Demand for essential resources including water, energy and food is rapidly increasing due to climate change, population growth and urbanization. To solve this problem, the concept of water-energy-food nexus has been introduced, and many countries have been trying to acquire the Nexus technology that can maximize the efficiency by analyzing the interconnection between resources. In this regard, this study attempted to estimate the probable maximum water thermal energy in the dam based on the water-energy nexus concept. The estimation of the probable maximum water thermal energy was implemented to monthly water storage of the largest dams in the four major river systems. As a result of analyzing the estimated monthly water thermal energy from 2000 to 2016, Soyang River dam has the largest probable maximum water thermal energy, and Sumjin River dam has the smallest. However, the probable maximum water thermal energy was small in common between March and April, between September and October due to the small temperature difference between the ambient air and the dam water. Also, according to the characteristics of the dam, Daecheong dam and Soyang River dam were beneficial for supplying water thermal energy for heating, and Sumjin River dam and Andong dam were advantageous for supplying water thermal energy for cooling. Our findings can be useful to realize the water-energy-food nexus by increasing the utilization and value of water resources as well as expanding the roles and functions of dams as a starting point to use dam water thermal energy.
The rapidly growing global population increases the awareness of water, energy, and food security worldwide. The concept of Water, Energy, and Food nexus (hereafter, WEF nexus) has been widely introduced as a new resources management concept that integrate the water, energy, and food in a single management framework. Recently, WEF nexus analyzes not only the interconnections among the resources, but also considers the external factors (such as environment, climate change, policy, finance, etc) to enhance the resources sustainability by proper understanding of their relations. A nation-level resources management is quite complex task since multiple regions (e.g., watersheds, cities, and counties) with different characteristics are spatially interconnected and transfer the resources each other. This study proposes a multiple region WEF nexus simulation and transfer model. The model is equipped with three simulation modules, such as local nexus simulation module, regional resources transfer module, and optimal investment planning module. The model intends to determine an optimal capital investment plan (CIP), such as build-up of power plants, water/waste water treatment plants, farmland development and to determine W-E-F import/export decisions among areas. The objective is to maximize overall resources sustainability while minimize financial cost. For demonstration, the proposed model is applied to a semi-hypothetical study area with three different characterized cities. It is expected the model can be used as a decision support tool for a long-term resources management planning process.
Water, energy, and food security already became a risk that threatens people around the world. Increasing of resources demand, rapid urbanization, decreasing of natural resources and climate change are four major problems inducing resources' scarcity. Indeed, water, energy, and food are interconnected each other thus cannot be analyzed separately. That is, for simple example, energy needs water as source for hydropower plant, water needs energy for distribution, and food needs water and energy for production, which is defined as W-E-F nexus. Due to their complicated linkage, it needs a computer model to simulate and analyze the nexus. Development of a computer simulation model using system dynamics approach makes this linkage possible to be visualized and quantified. System dynamics can be defined as an approach to learn the feedback connections of all elements in a complex system, which mean, every element's interaction is simulated simultaneously. Present W-E-F nexus models do not calculate and simulate the element's interaction simultaneously. Existing models only calculate the amount of water and energy resources that needed to provide food, water, or energy without any interaction from the product to resources. The new proposed model tries to cope these lacks by adding the interactions, climate change effect, and government policy to optimize the best options to maintain the resources sustainability. On this first phase of development, the model is developed only to learn and analyze the interaction between elements based on scenario of fulfilling the increasing of resources demand, due to population growth. The model is developed using the Vensim, well-known system dynamics model software. The results are amount of total water, energy, and food demand and production for a certain time period and it is evaluated to determine the sustainability of resources.
Water and energy are inextricably linked and referred to as 'Water-Energy Nexus'. Recently, this topic has been drawing a lot of attention from various studies due to the exacerbated water availability. Korea's water and energy consumption has been increasing consistently, which calls for better management. This paper aims to identify changes in electricity consumption in relation to water intake and purification processes. Using Log Mean Divisia Index (LMDI) Decomposition Analysis method, this study attributes the changes to major factors such as; Total population (population effect), household/population (structure effect), GDP/household (economic effect), and water-related energy use/GDP (unit effect). The population effect, structure effect, and economic effect contributed to an increase in water-related electricity consumption, while the unit effect contributed to a decrease. As of 2019, the economic effect increased the water supply sector's electricity consumption by 534 GWh, the population effect increased by 73 GWh, and the structure effect increased by 243 GWh. In contrast, the unit effect decreased the electricity consumption by -461 GWh. We would like to make the following suggestions based on the findings of this study; first, the unit effect must be improved by increasing the energy efficiency of water intake and purification plants and installing renewable energy power generation facilities. Second, the structure effect is expected to increase over time, and to mitigate it, water consumption must be reduced through water conservation policies and the improvement of water facilities. Finally, the findings of this study are expected to be used as foundational data for integrated water and energy management.
The Water, Energy, and Food (WEF) nexus is an emerging concept for sustainable resources planning and management. The three valuable resources are inevitably interconnected, that is, it takes water to produce energy; it takes energy to extract, treat, and distribute water; and both water and energy are required to produce food. Although it is challenging to fully understand the complicated interdependency, a few studies have been devoted to interpret the concept and develop the assessment tools. The tools were mainly developed for nation-wide simulations without considering inter-basin or inter-state resources trade. This study tries to present an idea to develop and implement the WEF nexus simulation model in regional scale by advancing the existing nation-wide model with additional capability to simulate the inter-basin trade. This simulation could help local planners and engineers to determine optimal policies and infrastructure solutions to reach and ensure local demand satisfaction. The simulation model is implemented in hypothetical areas with different conditions of WEF demands and supplies. Although the inter-basin trade scenarios are simulated manually, it shows that the inter-basin resources trade could enhance the resources security for a longer time period. In future, an optimization model might be developed to provide the automatic calculation to reach optimum amount of WEF for the trade, which can be a helpful tool in decision making process.
Water-Energy-Food (WEF) nexus is a new holistic resources management concept that considers the interconnections among resources for sustainable resources planning and management. The current challenge is to fulfill the required demand in the lack of available resources. A traditional way to provide more available resource is by increase in production, but it caused increment of indirect demand of other interlinked resources. Importing resources from other area (where local supply is redundant) is another option to secure local resources with additional economic expenditure. The WEF nexus-trading model adapts the previously developed nationwide nexus simulation model with additional input parameters and functions to simulate trading scenarios. In general, the analysis starts with the quantification of local resources deficit (potential importing amount) and redundancy (potential exporting amount) of each area. Then, a trade module is initiated by determining possible donor area and importation amount. Finally, the nexus simulation for all area is re-run to determine final resources supply-demand results including the trading amount. The trade option provides an opportunity to meet local demands without draining local resources. However, the production capability of donor area may limit the importation amount. The newly developed trade option allows more alternatives for stakeholders to determine resources management plans.
기후변화, 인구증가 및 경제발전으로 도시물순환시스템 내 용수 수요량과 물 이용에 필요한 에너지는 지속적으로 증가하고 있다. 따라서 도시물순환시스템을 효율적으로 관리하기 위해 물 부문만을 고려하는 전통적인 방식을 벗어나 물과 에너지 부문 간 상승효과와 상충관계를 고려하는 넥서스 접근법이 주목받기 시작하였다. 이러한 넥서스 방법론을 적용하여 도시물순환시스템이 에너지 집약적인 시스템임을 증명하고, 에너지 원단위로 표현되는 물-에너지 효율 관계를 분석하며, 기후(장기 기후변동, 가뭄, 유형), 지리적 특징(표고차, 평지비, 위치), 시스템 특징(총급수량, 인구, 인구밀도, 관로연장) 및 운영관리 현황(상수관망 수압, 누수율, 물절약)이 미치는 영향을 규명하고자 하는 연구들이 수행되어왔다. 그러나 이를 통해 도시물순환시스템 관리자에게 정책 및 제도의 방향을 제시할 수 있으나 구체적인 정책을 수립하고 시행하는 데 한계가 있었다. 본 연구에서는 기존에 제시된 문헌 조사를 통해 시스템 및 공정별 에너지 원단위 매트릭스 구축하고, 물-에너지 넥서스 모델을 활용하여 도시여건, 외부영향 및 운영관리수준이 시스템에 미치는 영향을 정량화하였으며, 관리자가 벤치마킹할 수 있는 물-에너지 사용효율 기준을 제시하였다. 이를 활용하여 도시물순환시스템 관리자는 시스템의 효율적인 운영관리를 위한 전략과 실행계획을 도출할 수 있으며, 계획의 시행 후 적합성 및 타당성에 대한 평가가 가능할 것이다.
Korean agriculture experienced rapid changes in its production structure to respond fluctuations on external conditions, and these changes have increased the dependence between agricultural resources and negative environmental externalities from agricultural production. As a tool for managing agricultural resources and reducing negative environmental effects from agricultural production, this study employs water-energy-food nexus for integrated resource management. To show the necessity of an integrated approach, this study evaluated three policy scenarios including changes in capital interest, water capacity, and energy cost. The results show that three scenarios have unintended consequences for farmers' incomes and their use of resources. Also the unintended consequences of government policies also affected farms' vulnerability to environmental changes. In particular, the expansion of financing for the establishment of non-circulating water curtain facilities did not have a significant effect on the crop switching of farms. In addition, increasing the amount of available water through the aquifer recharge project leads to the installation of non-circulating water curtain facilities in zucchini farm. It raises dependence on groundwater in agricultural production, thereby increasing farmers' vulnerability to groundwater shortages. These results imply that the agricultural sector needs to consider the interrelationship between agricultural resources when designing or evaluating policies.
A nation-wide water-energy-food (WEF) nexus simulation model has been developed by the authors and successfully applied to South Korea to predict the sustainability of those three resources in the next 30 years. The model was also capable of simulating future scenarios of resources allocation based on priority rules aiming to maximize resources sustainability. However, the process was still relying on several assumptions and trial-and-error approach, which sometimes resulted in non-optimal solutions of resources allocation. In this study, an optimization module was introduced to enhance the model in generating optimal resources management rules. The objective of the optimization was to maximize the reliability index of resources by determining the resources' allocation and/or priority rules for each demand type that accordingly reflect the resources management policies. Implementation of the optimization module would result in balanced allocation and management of limited resources and assist the stakeholders in deciding resources' management plans, either by fulfilling the domestic production or by global trading.
The aim of this study is to apply the Water-Energy-Food-Land Nexus approach which can analyze the trade-offs among resources, and assess the holistic impacts of food security. First, we applied rice as a study crop and analyzed the trend of consumption of rice and the area of paddy fields. Second, the portfolios of water, energy, and land for rice production were constructed using data of footprints and productivity. Finally, the self-sufficiency ratio (SSR) of rice in target year was set as food security scenario and assessed the impacts of food security on water, energy, and land availability. In 2030, the SSR of rice decreased to 87 %, and water use for producing rice decreased from 4,728 to $3,350million\;m^3$, and the water availability index increased from 0.33 to 0.53. However, food security is essential issue and we set the 50 % and 100 % SSR of rice as high and low food security scenarios. For 100% SSR in 2030, about $3,508million\;m^3$ water was required and water availability index reached to 0.5. In other words, there is the trade-off between food security and water-energy-lands availability. Therefore, it is difficult to make a decision whether a high level of SSR is better or worse. However, this study showed the both positive and negative impacts by change of food security and it can be useful for setting the policy decision considering both food security and sustainable resource management at the same time.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.