Societal metabolism focused on water management : application of the MuSIASEM tool in Yucatán Península, México

Abstract

This Ph.D. thesis analyzes the supply and demand of water in the Yucatan Peninsula, México (YP), from the societal metabolism of water perspective. On one hand, an estimation of water supply is made based on a monthly water balance model using historical data from 1961-2000 (considering that groundwater is the main source of water in the region). Later, the same water balance model is applied to the bioclimatic output data (precipitation and temperature) from four downscaled General Circulation Models (GCM), and a reliability ensemble averaging (REA), in the near horizon (2015-2039); in order to compare the effect on climate change on groundwater recharge in the region. On the other hand, different scenarios of water demand based are generated on MuSIASEM methodology and water metabolic patterns (WMR), which considers the socio-economic structure of our case study. Based on the societal metabolism perspective and sustainable yield, if demand exceeds supply (including discharge to streams and wetlands) then water use is unsustainable. Our results estimate groundwater recharge of 118 ± 33 mm·year–1 (around 10 % of precipitation) in the historical period, and a decrease around of 20 % of groundwater recharge caused by climate change (less precipitation and higher temperature) which, together with the trend of water use linked to the economic and demographic growth expected, reaches or exceeds the recharge of groundwater in two of four scenarios, compromising the natural discharge, threatening the future socioecological equilibrium of the region. The WMR evolution depends on the characteristics of the sector and its weight within the society and explains how each productive sector has growth in YP, and how this development is related to increasing water use. The analysis provides a new narrative for the relationship between water use and the societal structure, identifying patterns of consumption beyond general averages, ‘per capita’ indicators that hide particularities at a sub-region scale in the YP. Our study describes different consumption patterns across YP, and compares the social and economic characteristics of each state, allowing the personalization of development plans, protection policies, or concrete actions that contribute to groundwater conservation.

El objetivo de la tesis doctoral es analizar la oferta y la demanda de agua a partir de la perspectiva del metabolismo social del agua en la península de Yucatán, México (YP). En primer lugar, el aprovisionamiento de agua se estimó con base en un modelo de balance de hídrico mensual utilizando datos históricos de 1961-2000 (considerando que la principal fuente de aprovisionamiento es el agua subterránea). Posteriormente, el mismo modelo de balance hídrico se aplicó a los datos bioclimáticos de salida (precipitación y temperatura) de cuatro Modelos de Circulación General (GCM), y ensamble ponderado (REA) regionalizados en el horizonte cercano (2015-2039), para comparar el efecto en cambio climático en la recarga de agua subterráneas en la región. Por otro lado, se generaron diferentes escenarios de demanda de agua con base en la metodología MuSIASEM y los patrones metabólicos del agua (WMR), que considera la estructura socioeconómica, así como una desagregación geográfica. Desde la perspectiva del metabolismo social y el rendimiento sostenible de agua, si la demanda excede la oferta (incluida la descarga natural), el uso del agua es insostenible. Nuestros resultados estiman una recarga de 118 ± 33 mm · año¿ 1 (alrededor del 10% de la precipitación) en el período histórico, y una disminución de alrededor del 20% de la recarga del agua subterránea causada por el cambio climático (menos precipitación y mayor temperatura); que junto con la tendencia de uso del agua vinculada al crecimiento económico y demográfico, alcanza o excede la recarga de agua subterránea en dos de los cuatro escenarios propuestos, comprometiendo la descarga natural, y amenazando el futuro equilibrio socioecológico de la región. La evolución WMR depende de las características del sector y su peso dentro de la sociedad, y explica cómo cada sector productivo ha crecido en la YP, y cómo este desarrollo está relacionado con el crecimiento del consumo de agua. El análisis proporciona una nueva narrativa de la relación entre el uso del agua y la estructura social, identificando patrones de consumo más allá de los promedios generales, e indicadores "per cápita" que ocultan particularidades a una escala subregional en el PY. Nuestro estudio describe diferentes patrones de consumo en YP y compara las caracter ísticas sociales y económicas de cada estado, permitiendo la personalización de planes de desarrollo, políticas de protección o acciones concretas que contribuyen a la conservación del agua subterránea.