Optimización de índices de seguridad del nexo agua-energía-alimentos y resiliencia ante catástrofes climatológicas en una zona semiárida

Abstract

Climate change is the greatest risk that humanity must face, which affects security for the availability, accessibility and sustainability for water, energy and food (WEF) nexus. In this sense, the evaluation of individual indices makes possible to quantify and identify the interactions between the involved parties for the design and adaptation of new policies to improve and facilitate decision-making. The need to quantitatively measure the security of the Nexus sectors in the same system is of great importance due to the vulnerability of each sector and the variability of costs. This paper presents an approach to optimizing the Security Indices of the WEF Nexus that analyzes the availability, accessibility and sustainability of water, energy, and food resources. A Mixed Integer Nonlinear Programming model is presented with a multi-objective criterion of multi-stakeholders, the selection of sources for obtaining water and different technologies for power generation are analyzed considering economic and environmental aspects. Furthermore, the optimization model shows the response of selecting different technologies, maximizing the value of the evaluated indices, and improving the performance of the studied area. Different scenarios were created to observe the behavior of the objective functions (minimizing total annual cost, fresh water consumption, and greenhouse gas emissions) and the indices are illustrated in radar graphs that allow identifying the interactions between the involved sectors. A case study from a region of Mexico is analyzed; however, the model is applicable to any region with similar characteristics.

Sequías hidrológicas e inundaciones están previstas por el aumento de temperatura y deshielo Ártico, poniendo en riesgo a diversas poblaciones alrededor del mundo; en donde, la reubicación de las mismas, la actividad económica y de las infraestructuras representarían un costo elevado convirtiéndose en problemas severos que no han sido resueltos de forma eficiente. Un mayor desafío se presenta en zonas áridas, en donde los cambios climáticos extremos representan una amenaza para lograr el bienestar humano, debido a la disponibilidad, accesibilidad y sostenibilidad de agua-energía-alimentos. Los modelos de optimización permiten analizar datos de áreas de interés y proyectar soluciones ante problemáticas específicas, con la predicción de escenarios futuros. Incorporando funciones objetivo que impacten en el aspecto social, económico y de medio ambiente, en este trabajo se propone alcanzar la Seguridad Hídrica, Energética y Alimentaria satisfaciendo las demandas de la población al 100%. Además, se analiza la resiliencia con escenarios inciertos ante las condiciones de cambio climático mediante un estudio multidisciplinario para la fiabilidad y sustentabilidad en la gestión de los recursos. Se propone analizar, como caso de estudio, el Área Metropolitana de Monterrey (AMM); una zona semiárida localizada en el noroeste de México, región en donde su crecimiento acelerado de población y economía generan estrés sobre sus recursos naturales. De igual manera, se espera reducir el riesgo social por conflictos al derecho de los recursos naturales, orientando hacia la toma de decisiones con un enfoque de optimización de múltiples partes interesadas.