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Towards a more sustainable use of urban water for the residential urban landscapes of Egypt’s new desert cities
a systemic approach, linking urban, water, and urban landscape systems tangibly and intangibly
Amr, Ahmed Ibrahim
The current water scarcity situation in Egypt is severe, with a decline of approximately 600 m3/person/year, due to several exacerbating factors, including population growth, urbanization, climate change, water leakages, and the problem of the Renaissance Dam in Ethiopia. Egypt is suffering from physical water scarcity, which indicates insufficient water resources to cover the water demand. On the other hand, with the population growth and urbanization process, the generation of the new desert cities was a step for expansion and development.
Egyptian new desert cities (NDCs) are problematic. On the level of attracting residents, those cities did not show any notable success. The occupancy levels range from 50 to 70% of the expected occupation. These cities couldn’t provide sufficient housing for the low and middle classes. Instead, they have supported vast investments that initiated gated communities (GC) that consume considerable water for their lush urban landscape yet accommodate limited densities. The same green intensity is applied to private green spaces attached to residential units. Even public green open spaces constitute approximately 60% of the plans in some cases, following modern urbanism. The expenses for water infrastructure are exceptionally disproportionate; while the dedicated water supply is around 18% of Egypt's supplied municipal fresh water, expenditure on water infrastructure of those new cities is 45 times that of the old built environment. Under the severe water shortages, the urban landscapes of these cities would be on the top list of water cuts. The landscapes are primarily unproductive, and even the extra consumed water for irrigation is lost without any recharge of aquifers. This scenario is hard to happen due to the residents’ social and economic power in some cities. These cities need comprehensive interventions to fulfill water considerations while still aesthetically pleasing urban landscapes.
Based on the significant water needs of NDCs, non-conventional water sources such as treated wastewater (TWW) or raw water (RW) supplied in most studied cases cover less than 50% of the irrigation needs. They are insufficient due to the low occupancies and minimal amounts of wastewater for recycling, in addition to the inequitable distribution. Unfortunately, the only complementary resource is freshwater (FW). Despite the water problem, new cities are still growing, increasing in number and hosting the same large projects of immoderate water demand, i.e., gated communities (GC). Other solutions must be deduced considering water scarcity, pressure on infrastructure, and freshwater (FW) abuse.
A common direction for the different urban water management optimization approaches is the shift from the single engineering technical solution towards interdisciplinary solutions, including social, management, and technical aspects. Deduced from these approaches, physical, social, governance, and economic factors are tackled in the research. Dealing with such branched and complex problems requires a comprehensive method suitable for including several levels of intervention, scales, and diversity of actors and agencies, which is the systemic approach. It is does not focus on the goal as an isolated solution but rather on how the system operates, what kind of relations occur between the system’s different components, i.e., positive and negative feedback loops affecting the system in general, and how the whole system can be improved.
The thesis tackles three systems: The urban system, the water supply system, and the urban landscape system, considering limiting water consumption as the central goal. The systems’ components were identified based on desktop analysis, observations, and stakeholder input. Abstraction of hierarchy as a method is used for linking systems. Accordingly, various critical linkages within the systems are deduced, which pave the way towards possible interventions for solutions. The interventions should be filtered for applicability according to different actors' and agencies' effectiveness range, interests, and consensus.
The case studies focus on the new residential desert cities surrounding Cairo, as they are classified as disproportionate in water consumption (approximately 188 L/Person/day only for household uses). Outdoor water consumption exceeds 30m3/Feddan/day (may exceed 90m3/Feddan/day for public green space). El Sheikh Zayed (ZA) and El Shorouk (SH) are the two cities, different in irrigation water supply, raw water, and treated wastewater (TWW), respectively. The sub-cases of different green spaces are classified according to ownership and the responsibility of urban landscape management, which is crucial for comparability. The types of green spaces included as sub-samples are: Public spaces as City council-governed green spaces (CG), semi-private spaces as developer-governed green spaces (DG), and private spaces as individual governed green spaces (IG). The study covers a variety of scales, including city scale, neighborhood scale, and plot scale.
Tangible systems include physical components interacting within urban, water supply, and urban landscape systems. In contrast, the intangible system is bound to different human actors and their networks associated with water consumption through the three studied systems. Running the three tangible systems for the two case studies highlighted the critical linkages. This analysis allows deducing three leveled priorities of interventions for solutions, with minor differences among cases. As a result, the urban landscape system is standard for the two cities’ different types of green spaces. The water supply system is partially different due to the changing non-conventional water supply. The urban design and green coverage have significantly changed according to the portion of GCs from the city. Interventions related to the water supply system succeeded as a catalyst for other systems.
Contrary to the tangible systems, the intangible system is not a source of pure physical interventions for solutions but helps to adapt, filter fields of intervention from the tangible systems, and suggest changes in practice. The interventions from the tangible systems are adapted and conformed according to the intangible system. Two filtering methods, (Theoretical scoring filter& Actors’ and agencies’ influence and interests) are used for filtering the adapted prioritized fields of intervention.
The primary systemic water-related results include decentralized or centralized water recycling-related interventions. Allocating different land uses and limiting lawns are among the proposed systemic interventions related to urban and urban landscape systems. The concluded prioritized interventions for CG, DG, and IG, respectively, are:
- Enhancing soil composition
- Minimizing the use of freshwater (FW) for irrigation
- Increasing the dependence on non-conventional water
In conclusion, the Systemic approach successfully shifts interventions from linear to circular, tackling problems comprehensively. Landscape architecture practice concerning water in Egypt is still primitive, lacking the consideration of water sensitivity. A shift from lawn-centered landscape design is a vital needed step. Different types of water need to be valued by regulations and supervision to reach the level where the environmental value precedes the economic value of water. Limiting irrigation with freshwater (FW) is still required for all types of green spaces. For desert cities, the portion of GCs is a decisive factor in water consumption. Finally, widening the study to include several cities with precise data is crucial.
Die derzeitige Situation des Wassermangels in Ägypten ist drastisch, mit einem Rückgang von ca. 600 m3/Person/Jahr, wobei mehrere Faktoren wie Bevölkerungswachstum, Verstädterung, Klimawandel, Wasserverluste und das Problem des Renaissance-Staudammes in Äthiopien zu einer Verschärfung beitragen. Ägypten leidet unter physischen Wassermangel, was bedeutet, dass die Wasserressourcen nicht ausreichen, um den Wasserbedarf zu decken. Im Zuge des Bevölkerungswachstums und der Verstädterung war die Entstehung neuer Wüstenstädte ein Schritt zur Expansion und Entwicklung.
Die neuen ägyptischen Wüstenstädte (NDCs) sind problematisch. Was die Ansiedlung von Einwohnern betrifft, haben diese Städte keinen nennenswerten Erfolg vorzuweisen. Der Belegungsgrad liegt zwischen 50 und 70 % der erwarteten Belegung. Diese Städte konnten keinen ausreichenden Wohnraum für die Unter- und Mittelschicht bereitstellen. Stattdessen förderten sie enorme Investitionen, die zu Gated Communities (GC) (geschlossene Wohnanlagen) führten, die für ihre üppige Stadtlandschaft erhebliche Mengen an Wasser verbrauchen, aber nur eine begrenzte Bevölkerungsdichte zulassen. Die gleiche Grünintensität gilt für private Grünflächen, die an Wohneinheiten angeschlossen sind. Sogar öffentliche Grünflächen machen in einigen Fällen etwa 60 % der Pläne aus, was dem modernen Urbanismus entspricht. Die Ausgaben für die Wasserinfrastruktur sind außerordentlich unverhältnismäßig; die zweckgebundene Wasserversorgung beträgt etwa 18 % der kommunalen Frischwasserversorgung in Ägypten. Die Ausgaben für die Wasserinfrastruktur neuer Städte betragen das 45-fache der Ausgaben für die alte Bausubstanz. Bei einer schweren Wasserknappheit würden die urbanen Landschaften dieser Städte ganz oben auf der Liste der Wasserkürzungen stehen. Diese bereitgestellten Landschaften sind in erster Linie unproduktiv, und selbst das zusätzlich verbrauchte Wasser für die Bewässerung geht verloren, ohne dass die Grundwasserleiter wieder aufgefüllt werden. Dieses Szenario ist aufgrund der sozialen und wirtschaftlichen Macht der Bewohner in einigen Städten nur schwer zu realisieren. In diesen Städten sind umfassende Maßnahmen erforderlich, die dem Wasserverbrauch Rechnung tragen und ästhetisch ansprechende Stadtlandschaften schaffen.
Angesichts des erheblichen Wasserbedarfs der NDCs decken nicht-konventionelle Wasserquellen wie behandeltes Abwasser (TWW) oder Rohwasser (RW) in den meisten untersuchten Fällen weniger als 50 % des Bewässerungsbedarfs. Sie sind unzureichend, da sie nur wenig genutzt werden, nur geringe Mengen an Abwasser für die Wiederverwendung zur Verfügung stehen und zudem ungleich verteilt sind. Leider ist die einzige ergänzende Ressource Süßwasser (FW). Trotz des Wasserproblems wachsen die neuen Städte weiter, werden immer zahlreicher und beherbergen die gleichen Großprojekte mit übermäßigem Wasserbedarf, z. B. Gated Communities (GC). Unter Berücksichtigung der Wasserknappheit, des Drucks auf die Infrastruktur und des Missbrauchs von Süßwasser (FW) müssen andere Lösungen mit anderen Ansätzen gefunden werden.
Eine gemeinsame Richtung für die verschiedenen Optimierungsansätze in der Siedlungswasserwirtschaft ist die Verlagerung von der technischen Einzellösung hin zu interdisziplinären Lösungen, die soziale, verwaltungstechnische und technische Aspekte umfassen. Bei diesen Ansätzen werden physikalische, soziale, verwaltungstechnische und wirtschaftliche Faktoren in die Forschung einbezogen. Der Umgang mit derartig verzweigten und komplexen Problemen erfordert eine umfassende Methode, die mehrere Interventionsebenen, Maßstäbe und eine Vielzahl von Akteuren und Agenturen einbeziehen kann, nämlich den systemischen Ansatz. Er konzentriert sich nicht auf das Ziel als isolierte Lösung, sondern darauf, wie das System funktioniert, welche Beziehungen zwischen den verschiedenen Komponenten des Systems bestehen, d. h. positive und negative Rückkopplungsschleifen, die das System im Allgemeinen beeinflussen, und wie das gesamte System verbessert werden kann.
Die Arbeit befasst sich mit drei Systemen: Das urbane System, das Wasserversorgungssystem und das urbane Landschaftssystem, wobei die Begrenzung des Wasserverbrauchs als zentrales Ziel gilt. Die Komponenten der Systeme wurden auf der Grundlage von Desktop-Analysen, Beobachtungen und Beiträgen von Interessengruppen ermittelt. Für die Verknüpfung der Systeme wird die Abstraktion der Hierarchie als Methode verwendet. Daraus werden verschiedene kritische Zusammenhänge innerhalb der Systeme abgeleitet, die zu möglichen Interventionen für Lösungen führen. Die Maßnahmen sollten je nach Wirkungsbereich, Interessen und Konsens der verschiedenen Akteure und Behörden auf ihre Anwendbarkeit hin gefiltert werden.
Die Fallstudien konzentrieren sich auf die neuen Wüstenstädte in der Umgebung von Kairo, da sie als unverhältnismäßig wasserintensiv eingestuft werden (ca. 188 l/Person/Tag nur für Haushaltszwecke). Der Wasserverbrauch im Freien übersteigt 30 m3/Feddan/Tag (kann 90 m3/Feddan/Tag für öffentliches Grün übersteigen). El Sheikh Zayed (ZA) und El Shorouk (SH) sind die beiden Städte, die sich in Bezug auf die Bewässerungswasserversorgung bzw. das Roh- und behandelte Abwasser (TWW) unterscheiden. Die Unterfälle der verschiedenen Grünflächen werden nach den Eigentumsverhältnissen und der Zuständigkeit für das städtische Landschaftsmanagement klassifiziert, was für die Vergleichbarkeit entscheidend ist. Folgende Arten von Grünflächen wurden in die Unterstichproben aufgenommen: Öffentliche Flächen als von der Stadtverwaltung verwaltete Grünflächen (CG), halbprivate Flächen als von Bauherren verwaltete Grünflächen (DG) und private Flächen als individuell verwaltete Grünflächen (IG). Die Studie deckt eine Vielzahl von Maßstäben ab, darunter den städtischen Maßstab, den Maßstab der Nachbarschaft und den Maßstab der Parzelle.
Zu den materiellen Systemen gehören physische Komponenten, die innerhalb der urbanen Systeme, der Wasserversorgung und der urbanen Landschaft interagieren. Im Gegensatz dazu ist das immaterielle System durch die drei untersuchten Systeme an verschiedene menschliche Akteure und ihre Netzwerke im Zusammenhang mit dem Wasserverbrauch gebunden. Die Untersuchung der drei greifbaren Systeme für die beiden Fallstudien hat die kritischen Verbindungen aufgezeigt. Aus dieser Analyse lassen sich drei abgestufte Prioritäten für Interventionen ableiten, wobei es zwischen den Fällen geringfügige Unterschiede gibt. So ist das System der urbanen Landschaft einheitlich für die verschiedenen Arten von Grünflächen in den beiden Städten. Das Wasserversorgungssystem ist aufgrund der sich verändernden nicht-konventionellen Wasserversorgung teilweise unterschiedlich. Die städtebauliche Gestaltung und die Begrünung haben sich je nach dem Anteil der GCs in der Stadt erheblich verändert. Die Maßnahmen im Zusammenhang mit dem Wasserversorgungssystem erwiesen sich als erfolgreichen Katalysatoren für andere Systeme.
Im Gegensatz zu den materiellen Systemen ist das immaterielle System keine Quelle ausschließlich physischer Interventionen für Lösungen, sondern hilft bei der Anpassung, filtert Interventionsbereiche aus den materiellen Systemen und schlägt Änderungen in der Praxis vor. Die Interventionen aus den materiellen Systemen werden an das immaterielle System angepasst und abgestimmt. Zwei Filtermethoden (Theoretischer Bewertungsfilter) und (Einfluss und Interessen der Akteure und Agenturen) werden für die Filterung der angepassten, priorisierten Interventionsfelder verwendet.
Zu den primären systemischen wasserbezogenen Ergebnissen gehören dezentralisierte oder zentralisierte Maßnahmen zum Wasserrecycling. Zu den vorgeschlagenen systemischen Interventionen im Zusammenhang mit städtischen und urbanen Landschaftssystemen gehören die Aufteilung verschiedener Landnutzungen und die Begrenzung von Rasenflächen. (Verbesserung der Bodenzusammensetzung), (Minimierung des Einsatzes von Süßwasser (FW) für die Bewässerung) und (Erhöhung der Abhängigkeit von nicht-konventionellem Wasser) sind die abschließenden priorisierten Interventionen für CG, DG bzw. IG.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der systemische Ansatz erfolgreich von linearen zu zirkulären Interventionen übergeht und die Probleme umfassend angeht. Der Umgang mit Wasser in der ägyptischen Landschaftsarchitektur ist nach wie vor primitiv und die Berücksichtigung von Wassersensibilität fehlt. Eine Abkehr von der rasenbetonten Landschaftsgestaltung ist ein dringend notwendiger Schritt. Die verschiedenen Arten von Wasser müssen durch Vorschriften und Überwachung bewertet werden, um ein Niveau zu erreichen, bei dem der ökologische vor dem wirtschaftlichen Wert des Wassers steht. Die Begrenzung der Bewässerung mit Süßwasser (FW) ist nach wie vor für alle Arten von Grünflächen erforderlich. Für Wüstenstädte ist der Anteil der Grünflächen ein entscheidender Faktor für den Wasserverbrauch. Schließlich ist die Ausweitung der Studie auf mehrere Städte mit genauen Daten von entscheidender Bedeutung.
