Irrigation water pricing policy simulation model with an application

Abstract

The current thesis investigates the economic and institutional determinants of irrigation waterpricing across Greece under the prism of spatial analysis, addressing the persistent challengesof cost recovery, resource sustainability, and policy implementation. Analyzing the datasetprovided by the 2nd Update of River Basin Management Plans under the EU Water FrameworkDirective (2000/60/EC), the research explores the relationships among 127 Local Land Reclamation Organizations (LLRO) using advanced statistical, econometric, spatial and machinelearning techniques. The study shows that irrigation water pricing in Greece is shaped by a variety of factors,including scale economies, infrastructure condition, hydrological variability, governance quality,and spatial features. Econometric and spatial analyses reveal pronounced regional inequalities:river basin districts composed of islands (such as GR13 and GR14) face irrigation water costs upto four times higher compared to those in other regions, while most mainland organizations incentral and northern Greece struggle with incomplete cost recovery and chronic underfunding. The application of the k-means clustering algorithm identifies four distinct groups, revealingthat geographic features, rainfall, volume of irrigated water, and operational performancecluster together in spatially coherent patterns. Furthermore, the analysis reveals significantspatial autocorrelation in both cost and income per volume, confirmed by Moran’s I and spatialautoregressive (SAR/SEM) modeling: irrigation organizations are not isolated and independententities but display strong spatial patterns. The results showthe inadequacy of uniformand horizontalwater pricing policy and highlightthe need for a regionally adaptive framework, highly influenced by the environmental realitiesand the socio-economic structure of rural Greece. Pioneering the use of spatial analytics andmachine learning methodologies, this thesis offers an academic understanding of irrigationwatermanagement and agricultural economics in Greece and proposes a data-driven water policy forthe future aligned with EU directives.

Η παρούσα διατριβή διερευνά τους οικονομικούς και θεσμικούς παράγοντες που καθορίζουν την τιμολόγης η του νερού άρδευσης σε όλη την Ελλάδα υπό το πρίσμα της χωρικής ανάλυσης, αντιμετωπίζοντας τις διαρκείς προκλήσεις της ανάκτησης κόστους, της βιωσιμότητας των πόρων και της εφαρμογής πολιτικής σύμφωνα με τις οδηγίες της ΕΕ. Αναλύοντας το σύνολο δεδομένων που παρέχονται από τη 2η Αναθεώρηση των Σχεδίων Διαχείρισης Λεκάνης Απορροής Ποταμών (ΣΔΛΑΠ) βάσει της Οδηγίας Πλαίσιο για τα ΄Υδατα της ΕΕ (2000/60/ΕΚ), η έρευνα διερευνά τις σχέσεις μεταξύ 127 Τοπικών Οργανισμών Εγγείων Βελτιώσεων (ΤΟΕΒ) χρησιμοποιώντας προηγμένα στατιστικά μοντέλα οικονομετρίας, χωρικής ανάλυσης και τεχνικές μηχανικής μάθησης. Η μελέτη δείχνει ότι η τιμολόγηση του νερού άρδευσης στην Ελλάδα διαμορφώνεται από μια ομάδα παραγόντων, συμπεριλαμβανομένων της οικονομίας κλίμακας, των συνθηκών υποδομών των ΤΟΕΒ, της υδρολογικής κατάστασης ανά περιοχή, της οικονομικής διαχείρισης και των διάφορων γεωγραφικών χαρακτηριστικών. Οι οικονομετρικές και χωρικές αναλύσεις αποκαλύπτουν έντονες χωρικές ανισότητες: τα υδατικά διαμερίσματα που αποτελούνται από νησιά (όπως τα ΥΔ13 και ΥΔ14) αντιμετωπίζουν κόστος νερού άρδευσης έως και τέσσερις φορές υψηλότερο σε σύγκριση με εκείνες σε άλλες περιοχές, ενώ οι περισσότεροι οργανισμοί της ηπειρωτικής Ελλάδας αντιμετωπίζουν ατελή ανάκτηση κόστους. Η εφαρμογή του αλγορίθμου ομαδοποίησης k-means προσδιορίζει τέσσερις διακριτές ομάδες, αποκαλύπτοντας ότι τα γεωγραφικά χαρακτηριστικά, η βροχόπτωση, ο όγκος του αρδευόμενου νερού και η οικονομική απόδοση των ΤΟΕΒ ομαδοποιούνται σε χωρικά συνεκτικά μοτίβα. Επιπλέον, η ανάλυση αποκαλύπτει σημαντική χωρική αυτοσυσχέτιση τόσο στο κόστος όσο και στο εισόδημα ανά όγκο νερού, όπως επιβεβαιώνεται από την μοντελοποίηση Moran’s I και τη χωρική αυτοπαλίνδρομη (SAR/SEM): οι οργανισμοί άρδευσης ουσιαστικά δεν είναι μεμονωμένες και ανεξάρτητες οντότητες, αλλά εμφανίζουν ισχυρά χωρικά μοτίβα. Τα αποτελέσματα δείχνουν την ανεπάρκεια της ενιαίας και οριζόντιας πολιτικής τιμολόγησης του νερού και υπογραμμίζουν την ανάγκη για ένα περιφερειακά προσαρμοστικό πλαίσιο, που επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τις περιβαλλοντικές ιδιαιτερότητες και την κοινωνικοοικονομική δομή των υδατικών διαμερισμάτων. Πρωτοπορώντας στη χρήση μεθοδολογιών χωρικής ανάλυσης και μηχανικής μάθησης, η παρούσα διατριβή προσφέρει μια ακαδημαϊκή κατανόηση της διαχείρισης του νερού άρδευσης και της αγροτικής οικονομίας στην Ελλάδα και προτείνει μια πολιτική νερού βασισμένη σε δεδομένα για το μέλλον, σύφωνη με τις κατευθυντήριες οδηγίες της Ευρωπαικής Ένωσης.