacin y optimizacin de respuestas a las diferentes preguntas ("qu si 'y' lo que es mejor ', respectivamente) y se puede utilizar por separado o en conjunto. Los modelos que simulan las decisiones en un tiempo de paso a paso de tiempo base pueden representar de manera ms realista los sistemas complejos no lineales con procesos fsicos o institucionales. Modelos centrndose en detallada decisin local (por ejemplo, a nivel de finca) a menudo se encuentran simulacin til (Bredehoeft y Young, 1970; Young y Bredehoeft, 1972; De Ridder y Erez, 1977; O'mara y Duloy, 1984; Brown et al., 1990; Letcher et al, 2004.; Brown y Rogers, 2006; Marques et al., 2006). Evaluacin econmica de alternativas simuladas pueden proporcionar informacin sobre los beneficios y las ineficiencias de diseo o gestin poltica sin tener que manejar la distribucin del agua y de las operaciones.

La optimizacin formula problemas usando un tema objetivo matemticamente declarado a las ecuaciones que representan las limitaciones fsicas y de gestin del sistema. Optimizacin multiperiodo une ms de un perodo de tiempo en un solo modelo. Esto ayuda a la captura las ventajas y desventajas de la asignacin de recursos a travs del tiempo, tales como almacenamiento en los embalses y acuferos, pero puede producir rpidamente-grandes modelos con no linealidad y perfecta previsin de la afluencia. Los objetivos de la optimizacin son beneficios netos tpicamente funciones maximizan espera (que se espera valor de los beneficios brutos derivados de uso de agua menos los costos) o de manera similar minimizar los costos, tales como los costos de escasez de agua, los costos de capital de inversiones y costos de operacin. Los modelos de optimizacin pueden ser resueltos analticamente, con la programacin matemtica, dinmico optimizacin, o heursticos tcnicas de bsqueda (globales) como evolutiva algoritmos o combinaciones de los anteriores.

En representacin de tiempo

Modelos deterministas consideran un nico conjunto de lmite fijo condiciones (por ejemplo, los flujos y demandas) y resultados determinista los modelos se vuelven probabilstico cuando se ejecuta muchas veces con diferentes los insumos y los resultados del informe que abarcan una amplia gama de condiciones (por ejemplo, Simulacin de Monte-Carlo, optimizacin implcito-estocsticos) (Labadie, 2004).

Modelos estocsticos consideran explcitamente la naturaleza probabilstica de los datos del modelo y los parmetros. Los resultados toman la forma de probabilidad distribuciones o los procesos en lugar de nmeros individuales. Explcitamente los mtodos estocsticos son comunes en la ingeniera pura o puramente econmicas modelos, pero sigue siendo relativamente poco frecuente en aplicaciones hidroeconmicos (Reca et al, 2001b;.. Houk et al, 2007;. Rosenberg et al, 2008; Tilmant et al., 2008). Modelos Hidroeconmicos tienden a aplicar variaciones de optimizacin determinista donde los resultados son series de tiempo de las operaciones ptimas de asignacin (por ejemplo, almacenes y flujos).

Si el descuento se utiliza en la funcin objetivo para tener en cuenta costos de oportunidad (el "tiempo-valor del dinero"), un factor de descuento, (1 + i) t? Donde i es la tasa de descuento, multiplica los beneficios futuros y los costes de la funcin objetivo (funcin de evaluacin en la simulacin). Los modelos que maximicen el valor presente de los beneficios netos o neta anualizada beneficios se resuelven habitualmente utilizando no lineal, lineal o programacin matemtica (optimizacin). Dinmico (distintos intervalos de tiempo) modelos de optimizacin econmica utilizando programacin dinmica o un control ptimo considerar la sustitucin intertemporal de los recursos y no slo el valor actual (Conrad y Clark, 1987). Si no hay contraprestacin econmica se da explcitamente en cuando en forma de una ecuacin de movimiento para las variables de estado, se denomina el modelo como esttica.

Integracin submodelo

La integracin se refiere a cmo los diferentes submodelos interactan y la amplitud de los procesos y decisiones representado juntos. Holstica modelos de manera endgena (interna) calcular todas las entradas y salidas dentro de un mismo modelo. Un diseo modular conecta independiente submodelos, sin tener que interactuar dentro de un solo programa. Braat y Lierop (1987) describen estos, respectivamente, como holstico o el compartimento se acerca, una terminologa adoptada por Cai et al. (2003a), Cai (2008) y Brouwer y Hofkes (2008). La principal pregunta es si para resolver el modelo econmico de forma endgena dentro del modelo de gestin del agua o para estimar la demanda de agua con un modelo econmico externo.

Las ventajas de la modularidad incluyen una mayor probabilidad de convergencia en una ptima solucin, la capacidad de entrar en ms detalles en cada sub-campo, y el capacidad de ser actualizada y desarrollada de forma independiente. modelos holsticos puede representar de manera ms eficaz las relaciones causales y las interdependencias.

Los estudios basados en escenarios tales como el impacto del cambio climtico estudios, son ms fciles de ejecutar con los modelos holsticos, ya que no lo hacen requerir que representa las polticas o condiciones cambiadas por separado para cada submodelo. Un ejemplo de un enfoque modular es Draper et al. (2003), donde se determinan las curvas de costos escasez econmica por un modelo econmico exgeno (Howitt et al., 2001).

Un enfoque holstico es presentado por Cai et al. (2003a), donde la demanda de agua curvas se estima de forma endgena. Sin embargo, algunos modelos son totalmente "Holstico"; un modelo hidroeconmicos aparentemente holstico que no lo hace procesos representar lluvia-escorrenta se consideraran modular en el contexto de un estudio de impacto sobre el cambio climtico. Conjunto de la economa modelos econmicos, como el equilibrio general o de entrada-salida modelos que representan la hidrologa espacial (por ejemplo, Jonkman et al., 2008), son tambin modelos hidroeconmicos holsticos. Tienen ms amplio respiracin, incluyendo cmo las polticas o los choques de los recursos hdricos afectan todo el sistema econmico, en lugar de centrarse slo en la forma en la economa gestin de recursos hdricos efectos.

Modelado de escalas

El dominio describe los lmites del modelo. Dominios espaciales van desde una sola granja o domstico a grupos de pases, mientras que el dominio temporal es el horizonte temporal del modelo; a menudo un ao o ms. Discretizacin describe la subdivisin de los dominios modelados espaciales y temporales. El dominio espacial se ha de separar en subdominios (como las clulas de la cuadrcula, sub cuencas), mientras que el dominio temporal se divide en pasos de tiempo. Escala determina qu cuestiones y preguntas que el modelo ser capaz de abordar.El dominio espacial ms comn considerado en el modelado hidroeconmico es regional aunque el anlisis puede ser til desde los hogares a escala internacional. Si la atencin se centra en la gestin y la conservacin de la demanda de agua, modelos de hogares o de nivel de servicios pblicos pueden ayudar a identificar las inversiones ptimas en el hogar y las escalas de servicios de agua (Alcubilla y Lund, 2006;. Rosenberg et al, 2007). Gestin en la escala de servicios pblicos puede beneficiarse de la investigacin de los precios, la inversin en infraestructura y las operaciones y polticas de mantenimiento (Wilchfort y Lund, 1997; Jenkins y Lund, 2000). El uso de lmites de las cuencas hidrogrficas para delimitar dominio del modelo es especialmente adecuado cuando esos lmites tambin definen la jurisdiccin de los organismos acuticos. Modelos hidro econmicos tambin se han aplicado a los conflictos de las cuencas hidrogrficas transfronterizas (por ejemplo, Fisher et al, 2002;.. Ringler et al, 2004).Discretizacin relata cmo se divide el dominio espacio-temporal. Espacialmente, el modelo puede ser agrupado (variabilidad espacial), semi-distribuida (por ejemplo, utilizando sub cuencas o subregiones concentrados) o distribuido (superposiciones de malla de dominio). La mayora de los modelos econmicos de los desastres naturales uso de los recursos se agrupan espacialmente; con algn elemento del espacio la distribucin de los procesos y variables que son la marca de mayora de los modelos hidroeconmicos. Semidistribuido es el ms flexible y de uso comn discretizacin espacial. En una aplicacin tpica el sistema de recursos hdricos est representado por una red de nodos de enlace, con flujos en rutan entre nodos utilizando hidrolgicas simplificadas ecuaciones (que van desde las ecuaciones de balance de masa para hidrolgico esquemas de encaminamiento). Modelos hidrulicos distribuidos (por ejemplo, utilizando un habitual 1, 2 o malla 3D) son poco comunes en los modelos hidro econmicos como por lo general tal detalle no es relevante en los niveles de poltica y planificacin. Una excepcin es discretizado espacialmente modelos de agua subterrnea, ya que de los costos de bombeo de las aguas subterrneas y el medio ambiente espacialmente dependientes efectos (Pulido-Velzquez et al, 2006;.. Schoups et al, 2006b; Harou y Lund, 2008)El enfoque semidistribuido trae el desafo de vincular hidrolgico y la infraestructura de suministro de agua a las zonas donde la demanda de agua o la produccin econmica es lo suficientemente homogneo para ser modelado como una unidad (Cai, 2008). La estructura de nodos-link es muy adecuado para vincular diferentes escalas; conectividad de red por lo general se puede representar de manera concisa en una sola matriz de conectividad (Labadie, 2004). Si bien la eleccin de una escala de los recursos hdricos afectar fuertemente lo que las ecuaciones se utilizan para modelar los recursos hdricos, las formulaciones econmicas tienden a variar menos a travs de diferentes escalas.

Dominios temporales van desde unos pocos das para los modelos operacionales a dcadas de aplicaciones de planificacin. Pocos modelos hidroeconmicos consideran explcitamente la naturaleza estocstica de los flujos debido a la carga de clculo prctico. Discretizacin temporal depende de las cuestiones de gestin de preocupacin. Modelos centrados en operaciones a corto plazo (por ejemplo, el control de inundaciones, la energa hidroelctrica) usan pequeos pasos de tiempo (diario o menos) para modelar procesos hidrolgicos e hidrulicos, tales como el enrutamiento de flujo. Maximizar los beneficios netos de las operaciones hidroelctricas a menudo requiere un tiempo de paso de cada da o ms pequeo. Modelos de operaciones slo representan flujos de agua subterrnea cuando acuferos corrientes son significativos. Cuando el flujo a travs del sistema de agua de la superficie es ms rpido que el modelo de paso de tiempo, el flujo de enrutamiento en los ros es innecesario y debe ser evitado. Modelos centrados en la planificacin a ms largo plazo, tales como el uso de almacenamiento en depsitos semanales a pasos de tiempo anuales y rara vez requieren enrutamiento de flujo (con excepcin de las operaciones de las inundaciones). En este caso, los flujos son instantneos y modelada con una red masa conservadora de aqu la atencin se centra en las operaciones de almacenamiento y de distribucin a largo plazo, como en el uso conjunto de las aguas superficiales y subterrneas, gestin de la sequa o de cribado para el desarrollo de infraestructura

Los objetivos ambientales y sociales

Otra opcin de diseo es la forma de representar los caudales ecolgicos o 'ecolgicos'. Los modeladores pueden utilizar tcnicas ambientales y econmicos de valoracin ('' ambientales y las demandas de agua de recreo ") o tratar los requisitos ambientales como restricciones de flujo bajo (por ejemplo, Jenkins et al., 2004). Este ltimo enfoque es til cuando es difcil o controvertida a los servicios ambientales de valor. Otros modelos utilizan funciones de valor econmico del medio ambiente y recreativas obtenidos mediante tcnicas de valoracin de no mercado, de modo que no consuntivo utiliza en-corriente y usos consuntivos competir por la asignacin de agua en el sistema (Ward y Lynch, 1996;. Daz et al, 2000).Al igual que los objetivos ecolgicos, las polticas sociales, las realidades institucionales y las consideraciones polticas pueden ser fcilmente incluidos como limitaciones en los modelos hidroeconmicos (Fisher et al., 2002). La inclusin de estas consideraciones es necesario si los profesionales utilizarn modelos hidroeconmicos para ayudar a reducir en lugar de fomentar los conflictos. Por ejemplo las herramientas hidroeconmicas ayudan a evaluar las implicaciones de equidad de las diferentes polticas de agua, ya que estiman que la redistribucin de los beneficios y costos entre las partes afectadas (por ejemplo, Draper et al., 2003). Evans et al. (2003) analizaron las compensaciones entre los objetivos de eficiencia, la equidad en la distribucin del agua, y la equidad en la distribucin del ingreso para una cuenca agrcola. Cai et al. (2002) distingue entre la equidad temporal y espacial. Babel et al. (2005) asignan el agua de acuerdo para maximizar la equidad y los beneficios econmicos netos.

Ward y Pulido-Velzquez (2009) ponen a prueba un sistema de fijacin de precios del agua de dos niveles que fija un precio bajo para las necesidades bsicas, mientras se carga el costo marginal total para usos discrecionales. Maneta et al. (Presentado para su publicacin) investigar los efectos de los costos de riego y el acceso al agua en los ingresos de los agricultores.

Criterios de sostenibilidad social tambin se han incorporado a los modelos de hidroeconmicos, especificando las limitaciones apropiadas y / o bajas tasas de descuento en la funcin objetivo. Aunque difcil de alcanzar para definir criterios de sostenibilidad tratan de proporcionar recursos suficientes para las generaciones futuras para satisfacer sus necesidades futuras (Loucks, 2000). Estos criterios se pueden incluir en los modelos de hidroeconmicos, por ejemplo, exigiendo de almacenamiento en los nodos a ser el mismo tanto al principio y al final del perodo de anlisis (Draper et al, 2003;. Harou y Lund, 2008a). Alternativamente, el uso o la disponibilidad de aguas subterrneas en particular o fuentes de agua superficial pueden ser restringidos dentro predeterminados, seguros, rendimientos sostenibles (por ejemplo, Fisher et al., 2005).

Implementacin de software

Varias opciones de software estn disponibles para ejecutar modelos hidro econmicos. Una solucin consiste en implementar personalizado (definido completamente por el usuario) formulaciones de modelo dentro de los sistemas de modelizacin genricas. Sistemas de modelado de optimizacin de integrar los datos del modelo, formulacin, solucin y resultados definicin. Los ejemplos comerciales de tales sistemas incluyen GAMS, AMPL, AIMMS; todo lo cual modelo vnculo ecuaciones escritas en notacin algebraica para resolver comerciales de aplicacin lineal, entero o de optimizacin no lineal. Estos sistemas son flexibles, transparentes, auto-documentado, proporcionar enlaces simples entre la formulacin del modelo y la solucin de Solver, y por lo tanto han tenido un uso temprano y extendido por los dos economistas e ingenieros para poner en prctica modelos hidroeconmicos Un enfoque relacionado es acceder a solucionadores de optimizacin a travs de programas de hojas de clculo. Sistemas de modelado de simulacin (tambin llamado software de dinmica de sistemas) resolver los modelos de simulacin definidos por el usuario con un motor solucionador comercial. Aunque la mayora de sistemas de modelado son genricos, al menos uno es especfico de agua. El Sistema Interactivo de componentes de modelado (ICMS) (Argent et al., 2006) se utiliz para implementar un modelo hidroeconmico llamado el Sistema de Apoyo a la Decisin de la asignacin del agua (WAdss) (Letcher, 2005)

Modelos personalizados se benefician de tener una interfaz grfica de usuario y el sistema de gestin de datos para introducir, gestionar y entradas y salidas de los modelos de visualizacin. Los sistemas de modelado descritas anteriormente facilitan la construccin de interfaces de usuario grficas en diversos grados. Otras opciones incluyen la creacin de software especfico de la aplicacin o el uso de una plataforma de modelo. Software especfico como CALVIN (Draper et al, 2003.) Y SE (Fisher et al, 2002;. Rosenberg et al, 2008) son especialmente construida para vincular un programa de solucin a una interfaz de usuario y la base de datos. Alternativamente una plataforma modelo puede vincular un modelo personalizado existente a una interfaz de usuario y los datos gerente genrico. HydroPlatform (Harou et al., 2009) es una plataforma de modelo de cdigo abierto basado en criterios geogrficos-que trabaja con modelos hidroeconmicos existentes construidas con sistemas de modelado como GAMS.

Si no se requiere una formulacin modelo personalizado de un Sistema de Decisin de los recursos hdricos de apoyo generalizado (DSS) puede ser utilizado. Existen unos pocos DSS hidroeconmicos tales como MITSIM, acuario (Daz y Brown, 1997.; Brown et al, 2002) (Strzepek et al, 1989.), Y AQUAPLAN (Tilmant et al, 2008.). Otros DSS puede ser configurado para incluir componentes hidroeconmicos. Los ejemplos incluyen AQUATOOL (Andreu et al, 1996;.. Andreu-lvarez et al, 2005;. Pulido-Velzquez et al, en prensa), OASIS (. Randall et al, 1997), ModSim (Labadie y Baldo, 2000), MIKE CUENCA (Jha y Das Gupta, 2003), CALSIM (Draper et al., 2004), WEAP (Yates et al., 2005), WSM DSS (Todini et al., 2006), y WaterWare (Cetinkaya et al., 2008).

Diseo del estudio y resultados

Un estudio tpico modelado hidroeconmicos implica un caso base que representa a infraestructura y prcticas de gestin del agua corriente. La reproduccin de los resultados histricos, es importante establecer el modelo de credibilidad. Otras alternativas y escenarios pueden incluir nuevas infraestructuras, normas de funcionamiento, los cambios institucionales y de polticas, cambios en la demanda o las condiciones hidrolgicas (por ejemplo, el cambio climtico), o combinaciones de stos. Despus, los usuarios comparar y contrastar los resultados para los diferentes alternativas y escenarios.

El establecimiento de un caso base es relacionada con el modelo de calibracin, el proceso por el cual los datos de entrada del modelo, los parmetros, las hiptesis y las ecuaciones de procesos se ponen a prueba y de forma iterativa mejor a un acuerdo mejor con los resultados observados. La calibracin del modelo a menudo es un proceso largo a travs del cual los modeladores aprender tanto sobre el sistema de agua en estudio y sobre suposiciones, limitaciones y beneficios (Draper et al., 2003) de su modelo. Mtodos de calibracin parcialmente automatizados han sido aplicados a modelos de optimizacin (Howitt, 1998; Cai y Wang, 2006) basado en el concepto de PMP (Howitt, 1995).

Resultados bsicos tanto de simulacin y optimizacin determinista de mltiples perodos son los resultados econmicos globales y la serie temporal de las operaciones del sistema de agua (por ejemplo, los embalses lanzamientos, bombeo de agua subterrnea, recarga artificial, etc.) Para los sistemas pequeos, parmetros de la regla operacin se puede solucionar para directamente (Schoups et al, 2006a.); para los grandes sistemas que se pueden derivar analizando estadsticamente operaciones ptimas (Lund y Ferreira, 1996). Cuando se utiliza la optimizacin, los valores marginales (es decir,'' valor de una unidad ms ") de agua y la infraestructura son un resultado significativo a partir de modelos hidroeconmicos.

Estos valores marginales (llamados valores duales, valores de sombra, multiplicadores de Lagrange, o precios imputados) son producidos por los programas de matemticas, cuando una restriccin limita la solucin ptima. Ellos indican el cambio en el objetivo si la restriccin se relaj en una unidad. Dado que los modelos hidroeconmicos son de un solo objetivo medido en unidades monetarias, valores de sombra tienen importancia econmica directa. Modelos de optimizacin hidroeconmicos producen informacin valiosa sobre los valores marginales del agua, la infraestructura y los caudales ecolgicos. En una formulacin de red estndar, valores de sombra sobre ecuaciones de restriccin de continuidad de flujo proporcionan series de tiempo del valor de la adicin de una unidad de flujo en cualquier unin de red.

Valores de sombra sobre la capacidad de la infraestructura o las limitaciones de flujo bajas proporcionan los valores marginales de la expansin de los cuellos de botella de infraestructura o revelar el costo de oportunidad de la sociedad paga para mantener los requisitos de flujo bajas (por ejemplo, con un flujo de in-stream ser 10 en lugar de 9m3 / s), respectivamente. Sin embargo, los valores de sombra no pueden representar las consecuencias de cambiar simultneamente mltiples limitaciones.

Estos son slo algunos ejemplos de la produccin de genricos. En realidad, el rango de resultados coincide con el aliento de la diversidad de las razones para construir modelos hidroeconmicos. Un conjunto representativo de solicitudes se describe en la siguiente seccin

APLICACIONES

Aplicaciones de modelado hidroeconmicos en la literatura que cubren una amplia gama de problemas de los recursos hdricos, las ubicaciones y las innovaciones (Tabla 2). Tabla 2 divide las aplicaciones en siete grupos permeables, se describe brevemente a continuacin. Las solicitudes para usos in-stream incluyen la energa hidroelctrica, la navegacin y la recreacin. Usos fuera de la corriente general son de consumo, por ejemplo, la agricultura de riego o abastecimiento urbano. Para distribuir el agua de manera eficiente, los valores de flujo de corriente deben ser incorporados en el proceso de asignacin (Colby, 1990; Griffin y Hsu, 1993). Sin embargo, los usos del agua del medio ambiente, como mnimo ecolgico flujos in-stream no suelen ser representados econmicamente; no se encontraron tales aplicaciones. Modelos agronmicos endgenos pueden ser usados para representar los efectos de las prcticas agrcolas en el uso del agua y viceversa. Rendimiento agrcola puede ser simulado dada aplicaciones particulares de las aguas, la tecnologa de riego y los niveles de salinidad del agua. Infraestructura de la ingeniera y la expansin de la capacidad son temas de modelos de ingeniera enfocada que utilizan criterios econmicos para la evaluacin. Una ventaja de la optimizacin para analizar la infraestructura de suministro de agua es que los valores de sombra evaluar el valor marginal de la capacidad (Rogers y Smith, 1970).

Cuando el agua subterrnea se gestiona conjuntiva con el resto del sistema de los recursos hdricos, los modelos hidro econmicos pueden mostrar potencial para la banca subterrnea (Pulido-Velzquez et al.,2004; Harou y Lund, 2008a). Los modelos que representan las aguas subterrneas costos de bombeo que varan con la profundidad son no lineales (cuadrtica) ya que los niveles de agua dependern de volumen bombeado.

Modelos de parmetros de aguas subterrneas distribuidas aadir informacin espacial que permiten la relevancia local de los resultados del modelo, en lugar de grandes tendencias regionales.

Muchos trabajos investigan los beneficios de la asignacin flexible a travs de diversos tipos de mercados de agua. Los mercados de agua siempre estn regulados por las instituciones que imponen restricciones para proteger contra la degradacin del medio ambiente o de los efectos econmicos secundarios (externalidades). Modelado de diversos mercados restringidos se ayuda a identificar los mecanismos ms eficaces y beneficiosos para la economa regional.

Modelos de gestin del agua que tengan en cuenta criterios econmicos tienden a contradecir las teoras sobre conflictos por el agua que se avecina regional o global. Proporcionan un proyecto original para la colaboracin y la capacidad de adaptacin que pueden ayudar a que el conflicto transfronterizo hacia la colaboracin (Fisher et al., 2005).

La sequa y el cambio climtico lugar tensiones especiales en los sistemas de agua. Modelos hidroeconmicos pueden proporcionar ideas sobre los planes de operaciones flexibles que reducen efectos negativos de la creciente escasez de agua u otros cambios.

Ordenamiento territorial de las inundaciones y la contaminacin de fuentes no puntuales de la agricultura son un terreno frtil para una nueva generacin de modelos hidroeconmicos. Estas aplicaciones suelen vincular los sistemas de informacin geogrfica (SIG) a otras herramientas de modelado.

DISCUSIN

Polticas y resultados institucionales modelos hidroeconmicos tienen implicaciones polticas y usos en varias reas:

Expansin de la infraestructura y la planificacin de las operaciones. La distribucin del agua y de los mercados. Vas de adaptacin (por ejemplo, al cambio climtico). Diseo de polticas institucionales para lograr ambiental, social y las metas econmicas (gobernanza, derechos, etc). Anlisis del impacto de la poltica econmica. Base para la regulacin y la ley.

La mayora de las aplicaciones de los modelos hidroeconmicos, tal como fue revisado ms arriba, son para la planificacin de la infraestructura y las operaciones, la distribucin del agua y de los mercados, anlisis de impacto y adaptacin. Se han propuesto varios enfoques institucionales y de polticas para fomentar la eficiencia econmica en la gestin del agua. Mercados de aguas idealizadas lograr las condiciones de eficiencia econmica mediante el fomento de los recursos para pasar de baja a los usos de mayor valor.

Algunas estrategias de comercializacin del agua se han aplicado (Lund e Israel, 1995; Pascua et al, 1998.). La introduccin de mercados de agua y bancos de agua ha permitido equilibrar la oferta y la demanda y disminuir los efectos de las sequas severas (Howitt, 1994; Booker et al, 2005.). Los mercados de agua tambin son propensos a las fallas del mercado, sobre todo por la presencia de externalidades, monopolios naturales y bienes pblicos que compiten con las demandas particulares (Young, 1996). Las fallas del mercado pueden corregir, o al menos reducirse, mediante la introduccin de derechos de agua apropiado y estructuras de incentivos (Burness y Quirck, 1979; Griffin y Hsu, 1993; Spulber y Sabbaghi, 1994).

En los casos en que la oferta tiene que ser controlado por el gobierno, el precio eficiente es una herramienta administrativa para la gestin de la demanda de agua.Cuando el precio del agua refleje su verdadero costo marginal, como las externalidades ambientales y otros costos de oportunidad, el recurso ser puesto a sus usos ms valiosos (Rogers et al., 2002). Varias instituciones internacionales han promovido el principio de recuperacin total de costos (OCDE, 1999; CE, 2000) y muchos pases estn participando en algn tipo de reforma de los precios (por ejemplo, OCDE, 1999; Dinar, 2000).

En cualquier caso, el uso eficiente del agua reconoce fundamentalmente costo de oportunidad del agua (Griffin, 2001, 2006). Pese a la aparente simplicidad del concepto, la medicin del costo de oportunidad del agua es difcil. En ausencia de mercados de agua que funcionan bien, la evaluacin de costo de oportunidad requiere un enfoque de sistemas y los supuestos sobre los impactos y las respuestas (Briscoe, 1996) reales.

Esta evaluacin ha de basarse en un sistema especificado con precisin para identificar y estimar el valor del agua para los distintos usuarios en el sistema, como los modelos hidroeconmicos.

Modelos Hidroeconmicos ayudar a investigar el cambio de los procesos institucionales para mejorar la gestin del agua. En representacin de los fsicos, limitaciones y objetivos de los sistemas de agua ayuda a los organismos de gestin del agua a evaluar y formular polticas y comunicarse ms claramente con las partes interesadas.

Limitaciones y desafos

Algunos autores han tomado una mirada crtica a si el anlisis de sistemas es til para mejorar la gestin del agua (por ejemplo, Rogers y Fiering, 1986; Bredehoeft et al, 1995.). Estos autores argumentan que los beneficios revelados por las soluciones de optimizacin son a menudo pequeos debido a la lisura relativa de las funciones objetivo cerca de la ptima y la amplia gama de soluciones casi ptimas. Aplicacin de modelos de optimizacin y sus recomendaciones ha seguido siendo un reto (Rogers y Fiering, 1986).

Incluir criterios econmicos aade una capa de complejidad ms all de la teora y los modelos de planificacin tradicionales del agua que pueden ser difciles o controversiales para los gestores del agua a aceptar. Para lograr relevancia fuera de los crculos cadmico y de poltica, modeladores hidroeconmicos deben trabajar con o entre los gestores reales de agua, usar y extender los modelos establecidos, desarrollar e incorporar los datos econmicos, y el software fcil de usar que se ofrecen.

Existen varias dificultades para utilizar directamente los resultados del modelo hidroeconmicos. La simplificacin y la agregacin de los procesos fsicos, econmicos y reglamentarios y los datos son necesarios para la construccin y oportuna resolucin de los modelos regionales. Si la agregacin fsica es ms gruesa que los modelos de simulacin existentes, los administradores pueden percibir el modelo hidroeconmicos como demasiado terica o sin detalles suficientes para apoyar la toma de decisiones locales. Los modelos con ecuaciones de procesos simplificados tambin ponen mayor presin sobre el parmetro de reduccin fijado para representar con precisin el sistema. La simplificacin puede contribuir a la falta de solidez en la escala local; por ejemplo, un pequeo cambio en el costo en un enlace en un modelo de red puede causar flujos para tomar una ruta totalmente diferente. Sin embargo, a escala regional ms grande tales efectos locales tienden a equilibrarse dando lugar a resultados de todo el sistema en general robustos en trminos de las principales tendencias y respuestas a diferentes escenarios y polticas. Tambin es difcil hacer modelos simplificados regionales estn de acuerdo con los datos observados y calibrar estos modelos a los datos histricos (Draper et al, 2003;. Cai y Wang, 2006).

Linealizacin de funciones no lineales o ecuaciones proceso fsico se emplea a menudo para permitir el uso de la programacin lineal, que garantiza un ptimo global. Si se utilizan ecuaciones no lineales, el tamao del modelo a menudo se reduce an ms por razones de clculo.

Valores de sombra, de amplitud de base, y el anlisis de sensibilidad proporcionan informacin importante sobre los valores marginales y los cambios en el rendimiento del sistema relacionados con las incertidumbres numricas y otros. Sin embargo, deben ser evaluados de forma reactiva'' uno-a-un-tiempo "e ignorar interacta complejas y cambios simultneos entre los lmites de las restricciones, las configuraciones del sistema, y / o en los precios. Modelado hidro econmicos podra beneficiarse mediante la aplicacin de enfoques proactivos para manejar las incertidumbres simultneas bien conocidos en la investigacin de operaciones como robusta, probabilstico (restriccin oportunidad), y una programacin flexible (Sahinidis, 2004).

Otra dificultad se est moviendo ms all de la idea de que los modelos hidro econmicos imponen necesariamente soluciones de mercado a los problemas de los recursos hdricos. De hecho, los modelos pueden ser herramientas hidro econmicos pobres para simular los mercados reales de agua ya que los costos de comportamiento agente individual y de la transaccin no se pueden representar fcilmente (Young, 1986;. Griffin, 2006, p 356). Por razones histricas e institucionales, la mayora de los planes reales de gestin de los recursos hdricos no son perfectos; que inevitablemente dan lugar a algunas ineficiencias. Modelos hidroeconmicos pueden ayudar a identificar reas en las que las prcticas de gestin del agua del pasado ya no estn en sintona con la disponibilidad de recursos actual y las actitudes sociales actuales hacia la calidad ambiental y la equidad. Utilizando modelos hidroeconmicos ayuda a mejorar la transparencia y racionalidad en el uso de recursos naturales en lugar de abogar por una ideologa en particular. Modelos hidroeconmicos gua de ayuda los responsables polticos para formular polticas eficaces (Fisher et al, 2002.); no son una poltica en s mismos.

Otra dificultad es que representa matemticamente objetivos sociales, polticos y ambientales, adems de modelar procesos complejos. Los objetivos econmicos tienen la ventaja de resumir todos los intereses en una sola mtrica financiera, la reduccin de un problema multiobjetivo a un solo objetivo. Sin embargo, esta reduccin del esfuerzo de solucin requiere la recopilacin de datos adicionales: la estimacin de los valores econmicos de los usos del agua en el rea de estudio. Difciles de cuantificar objetivos a menudo incluyen la equidad ambiental, ecolgico o social. Puede ser ms fcil tener en cuenta algunos objetivos en trminos no econmicos, por ejemplo, minimizar las diferencias entre las emisiones y el rgimen natural de caudales (Tisdell, 2001) para fomentar un rgimen de flujo natural. La mayora de los intereses que no son evaluados econmicamente, debido a la controversia o la falta de datos, se pueden representar con limitaciones para reflejar las prioridades sociales, polticos o ambientales.Sin embargo, ciertas prioridades sociales, como la aversin al riesgo que toma las decisiones no estn representados fcilmente en cualquiera de los objetivos de modelo hidro econmicos o restricciones. Funciones objetivas modelo hidro econmicos tpicamente buscan maximizar los beneficios netos esperados (o reducir al mnimo los costos esperados) donde los beneficios y los costos estn estrictamente ponderados por su probabilidad de ocurrencia. Sin embargo, esta expresin neutra riesgo subestima el deseo de la mayora de los tomadores de decisiones para evitar consecuencias graves de la extrema (aunque improbables) eventos. Niveles poco realistas de la neutralidad de riesgos se pueden eliminar parcialmente mediante la inclusin de sanciones por no alcanzar los objetivos de asignacin. Cuando tales restricciones son pequeas pero tienen un efecto significativo sobre las asignaciones que se les conoce como persuasin sanciones. Alternativamente, trminos suplementarios se pueden introducir en la funcin objetivo, tales como los trminos que minimizan la varianza entre las asignaciones mnimas y los econmicos. Estos enfoques son medidas provisionales y los mtodos ms avanzados para representar a la aversin al riesgo existe en la literatura econmica (Markowitz, 1959; Sandmo, 1971; Levy y Levy, 2004).Los factores mencionados contribuyen a la limitada aplicacin de modelos hidro econmicos para la planificacin de recursos de agua real y la gestin fuera de los estrictos mbitos acadmicos y polticos. Una excepcin resulta escueta aplicaciones hidroelctricas solo objetivas.El anlisis de costo-beneficio sigue siendo la tcnica econmica ms ampliamente utilizado en el campo del agua. Este mtodo ayuda a evaluar los mritos de una inversin en infraestructura de agua en particular, mientras que los modelos hidroeconmico se centran en el funcionamiento y diseo de sistemas. A diferencia del anlisis tradicional de costo-beneficio, modelos hidroeconmico proporcionan una forma de medir y tener en cuenta los costes de oportunidad en la asignacin del agua. Mientras que el anlisis de costo-beneficio ofrece un nico indicador agregado de la conveniencia econmica de un proyecto (es decir, el valor actual neto; racin de costo-beneficio, la tasa de rentabilidad interna), los modelos hidroeconmico muestran la variacin dinmica de los valores del agua en el tiempo y el espacio. Como la gestin pasa de la construccin de nuevos sistemas de abastecimiento de agua para operar mejor los ya existentes y la adopcin de estrategias de gestin de la demanda y comercializacin de agua con creciente escasez de agua y los conflictos del agua, esta forma ms flexible y detallado de anlisis costo-beneficio se convertir cada vez ms til (Ward, 2009) . Al igual que con todos los modelos del medio ambiente, la incertidumbre y la propagacin de errores son especialmente difciles; la mayora de los esfuerzos de modelado hidroeconmico apenas los mencionan. Un enfoque pragmtico reiterado por Jakeman y Letcher (2003) y Cai (2008) es el uso de anlisis de sensibilidad para revelar los parmetros o componentes del modelo con el mayor efecto sobre los resultados.

Las tendencias actuales y direcciones futuras

Muchos de los problemas actuales y futuros de gestin del agua se caracterizan por un aumento generalizado en la escasez de agua, la falta de facilidad desarrollado nuevos suministros y aumento de los niveles de sequa y los fenmenos extremos derivados del cambio climtico. Adems, no es una prioridad cada vez mayor para los caudales ambientales que requieren que el agua se gestionar de forma integrada y sostenible. Estas tendencias significan que por eleccin o por necesidad, una gestin ms eficaz de los suministros existentes ser cada vez ms elegido por sobre el desarrollo de otros nuevos. Este enfoque aumentar la pertinencia y necesidad de las tcnicas de gestin integrada del agua, tales como el modelado hidroeconmico

Aunque los problemas se suelen utilizar en lugar de la valoracin econmica directa de los beneficios ambientales, los avances en la estimacin de los beneficios ambientales deben permitir futuros modelos hidroeconmico para incluir ms de estos beneficios en funciones objetivos econmicos. Durante dcadas, los beneficios de recreacin fueron considerados'' intangible ", pero ahora se incluyen con frecuencia.

Como solucionadores de optimizacin mejoran, modelos de optimizacin pueden incorporar ms detalle espacial y la modelizacin fsica ms detallada (por ejemplo, el flujo de las aguas subterrneas distribuido espacialmente, la interaccin flujo-acufero, los flujos de superficie enrutado). La incorporacin de los procesos de calidad de agua ser especialmente importante (Lefkoff y Gorelick, 1990b;. Bateman et al, 2006).

La mayora de los modelos hidroeconmico se construyen a medida, a menudo utilizando el software de optimizacin comercial. Con criterios econmicos ganando aceptacin para representar el rendimiento del sistema, modelos hidroeconmico seguirn apareciendo en los sistemas de soporte de decisiones (DSS) (aplicacin'' Software ") o las evaluaciones integradas (Letcher et al., 2006). Esta tendencia se acenta como capacidades de optimizacin estn generalmente ms accesibles en DSS de los recursos hdricos. Plataformas genricas modelo (Harou et al., 2009), que conectan a los modelos existentes a un usuario-interfaz geogrfica y gestor de datos tambin facilitarn el desarrollo y utilizacin de modelos hidroeconmico. Mtodos de calibracin (por ejemplo, Howitt, 1998; Cai y Wang, 2006) para la optimizacin tambin pueden estar integrados en futuras aplicaciones prcticas.

La capacidad de analizar los impactos econmicos de los diferentes diseos de sistemas o polticas de gestin es significativo. Aunque existe una brecha inevitable entre la investigacin de modelos y su aplicacin en la toma de decisiones, esta brecha debe disminuir como modelos hidroeconmico se incluyen en los procesos de planificacin en colaboracin, tales como la planificacin, la visin compartida (Palmer et al, 1999;.. Stephenson et al, 2007) o evaluaciones integradas (Parker et al., 2002). Sntesis de lo que intrnsecamente es un problema multi-objetivo en un nico objetivo econmico es a la vez una fortaleza y debilidad de este enfoque. Las soluciones propuestas por los modelos hidroeconmico tendrn el mayor credibilidad si se avanzan con perspectivas ms amplias que consideran el problema desde muchos ngulos. Modelos hidroeconmico deben ser tiles para la planificacin de la visin compartida y las evaluaciones integradas, proporcionando informacin til para los negociadores. Hacer los impactos econmicos de cualquier poltica de aguas propuesta o plan de gestin explcita aumentar la transparencia y la autonoma de las personas que participan en los procesos de decisin.

CONCLUSIONES

Modelos hidroeconmico representan sistemas de ingeniera hidrolgica teniendo en cuenta de manera explcita la naturaleza econmica de las demandas y los costos del agua. Ms all de minimizar los costos o maximizar las ganancias, que proporcionan un marco para considerar el valor de los servicios de agua en la planificacin y operacin. Una variedad de tcnicas existen para estimar el valor econmico de los usos del agua. La gestin para el valor del agua permite que el sistema de agua sea dinmico y rpidamente responder a los cambios econmicos, sociales y ambientales. Numerosos esfuerzos se remontan al menos 40 aos han integrado las realidades econmicas y de ingeniera en modelos matemticos para recomendar mejoras en el diseo, la operacin y la re intervencin de los sistemas de agua. Las solicitudes se han extendido por el mundo y dirigido numerosos problemas, entre ellos: dentro y fuera de la corriente asignaciones intersectoriales, abastecimiento de agua, la expansin de capacidad de infraestructura, el uso conjunto de aguas superficiales y subterrneas, las instituciones, los mercados, los precios, la resolucin de conflictos, la gestin transfronteriza, el cambio climtico, la sequa respuesta, respuesta a las inundaciones y la calidad del agua.

Muchas opciones se enfrentan al constructor de modelos hidroeconmico; todo es lo que preguntas es el modelo que se est construyendo para abordar? Posteriormente, el modelador tiene que elegir si desea simular u optimizar, incluye los valores y beneficios ambientales en la funcin objetivo, adoptar un diseo modular o integral, y la forma de representar el tiempo en la formulacin del modelo. Hasta ahora, el modelado hidroeconmico se ha practicado en crculos acadmicos y polticos con la aplicacin limitada de las recomendaciones del estudio de los gestores del agua, operadores y profesionales. Los modeladores hidroeconmico pueden mejorar el impacto de su trabajo mediante la colaboracin con los profesionales y la ampliacin de los modelos de operaciones existentes (y de confianza) para incluir componentes hidroeconmico.

En el futuro, prevemos un mayor uso de los modelos hidroeconmico para estudiar las transferencias de agua, re-operaciones y la eficiencia del uso del agua en lugar de los nuevos desarrollos de suministro o de infraestructura. Adems, para incluir los valores ambientales y recreativos en la funcin econmica objetiva, mayores grados de desagregacin espacial, y ms atencin a la calidad del agua y las incertidumbres. Por ltimo, sobre todo prometedor es el uso de modelos hidroeconmico dentro de la resolucin de conflictos de colaboracin enfoques tales como la planificacin de la visin compartida. Combinando la ingeniera, la economa y la ciencia hidrolgica, un enfoque hidroeconmico est bien posicionado para ayudar a fomentar la gestin integrada de los recursos hdricos. Modelos hidroeconmico pueden ayudar a la elaboracin de polticas de gua y revelan que las polticas innovadoras y dinmicas pueden sustituir a los acuerdos obsoletos. Como la escasez de agua causada por el aumento de la demanda y la falta de nuevos suministros aumenta en todo el mundo, los administradores de recursos se volvern cada vez ms a las herramientas que revelan con transparencia, donde una mayor eficiencia en el uso del agua se puede lograr. Modelado hidroeconmico puede ayudar a los gestores del agua Steward con mayor eficacia los recursos de agua y proporcionan la mejor manera posible el suministro de agua y calidad ambiental de sus electores.

REFERENCIAS

[1]Hydro-economic models: Concepts, design, applications, and future prospects.[En lnea]. Disponible en: www.elsevier.com/locate/jhydrol