Efficient Water Allocation and Water Conservation Policy Modeling in the Aral Sea Basin

257 Pages·2014·6.31 MB·English

by  Maksud Bahodirovich Bekchanov

ZENTRUM FÜR ENTWICKLUNGSFORSCHUNG -
RHEINISCHE FRIEDRICH-WILHELMS-UNIVERSITÄT BONN

Efficient Water Allocation and Water Conservation Policy Modeling in the Aral Sea Basin

Inaugural-Dissertation

zur
Erlangung des Grades

Doktor der Agrarwissenschaften
(Dr.agr.)

der
Landwirtschaftlichen Fakultät
der
Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

vorgelegt am 31.10.2013
von
Maksud Bahodirovich Bekchanov
aus
Khorezm (Usbekistan)
Referent: Prof. Dr. Joachim von Braun
Korreferent: Prof. Dr. Thomas Heckelei
Tag der mündlichen Prüfung: 26.03.2014
Erscheinungsjahr: 2014
Diese Dissertation ist auf dem Hochschulschriftenserver der ULB Bonn
http://hss.ulb.uni-bonn.de/diss_online elektronisch publiziert.
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EFFICIENT WATER ALLOCATION AND WATER CONSERVATION POLICY
MODELING IN THE ARAL SEA BASIN
ABSTRACT
Increasing water demand challenges policy makers to implement in-time and effective water
management measures to mitigate both the on-going and upcoming water crisis in the Aral Sea
basin (ASB) of Central Asia. The shrinkage of the Aral Sea due to the rapid expansion of irrigated
agriculture along the two main rivers of the basin – the Amu Darya and Syr Darya – which
accompanied by water overuse is at the core of the all water related problems. Various hypothetical
“solutions”, including massive inter-basin water transfers, have been considered to ease the water
challenge. Yet, given the enormous conveyance and water application losses in the irrigation
system combined with ineffective coordination of the basin resources among the riparian countries
in both the Amu and Syr Darya basins, increasing the efficiency of using internal water resources is
more technically and financially feasible option. Furthermore, water management measures must
address the root causes of water scarcity and ecological deterioration rather than attempting to deal
with the consequences of the problem only. This study examines therefore three important options
for addressing the core reasons of aggravated water (ab)use in the ASB. In the first option, sectoral
transformations (e.g., economic restructuring) are considered by prioritizing economic activities
with relatively high economic growth impacts and low water consumption requirements. In the
second option, it is assessed to replace the current administrative water management institutions
with more effective market-based water allocation institutions to encourage cooperation among
regional water users for attaining optimal basin-wide benefits. In the third option, technological and
infrastructural improvements are evaluated following an increased efficiency of the irrigation
systems and building reservoirs in the upper reaches of the rivers to regulate river flow.
Economic restructuring was analyzed by ranking all economic sectors based on their sustainable
economic growth potentials using an environmentally extended input-output model. The forward
and backward linkages and the total (direct and indirect) water requirements of the different
economic activities were estimated and compared as well. The results indicated that water demand
in the ASB can be reduced substantially by decreasing the production of the water intensive sectors
such as agriculture in favor of the development of less water demanding, non-agricultural sectors.
Within the agriculture sector, crop diversifications are recommendable, e.g. by partially replacing
rice cultivation and cotton production, which have the highest total (direct and indirect) water use
contents of 36 m3/USD and 18.4 m3/USD respectively, with high water productive crops such as
fruits/vegetables with total water use of 9.1 m3/USD.
Potential effects of replacing the traditional administrative water allocation system with market-
based water allocation approaches were examined through an aggregated hydro-economic model.
Substantial basin-wide economic gains is appeared feasible when the trade of water rights among
all irrigation zones is allowed in each river basin (the Amu Darya or Syr Darya). Total benefits
under restricted water rights trading by permitting a trade only among the regions located within
each upstream, midstream, and downstream sub-basins (catchments) is lower than the total
economic gains of unrestricted water rights trading but is still higher than total benefits of the
option without trading. Depending on water availability, the amount of additional annual gains
ranged between $373 and 476 million USD under an inter-catchment (unrestricted) water rights
trading system whereas additional annual gains of $259–339 million USD were predicted under
intra-catchment (restricted) water rights trading. Benefits from water rights trading increase with
growing water scarcity. When purchase of water use rights is considered to enhance environmental
flow into the Aral Sea while compensating reduced water withdrawals of agricultural producers,
basin-wide economic gains are expected to be higher if water rights trading among irrigation zones
2
are allowed rather than prohibited. Moreover, the cost of purchasing water use rights for
environmental needs is less expensive compared to an interbasin water transfer. Since the
establishment and operation of market-based water allocation institutions comes with costs, the
transaction costs of introducing tradable water use rights were considered in assessing the
effectiveness of such institutional changes. An inverse relationship were found between the
benefits of water rights trading and its transaction costs. Results showed furthermore that
transaction costs of more than $0.05 USD per m3 of water use rights eliminate the potential benefits
of a water trading option.
Technical improvements to raise the efficiency of water use and water coordination were analyzed
through a disaggregated hydro-economic model. Substantial benefits can be expected from
improving irrigation (conveyance and water application) efficiencies in the ASB. Total basin-wide
benefits can increase by 20% to 40% depending on basin-wide water availability when irrigation
system efficiencies are optimized across the basin. The findings showed also that a construction of
upstream reservoirs as intensely debated at present by up- and downstream countries in Central
Asia does not considerably influence on the irrigation water availability if these reservoirs are
operated with the objective of providing optimal basin-wide benefits. In constrast, constructing
additional dams can boost hydropower production. Particulalry, additional hydropower produciton
benefits are expected to be considerably higher from the construction of the Kambarata reservoir
than those from the construction of the Rogun dam because of higher investment costs of the latter.
Thus, the construction of dams upstream can increase national and regional energy security due to
65-67% increase in hydropower production levels. Yet, the risks of flooding related to natural and
political calamities and reduced downstream water availability during the period of filling the
reservoirs should be evaluated further for a more comprehensive assessment of such infrastructural
developments. High risks of using upstream reservoirs as a tool of geopolitical influence and
consequent damage on downstream irrigation and environmental systems should not be forgotten
as well. Establishing effective relationships among the riparian countries, ensuring the rule of law,
empowering water users for decision making, raising their awareness on ecological sustainability
and market-based management approaches, and maintaining human and technological capacities
are also essential for finding a compromise in sharing common basin resources in the ASB.
Keywords: Water rights trading, Transaction costs, Environmental flow, Hydro-economic model,
irrigation technology, infrastructural development, Rogun dam, Kambarata reservoir, Sectoral
transformation, Virtual water, Input-output analysis

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MODELLIERUNG VON STRATEGIEN ZUR EFFIZIENTEN ALLOKATION UND
SCHONUNG VON WASSERRESSOURCEN IM EINZUGSGEBIET DES ARALSEES
ZUSAMMENFASSUNG
Im Einzugsgebiet des Aralsees (ASB) stellt der steigende Wasserbedarf eine Herausforderung an
die Entscheidungsträger dar, zeitnah Maßnahmen für eine effiziente Wasserbewirtschaftung
einzuführen, um die derzeitige und zukünftige Wasserkrise in der Region zu entschärfen. Die
schnelle Ausdehnung der bewässerten Landwirtschaft in Verbindung mit einer Über-Nutzung der
Wasserressourcen führte zum Schrumpfen des Aralsees; zur Lösung dieses Problems wurden
zahlreiche hypothetische Ansätze vorgeschlagen, die auch den massiven Wassertransfer aus
anderen Einzugsgebieten einbezogen. Bedenkt man allerdings die enormen Transport- und
Wasseraufleitungsverluste in den Bewässerungssystemen und die ineffektive Koordination in der
Bewirtschaftung von Ressourcen aufgrund unzureichender Zusammenarbeit zwischen den Staaten
in den Einzugsgebieten der Flüsse Amu Darya und Syr Darya, erscheint die Erhöhung der internen
Effizienz bei der Nutzung der Wasserressourcen ein in technischer und finanzieller Hinsicht eher
Erfolg versprechender Ansatz. Darüber hinaus sollten diese Maßnahmen der
Wasserbewirtschaftung auch und vor allem die wesentlichen Ursachen des Wassermangels und der
ökologischen Probleme angehen, anstatt lediglich deren Folgen zu behandeln.
Diese Studie untersucht drei wichtige Ansätze, um die grundlegenden Ursachen der sich
verschärfenden Wasserbewirtschaftungsprobleme im ASB zu bearbeiten. Die erste Option ist die
sektorale Transformation (ökonomische Neuordnung), bei der man wirtschaftliche Aktivitäten mit
hoher Priorität versieht, die einen relativ hohen Impuls auf das Wirtschaftswachstum ausüben und
einen niedrigen Wasserverbrauch erfordern. Die zweite Option besteht darin, die bürokratischen
Wassermanagement-Institutionen durch effektivere Markt-basierte Wasserallokations-Institutionen
zu ersetzen, die die Zusammenarbeit zwischen regionalen Wassernutzern fördern, um in Bezug auf
das gesamte Einzugsgebiet Vorteile zu erzielen. Die dritte Option beinhaltet die Verbesserung der
Effizienz der Bewässerungssysteme und den Bau von Speichern zur Regulierung des Abflusses an
den Oberläufen der Flüsse.
Die Möglichkeit der ökonomischen Restrukturierung wurde mit Hilfe eines auf die
Umweltfaktoren ausgeweiteten Input-Output Modells analysiert, so dass im Ergebnis alle
ökonomischen Sektoren im Hinblick auf ihren potenziellen Beitrag zu einem nachhaltigen
Wirtschaftswachstum beurteilt und in eine Rangliste gebracht wurden. Hierfür wurden Vorwärts-
und Rückwärtsverknüpfungen und die gesamten (direkten und indirekten) Wasserbedarfswerte der
verschiedenen wirtschaftlichen Aktivitäten geschätzt und miteinander verglichen. Die Ergebnisse
zeigten, dass der Wasserbedarf im ASB reduziert werden kann, indem die Produktion
wasserintensiver Sektoren wie Landwirtschaft verringert wird, während die Entwicklung weniger
wasserintensiver Sektoren außerhalb der Landwirtschaft gefördert wird. Innerhalb der
Landwirtschaft ist eine Diversifizierung ratsam, die den Anbau von Reis und Baumwolle mit
jeweils hohem Gesamtwasserverbrauch (direkt und indirekt) von 36 m3/USD bzw. 18,4 m3/USD
teilweise ersetzt durch Wasser-produktivere Pflanzen, wie beispielsweise Obst/Gemüse mit einem
Gesamtwasserverbrauch von 9,1 m3/USD.
Mit einem aggregiertem hydro-ökonomischen Modell wurden potenzielle Auswirkungen
untersucht, die mit dem Ersetzen des traditionellen administrativen Wasserallokations-System
durch Markt-basierte Wasserallokation erzielt werden können. Bedeutende ökonomische Gewinne
im gesamten Einzugsgebiet sind erreichbar, wenn der Handel von Wasserrechten zwischen allen
Bewässerungszonen in jedem der Einzugsgebiete (Amu Darya oder Syr Darya) erlaubt wurde. Die
Begrenzung des Handels von Wasserrechten auf jeweils Untereinheiten der Einzugsgebiete (oberer,
mittlerer, unterer Teil) führte zu einem Gesamtgewinn, der zwar geringer ausfiel als im Fall des
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unbegrenzten Handels aber höher war als bei der Option ohne Wasserhandel. Die Ergebnisse
zeigen ein Potential von zusätzlichen jährlichen Gewinnen zwischen 373 bis 476 Millionen USD
durch den Handel mit Wassernutzungsrechten im gesamten Einzugsgebieten (zwischen den
Untereinheiten) in Abhängigkeit von der Wasserverfügbarkeit. Gleichermaßen ergeben sich
zusätzliche Erträge von 259 bis 339 Millionen USD durch den Handel innerhalb von
Untereinheiten desEinzugsgebietes. Die durch Wasserhandel erzielbaren Gewinne steigen mit
zunehmenden Wassermangel. Wenn Wasserhandel zwischen den Bewässerungszonen eingesetzt
würde, um den ökologisch motivierten Mindestwasserfluss zum Aralsee zu erhöhen (und
gleichzeitig die entsprechend geringere Wasserverfügbarkeit für die Produzenten in der
bewässerten Landwirtschaft kompensiert würde), lässt der Wasserhandel größere ökonomische
Vorteile auf der Ebene des gesamten Einzugsgebietes erwarten als ohne die Möglichkeit des
Wasserhandels . Zudem wären die Kosten für den ökologisch motivierten Wasserkauf
kostengünstiger als die Überleitung von Wasser aus anderen Einzugsgebieten. Da der Aufbau und
der Betrieb von Markt-basierten Wassermanagement-Institutionen mit Kosten verbunden sind,
werden die Transaktionskosten für die Einführung von handelbaren Wasserrechten berücksichtigt,
um die Effektivität der institutionellen Veränderungen zu bewerten. Die Ergebnisse weisen auf eine
umgekehrt proportionale Beziehung zwischen den Vorzügen des Wasserrechthandels und dessen
Transaktionskosten. Die Ergebnisse zeigen, dass Transaktionskosten von über 0.05 USD/m3 pro
Einheit gehandelter Wasserhandelsrechte die potenziellen Vorteile der Wasserhandelsoption
eliminieren würden.
Technische Ansätze zur Verbesserungen der Effizienz der Wassernutzung und -koordination
wurden mit einem dis-aggregierten hydro-ökonomischen Modell analysiert. Erhebliche Vorteile
werden von der Verbesserung der Bewässerungswirkungsgrade (Bewässerungsnetz und Feldebene)
im ASB erwartet. Aufgrund der Ergebnisse lässt sich der Gewinn im gesamten Einzugsgebiet um
20 bis 40% steigern (in Abhängigkeit von der Wasserverfügbarkeit), wenn die
Bewässerungswirkungsgrade im gesamten Einzugsgebiet optimiert würden. Weiterhin belegen die
Ergebnisse, dass die Konstruktion von Speicher an den Oberläufen der Flüsse (wie derzeit intensiv
zwischen Ober- sowie Unterliegerstaaten in Zentralasien diskutiert) die Verfügbarkeit von
Bewässerungswasser in der Region nicht erheblich beeinträchtigt, wenn diese Speicher unter der
Zielvorgabe optimaler Einzugsgebiets-weiter Vorteile betrieben werden. Der Bau des Kambarata-
Speichers lässt erhebliche Gewinne durch Stromerzeugung erwarten, wohingegen dies beim
Rogun-Speicher aufgrund der hohen Investitionskosten nicht der Fall sein wird. Dennoch verstärkt
die Konstruktion von Dämmen an den Oberläufen die nationale und regionale Energiesicherheit
durch eine Zunahme der Energiegewinnung aus Wasserkraft um 65-67%. Jedoch sollten mögliche
Überflutungsrisiken durch Erdbeben und politische Instabilitäten sowie die verringerte
Wasserverfügbarkeit flussabwärts während der Periode der Füllung der Speicher weiterführend
untersucht werden, um eine fundierte Bewertung dieser Infrastrukturmaßnahmen zu ermöglichen.
Es sollte nicht vernachlaessigt werden, dass die hohen Risiken von Speichern in oberen Bereichen
der Einzugsgebiete durch die Nutzung als Instrumente geopolitischer Einflussnahne und aufgrund
von Folgen fuer unterliegende Bewaesserungsgebiete sowie Oekoststeme die Vorteile der Speicher
bei der infratsrukturellen Entwicklung eliminieren koennen. Wirksame Beziehungen zwischen den
Anrainerstaaten, die Sicherung der Rechtstaatlichkeit, die Stärkung der Mitwirkungsmöglichkeiten
der Wassernutzer an Entscheidungen undihres Bewusstseins für ökologische Nachhaltigkeit sowie
Markt-basierte Managementansätze und die Aufrechterhaltung von menschlichen und technischen
Fähigkeiten sind ebenfalls wichtig, um einen Kompromiss zu finden bei der Aufteilung
gemeinsamer Ressourcen im Einzugsgebiet im ASB.
Schlüsselwörter: Wasserhandel, Transaktionskosten, Ökologischer Mindestabfluß, Hydro-
ökonomisches Modell, Bewässerungstechnologie, Infrastrukturelle Entwicklung, Rogun Damm,
Kambarata Speicher, Sektor-Transformation, Virtuelles Wasser, Input-Output Analyse
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ACKNOWLEDGEMENTS
Many similarities exist between the structure of water and knowledge networks. Like water moves
from mountains to forests, fields, and lakes, giving a life to the living beings, knowledge is also
spread from the science centers, enlightening minds and improving the lives of millions. Like one
must travel long along the waterways to reach the spring—the source of pure water—one must
trace the flows of knowledge long to taste the real flavor of knowledge. My tracing water started
long ago to bring water to our garden and thus learn the sources that water comes from. However, I
did not imagine that this tracing would continue in parallel to my journey in the world of
knowledge and gradually lead me to get acquainted with local/global water issues and study the
complex water systems, and coming to Bonn. I am very thankful for the Almighty for creating this
chance and his help and guidance throughout my studies. Indeed, I am indebted to many people—
my supervisors, tutors, colleagues, and friends—who helped a lot during the period of tracing water
and provided priceless recommendations for successful accomplishment of this work.
I would like to express my deep gratitude to my academic supervisor Prof. Joachim von Braun for
his encouragement to study the role of market-based water management instruments for efficient
water use at basin scale and for his invaluable guidance and advice throughout this study. He also
inspired me to grasp philosophical, institutional, political, and practical aspects of economics. Due
to the broad scale of the study region, this study was also interesting and invaluable exercise to
study cultural, historical, and political backgrounds of the Central Asian countries. I also wish to
thank my second supervisor Prof. Thomas Heckelei for agreeing to provide co-supervision for this
study. Heartful thanks to my tutor Dr. Anik Bhaduri who was always welcome to share his
knowledge on complex water management and governance systems and provided invaluable
support throughout the study. I am very grateful to Dr. Claudia Ringler who contributed a lot to the
preparation and improvement of the thesis in all stages by providing expert advice, invaluable
comments and guidance. I am also thankful to Prof. Dr. Manfred Lenzen for his close collaboration
and expert advice in input-output modeling analysis. I wish to express my sincere thanks to Dr.
Arnim Kuhn and Dr. Bernhard Tischbein for their careful review of my papers and different
chapters of the thesis and for the provision of very constructive and useful comments that helped
me a lot to understand the purpose of the research. I would like to thank to Dr. Zhu Tingju, Prof.
Ximing Cai, and Dr. Daniel Tsegai for their comments and important recommendations.
I owe special thanks to Dr. John Lamers for his invaluable support to pursue my PhD studies and
delightful discussions throughout the study. He was always supportive with wonderful solutions
and recommendations to any kind of research problem. Sincere thanks also goes to Dr. Christopher
Martius who was very welcome to discuss my research and provided constructive comments. I am
grateful to Dr. Marc Müller for sparing his time to share his knowledge and experiences on
modeling.
I am thankful also ZEF doctoral program administration, particularly Dr. Gunther Manske, Jishoy
Vithayathil, and Maike Retat-Amin, for their help during my stay in Germany. Special thanks to
Mrs. Rosemarie Zabel who supported a lot and did not allow our batch to feel homesick in Bonn. I
am also grateful to Mr. Volker Merx for his help to find the important books and papers.
This study would not be possible without financial support by the scholarship program of
International Postgraduate Studies in Water Technologies (IPSWAT) of the German Ministry for
Education and Research (BMBF) and financial aid by Global Water Systems Project (GWSP). I am
also very thankful to fiat panis foundation for supporting several conference participations.
I would like to thank to Dr. Iskandar Abdullaev, Dr. Michael Khorst, Dr. Akmal Karimov, Dr.
Murat Yakubov, Prof. Khusnia Muradova for their invaluable advice and recommendations on
water use and economic conditions in the study area. I am thankful to Prof. Sanatbek Salaev, Jasur
Ataev, Murad Satimov, and Maksud Gulmanov of the Urgench State University for their support
and encouragement. I am very grateful to Zahid Rahimov for his strong encouragement to continue
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my modeling studies and pursue a PhD program. Special thanks goes to Kudrat Nurmetov for his
close friendship and invaluable help in important moments.
I am also thankful to the researchers and members of the ZEF/UNESCO Project in Urgench and
Bonn for their support and friendship. Dr. Ihtiyor Bobojonov, Dr. Inna Rudenko, Dr. Tina Shieder,
Dr. Mehmood-ul Hassan, Dr. Anna Katherine-Hornidge, Dr. Nodir Djanibekov, Dr. Christopher
Conrad, Dr. Ahmad Manschadi, Dr. Ruzimboy Eshchanov, Prof. Dr. Nazar Ibragimov, Lilliana
Sin, Natalia Shermetova, Guzal Matniyazova, Eva Oeliger, Sandra Staudenrausch, Dr. Irina
Forkutsa, Dr. Akmal Akramkhanov, Oksana Forkutsa, Elena Kan, Dr. Dela Jumaeva, Prof. Dr.
Asia Khamzina, Dr. Kirsten Kinzler, Dr. Yulduz Jumaniyozova, Dr. Aziz Karimov, Dr. Bahtiyor
Eshchanov, Hilola Masharipova, Vivi Moll, Utkur Djanibekov, Anisiya Kudryavtseva, Bashorat
Ismoilova, Farida Abdullaeva, Murod Sultonov, Bekjon Matchonov, Oybek Qalandarov, Mansur
Sultonov, and Ilkhom Yuldoshev were among these people who contributed with valuable advice
and support during my study.
I wish thanks to my friends Yessengali Oskenbaev, Beatrice Muriithi, Susanna Lin, Saltanat
Sabitova, Olena Dubovik, Tania Osejo, Holm Voigt, Nadezhda Kim, Sarah Shülte, Sarah Dusend,
Zulfiya Karimova, Grace Villamor, Ying Huang, Maruf Abdumalik, Begzod Jalilov, Bongsong
Kim, Ruslan Nazarov, Ikrom Aralov, Mansur Ruzmetov, Shihnazar Ruzmetov, and Muzaffar
Yuldashev for their close friendship and support. Sincere thanks also goes to my coursemates and
officemates at ZEF for their good companionship.
I am very thankful also to my parents, the sister, and the brother for their continuous support and
encouragement in all stages of this study.
7
TABLE OF CONTENTS
1 INTRODUCTION ..................................................................................................................... 20
1.1 The importance, availability, and management challenges of water resources .................. 20
1.2 Water in the Aral Sea basin: issues, research needs and purposes ..................................... 21
1.2.1 Causes and consequences of the “Aral Sea syndrome”: a revisit ................................ 21
1.2.2 Options for sustainable economic restructuring .......................................................... 22
1.2.3 Market-based water allocation for efficient water use ................................................ 23
1.2.4 The effect of infrastructural improvements in irrigation and hydroelectricity
generation ................................................................................................................................... 24
1.3 Contributions ...................................................................................................................... 24
1.4 Hypotheses .......................................................................................................................... 25
1.5 Methodical approaches ....................................................................................................... 25
1.6 The structure of the thesis ................................................................................................... 26
2 GEOGRAPHIC BACKGROUND, SOCIO-ECONOMIC CONDITIONS AND WATER
MANAGEMENT PROBLEMS IN THE ARAL SEA BASIN ......................................................... 28
2.1 Introduction ......................................................................................................................... 28
2.2 Geographic outline .............................................................................................................. 28
2.2.1 Location ....................................................................................................................... 28
2.2.2 Climate ........................................................................................................................ 31
2.2.3 Water resources availability and distribution .............................................................. 31
2.3 Socio-economic situation .................................................................................................... 35
2.3.1 Key socio-economic indicators ................................................................................... 35
2.3.2 Population growth and employment ............................................................................ 36
2.3.3 Economic structure and performance .......................................................................... 38
2.4 Irrigation expansion and agricultural policies .................................................................... 44
2.4.1 Irrigated lands expansion and cotton production policies ........................................... 44
2.4.2 Cropland pattern changes and crop specialization across administrative provinces ... 47
2.5 Water use by sectors ........................................................................................................... 51
2.5.1 Irrigation ...................................................................................................................... 51
2.5.2 Hydro-electricity production ....................................................................................... 53
2.5.3 Environmental flows ................................................................................................... 56
2.6 Water management institutions in the Aral Sea basin: historical outline ........................... 58
2.6.1 Water management during the Mid-Centuries ............................................................ 58
8
2.6.2 Water management under Tsarist Russia .................................................................... 59
2.6.3 Water management under Soviet rule ......................................................................... 59
2.6.4 Water management institutions following independence ........................................... 61
2.7 Socio-economic and technical reasons of water allocation problems in the Aral Sea basin
and potential solutions ................................................................................................................... 64
2.7.1 Causes and consequences of the “Aral Sea syndrome” .............................................. 64
2.7.2 Perspectives of water availability and use in the Aral Sea basin ................................ 68
2.7.3 Potential solutions to reduce water demand and save the Aral Sea ............................ 70
2.7.4 Investment costs of restoring the Aral Sea .................................................................. 73
2.7.5 Implications for dealing with scarcity of water for irrigation and environment needs
74
3 SECTORAL TRANSFORMATION OPTIONS FOR SUSTAINABLE DEVELOPEMENT IN
THE ARAL SEA BASIN: THE CASE OF UZBEKISTAN ............................................................ 77
3.1 Introduction ......................................................................................................................... 77
3.2 Modeling the role of structural transformations for sustainable development: literature
review 77
3.2.1 Sectoral transformations as an engine for growth: international perspective ............. 77
3.2.2 Sectoral transformation options in the context of the Aral Sea basin ......................... 80
3.2.3 Input-output modeling framework as a tool for analyzing sectoral interlinkages ....... 82
3.3 Data sources and methods for the analysis of alternative economic activities ................... 83
3.3.1 Estimation of the input-output table of the Uzbekistan economy ............................... 83
3.3.2 Estimation of direct water use by sectors .................................................................... 84
3.3.3 Leontief model ............................................................................................................ 84
3.3.4 Ghosh model ................................................................................................................ 85
3.3.5 The backward and forward linkage indices ................................................................. 85
3.3.6 Total (direct and indirect) water use ............................................................................ 86
3.3.7 Multi-criteria ranking .................................................................................................. 86
3.4 Analysis of the intersectoral linkages and determination of activities with higher economic
importance and lower water requirement ...................................................................................... 87
3.4.1 Sectoral and intersectoral structure of the Uzbek economy ........................................ 87
3.4.2 Identifying key sectors of the economy ...................................................................... 90
3.4.3 Multi-criteria ranking of economy sectors .................................................................. 92
3.5 Discussion of the options for sustainable economic restructuring and conclusions ........... 94
4 THE POTENTIAL OF WATER MARKETS FOR IMPROVED WATER MANAGEMENT
IN THE ARAL SEA BASIN ............................................................................................................. 97
9