Hydrologic-economic appraisal of inter-basin water transfer projects

Van Niekerk, P. H. (2013-03)

Thesis (PhD)--Stellenbosch University, 2013.

Thesis

ENGLISH ABSTRACT: South Africa‟s hydrological and geographical characteristics, coupled with the location of a large part of its mineral endowment, required the development of the complex Vaal River Supply System, including inter-basin water transfer (IBT) projects which have been in operation for over twenty-five years. This research compares the actual water transfers of two such IBTs with their original, appraisal stage, predictions. Transfers are shown to be significantly less and also more variable than predicted. Further research reveals that the state of the receiving system has a large bearing on year-to-year decisions regarding transfers. Past appraisals, following what is called the Incremental Approach, do not adequately consider the likely future inter-basin transfer operating regime. Examination of six case studies, four South African, one Chinese and one Australian, shows that the Incremental Approach is still in general use – despite tools available for an improved approach. A new approach is proposed to upgrade estimations of variable costs associated with water transfers – often substantial life-cycle cost components of IBTs. The generally used unit reference value (URV) measure for appraising and ranking water resource projects in South Africa is also rooted in the economic theory of cost-effectiveness. This shows that the current approach is conceptually flawed; it fails to distinguish between water transfers and effectiveness outputs. The determination of the URV equation is expanded and improved. The upgraded appraisal approach, inclusive of the improved URV methodology, is named the Comprehensive Approach. A step-wise demonstration of the Comprehensive Approach is provided. Uncertainty regarding future water transfers and associated variable costs are provided for by stochastic simulation modelling. Decision analysis theory is applied to obtain the appropriate input value of variable costs. It is shown that the Comprehensive Approach can lead to an outcome significantly different from the Incremental Approach. The research provides new insights, placing water resource planning practitioners in a better position to recommend appropriate IBTs in future. These insights can also be transferred to the design of institutional and financial models related to IBTs, as well as the configuration and operation of supply systems including sea-water desalination projects.

AFRIKAANSE OPSOMMING: Suid-Afrika se hidrologiese en geografiese eienskappe, gekoppel aan die ligging van 'n groot deel van sy minerale bates, het gelei tot die ontwikkeling van die komplekse Vaalrivier Voorsieningstelsel, insluitend tussen-bekken oordragskemas waarvan sommige al vir meer as vyf-en-twintig jaar in werking is. Hierdie navorsing vergelyk die werklike wateroordragte van twee sulke oordragskemas met die oorspronklike vooruitskattings tydens die beplanning-stadium. Daar word getoon dat oordragte noemenswaardig minder en ook meer onreëlmatig was as wat voorspel is. Verdere ondersoek toon dat die stand van die stelsel, aan die ontvangskant, die besluitneming rakende die jaar-tot-jaar oordrag beïnvloed het. Historiese evaluerings het 'n “Inkrementele Benadering” (soos hier genoem) gevolg, wat nie voldoende die toekomstige bedryfsomgewing ten opsigte van tussen-bekken oordragte inagneem nie. Ondersoek van ses gevalstudies, vier Suid-Afrikaans, een Sjinees en een Australies, toon dat die Inkrementele Benadering nog algemeen in gebruik is, ten spyte daarvan dat hulpmiddels vir 'n verbeterde benadering beskikbaar is. 'n Nuwe benadering word voorgestel vir die verbetering van vooruitskattings van veranderlike koste wat met wateroordragte geassosieer word – dikwels 'n aansienlike gedeelte van die lewenssiklus-koste van sodanige skemas. Die Eenheidverwysingswaarde (EVW) maatstaf, wat algemeen in Suid-Afrika gebruik word om waterbronprojekte te beoordeel en in rangorde te plaas, word ook geanker in die ekonomiese teorie van koste-effektiwiteit. Daarmee word getoon dat die huidige gebruik van die EVW konsepsioneel gebrekkig is; dit tref nie 'n onderskeid tussen wateroordragte en effektiwiteitsuitsette nie. Die bepaling van die EVW vergelyking is verbreed en verbeter. Die opgegradeerde benadering, met insluiting van die verbeterde EVW metodiek, word die Omvattende Benadering genoem. 'n Stapsgewyse uiteensetting van die Omvattende Benadering word voorsien. Onsekerhede ten opsigte van wateroordragte en geassosieerde veranderlike koste word deur middel van stogastiese modellering aangespreek. Besluitnemingontledingsteorie word ingespan om die toepaslike insetwaarde van die veranderlike koste te bepaal. Daar word getoon dat die Omvattende Benadering tot 'n resultaat kan lei wat aansienlik verskil van wat met die Inkrementele Benadering verkry word. Die navorsing verskaf nuwe insigte wat die waterbronbeplanner in 'n beter posisie sal plaas om gepaste tussen-bekken oordragskemas voor te stel. Hierdie insigte kan ook oorgedra word na die ontwerp van institusionele en finansiële modelle rakende oordragskemas, asook die uitleg en bedryf van voorsieningstelsels, insluitend seewater-ontsoutingsaanlegte.

Please refer to this item in SUNScholar by using the following persistent URL: http://hdl.handle.net/10019.1/79887
This item appears in the following collections: