Multi-criteria analysis for identifying sustainable remediation alternatives with focus on soil functions

Transkript

1 International workshop on sustainable remediation and soil functions and services May 19, 2011 Multi-criteria analysis for identifying sustainable remediation alternatives with focus on soil functions Lars Rosén 1, Yevheniya Volchko 1 Magnus Bergknut 2, Gernot Doeberl 3, Dietmar Mü 3 1 Chalmers University of Technology FRIST Competence Center 2 MCN, Umeå University 3 Umweltbundesamt, Austria

2 OVERALL GOAL is to develop a method for sustainability assessment of remediation alternatives. The method is based on: 1. A prototype of multi criteria analysis (MCA) for sustainability appraisal of remediation alternatives (Rosén et al. 2009). 2. The soil Function Concept introduced by EU-Directive on soil protection (COM 2006).

3 Evolution of the method for sustainability assessment of remediation alternatives

4 What is MCA? To assess the degree to which a project fulfils a set of performance criteria. These criteria are typically evaluated for each identified decision option, including a baseline alternative. Sometimes, qualitative estimations are made for each criterion. Sometimes, scores and weights are assigned to each criterion to facilitate comparison between alternatives.

5 Example of simple MCA for remediation alternatives

6 Why MCA? Economic dimension Ecological dimension Economic and Socio-cultural sustainability Socio-cultural dimension Solutions Ecological sustainability Development that ensures that the use of resources and the environment today does not restrict their use by future generations. After Söderqvist et al (2004) and Brundtland Commission (1987)

7 Key criteria in the MCA model Socio-cultural dimension Equity and acceptance Health due to contamination at the site Health due to remediation Cultural environment Recreation Landuse on site Landuse in surroundings MCA for sustainable remediation Ecological dimension Land environment Groundwater Surface water Air Sediments Consumption of natural resources Economic dimension Societal profitability (CBA) Cost-effectiveness (CEA)

8 The economic dimension- Societal profitability - Cost-benefit analysis (CBA) Performed on the societal level. Purpose: to estimate changes in public welfare. Basic criterion: Is the sum of all benefits for all companies and individuals larger than the sum of all costs for all companies and individuals? Analysis of distributional effects necessary. Costs Benefits

9 A four-step procedure Step 1: Definition of target function What is a target function and how do I define it for my CBA? Theory: Section 4.1; 4.2 Example: Section 5.3 Step 2: Identification of Costs and Benefits How do I identify the relevant costs and benefits for my CBA? Theory: Section 4.2 Example: Section 5.4 Step 3: Quantification Which valuation methods are relevant? How do I monetise my Costs and Benefits? Theory: Section 4.2; 4.3; 4.4; 4.5; 4.6 Example: Section 5.3 NV Rapport 5836 Step 4: Calculation How do I do the calculation? What are the uncertainties? How do I interpret the results? How do I use the results? Theory: Section 3.2; 3.3; 4.1; 4.2 Example: Section 5.6; Appendix B

10 Costs of a remediation project Costs restricted to the specific remediation measures: C1. Remedial costs. C2. The negative effects on human health due to remedial actions. C3. The negative effects on ecosystem goods and services due to remediation. Examples on changes in risks: Economic project risks (e.g. delays). Increased health risks on and off site. Increased environmental risks on and off site.

11 Benefits of a remediation project Benefits include additional positive effects due to the remediation: B1. Increased property values. B2. Net effects on market goods and services. B3. Net effects on health and ecosystem goods and services. Warning risks of double accounting!! Examples on changes in risks: Decreased health risks on and off site. Decreased environmental risks on and off site.

12 Key criteria in the MCA model Socio-cultural dimension Equity and acceptance Health due to contamination at the site Health due to remediation Cultural environment Recreation Landuse on site Landuse in surroundings MCA for sustainable remediation Ecological dimension Land environment Groundwater Surface water Air Sediments Consumption of natural resources Economic dimension Societal profitability (CBA) Cost-effectiveness (CEA)

13 Assigning scores to performance criteria Probable negative effect = -2 Possible negative effect = -1 Negligible effect = 0 Possible positive effect = 1 Probable positive effect = 2 Supporting information provided for each performance criterion. Nyckelkriterium E1: MARK (LAND OCH MARKMILJÖ) Trolig negativ effekt -2 Möjlig negativ effekt: 1 Ingen effekt: 0 Möjlig positiv effekt: +1 Trolig positiv effekt: +2 Troligen försämras funktion och förutsättningar för livskraftiga ekosystem i området Exempel Markens kemiska och fysiska egenskaper försämras med negativ effekt för den ekologiska funktionen Biotop/habitat förändras så att djur och växter inte längre kan leva där Landskapets ekologiska funktion försämras (t ex pga att barriärer hindrar djurs rörelsefrihet att sammanhängande stråk av en viss biotop avbryts) Biologisk mångfald minskar Möjligen försämras funktion och förutsättningar för livskraftiga ekosystem i området Exempel Markens kemiska och fysiska egenskaper riskerar att försämras Biotop/habitat kan förändras så att djur och växter får sämre möjlighet att leva där Landskapets ekologiska funktion riskerar att bli sämre Biologisk mångfald riskerar att minska Nyckelfrågor : - Hur påverkas ekosystemen i området av efterbehandlingen? - Har området ett identifierat naturvärde? Försumbar påverkan sker på land och mark som påverkar ekosystem, livsbetingeler, flora fauna, markens kemiska fysiska egenskaper, landskapets form och funktion övrigt - Vilka djur och växter finns och kan påverkas? Har en biologisk inventering gjorts? Har känsliga (t ex rödlistade) arter identifierats på platsen. Är biotopen känslig för påverkan? Ovanlig? Möjligen förbättras funktion och förutsättningar för livskraftiga ekosystem i området Exempel Markens kemiska och fysiska egenskaper kan bli bättre Biotop/habitat kan förändras så att djur och växter får bättre möjlighet att leva där Landskapets ekologiska funktion kan bli bättre Biologisk mångfald kan öka Observera Ingen negativ effekt får uppstå samtidigt Huvudsakliga miljömål som påverkas: - Giftfri miljö - Ett rikt växt- och djurliv Troligen förbättras funktion och förutsättningar för livskraftiga ekosystem i området Exempel Markens kemiska och fysiska egenskaper förbättras med positiva följder för den ekologiska funktionen Biotop/habitat förändras så att djur och växter får bättre möjlighet att leva där Landskapets ekologiska funktion förbättras (t ex pga att hindrande barriärer försvinner att biotopstråk länkas samman) Biologisk mångfald ökar Observera Ingen negativ effekt får uppstå samtidigt Informationskällor: Länsstyrelsens, Skogsstyrelsens och kommunens naturvärdesinventeringar och databaser Kommunala planer (t ex naturvårdsområden i översiktsplan) Eventuell miljökonsekvensbeskrivning annan utredning tillhörande efterbehandlingen/det förorenade området Riskbedömning och Åtgärdsutredning.

14 Proposed MCA-model for evaluating sustainability of remediation alternatives Modify alternatives Step 1: Define remediation alternatives Step 2: Evaluate the ecological and socio-cultural dimensions: Assign scores to performance criteria Set up performance matrix Step 3: Perform Cost-Benefit Analysis (CBA) Step 4: Identify sustainable remediation alternatives Step 5: Calculate sustainability index Step 6: Rank alternatives Best 2nd best 3rd best...

15 What is the Soil Function Concept about? Soil function can be defined as a capacity of soil to fulfil a particular requirement assigned to it by a nature or/and a humankind. The EU-Directive on soil protection (COM, 2006) lists the following environmental, economic, social and cultural functions of soil: (a) biomass production, including in agriculture and forestry; (b) storing, filtering and transforming nutrients, substances and water; (c) biodiversity pool, such as habitats, species and genes; (d) physical and cultural environment for humans and human activities; (e) source of raw materials; (f) acting as carbon pool; (g) archive of geological and archeological heritage. The Directive poses a more holistic view on soil management...

16 SOIL QUALITY, SOIL FUNCTIONS & SUSTAINABILITY: How do the concepts match remediation? Impact from remediation Ecological soil functions Impact on ecosystem services Soil quality indicators Environmental quality Sustainability assessment Ecosystem services Biological properties Air Sociocultural dimension Chemical properties Physical properties Soil Water Economic dimension Ecological dimension Remediation to meet regulatory requirements Planned land use Demand for land use

17 Case studies Previous work, e.g.: Wood treatment plant, Robertsfors (Sweden) Hexion, Mölndal Bodensågen, Boden Gas works, Gävle Other Conjoint work in : Dry-Cleaner Alaska", Zwölfaxing (Austria) Shooting Range Treffling, Linz (Austria) Gasworks Simmering, Vienna (Austria) Marieberg, Kramfors (Sweden) Kvillebäcken, Gothenburg (Sweden)

18 Example: Former wood treatment plant at Robertsfors Arsenic contaminated soil

19 Alternativ 1 Alternativ 2 Alternativ 3 Results Ranking of alternatives Sustainability index between -1 and +1 Evaluation of development towards strong or weak sustainability Ekologisk dimension Mark Grundvatten Ytvatten Luft Sediment Förbrukning av naturresurser Beräkning av H EK Social-kulturell dimension Rättvisa och acceptans Hälsa med avseende på områdets föroreningar Hälsa med avseende på åtgärdens utförande Kulturmiljö H i Max Max = + Max H EK, i SK, i + [ ( H EK,1.. N ) ; Min( H EK,1.. N ) ] Max[ Max( H SK,1.. N ) ; Min( H SK,1.. N ) ] Φ i [ Max( Φ1.. N ) ; Min( Φ1... N ) ] H 3 Rekreation Omgivningens markanvändning Områdets markanvändning Beräkning av H SK Ekonomisk dimension, Hållbarhetsindex, H Stark hållbarhet? NEJ NEJ NEJ

20 Normalized sustainability index Alternative 1 Alternative 2 Alternative 3 Ecological sustainability Socio-cultural sustainability Economic sustainability Total sustainability

21 Some comments and ongoing work MCA facilitates identification of the most sustainable alternatives given a set of performance criteria. MCA provides transparency and a basis for communication between involved parties. The SF concept will be increasingly important for addressing sustainability of remediation. Ongoing work Literature review of SF concept Updating of criteria hierarchy to consider SF Selection of study sites Application of MCA Uncertainty analysis Preparation of MCA tool Risk of double accounting. Substantial uncertainties Lack of data expert judgments

22 Thank you for your attention!