حوضه، اين، تخصيص، رودخانه، al.، يک

این پایاننامه ارائه مدلی بوده است که تخصیص بهینه از سیستم رودخانه-مخزن براساس سه معیار ذکر شده را با لحاظ عدم‌قطعیتها مشخص کند. در راستای رسیدن به این مقصود، براساس مطلوبیتها و محدودیتهای موجود مدلی جهت شبیهسازی و بهینهسازی تخصیص منابع آب در محیط برنامهنویسی GAMS تهیه و سعی شده است مدل به گونهای فرمولبندی شود که در جواب بهینه حاصل معیارهای یاد شده تا حد امکان رعایت شود. هدف دیگر در این پایاننامه، ارائه الگوهاي تخصيص عادلانه و كاراي آب، به گونهاي که ضمن حفظ كيفيت آب و عدم تخطي از استاندارد کيفيت آب، منافع حاصله از تخصيص آب نيز حداكثر گردد. بدین منظور براساس تئوری بازی‌ها ابتدا ائتلافهای ممکن بین آببران شکل گرفته و سپس مدلی ارائه گردیده است که علاوهبر در نظر گرفتن سه معیار ذکر شده، تخصیص به هر یک از آببران را با هدف حداکثر سازی سود اقتصادی حاصل در ائتلاف انجام دهد. در نهایت از بازی همکارانه FVLC جهت بازتوزیع سود حاصل در ائتلافها استفاده شد.
1-4- سؤالات اساسی تحقیقدر بخش قبل اهداف اصلی پایاننامه تشریح گردیدند. سؤالات اصلی که در قالب مطالعات انجام شده در این تحقیق پاسخ داده شده‌اند، به شرح زیر می‌باشند:
– آیا مي‌توان بر پايه سياستهاي بهينه به دست آمده از مدل بهينه‌سازي تخصيص کمی وکیفی آب، قوانين تخصیص در زمان واقعي را تدوين کرد؟
– آیا درنظر گرفتن عدم‌قطعیتها در افزایش بهرهوری سیستم مؤثر است؟
– در مدیریت تخصیص کمی و کیفی آب در سیستم رودخانه-مخزن آيا تلفيق مدل‌هاي تخصيص کمي و کيفي آب مي‌تواند در افزايش بهره‌وري سيستم مؤثر باشد و منجر به بهبود وضعيت كيفيت آب گردد؟
1-5- فرضهای سادهکننده تحقیقدر این تحقیق فرض‌های زیر درنظر گرفته شده است:
– در منطقه مورد مطالعه فرض شده است امکان عدم تأمین نیاز شرب و صنعت در طی تمام زمان برنامهریزی وجود ندارد. لذا تأمین نیاز این دو بخش به صورت صد در صد صورت پذیرفته است.
– روستاهای حقابهبر، به منظور مدیریت تخصیص آب، گروهبندی شدهاند و در نهایت چهار آببر به عنوان آببر کشاورزی درنظر گرفته شده است.
– فرض گردیده است مخزن سد به صورت یک تانک با اختلاط کامل عمل میکند.
1-6- نوآوریهای تحقیقنوآوریهای این تحقیق در زمینه مدلسازی تخصیص آب به صورت زیر قابل بیان است:
1- مدلسازی کمی و کیفی سیستمهای رودخانه-مخزن با لحاظ سه شاخص پایداری، عدالت و بهرهوری.
2- بازتوزیع منافع حاصل از تخصیص کمی و کیفی با تدوین مدل بازی همکارانه FVLC
3- به کارگیری شاخص SPI جهت سناریوسازی در روند تحلیل سناریوها
4- تدوین مدل بهینهسازی سناریویی تخصیص کمی وکیفی آب
1-7- ساختار پایاننامه
این پایان‌نامه در چهارچوب هفت فصل ارائه شده است. در فصل حاضر کلیات مرتبط با پایان‌نامه مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل بعد مروری بر کارهای پیشین و تحقیقات صورت گرفته در زمینه تخصیص کمی وکیفی آب و به کارگیری تئوری بازی‌ها در تخصیص منابع آب انجام گرفته است. نحوه عملکرد نرم‌افزارها و روشهای به کار گرفته شده در روند مدلسازی، در فصل سوم ارائه شده است. در این تحقیق مورد مطالعاتی جهت ارزیابی مدل ارائه شده، حوضه رودخانه رودبال میباشد. مشخصات محدوده مذکور در فصل چهار مورد بررسی قرار گرفته است. ساختار مدل به کار گرفته شده و نتایج حاصل از کارگیری مدل در منطقه مورد مطالعه به ترتیب در فصل پنج و شش تشریح شده است. در نهایت در فصل هفتم نیز نتیجهگیری و پیشنهادات برای ادامهی تحقیق ارائه شده است.

فصل دوم

مرور پیشینه مطالعات2-1- مقدمهکاهش منابع آبی در دسترس با کیفیت مطلوب از یک سو و افزایش نیازهای آبی از سوی دیگر، لزوم مدیریت همزمان کمی و کیفی بیش از پیش، توجه محققان و سیاستگزاران بخش آب را به خود جلب کرده است. در این بین توسعه پایدار با لحاظ توأمان خصوصیات اقتصادی و زیستمحیطی با لحاظ محدودیت‌های موجود میتواند به عنوان مبنای معتبری برای تصمیم‌گیری در مورد تخصیص منابع آب در نظر گرفته شده است. با توجه به کمبود منابع آبی و وجود تصمیمگیرندگان و ذینفعان متعدد در یک حوضه آبریز، تخصیص منابع آب موضوع حساس و پیچیدهای میباشد و تاکنون مطالعات زیادی در این زمینه انجام گرفته است. در برخی از مطالعات موجود، تخصیص تلفیقی منابع آب سطحی و زیرزمینی و تئوری بازی‌ها برای حل مشکلات یاد شده در خصوص تخصیص منابع آبی به کار گرفته شده است، البته باید در نظر داشت که علاوه بر این مشکلات، عدم‌قطعیتهای تأثیرگذار در تخصیص نیز به خودی خود بر اهمیت و حساسیت مسأله می افزایند. با توجه به اهداف تحقیق پیش رو برخی از مطالعات و تحقیقات گذشته در زمینه تخصیص منابع آبی در دو بخش زیر آورده شده است :
– مدیریت تخصیص کمی و کیفی منابع آب در حوضه آبریز
– به کارگیری تئوری بازی‌ها در مدیریت کمی و کیفی منابع آب
2-2- پیشینه مطالعات در زمینه مدیریت منابع آب در حوضه آبریزنخستين مطالعات در زمينه مدل‌های تخصيص آب از دهه 1950 آغاز شد و از سال 1960 تا 1970 پيشرفت‌هاي بسيار زيادی کرد. محققين زيادي، مدل‌سازی کيفي آب را در کنار لحاظ کميت آب، در تخصيص آب ضروری دانسته‌اند. دليل اين امر، لزوم توجه به توسعه پايدار با حداقل اثرات منفي روي منابع آبي بوده است (Griggn and Brgson, 1972). در ادامه برخی از مطالعات در زمینهی مدیریت کمی و کیفی منابع آب آورده شده است.
Tang (1995) مدلی جهت تخصیص بهینه منابع آب در حوضه رودخانه ارائه داد. ایشان برای حل مدل خود از روش LHDP استفاده نمود. مدل پیشنهادی در حوضه رودخانه زرد چین مورد ارزیابی قرار گرفت. در این تحقیق مدیریت کیفی و عدم‎قطعیت مورد بررسی قرار نگرفت.
Takyi and Lence (1999) به منظور تخصیص کمی و کیفی از آب رودخانه،‌ يك مدل بهينه‌سازي چندهدفه را بر مبناي روش برنامه‌ريزي با محدوديت‌هاي شانسي تدوين نمودند. در اين تحقيق، ايشان از مدل شبكه‌هاي عصبي مصنوعي به منظور كاهش زمان محاسبات مدل غيرفصلي خود استفاده كردند.
De Azevedo et al. (2000) برای مدل‌سازی کمی و کيفی آب در رودخانه و مخزن از دو مدل MODSIM و QUAL2E-UNCAS استفاده کردند. همچنين در اين پژوهش، تحليل عدم قطعيت پارامترهای مدل نيز صورت پذيرفته است. ايشان، مدل پيشنهادي خود را در حوضه رودخانه Piracicaba در برزيل به‌کار ‌بردند. نتايج حاصل از اين پژوهش، نشان داد که می‌توان با افزايش راندمان تصفيه فاضلاب‌ها و همچنين افزايش جريان آب در رودخانه، مشکل کيفيت نامناسب آب در رودخانه‌ها را حل نمود.
Dai et al. (2001) برای اولين بار، مدل قطعی MODSIMQ را براي تخصيص همزمان کمی و کيفی آب ارائه نمودند. اين مدل، شبکه جريان را همانند MODSIM، مدل‌کرده ولی با افزودن محدوديت‌های کيفی، مدل‌سازی کيفيت آب را نيز انجام می‌دهد. ايشان اين مدل را در حوضه رودخانه Arkansas در Colo–o آمريكا به‌کار ‌بردند. نتايج حاصل از سناريو‌های مختلف مديريتي نشان میدهد که در صورت استفاده صحيح از منابع سطحی و زيرزمينی و همچنين کنترل شوری، مشکل تأمين آب در اين حوضه برطرف می‌شود. همان طور که اشاره شد در این مدل عدم‌قطعیت‌ها درنظر گرفته نشده است.
Cai et al. (2003) مدلی غیرخطی جهت تخصیص کمی وکیفی منابع آب ارائه دادند. در این مدلسازی سعی ‌شد تخصیص آب به تقاضاهای کشاورزی و دیگر تقاضاها بنحوی بهینه گردد که سود اقتصادی ذینفعان بیشینه شده و به نیاز زیست‌محیطی نیز پاسخ داده شود. ایشان مدل پیشنهادی خود را در تخصیص منابع آب حوضه دریای آرال به کار بردند. در این مدل عدم‌قطعیت لحاظ نشده است.
Kerachian and Karamouz (2007) مدل استوکستیک جهت تخصیص کمی و کیفی در سیستم مخزن-رودخانه ارائه دادند. ایشان در مدل خود عدمقطعیت مربوط به آورد رودخانه را نیز درنظر گرفتند.
Shourian et al. (2008) با استفاده از ترکیب مدل شبیه‌سازی سیستم‌های آبی مُدسیم و الگوریتم تکاملیPSO ، قابلیت بهینه‌سازی چند-دوره‌ای را به مدل شبیه‌سازی برای کاربرد در تحلیل سیستم آبی حوضه آبریز سیروان افزوده‌اند. این مدل ترکیبی برای طراحی حجم مخازن سدها و ظرفیت سیستم انتقال آب در حوضه آبریز سیروان با هدف بیشینه‌سازی سود حاصل از تخصیص آب با احتساب هزینه ساخت سد و سیستم انتقال برای تخصیص دهنده آب به کار گرفته شده است. آنها به وسیله‌ی این مدل سناریوهای مختلف انتقال آب از حوضه آبریز سیروان به حوضه‌های مجاور، و ابعاد حجم مخازن و سازه‌های انتقال آب را برای هر سناریو با هدف بیشینه‌سازی سود حاصل از تخصیص آب را مورد بررسی قرار داده‌اند.
Zhang et al. (2010) مدلي قطعی براي تخصيص همزمان کمی و کيفی آب ارائه دادند. در اين مدل، انتقال آلودگی و فرآيند چرخه هيدرولوژيکی در حوضه رودخانه لحاظ شده است. ايشان مدل پيشنهادي خود را در حوضه رودخانه Jiojiang در چين به‌‌كار بردند. در این پژوهش عدم‌قطعیت بررسی نشده است.
Paredes et al. (2010) يک مدل قطعی کمی و کيفی را به منظور تخصيص آب در سطح حوضه آبريز ارائه نمودند. آنها جهت مدلسازی کمی از مدل SIMGES که توسط اندرو و همکارانش در سال 1992 ارائه شد، بهره جستند و مدلسازی کیفی را براساس مدل GESCAL، ارائه شده توسط پاردس و همکارانش در سال 2007، انجام دادند. تابع هدف مدل بهينه‌سازی تدوين‌شده توسط ايشان، یک تابع اقتصادی و به صورت حداقل‌کردن هزينه تأمين آب بوده است. ایشان، مدل خود را در حوضه رودخانه Jucarدر اسپانيا مورد ارزيابي قرار دادند.
Zhou et al. (2011) روش برنامه‌ريزی غيرقطعی فاکتوريل را برای مديريت منابع آب با لحاظ عدم‌قطعيت‌ها ارائه نمودند. چارچوب کلی برنامه‌ريزی غيرقطعی فاکتوريل در اين تحقيق، از تلفيق تحليل فاکتوريل و برنامه‌ريزی بازهای دو مرحله‌ای تشکيل می‌شود. در اين تحقيق، كيفيت آب لحاظ نگرديده و اثرات برقراري همكاري بين آببرهاي مختلف در تخصيص بررسي نشده است. در ضمن این مدل، در صورت افزایش تعداد پارامترهای غیرقطعی پاسخگو نیست.
Nikoo et al. (2012a) يک روش جديد غير قطعي برای تخصيص همزمان آب و بار‌آلودگی در رودخانه‌ها ارائه نمودند. ايشان از يک مدل بهينه‌سازي بازه‌اي غيرخطی برای لحاظ عدم‌قطعيت‌‌ ورودی‌ها و پارامتر‌های مدل تخصيص استفاده کردند. در اين مدل، عدم قطعيت‌های موجود در نياز آبي و آب قابل دسترس ماهانه و همچنين اثرات زيست‌محيطی و اقتصادی تخصيص آب در بخش کشاورزی لحاظ شده است. برای نشان دادن قابليت اجرا و کارايي مدل، اين مدل در رودخانه دز به‌کار ‌برده شده است. در اين تحقيق، تنها بار آلودگي شاخص كل جامدات محلول در نظر گرفته شده است و مدل براي چند بار آلودگي توسعه داده نشده است.
Nikoo et al. (2013a) روندی جدید براساس منطق فازی با در نظر گرفتن عدم‌قطعیت‌های مرتبط با تخصیص آب و بار آلودگی ارائه دادند. در این مدلسازی کیفیت و مقدار زه‌آب ناشی از کشاورزی و سود ناشی از تخصیص آب به نیاز کشاورزی مورد بررسی قرار گرفته است. در این پژوهش جهت تخصیص عادلانه منابع آب از رویکرد بازی همکارانه فازی استفاده شده است. این مدل در رودخانه دز ارزیابی شده است.
Nikoo et al. (2013b) مدلی جهت تخصیص بهینه از رودخانه و مخزن در حوضه آبریز ارائه دادند. ایشان در تحقیق خود از روش بازهای غیرخطی جهت کمینه کردن کمبود در تأمین نیازها استفاده نمودند. در این مدل کیفیت آب و عدمقطعیت در نیازها نیز درنظرگرفته شده است. در این تحقیق مدل پیشنهادی در حوضه آبریز زایندهرود به کار گرفته شد ونتایج حاکی از آن است که در شرایط خشکسالی که مقدار آب سطحی در دسترس کمتر از 85 درصد از حالت نرمال و نیاز آبی 115 درصد از نیازهای درحال حاضر است، مقدار TDS در محل ورود به باتلاق گاوخونی که در پایین دست حوضه آبریز قرار دارد تا 50 درصد کاهش مییابد.
Nikoo et al. (2013c) يک متدولوژي فازي را به منظور تخصيص آب و بار آلودگي در رودخانه‌ها، بر مبنای روش تبديل فازي (FTM) ارائه کردند. در اين تحقيق، مدل FTM به عنوان يک مدل شبيه‌سازي مناسب با رويکرد رياضيات فازي پيشرفته، در چهارچوب يک مدل بهينه‌سازي تخصيص آب و بار آلودگي مورد استفاده قرار گرفت.
2-3- پیشینه مطالعات در زمینه به کارگیری تئوری بازی‌ها در مدیریت کمی و کیفی منابع آبنظریه بازی‌ها توسط نیومن و مرگنسترن (1944) ارائه شد. این نظریه یک مدل ریاضی ساده از رفتار اعضای یک مجموعه که بر سر کالای خاصی (مانند مقدار آب تخصیص داده شده) با یکدیگر رقابت میکنند، را ارائه میدهد. به عبارت دیگر این نظریه زمانی به کار میآید که در تصمیمگیری در مجموعهای، منافع یک عضو در گرو انتخاب و منافع اعضا دیگر باشد(Stanford Encyclopedia of Philosophy, 2006). با توجه به ماهیت مسائل مدیریت منابع آب برخی از محققین در مطالعات خویش از این تئوری استفاده نمودهاند. از جمله اولين مطالعات مربوط به كاربرد تئوري بازي‌ها در مديريت منابع آب مي‌توان به Rogers (1969) اشاره نمود. در اين مطالعه، از تئوري بازي‌ها جهت تدوین استراتژی بهرهبرداری از رودخانههای Ganges و Brahmaputra، که در مرز پاکستان و هند واقع شدهاند، استفاده شده است. در این مطالعه تخصیص براساس همکاری بین دو کشور تعیین گردید و از تئوري بازي‌ها به منظور تعيين منافع طرفين شركت‌كننده در همكاري استفاده شده است. نتايج حاکی از آن است که در صورت همکاری بین دو کشور سود بیشتری عاید هر یک از آنها خواهد شد.
Bogardi and Szidarovszky (1976) به بررسي موارد مختلف قابل استفاده از تئوري بازي‌ها در مسائل مربوط به منابع آب پرداختند. از جمله كاربرد‌هاي اشاره ‌شده در اين تحقيق، مي‌توان به استفاده از تئوري بازي‌ها در مديريت كيفي منابع آب و مديريت سيستم‌هاي چند‌منظوره‌ منابع آب اشاره نمود.
Dinar and Wolf (1994) متدولوژي جديدي بر مبناي تئوري بازي‌ها، جهت طرحهای انتقال آب بین حوضهای ارائه کردند. ايشان جهت ارزیابی مدل پیشنهادی آن را در محدوده مطالعاتی شامل چهار کشور اسرائیل، مصر، نوار غزه و ساحل غربی رود اردن به کار گرفته و نشا

Author:

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *