Analysis of Water Use and Crop Allocation for the Khorezm Region in Uzbekistan Using an Integrated Hydrologic-Economic Model [Elektronische Ressource] / Tina-Maria Schieder

Tina-Maria Schieder

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• Publié le: 01 janvier 2011
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• Langue: English
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Extrait

Zentrum für Entwicklungsforschung
Rheinische FriedrichWilhelmsUniversität Bonn






ANALYSIS OF WATER USE AND CROP ALLOCATION FOR THE
KHOREZM REGION IN UZBEKISTAN USING AN INTEGRATED
HYDROLOGIC-ECONOMIC MODEL


Inaugural-Dissertation

zur Erlangung des Grades




Doktor der Agrarwissenschaften
(Dr. Agr.)



der
Hohen Landwirtschaftlichen Fakultät
der
Rheinischen FriedrichWilhelmsUniversität
zu Bonn




vorgelegt am 19.11.2010

von

Tina-Maria Schieder
aus Bonn (Deutschland)































Referent: PD Dr. P. Wehrheim
Korreferent: Prof. Dr. B. Diekkrüger
Tag der mündlichen Prüfung: 16.03.2011
Erscheinungsjahr: 2011

Diese Dissertation wird auf dem Hochschulschriftenserver der ULB Bonn
http://hss.ulb.uni.bonn.de/diss_online elektronisch publiziert.


D98
Abstract
Sustainable and efficient water management is of central importance for the dominant
agricultural sector and thus for the population and the environment of the Khorezm region.
Khorezm is situated in the lower Amu Darya river basin in the Central Asian Republic of
Uzbekistan and the delta region of the Aral Sea. Recently, Khorezm has experienced an
increase in ecological, economic and social problems. The deterioration of the ecology is a
result of the vast expansion of the agricultural area (which began in the Soviet period in
Uzbekistan), the utilization of marginal land and a very intensive production of cotton on a
significant share of arable land. Supplying food for an increasing population and overcoming
with the arid climate in Khorezm require intensive irrigation. However, the water distribution
system is outdated. Current irrigation strategies are not flexible enough to cope with water
supply and crop water demand, as both are becoming more variable. The political system,
with its stringent crop quotas for cotton and wheat, nepotism, missing property rights and lack
of incentives to save water, has promoted unsustainable water use rather than preventing it.
The focus of this study is an analysis of more economical and ecoefficient water
management and crop allocation. The effects of political incentives as well as modified
technological, environmental and institutional conditions, such as the reform of the cotton
sector, the introduction of water prices and the improvement of the irrigation system, are
evaluated regarding regional water distribution, crop allocation and economical outcomes. As
a result, the basic hydrological and agronomical balances and characteristics in the Khorezm
region are highly important and need to be identified. To adequately analyze these underlying
conditions, an integrated water management model was chosen. The novelty of this study is
the combination of interdisciplinary aspects in a theoretically consistent modeling framework.
Essential hydrologic, climatologic, agronomic, institutional and economic relationships are
integrated into one coherent optimization model for the Khorezm region. The capacity of the
model to consider canal water and groundwater is of special importance. Furthermore, the
water balance approach (accounting for water input and output) has an advantage over the
static norm approach when used to determine irrigation requirements.
Simulations with the model indicate that a modification of the regional water supply,
either politically or anthropogenically induced, has a large influence on the total irrigation,
groundwater and drainagesystem as well as the soil water budget in Khorezm. The model
simulations suggest that low water supply causes a shift in the crop allocation to less water
demanding crops such as vegetables, wheat, alfalfa and fruits, which also have a higher value
added in economic terms. When higher water supply is available, the cultivation of water
demanding rice, a crop that is favored by the local population, would become more
advantageous due to higher gross margins. Simulations on an improvement of water
distribution and irrigation systems indicate that infiltration losses could be diminished,
especially at the field level. Furthermore, this would lead to an increase in additional available
crop water supply, with positive impacts on crop yields. The simulation results further
indicate that a complete liberalization of the cotton sector would lead to a fundamental
restructuring of the crop allocation to less waterdemanding crops and higher economically
valued crops. This reform of the cotton sector would also lead to a general reduction of
acreage with full compensation for the losses caused by the abolition of cotton subsidies and
quota system. Marginal land could be reduced. However, the abolition of subsidies and
secured crop sales prices by the government would increase the risk for farmers. Finally, the
modeling results indicate that the introduction of water pricing could be an important
instrument to induce environmental consumer awareness, which could lead to resource
conservation. As a result of the extremely low gross crop profit margins in Khorezm, only a
water price on a very low level could feasibly be implemented in this region.
Zusammenfassung
Nachhaltige und effiziente Wasserbewirtschaftung sind von besonderer Bedeutung für
den dominanten Agrarsektor und damit für die Bevölkerung und Umwelt in Khorezm. Die
Region Khorezm befindet sich im Unterlauf des AmuDarya Flusseinzuggebietes in der
zentralasiatischen Republik Usbekistan und in der DeltaRegion des Aral Sees. Khorezm´s
jetzige Situation ist gekennzeichnet durch ökologische, ökonomische und soziale Probleme.
Die Schädigung der Ökologie ist im Wesentlichen durch die gewaltige Ausdehnung der
landwirtschaftlichen Nutzfläche (mit ihrem Beginn während der Sowjetperiode in Usbekistan)
und der steigenden Nutzung von Grenzertragsböden verursacht. Des Weiteren trägt der sehr
intensive und ausgedehnte Baumwollanbau zu einer Verschärfung der Situation bei. Die
Nahrungsmittelversorgung einer stark wachsenden Bevölkerung und das sehr aride Klima in
Khorezm erfordern eine intensive Bewässerungslandwirtschaft. Das Wasserverteilungssystem
ist allerdings überaltert und der Hauptgrund für steigende Ineffizienzen. Heutige
Bewässerungsstrategien sind nicht flexibel genug, dem immer unbeständiger werdenden
Wasserangebot und der sich variierenden Pflanzenwassernachfrage gerecht zu werden. Das
politische System mit Subventionen und Anbauquoten für Baumwolle und Weizen,
Vetternwirtschaft und fehlenden Eigentumsrechten tragen zusätzlich zu einer steigenden
Wassernutzung und fehlender Nachhaltigkeit bei.
Die Analyse einer ökologisch und ökonomisch effizienteren Pflanzen und
Wasserbewirtschaftung bildet den Schwerpunkt dieser Arbeit. Die Effekte modifizierter
technologischer, umweltrelevanter und institutioneller Rahmenbedingungen sollen hierbei
bestimmt und ausgewertet werden. Die Liberalisierung des Baumwollsektors, die Einführung
von Wasserpreisen oder die Verbesserung des Bewässerungssystems beispielsweise werden
auf ihre Auswirkungen hinsichtlich regionaler Wasserverteilung, landwirtschaftlicher
Anbaustruktur und ihrem ökonomischen Nutzen untersucht. Zu diesem Zwecke müssen im
Vorfeld die wesentlichen hydrologischen und agronomischen Interaktionen und
Eigenschaften der Region Khorezm identifiziert werden. Um diese zu Grunde liegenden
Konditionen angemessen analysieren zu können, wurde ein integriertes WasserManagement
Modell aufgebaut. Die Kombination von interdisziplinären Aspekten in einen theoretisch
konsistenten Modellierungsrahmen stellt ein Novum in dieser Arbeit dar. Wesentliche
klimatologische, hydrologische, agronomische, institutionelle und ökonomische
Eigenschaften und Beziehungen sind in einem kohärenten Optimierungsmodell für die Region
Khorezm integriert. Der große Vorteil dieser Modellierung liegt unter anderem auch in der
Berücksichtigung von Kanal und Grundwasser, die gerade in Bewässerungssystem von
Khorezm von besonderer Wichtigkeit sind. Einen weiteren Nutzen des Modells und der
darauf aufbauenden Forschungsarbeit bietet die Verwendung einer WasserBilanzierungs
Methode. Im Gegensatz zu dem häufig verwendeten statischen Ansatz unter Nutzung von
starren Bewässerungsnormen können durch die Bilanzierung von „Wassereinnahmen“ und
„Wasserausgaben“ wesentliche Prozesse in größerer Genauigkeit dargestellt werden.
Die Modellsimulationen zeigen, dass eine (beispielsweise politisch induzierte oder
anthropogen verursachte) Modifizierung des Wasserangebotes in Khorezm großen Einfluss
auf das gesamte Bewässerungs, Grundwasser und Entwässerungssystem und den
Bodenwasserhaushalt hat. Vor allem in Situationen mit geringem Wasserangebot deuten die
Simulationen darauf hin, dass sich der Anbau hin zu weniger wasserve