Many EU policies contribute to reducing flood and drought risks, which are projected to increase in many areas due to climate change. The EU Water Blueprint encourages a policy switch from dams, reservoirs, and other grey infrastructure to supporting natural water retention measures, or green infrastructure. Our estimates show that the costs of this switch can be significant for on-farm ponds; however, conservation tillage and (to a lesser extent) shelterbelts appear to be cost-competitive with reservoirs for storing water in the landscape. If the co-benefits, especially climate change mitigation, the reduction of land-use degradation and biodiversity, are taken into account, the cost advantage of these measures increases

Damurski, J.

Dubel, A.

Linnerooth-Bayer, J.

Schroeter, D.

Sendzimir, J.

International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA)

  POLICY UPDATE NO 7April 2013 Climate change mainstreaming in agriculture Natural water retention measures for flood and drought risk management JoAnne Linnerooth‐Bayer1, Ania Dubel1, Jakub Damurski3, Dagmar Schröter1, Jan Sendzimir1    1IIASA, Laxenburg, Austria 2 Centre for Systems Solutions, Warsaw, Poland      Available for downloading at www.responsesproject.eu ©RESPONSES project   Summary            Introduction The  cost  of  floods,  and  the  scale  of  droughts, continue  to  rise  in  the European Union despite more  than  a  century  of  investments  in  levees, reservoirs,  irrigation  systems,  and  other infrastructure (OECD 2010). These growing costs can  be  attributed  to  climate  change  only  to  a limited  extent  at  this  time.  Yet  climate projections  suggest  significant  increases  in future  risk  across  the  EU  (IPCC  2012), underlining  the  need  for  investing  in  drought and  flood  risk management  today  as  a way  of preparing for and,  if possible, mitigating climate change  in  years  to  come.  We  examined  the potential  and  challenges  for  mainstreaming flood and drought  risk adaptation, with  links  to mitigation,  into  EU  water  and  agriculture policies  with  a  case  study  in  the  Warta  river basin of Poland.  The research shows a wide mix of EU water and agriculture policies  that contribute  to  flood and drought risk management.  It also examines the cost‐effectiveness and co‐benefits of EU policies that  support  on‐farm  natural  water  retention Many EU policies contribute to reducing flood and drought risks, which are projected to increase in many areas due to climate change. The EU Water Blueprint encourages a policy switch from dams, reservoirs, and other grey infrastructure to supporting natural water retention measures, or green infrastructure.  Our estimates show that the costs of this switch can be significant for on‐farm ponds; however, conservation tillage and (to a lesser extent) shelterbelts appear to be cost‐competitive with reservoirs for storing water in the landscape. If the co‐benefits, especially climate change mitigation, the reduction of land‐use degradation and biodiversity, are taken into account, the cost advantage of these measures increases  RESPONSES Policy Update7    April 2013   2 measures  (NWRMs)  as  an  alternative  to traditional investments in dams and reservoirs.    The objective of NWRMs, such as natural ponds or  wetlands,  shelterbelts  and  changed  tillage practices,  is to slow down or reduce the flow of water  downstream  leading  to  a  more  natural flow regime within a catchment.  Many EU policies contribute to flood and drought risk adaptation  The EU has a comprehensive portfolio of policies addressing flood and drought risk (see Figure 1). The most important are the:  • EU Common Agricultural Policy (CAP), • EU Water Framework Directive (WFD), • EU Floods Directive (FD), • EU Water Scarcity and Droughts Strategy    (WSDS), and • Structural and Cohesion Funds. There  are  many  examples  of  how  flood  and drought  risk adaptation measures, with  links  to mitigation, are mainstreamed into EU policy. For instance,  the  WFD  and  FD  require  flood  and drought  risk  management  plans  and  flood  risk assessments  to  take  climate  change  into account,  although  without  specific  targets. While  the  CAP  does  not  directly  address  flood and  drought  risks,  recent  reforms  present mainstreaming  opportunities.  For  instance,  the CAP  cross‐compliance  regulations  can  require on‐farm  measures,  such  as  constructing  small retention  ponds,  planting  shelter  belts  that reduce  runoff, and changing  tillage practices  to hold moisture in the soil, which not only reduce flooding downstream and provide water  in time of drought, but also contribute  to mitigation by enhancing  carbon  sequestration.  CAP’s  Agro‐Environment  Program  (AEP)  can  compensate farmers for making on‐farm water‐retention and other  “green”  infrastructure  investments.  Off‐farm  “grey”  infrastructure  measures,  such  as large reservoirs, are eligible for co‐funding from the  European  Agriculture  Fund  for  Rural Development  (EAFRD)  and  the  Structural  and Cohesion Funds.   A  pressing  issue  facing  the  Commission  with regard  to  mainstreaming  adaptation  is  better integration of  this patchwork of CAP, WFD,  the Structural and Cohesion Funds and other policy instruments currently available. Cost‐effectiveness of natural water retention measures (NWRMs) n its recent publication, A Blueprint to Safeguard Europe's  Water  Resources,  the  European Commission suggested switching priorities  from grey to green infrastructure, and especially from dams  and  reservoirs  to  NWRMs.  In  the  Warta region, and throughout Europe, authorities have historically responded to  flood and drought risk with  large  water  infrastructure  projects.  These are  increasingly  facing  budgetary  constraints, environmental  concerns, and public opposition. Many  stakeholders  recognize  the need  for new reservoirs in the Warta region, but suggest these should  be  supplemented  by  on‐  farm  natural water retention strategies, especially those that promote climate change mitigation.    RESPONSES Policy Update7    April 2013   3 Figure 1: EU policy instruments that mainstream flood and drought risk management.To address  this  transformation, powerful policy integration  tools  are  proposed  for  the Commission’s  2014‐2020  Multiannual  Financial Framework  (MFF)  that  could  greatly  enhance the  take‐up  of  green  infrastructure.  The proposed commitment of 20% of the EU budget for  climate  mainstreaming  in  the  MFF  should increase support  for all water measures related to  climate  adaptation.  Elements  of  ecological focus  areas  envisaged  by  the  Commission proposal  on  the  greening  of  CAP  Pillar  I  could promote  NWRMs,  in  addition  to  CAP’s  Pillar  2 funds for regional development, and potentially the Structural and Cohesion Funds.  RESPONSES Policy Update7    April 2013   4  Table 1: Cost effectiveness of selected NWRM in the Warta region with non‐quantified costs and co‐benefits (climate change costs and benefits marked in bold). *Estimates are based on construction and maintenance costs only.  Among other assumptions (detailed in Deliverable 4.5), calculations are based on 30‐year project life and discount rate of 5%.  Estimates are preliminary and approximate.    Water retention measures Costs/m3 water stored* or annual runoff reduced Climate change mitigation and other  significant non‐quantified costs Climate change mitigation and other significant co‐benefits Large reservoir (Wielowies Klasztorna) 49 million m3 €1.68 per m3 water stored Increased CO2 emissions (deforestation for construction) Restriction of fish migration Reduction of groundwater levels downstream Social costs of displaced persons Decreased CO2 emissions from electricity production  Tourism Contribution to biodiversity Fisheries Large pond  (Warta data) 210,000 m3 €5.88 per m3 water stored Increased CO2 emissions (deforestation for construction)  Contribution to biodiversity (including migration corridors) Landscape enhancement & recreation Small on‐farm pond (140 m3)  (U.K. data) €558.00 per m3 water stored Increased CO2 emissions (deforestation for construction)  Contribution to biodiversity (including migration corridors) Landscape enhancement & recreation Shelterbelt (Warta data) €6.86 per  m3 annual runoff reduced Reduced crop acreageRetards satellite monitoring Sequestration of CO2 Contribution to biodiversity (including pollination) Increased yield from remaining crops Reduction of land degradation Switch to conservation Tillage (U.S data) ‐ €9.20 per m3 annual runoff reduced Increased pesticide use Sequestration of CO2 Less fuel use Contribution to biodiversity, pollination & water quality  Increased agricultural productivity Reduction of land degradation  RESPONSES Policy Update No. 7    April 2013   5 But  are  NWRMs  cost‐effective?  We  compared the  construction  and maintenance  costs of  the Wielowies‐Klasztorna  reservoir  with  three  on‐ farm measures:  small  and  large  ponds,  shelter belts  and  conservation  tillage.  Preliminary estimates of  the  cost per  cubic meter of water stored, or  the annual reduction  in runoff, along with  non‐quantified  costs  and  co‐benefits,  are shown in Table 1. The  extent  to  which  retaining  water  in  the landscape helps prevent  runoff depends on  the free capacity of the water bodies and saturation of the soils.  Considering  only  investment  and  maintenance costs,  preliminary  estimates  show  that Wielowies  Klasztorna  is  less  costly  for  storing water in the landscape than on‐farm ponds, with significant economic advantages over very small ponds.  Moreover,  it  would  require  nearly  250 large ponds to store the equivalent water of the Wielowies  Klasztorna  reservoir.  The  economies of scale suggest that ponds are less appropriate as a drought and flood measure, although they may be economically justifiable as fish farms.   The term conservation tillage refers to management practices that minimize the disruption of the soil’s structure, reduce erosion, degradation, and potentially water contamination. Conservation tillage techniques are designed to leave a minimum of 30% of crop residue on the soil surface during the critical soil erosion period. Photo: http://climatetechwiki.org/content/conservation‐tillage  The  cost advantage of  the  reservoir, however, may lessen when compared to  the  runoff  avoided  from  shelter belts,  and  disappears  altogether when  compared  to  runoff  avoided from conservation tillage.  Not  only  does  conservation  tillage  reduce runoff,  but  it  also  lowers  labor  and machinery costs.  Shelterbelts usually line roads and fields with trees and shrubs. Relative to cropland, shelterbelts have a higher potential to reduce runoff and retain water in upland areas.  Photo: Oklahoma Forestry Department  Estimating the cost advantage of reservoirs over shelter  belts  will  require  further  research    to compare  “water  stored”  with  “runoff prevented”. The advantage of reservoirs may be reduced  or  eliminated  altogether  if  climate change  mitigation,  as  well  as  other  non‐quantified  costs  (like  reservoirs  restricting  fish migration) and co‐benefits (like contributions to biodiversity  and  reduced  land  degradation)  are taken into account.    RESPONSES Policy Update No. 7    April 2013   6 Valuing costs and co‐benefits, including climate change adaptation The non‐quantified costs and co‐benefits shown in  Table  1,  including  carbon  sequestration, illustrate  the  necessity  of  easy‐to‐apply measures that approximate their values in order to  mainstream flood and drought risk reduction into  a  unified  EU  policy  implementation. Methods exist  for pricing non‐market costs and benefits  and  eco‐system  services,  but  they  are difficult  to  implement,  especially  in  the uncertain context presented by climate change. The FD and WFD  state  that uncertainty  related to  climate  change  should  be  presented transparently in flood maps, with climate change scenarios  included  in  planning  processes. According  to  the EU’s Climate Change & Water Guidance, climate change is expected to be fully integrated  into  river  basin  management  in future planning cycles. However, there continue to  be  great  uncertainties  in  projecting  climate change  impacts  on  flood  hazards  over investment  horizons  relevant  to  water managers. This explains why climate change was not considered  in assessing the flood risk  in the cost‐benefit  analysis  carried  out  for  the Wielowies Klasztorna reservoir.  Climate change and robust investments  Our  estimates  show  that  climate  change increases  flood  hazards  for  the  Warta  region after 2070  (nearly doubling) and drought  losses after  2030  (30‐40%  increase).  The  uncertainty surrounding  these  estimates    and  other model results    is,  however,  significant,  with  even  the sign of  the uncertainty being  in doubt  (‐17%  to +85% for floods). Robust policies that work well given  a  range  of  future  scenarios  are  needed. For  instance,  water  retention  measures  are robust for both growing flood hazard (increased precipitation) and  for  increased drought hazard (decreased precipitation). Policy implications Our  preliminary  results  show  that  “green infrastructure,”    especially  conservation  tillage and  (to  a  lesser  extent)  shelterbelts,  appear  to be  cost  competitive  with  “grey  infrastructure” like  dams  and  reservoirs  for  retaining  water, and,  in  addition,  they  contribute  to  climate change  mitigation,  biodiversity  and  pollination, and  reduce  land‐use  degradation.  Small  and large  on‐farm  ponds,  alternatively,  are  hardly cost competitive with  large reservoirs, but have co‐benefits  like promoting  corridors  for  species migration  and  creating  income  from  fisheries. Note, however,  that  a  full  comparison  requires all  estimates  in  terms  of  reduced  runoff  that takes acount of soil saturation and other factors. The Blueprint  combined with  the Commission’s 2014‐2020 Multiannual Financial Framework can promote  the  takeup  of  on‐farm  green infrastructure  for  managing  flood  and  drought risk. The aim should be to prioritize investments and  activities,  taking  account  of  future  climate risk and the full range of costs and benefits. For this  purpose,  the  Commission  should  consider providing  guidance  on  valuing  co‐benefits  of adaptation  and  mitigation  measures  in  the agriculture  and  water  sectors.  There  is  also  a  RESPONSES Policy Update No. 7    April 2013   7 need  for  risk  assessors  to  be  given  concrete guidance  on  how  to  assess  and  value  distant future  climate  change  impacts  in  present‐day infrastructure  decisions.  Irreducible uncertainties  in  climate  and  hazard  projections mean  that  policymakers  should  consider  the benefits of  flexible, no‐regret  strategies, which, as  in  the  case  of  the Warta,  adds  emphasis  to the potential value of supporting on‐farm green infrastructure, like shelterbelts and conservation tillage.  References Intergovernmental Panel on Climate Change  (IPCC)  (2012) The  Special  Report  for  Managing  the  Risks  of  Extreme Events  and  Disasters  to  Advance  Climate  Change Adaptation (SREX) http://www.ipcc‐wg2.gov/SREX/. OECD (2010) Sustainable Management of Water Resources in Agriculture, OECD, Paris, www.oecd.org/tad/env         RESPONSES Policy Update No. 7    April 2013   8  

Climate change mainstreaming in agriculture: Natural water retention measures for flood and drought risk management

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA)