TU Darmstadt / ULB / TUprints

Sustainable Transformations of Water Supply Regimes. The Cuvelai-Etosha Basin in Central Northern Namibia.

Zimmermann, Martin:
Sustainable Transformations of Water Supply Regimes. The Cuvelai-Etosha Basin in Central Northern Namibia.
Schriftenreihe IWAR , 224 . Eigenverlag , Darmstadt . ISBN 978-3-940897-22-0
[Book], (2013)

[img]
Preview
Text
Zimmermann_Dissertation.pdf
Available under Creative Commons Attribution Non-commercial No Derivatives, 2.5.

Download (10MB) | Preview
Item Type: Book
Title: Sustainable Transformations of Water Supply Regimes. The Cuvelai-Etosha Basin in Central Northern Namibia.
Language: English
Abstract:

In this thesis, an interdisciplinary modelling approach for water resources management and its application is presented that is able to deal with socio-technical systems that are characterised by a multiplicity of variables, interdependencies, and actors. The case study area is the Cuvelai-Etosha Basin, which is located in central northern Namibia. Approximately 850,000 people or 40 % of the Namibian population live in this area, which comprises only about 14 % of the country’s area. The region is characterised by high precipitation variability (50-990 mm per year), a very high evaporation rate, the lack of perennial rivers, and the salinity of the groundwater in large parts of the area. These issues are a challenge for the regional water supply. The water supply regime in central northern Namibia is a hybrid between a centralised large technical system and several decentralised or traditional water supply techniques (e. g. Oshanas, earth dams (Omatale), dug wells (Omuthima and Oshikweyo), rainwater harvesting). The large technical system is fed by the Namibian-Angolan border river Kunene and consists of an open canal and a pipeline scheme with a length of about 2,000 km. A growing water demand due to population growth, migration and urbanisation, as well as technical and organisational problems, illegal extractions, and vandalism will probably jeopardise the situation since the local water demand exceeds the natural resources. The main research question is how the observed socio-technical system can be transformed in a sustainable manner and which key factors enable or impede such systemic transformations. The study is based on theories and concepts of systems theory, cybernetics, technological transitions, as well as socio-technical systems. Several modelling techniques were used in order to answer the research question. The foundation of the model was formed by the Grounded Theory, which is a qualitative method of social empirical research. Interviews with relevant stakeholders provided a deeper insight into their problem perceptions and world views. After the identification of relevant system variables, their interrelations and roles within the system were analysed by using the Sensitivity Model. In doing so, it was possible to identify outstanding variables as well as processes and to reveal potential regulators, systemic hazards, and viability indicators. Furthermore, cause-effect chains and feedback loops were analysed, based on cybernetic approaches. These findings helped to identify regulation mechanisms for open and closed loop control. Finally, various water supply scenarios were simulated and then assessed and compared in terms of systemic risks and viability indicators. The analysis showed that the water supply technique of rainwater harvesting might be the most promising niche technology that is able to initiate sustainable transformation processes with desirable outcomes. Furthermore, the technique of floodwater harvesting might be used in order to stabilise the system in a post-transition phase and to strengthen its resilience. Finally, capacity development measures are suggested, due to their positive impacts on a large number of other system variables. In addition, major hazards and risks to the system mainly stem from precarious feedback loops that have undesirable consequences such as an uncontrollable build-up or collapse of processes and an undesirable resilience which impedes any kind of development or transformation. In terms of indicators for the viability of the system, technical problems with the large-scale water supply system are said to reduce the water supply security. Furthermore, traditional water supply techniques are said to foster livestock farming and to deteriorate the users’ health considerably. All in all, the interviewees’ most important contribution was highlighting the relevance of traditional and decentralised water supply techniques as well as the significant role they play as a complement to the pipeline scheme. The implications of all of these findings might serve to develop policies for sustainable transformations of socio-technical systems.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
In der vorliegenden Untersuchung wird ein interdisziplinärer Modellierungsansatz für die Bewirtschaftung von Wasserressourcen und dessen Anwendung vorgestellt, der imstande ist, sozio-technische Systeme zu erfassen, die sich durch eine Vielzahl von Variablen, Abhängigkeiten und Akteuren auszeichnen. Untersuchungsraum ist das im zentralen Norden Namibias gelegene Cuvelai-Etosha-Becken. Hier leben etwa 850.000 Menschen bzw. 40 % der namibischen Bevölkerung auf einem Gebiet, das nur ca. 14 % der Fläche des Landes umfasst. Prägend für diese Region sind eine hohe Variabilität des Niederschlags (50 bis 990 mm pro Jahr), sehr hohe Verdunstungsraten, das Fehlen ganzjähriger Oberflächengewässer sowie oftmals hohe Salzgehalte des Grundwassers, was eine Herausforderung für die regionale Wasserversorgung darstellt. Das Wasserversorgungsregime in zentralen Norden Namibias ist ein Hybrid aus einem zentralen großtechnischen System sowie mehreren dezentralen oder traditionellen Wasserversorgungstechniken (z. B. Oshanas, künstliche Seen (Omatale), handgegrabene Brunnen (Omuthima und Oshikweyo), Regenwassernutzung). Das großtechnische System wird durch den namibisch-angolanischen Grenzfluss Kunene gespeist und besteht aus einem offenen Kanal und einem Rohrnetz mit einer Länge von insgesamt rund 2.000 km. Ein steigender Wasserbedarf aufgrund von Bevölkerungswachstum, Migration und Urbanisierung, technische und organisatorische Unzulänglichkeiten, illegale Wasserentnahmen und Vandalismus stellen Gefährdungen für die Infrastruktur dar, da der lokale Wasserbedarf die natürlichen Ressourcen übersteigt. Die zentrale Forschungsfrage lautet, wie das betrachtete sozio-technische System auf nachhaltige Weise transformiert werden kann und was die wesentlichen Faktoren sind, die eine solche systemische Transformation ermöglichen oder behindern. Die Studie basiert dabei auf Theorien und Konzepten der Systemtheorie, Kybernetik, technologischer Transformationen sowie sozio-technischer Systeme. Mehrere Modellierungsansätze wurden zur Beantwortung der Forschungsfrage verwendet, wobei das Fundament aus der Grounded Theory besteht, bei der es sich um ein Verfahren der qualitativen empirischen Sozialforschung handelt. Interviews mit relevanten Stakeholdern gewährten einen tieferen Einblick in deren Problemwahrnehmungen und Weltanschauungen. Nachdem die relevanten Systemvariablen ermittelt wurden, konnten ihre Wechselwirkungen und Rollen innerhalb des Systems mithilfe des Sensitivitätsmodells analysiert werden. Dadurch war es möglich, hervorstechende Variablen und Prozesse, insbesondere potenzielle Stellschrauben, systemische Gefährdungen und Indikatoren der Funktions- bzw. Lebensfähigkeit des Systems, zu identifizieren. Darüber hinaus konnten basierend auf kybernetischen Ansätzen Ursache-Wirkungs-Ketten und Rückkopplungen untersucht werden. Diese Erkenntnisse haben dazu beigetragen, Steuerungs- und Regelungsmechanismen, wie z. B. Regelkreise, zu analysieren. Abschließend sind unterschiedliche Wasserversorgungsszenarien simuliert worden, die im Hinblick auf systemische Risiken sowie auf Indikatoren der Funktions- und Lebensfähigkeit des Systems bewertet und verglichen wurden. Die Auswertung der Ergebnisse ergab, dass die Regenwassernutzung die vielversprechendste Nischentechnologie dafür ist, erwünschte und nachhaltige Transformationsprozesse zu initiieren. Außerdem kann die Technik des Floodwater Harvesting dazu eingesetzt werden, das System in der Phase nach einer Transformation zu stabilisieren und dessen Resilienz zu gewährleisten. Ab-schließend können Maßnahmen des Capacity Development aufgrund ihrer positiven Auswirkungen auf eine große Zahl anderer Systemvariablen empfohlen werden. Abgesehen davon sind wesentliche systemische Gefährdungen und Risiken auf prekäre Rückkopplungen, die zu einem unkontrollierten Aufschaukeln oder Zusammenbruch von Prozessen führen können, sowie auf unerwünschte, jegliche Transformation oder Entwicklung verhindernde Resilienz zurückzuführen. In Bezug auf Indikatoren der Funktions- und Lebensfähigkeit des Systems kann konstatiert werden, dass technische Probleme der großtechnischen Wasserversorgung die Wasserversorgungssicherheit verschlechtern. Ferner werden traditionelle Wasserversorgungstechniken dafür verantwortlich gemacht, die traditionelle Viehhaltung zu stärken und die Gesundheit der Nutzer erheblich einzuschränken. Insgesamt gesehen war der wesentlichste Beitrag der Gesprächspartner, die Bedeutung traditioneller und dezentraler Wasserversorgungstechniken sowie deren entscheidende Rolle in Ergänzung zum Rohrnetzsystem hervorzuheben. Die Implikationen all dieser Ergebnisse können letztendlich zur Entwicklung von Strategien für nachhaltige Transformationen sozio-technischer Systeme dienen.German
Series Name: Schriftenreihe IWAR
Volume: 224
Place of Publication: Darmstadt
Publisher: Eigenverlag
Uncontrolled Keywords: Cybernetics, Empirically Grounded Modelling, Grounded Theory, Integrated Water Resources Management, Namibia, Rainwater Harvesting, Socio-Technical System, Transition Theory, Water Supply
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Kybernetik, Empirisch fundierte Modellierung, Grounded Theory, Integriertes Wasserressourcen-Management, Namibia, Regenwassernutzung, Sozio-technische Systeme, Transitionstheorie, WasserversorgungGerman
Classification DDC: 300 Sozialwissenschaften > 300 Sozialwissenschaften, Soziologie
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 600 Technik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 650 Management
Divisions: 13 Faculty of Civil and Environmental Engineering
13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften > Institute IWAR
Date Deposited: 14 Jan 2014 10:02
Last Modified: 14 Jan 2014 10:02
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-37376
Referees: Urban, Prof. Dr. Wilhelm and Ostrowski, Prof. Dr. Manfred
Refereed: 8 November 2013
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/3737
Export:
Actions (login required)
View Item View Item

Downloads

Downloads per month over past year