EXTENDED METHODOLOGY FOR WATER RESOURCES AND WATER-RELATED ENERGY ASSESSMENT ADDRESSING WATER QUALITY - JIA, Xuexiu (Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, 2020)
Problémy s vodou, zejména její nedostatek a znečištění, ovlivňují každodenní lidský život a hospodářský vývoj. Globální změny klimatu zvyšují pravděpodobnost a četnost extrémních událostí jako jsou sucho a záplavy. Rostoucí problémy s nepravidelnou dostupností a znečištěním vody vyžadují pokročilejší metodiky hodnocení vodních zdrojů, které povedou k efektivnímu využití a hospodaření s vodou. Tato práce se zabývá rozšířenými metodikami pro hodnocení vody z pohledu její kvality a kvantity a pro hodnocení spotřeby energie a produkce emisí souvisejících s vodou. Tři hlavní metodiky jsou navrženy na základě konceptu vodní stopy (Water Footprint) a pinch analýzy vody (Water Pinch Analysis) pro posouzení kvantitativních a kvalitativních hledisek využití a spotřeby vody. Použití těchto metod je rovněž demonstrováno pomocí numerických a empirických případových studií zaměřených na hodnocení a optimalizaci využití regionálních a průmyslových vodních zdrojůDále jsou diskutovány souvislosti mezi vodou a energií (Water-Energy Nexus) za účelem analýzy problémů týkající se vody z širší perspektivy. Z pohledu vody a vodních zdrojů je provedeno počáteční zhodnocení energetické náročnosti a produkce emisí skleníkových plynů v problematice odsolování mořské vody. Výsledky prezentované v této práci navazují na současné metodiky hodnocení vodních zdrojů. Stopa dostupnosti vody (Water Availability Footprint) byla navržena pro zohlednění dopadu degradace kvality vody ve stávajících postupech pro posuzování nedostatku vody, ve kterých nebyla dříve řešena. Druhým přínosem této práce je návrh konceptu kvantitativní-kvalitativní vodní stopy (Quantitative-Qualitative Water Footprint - QQWFP), ve kterém je definována vodní stopa z pohledu nákladů a následně je stanovena v souvislosti s celkovými náklady na spotřebu vody a odstraňování kontaminantů, které se do vody dostávají v průběhu jejího využití. Vodní stopa založená na nákladech poskytuje výsledky, které jsou intuitivnější jak pro management vodních zdrojů tak i pro veřejnost. Tento přístup umožňuje lépe kontrolovat a řídit průmyslové a regionální využívání a správu vody. Třetím přínosem této práce je rozšíření pinch analýzy nedostatku vody (Water Scarcity Pinch Analysis - WSPA), ve které je aplikována pinch analýzy vody na makroúrovni se zaměřením na regionální hodnocení a optimalizaci zdrojů a využívání vody. Všechny tři navržené metody jsou zaměřeny na stanovení dopadů využití vody z hlediska jejího množství a kvality, analýzy QQWFP a WSPA také pokrývají dopady vícečetných kontaminantů. Kromě hledání řešení se tato práce také pokouší naznačit potenciální směry pro budoucí výzkum v dané oblasti. Mezi významná potenciální témata k diskuzi patří 1) pokročilejší metoda kvantifikace vlivu více kontaminantů a 2) implementace a analýza ekonomické proveditelnosti přístupů WSPA a QQWFP s lokalizovanými daty s cílem nalézt přizpůsobené řešení pro optimální využití regionální a průmyslové vody.

Water issues, especially water scarcity and water pollution, have been affecting human lives and economic developments for a long time. Global climate changes exacerbate the probability and frequency of extreme events such as water scarcity and severe floods. The increasing irregular water supply and water pollution issues require more advanced water resources assessment methodologies to guide practical water use and management. This thesis presents the extended methods for water quantity-quality assessment and water-related energy consumption and emissions. Three major methodologies are proposed based on the Water Footprint concept and Water Pinch Analysis frameworks to assess the quantity and quality impact of water use. These methods are also demonstrated with numerical and empirical case studies targeting regional and industrial water resource assessment and optimisation. In addition, the Water-Energy Nexus is discussed to investigate the water issues from a broader perspective. An initial assessment of the water-related energy and GHG emissions of the seawater desalination industries is carried out. The studies in this thesis convey several contributions to the current water resource assessment methodologies. The proposed Water Availability Footprint made an initial effort to cover the water quality degradation impact into the existing water scarcity assessment frameworks, which was not addressed previously. The second contribution of this work is the proposal of the Quantitative-Qualitative Water Footprint (QQWFP), where a cost-based water footprint is defined and determined with the total cost of water consumption and removing contaminants generated during the water use process. The cost-based water footprint provides results which are more intuitive for water managers and the public and can better guide industrial and regional water use and management. The third contribution is the development of the Water Scarcity Pinch Analysis (WSPA), which applied the Water Pinch Analysis at a macro level for regional water use assessment and optimisation. All three proposed methods determine the water use impact in terms of water quantity and quality, and the QQWFP and WSPA also cover the impact of multiple contaminants. In addition to seeking solutions, this thesis also proposes potential directions for future investigations. Significant potential aspects to be further discussed include 1) a more advanced quantification method of the impact of multiple contaminants, and 2) an implementation and economic feasibility analysis of the WSPA and QQWFP with localised data, which seek a customised solution to regional and industrial water use optimisation.
EXTENDED METHODOLOGY FOR WATER RESOURCES AND WATER-RELATED ENERGY ASSESSMENT ADDRESSING WATER QUALITY
Keywords: Integrace vodních prutoku; Analýza vodních svěrů; Hodnocení vodních zdrojů; Vodní nouze; Kvalita vody; Kvantitativní-kvalitativní vodní stopy; Water Integration; Water Pinch Analysis; Water Resource Assessment; Qualitative-Quantitative Water Footprint; Water Scarcity; Water Quality