Integrated Water Resources Management (IWRM) Implementation based on a Case Study in the Mara River Basin, Kenya

Die unzureichende Umsetzung von Integriertem Wasserressourcenmanagement (IWRM) in Flusseinzugsgebieten hat, insbesondere in den Entwicklungsländern, zu einer anhaltenden Verschlechterung der bestehenden Initiativen zum Wassermanagement sowie zu einer Eskalation diplomatischer Krisen in grenzüberschreitenden Flusseinzugsgebieten geführt. Wasserknappheit und die zunehmende nicht genehmigte Einleitung von Abwässern sowie die Entsorgung fester Abfälle in Gewässern und auf offenen Feldern haben die Verwirklichung einer guten Wasserbewirtschaftung weiter erschwert. Schlechte Planung, Bau, Betrieb und Wartung der Infrastruktur (wie zum Beispiel Wasserversorgungsnetz, Aufbereitungsanlagen, Wasserspeicher und Systeme zur Wiederverwendung von Wasser) haben zu einem gescheiterten Wasser- und Abwassermanagement beigetragen. ... mehrDer Einsatz von moderner und innovativer Wasser- und Abwassertechnologie ist von großer Bedeutung für die Verbesserung der aktuellen Situation und die Prognose zukünftiger Entwicklungen.

Planung, Bau, Betrieb und Wartung von „High-Tech“ – Abwasserbehandlungssystemen sind nach wie vor eine Herausforderung für Entwicklungs- und Schwellenländer, insbesondere für diejenigen mit einer großflächigen ländlichen Siedlungsstruktur, die gekennzeichnet ist durch einen Mangel an zuverlässigen Energiequellen, komplexen Schwierigkeiten beim Anschluss von verstreut liegenden Haushalten, Gewerbe und Industrie an die Infrastruktur (z.B. Stromnetz, Leitungen für ungeklärtes und geklärtes Abwasser) und großen landwirtschaftlichen Flächen. Solche Projekte sind insbesondere bei Betrieb und Wartung aufgrund unzureichenden technischen Know-hows fehlender finanzieller Mittel und dem Mangel an Elektrifizierung oder Energiealternativen in ländlichen Gebieten weitgehend gescheitert. Der Fokus dieser Forschungsarbeit liegt daher auf Abwasserstabilisierungsteichen (WPS) und dem Potenzial für die Wiederverwendung des so behandelten Abwassers in ariden und semiariden Gebieten. Die Vorteile von WPS gegenüber anderen Abwasserbehandlungssystemen wurden bereits weltweit erforscht und demonstriert.

Der Kern dieser Arbeit besteht darin, einen Plan zur Wiederverwendung von Wasser innerhalb eines guten Wassermanagements zu entwickeln, das auf die Mikro-Ebene der Wasserwirtschaftung zugeschnitten und mit ihr kompatibel ist, um die unverzichtbare Rolle von Akteuren an der Basis zu veranschaulichen, die nachhaltig gestärkt werden müssen, z.B. technologisch, finanziell, durch aktive Einbeziehung und Kapazitätsaufbau, und deren Funktionsweise und Integrität durch regionale und nationale Interessengruppen geschützt werden muss. In dieser Arbeit werden zwei Fallstudien vorgestellt, nämlich das Mara River Basin (MRB) in Kenia und das Olifants River Basin (ORB) in Südafrika. Ein Vergleich zwischen Fallstudie 1 (MRB) und Fallstudie 2 (ORB) zeigt eine starke Parallele in Bezug auf Landnutzung /wirtschaftliche Aktivitäten sowie auf die Herausforderungen, die sich aus anthropogenen Aktivitäten usw. ergeben, wie insbesondere das Problem des zunehmenden Abwasservolumens und die daraus resultierende Notwendigkeit der Wiederverwendung von Wasser.
Water Governance sollte einen Multiplikatoreffekt auf grenzüberschreitender Ebene haben, wobei der Schwerpunkt auf Mikro-Governance (lokalen Interventionen) liegt. Dies ist ein überschaubarer Ansatz, der zunächst auf lokaler Ebene überprüft werden sollte, bevor er auf regionaler, nationaler und internationaler Ebene angewandt wird. Die Einbeziehung der Akteure in den Mikroeinheiten garantiert ein hohes Maß an Eigenverantwortung und Wertschätzung für die verfügbaren Wasserressourcen und Ökosystemdienstleistungen sowie die Sicherstellung, dass oben genannte Einrichtungen keinen Schaden nehmen. In der Studie wurden die Herausforderungen im Zusammenhang mit der Formulierung, Umsetzung und Überwachung der Leistung eines funktionierenden Wassermanagements im grenzüberschreitenden Flusseinzugsgebiet sowie die Möglichkeiten zur Verbesserung der derzeitigen Ansätze weiter untersucht. Verschiedene Ansätze der Wasserpolitik auf lokaler und internationaler Ebene wurden auf ihre praktische Vereinbarkeit mit den lokalen Gegebenheiten geprüft. Ein neues interaktives Water Governance-Modell, das Umbrella Programm wurde entwickelt. Interessen und Vorlieben verschiedener Wasserverbraucher sind spezifisch, vielfältig und heterogen und sollten daher eine essenzielle Rolle bei der Formulierung der Wasser-Governance-Modelle spielen. Die grenzüberschreitende Wasser-Governance ist daher ein umfassender diplomatischer Diskurs, der von allen Beteiligten innerhalb und außerhalb der Grenzen, einschließlich der lange Zeit ausgeschlossenen und sogenannten „unbedeutenden“ indigenen Gruppen und Minderheiten, geführt werden muss, um ihren Durst nach Wasserressourcen und anderen Umweltdienstleistungen zu stillen. Eine gute Wasser-Governance ist ein hochdynamisches System, das versagt oder ins Stocken gerät, wenn keine Echtzeitüberwachung und tatsächliche Synchronisation seiner Dynamik stattfindet. Es gibt keine Integration des Wasserressourcenmanagements ohne eine gute Wasserbewirtschaftung und keine gute Wasserregierung ohne ein ausgezeichnetes Mikro-Management.

Abwasser wird als vielfältig wiederverwendbare Ressource angesehen, die genutzt und für verschiedene Zwecke wie zur Bewässerung von Pflanzen, als landwirtschaftlicher Dünger, für die Aquakultur und zur Biogasherstellung als Quelle erneuerbarer Energie verwendet werden kann. Die Nutzung der wiederverwendbaren Elemente des Abwassers unter Einhaltung öffentlicher Gesundheitsstandards und -richtlinien zum Schutz der Arbeiter und Verbraucher der Endprodukte sowie der Umwelt ist ein Schritt in Richtung der Verwirklichung des IWRM-Paradigmas. Leider wird der größte Teil des Abwassers aus Abwasserbehandlungsanlagen in Kenia nur teilweise behandelt oder rohes Abwasser wird direkt in offene und ungeschützte künstlich errichtete Becken, auf offenen Felder, in Flüsse und andere aufnehmende Gewässer eingeleitet. Pläne zur Wiederverwendung von Wasser sollten der Weg in die Zukunft sein, um die Herausforderungen sowohl der nicht genehmigten Einleitung von Abwasser oder von Fäkalien als auch der des Wasserstresses zu bewältigen und eine „Win-Win-Situation“ zu erreichen. Das behandelte Abwasser, z.B. aus Abwasserstabilisierungsteichen (WPS) könnte den Landwirten zugeteilt werden, deren Ernte insbesondere in ariden und semiariden Gebieten des Mara River Basin unter Wasserknappheit leidet. Dies könnte durch einen integrierten Plan zur Zuweisung von behandeltem Abwasser und Exkrementen (TEA-Plan) erreicht werden, um die bestehenden Pläne zur Zuteilung von Wasser zu erweitern und in diese zu integrieren, und das Problem des Wasserstresses und der Wasserknappheit insbesondere auf der Ebene von Teileinzugsgebieten anzugehen. Der TEA-Plan beinhaltet ein detailliertes Konzept für die Wiederverwendung des Abwassers, das bestimmte Qualitätsstandards erfüllt, die international oder lokal definiert wurden und weitergehend akzeptiert werden, anstatt es willkürlich in aufnehmende Gewässer abzuleiten, wie dies weitgehend der aktuellen Situation im Einzugsgebiet des Flusses Mara entspricht. Diese Standards können nicht erreicht werden, ohne ein verbessertes Behandlungssystem sowie örtliche, abgestimmte und genau überwachte Maßnahmen vor und nach der Abwasserbehandlung, die die spezifische Situation vor Ort berücksichtigen. Der TEA-Plan beinhaltet die Maximierung der Wiederverwendung von Abwasser, wodurch ein positiver Beitrag zur Minimierung der Frischwasserentnahme für landwirtschaftliche Tätigkeiten geleistet wird, ohne die Qualität des Endprodukts zu beeinträchtigen. Die Anpassung an und Einbeziehung des TEA-Plans in strategische Pläne für Wasserressourcen in Flusseinzugs- oder Untereinzugsgebieten erfordert eine genaue Beachtung der folgenden wesentlichen Punkte: (i) die typischen Verbreitungswege von Abwasser und Exkrementen, (ii) ein integrierter TEA-Plan-Modellierungsrahmen, (iii) spezifische Ziele des TEA-Plans, (iv) die Bausteine des TEA-Plans, (v) ein Plan zur Überwachung und Bewertung (M & E) für die Wiederverwendung des behandelten Abwassers und der Exkremente, (vi) ein Plan zur Bewertung von Unsicherheitsfaktoren etc.

Der TEA-Plan als Ansatz zur Verbesserung der Wasserresourcenmanagements auf Einzugsgebietsebene und sein Beitrag zu guter Wasser-Governance sind in dieser Arbeit ausführlich dargestellt.

Poor performance on Integrated Water Resources Management (IWRM) in the river basins especially in the developing countries has led to continued deterioration of the existing water governance initiatives, as well as escalation of diplomatic crises in the transboundary river basins. Water scarcity and increased unregulated wastewater and solid waste disposal into the receiving water bodies and open fields has further derailed realization of a good water governance. Poor design, construction, operation and maintenance of the infrastructural systems (such as conveyance network, treatment works, storage facilities, and water reuse schemes, etc.) has culminated into a failed or poorly performing water and wastewater management program(s). ... mehrThe use of modern and innovative water and wastewater technology is without a doubt of great importance in the assessment of the current situation and projection of the future scenarios.

Design, construction, operation and maintenance of “high tech” wastewater treatment systems have remained a challenge to the developing and emerging economies especially those with vast rural setting characterized with lack of reliable source(s) of energy, complexity in laying down distribution systems (e.g. power gridline, sewer lines, treated effluent conveyances, etc.) to the scattered households, commercial activities, industries, and big tracts of agricultural lands. Such systems have largely failed especially in the operation and maintenance due to the insufficient technical knowhow, financial shortcomings and lack of rural electrification or energy alternatives etc. As a result, a special focus is made in this research on the wastewater ponds systems (WPS) and the subsequent treated effluent for the reuse purposes especially in arid and semi-arid lands. Advantages of WPS over the other wastewater treatment systems have largely been researched on and demonstrated in the world today.

Therefore, the core of this work is to develop a water reuse plan and a good water governance scheme that is customized and compatible with the micro-water-governance levels to illustrate the inevitable role played by the grassroots stakeholders. The role(s) of local stakeholders is achieved through constant empowerment (e.g. technologically, financially, through active engagement and capacity building etc.) and protection of their operation and integrity by the regional and national stakeholders. Two case studies are presented in this work, namely, Mara River Basin (MRB) in Kenya and Olifants River Basin (ORB) in South Africa. A comparison between case study 1 (MRB) and case study 2 (ORB) shows a strong replication of characteristics in terms of land use/economic activities as well as the challenges emanating from anthropogenic activities, etc. and most specifically the pressure originating from the increasing volume of wastewater and the subsequent need for water reuse.
Water governance should mimic the snowball effect at the transboundary scale with an emphasized efforts directed towards micro-governance (local/small-scale interventions). This is a manageable chunk that should first be verified on the local level development before getting to the regional, national and international levels. Engaging the actors at the micro-units guarantees high level if not full ownership and appreciation of the available water resources and eco-services as well as “jealously” guarding aforementioned services from any source of degradation. The research has further evaluated the challenges associated with formulation, implementation and monitoring the performance of water governance at the transboundary river basin as well as possibilities of improving the current approaches. Different water governance principles locally and internationally have been scrutinized on their practical compatibility with the local realities. A new interactive umbrella scheme of water governance model has been developed. Tastes and preferences of different water consumers are so unique, multiplex and heterogeneous and should therefore play an inevitable role in formulating the water governance models. Transboundary water governance, therefore, is an all-inclusive diplomatic discourse that must be addressed by all stakeholders within and beyond borders, including the long excluded and the so called “insignificant” indigenous and minority groups to quench their thirst for water resources and other environmental services. A good water governance is a super dynamic system that is bound to fail or stall if real-time monitoring and actual synchronization of its dynamism is not observed. There is no Integration of Water Resources Management without good water governance and no good water governance without a distinguished micro-governance.

Wastewater is regarded as full of re-usable resources which could be harnessed and re-directed to various uses such as crops irrigation, agricultural manure, aquaculture, and biogas as source of renewable energy among other uses. The extraction of the re-usable elements of wastewater, and subjecting them under public health standards and guidelines in order to protect the handlers, and consumers of the end products as well as the environment is a score towards the realization of the IWRM paradigm. Unfortunately, most of the effluent from wastewater treatment systems in Kenya are more often partially treated or raw sewage is discharged directly into the open and unprotected man-made pools, open fields, rivers and other receiving water bodies. Water reuse plan should be the way forward to alleviate the challenges of both unregulated discharge of wastewater and excreta and water stress so as to attain a “win-win situation.” The treated effluent e.g. from wastewater ponds system (WPS) could be allotted to the farmers whose crops suffer water scarcity especially in arid and semi-arid lands of Mara River Basin. This could be achieved through an integrated treated effluent and excreta allocation plan (TEA-Plan) in order to augment and integrate with the existing water allocation plans and to address the water stress and scarcity issue especially at sub-basin levels. The TEA-Plan involves a detailed design on the reuse of the effluent that has acquired certain quality standards – defined internationally or locally and standards that are widely acceptable – instead of haphazardly discharging it to the receiving water bodies as is largely the current situation in Mara river basin. These standards cannot be achieved in the absence of an upgraded treatment system as well as localized, synchronized and closely monitored pre and post treatment measures that will address the unique local situation. The TEA-Plan involves maximization of the wastewater reuse thereby contributing positively towards minimization of freshwater abstraction for agricultural activities without compromising the quality of the end product. Customization and incorporation of the TEA-Plan in any river basin or sub-basin level water resources strategic plans, requires keen observation of the following essentials; (i) the typical generation and propagation wastewater and excreta routes, (ii) integrated TEA-Plan modelling framework, (iii) specific objective(s) of the TEA-Plan, (iv) the building blocks of the TEA-Plan, (v) monitoring and evaluation (M&E) plan for the reuse of the treated effluent and excreta, and (vi) uncertainty assessment plan among other considerations.

The TEA-Plan as an approach to improving water resource management at the catchment area level and its contribution to good water governance are presented in details in this work.