Circular Water Management: Co-Design Process Towards the Development of Action Plans
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POLITECNICO DI MILANO School of Civil, Environmental and Land Management Engineering Master of Science in Civil Engineering for Risk Mitigation Circular Water Management: co-design process towards the development of Action Plans Supervisor: Dr. Francesco Ballio Co-Supervisor: Dr. Simona Muratori Thesis of: Carlotta Ferraro Matr. 898909 Academic Year 2018/2019 ii Acknowledgements I would like to express my sincerest gratitude to my thesis advisor Dr. Francesco Ballio of the School of Civil, Environmental and Land Management Engineering at Politecnico di Milano for his support, for his availability and for giving me valuable and useful advices. A special thanks goes to my Tutor Simona Muratori who helped me to conduct the research, object of the thesis, at the company Poliedra. I have been extremely lucky to have a tutor who cared so much about my work, she steered me in the right direction whenever she thought I needed it and constantly guided me in writing this thesis work. I thank all the staff of the company Poliedra, in which I carried out my internship and complementary to the preparation of the thesis, for the hospitality and skills acquired in the field. They have always made me feel like part of the team. I express my gratitude to my parents Mirco and Silvana and to my brother Riccardo for providing me with unfailing support and continuous encouragement throughout my years of study. This accomplishment would not have been possible without them. Finally, I would also to thank you my grandparents and my best friends for having always been by my side and for the constant support during years. I am also grateful to all those people who shared this important path with me for all the special moments spent together. Thank you. Carlotta iii English Abstract The management of water resources in urban contexts is a challenging issue that arises from the high complexity inherent in the water sector. This complexity is due to the intrinsic organisation of the system which is characterised by inter- and intra-sectoral dependencies, multi-stakeholders, multi-scale and multi-level governance. This, coupled with nowadays global change trends, such as population growth, urbanization increase, climate change, etc. directly affect the availability of water resources in different ways causing people dealing with an high variety of problems related to too much, to low or too polluted water. It is difficult to comply with quality and quantity standards to satisfy everyone’s needs therefore a careful planning and management is needed. For this reason, the need to manage water resources in a more sustainable and circular way has emerged and is becoming increasingly felt. In this context, the Interreg Central Europe project City Water Circles fits, in fact its final aim is to enhance water efficiency and reuse in Central European functional urban areas with an integrated circular economy approach by acting on water governance, water efficiency and water loss reduction, rain water management and grey water recycling. In order to achieve this goal, a new approach to water management needs to be developed, trying to overcome the intrinsic complexities of the urban water system and to solve the obstacles in the water management. This thesis work aims to propose tools and methods conceived to deal with the complexity and problems related to the water system and management of water resources in urban context following an approach based on stakeholder involvement and participation. In fact, a participative learning process is designed and proposed with the final aim to bring to the development of the key elements and strategies of an action plan, which reflects also the social acceptability and circularity principles. The complete learning process is composed of three parts, of which the first two are the input tools for the development of the third one, the AP (Action Plan) Methodology. They are organised as follows: - Status Quo self-assessment: analysis to highlight criticalities in the water system; - Public perception survey: analysis to detect possible social feasibility of intervention, education and population’s priorities; - AP methodology: participative support for developing the key and essential elements of an action plan. iv In this way, the cooperation between stakeholders is fostered and solutions are co-designed with them in order to identify the essential elements on which to base the action plan in line with the principles of circular water management identified by the City Water Circles project. v Italian Abstract La gestione delle risorse idriche nei territori urbani costituisce una questione critica che deriva dall'elevata complessità insita nel settore idrico. Questa complessità è causata dall'organizzazione intrinseca del sistema, che è caratterizzato da dipendenze intersettoriali e intra settoriali, presenza di molti stakeholder, di molte autorità e di governance su più livelli, oltre al fatto che coinvolge diverse scale spaziali. In aggiunta, le attuali tendenze del cambiamento globale, quali la crescita della popolazione, l'aumento dell'urbanizzazione e il cambiamento climatico hanno un impatto diretto sulla disponibilità delle risorse idriche, causando problematiche di diversa natura per le popolazioni, che si trovano ad affrontare problemi legati all’eccedenza, alla scarsità o al troppo inquinamento delle acque. È quindi difficile soddisfare gli standard di qualità e quantità per adempiere alle esigenze di tutti, pertanto è necessaria un'attenta pianificazione e gestione. Per questo motivo è emersa la necessità di gestire le risorse idriche in un modo più sostenibile e circolare. In questo contesto si inserisce il progetto Interreg Central Europe “City Water Circles” che ha come scopo finale quello di migliorare l'efficienza idrica e il riutilizzo delle acque nelle aree urbane dell'Europa centrale, con un approccio di economia circolare integrata, agendo sulle seguenti aree di intervento: governance delle risorse idriche, efficienza e riduzione delle perdite, utilizzo delle acque piovane e recupero delle acque grigie. Per raggiungere questo obiettivo, è necessario sviluppare un nuovo approccio alla gestione delle risorse idriche, cercando di superare le complessità intrinseche del sistema e di risolverne gli ostacoli. Questa tesi intende proporre strumenti e metodi concepiti per far fronte ai problemi relativi al sistema idrico e alla gestione delle risorse in contesto urbano, seguendo un approccio basato sul coinvolgimento e progettazione con gli stakeholder. Viene a tale scopo progettato un processo di apprendimento partecipato con l'obiettivo finale di portare all’individuazione degli elementi essenziali e delle strategie su cui si deve fondare un piano d'azione che rifletta anche l'accettabilità sociale ma soprattutto i principi di circolarità. Il processo completo è composto da tre parti, di cui le prime due sono gli strumenti di input per lo sviluppo della terza che è la metodologia AP (Piano d’Azione). Sono organizzati come segue: - Autovalutazione dello Status Quo: analisi per evidenziare le criticità nel sistema idrico; - Sondaggio sulla percezione pubblica: analisi per rilevare l'eventuale fattibilità sociale dell'intervento, l’istruzione e le priorità della popolazione; vi - Metodologia AP: processo partecipato per l’identificazione degli elementi chiave su cui si deve basare il piano d'azione. In questo modo, viene favorita la cooperazione e le soluzioni vengono co-progettate con gli stakeholder al fine di identificare gli elementi essenziali su cui basare il piano d'azione che deve essere conforme ai principi della gestione circolare dell'acqua identificati dal progetto City Water Circles. vii Index 1. Introduction................................................................................................ 1 1.1 Context:....................................................................................................................... 1 1.1.1 My internship....................................................................................................... 1 1.1.2 “City Water Circles” Project ................................................................................. 1 1.2 Aim of the thesis .........................................................................................................4 1.3 Structure of the thesis ................................................................................................ 5 2. State of the art: water situation and pressures on water resources in Europe ................................................................................................................ 8 2.1 Water availability, distribution and abstraction ....................................................... 9 2.1.1 Water abstraction and use by sector .................................................................. 9 2.1.2 Water stressed countries ................................................................................... 11 2.2 Climate change: ........................................................................................................ 14 2.2.1 Observed and projected changes in the climate system ................................... 16 2.2.2 Impacts ............................................................................................................. 20 2.3 Water quality ........................................................................................................... 24 3. State of the art: Circular Water Resources Management in urban context