حوضه، این، تخصیص، رودخانه، al.، یک

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 الگوهای تخصیص عادلانه و کارای آب، به گونهای که ضمن حفظ کیفیت آب و عدم تخطی از استاندارد کیفیت آب، منافع حاصله از تخصیص آب نیز حداکثر 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 می‌توان بر پایه سیاستهای بهینه به دست آمده از مدل بهینه‌سازی تخصیص کمی وکیفی آب، قوانین تخصیص در زمان واقعی را تدوین کرد؟
– آیا درنظر گرفتن عدم‌قطعیتها در افزایش بهرهوری سیستم مؤثر است؟
– در مدیریت تخصیص کمی و کیفی آب در سیستم رودخانه-مخزن آیا تلفیق مدل‌های تخصیص کمی و کیفی آب می‌تواند در افزایش بهره‌وری سیستم مؤثر باشد و منجر به بهبود وضعیت کیفیت 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 آبریزنخستین مطالعات در زمینه مدل‌های تخصیص آب از دهه 1950 آغاز شد و از سال 1960 تا 1970 پیشرفت‌های بسیار زیادی کرد. محققین زیادی، مدل‌سازی کیفی آب را در کنار لحاظ کمیت آب، در تخصیص آب ضروری دانسته‌اند. دلیل این امر، لزوم توجه به توسعه پایدار با حداقل اثرات منفی روی منابع آبی 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،‌ یک مدل بهینه‌سازی چندهدفه را بر مبنای روش برنامه‌ریزی با محدودیت‌های شانسی تدوین نمودند. در این تحقیق، ایشان از مدل شبکه‌های عصبی مصنوعی به منظور کاهش زمان محاسبات مدل غیرفصلی خود استفاده کردند.
De Azevedo et al. (2000) برای مدل‌سازی کمی و کیفی آب در رودخانه و مخزن از دو مدل MODSIM و QUAL2E-UNCAS استفاده کردند. همچنین در این پژوهش، تحلیل عدم قطعیت پارامترهای مدل نیز صورت پذیرفته است. ایشان، مدل پیشنهادی خود را در حوضه رودخانه Piracicaba در برزیل به‌کار ‌بردند. نتایج حاصل از این پژوهش، نشان داد که می‌توان با افزایش راندمان تصفیه فاضلاب‌ها و همچنین افزایش جریان آب در رودخانه، مشکل کیفیت نامناسب آب در رودخانه‌ها را حل نمود.
Dai et al. (2001) برای اولین بار، مدل قطعی MODSIMQ را برای تخصیص همزمان کمی و کیفی آب ارائه نمودند. این مدل، شبکه جریان را همانند MODSIM، مدل‌کرده ولی با افزودن محدودیت‌های کیفی، مدل‌سازی کیفیت آب را نیز انجام می‌دهد. ایشان این مدل را در حوضه رودخانه Arkansas در Colo–o آمریکا به‌کار ‌بردند. نتایج حاصل از سناریو‌های مختلف مدیریتی نشان میدهد که در صورت استفاده صحیح از منابع سطحی و زیرزمینی و همچنین کنترل شوری، مشکل تأمین آب در این 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) مدلی قطعی برای تخصیص همزمان کمی و کیفی آب ارائه دادند. در این مدل، انتقال آلودگی و فرآیند چرخه هیدرولوژیکی در حوضه رودخانه لحاظ شده است. ایشان مدل پیشنهادی خود را در حوضه رودخانه Jiojiang در چین به‌‌کار بردند. در این پژوهش عدم‌قطعیت بررسی نشده است.
Paredes et al. (2010) یک مدل قطعی کمی و کیفی را به منظور تخصیص آب در سطح حوضه آبریز 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 بهینه‌سازی تدوین‌شده توسط ایشان، یک تابع اقتصادی و به صورت حداقل‌کردن هزینه تأمین آب بوده است. ایشان، مدل خود را در حوضه رودخانه Jucarدر اسپانیا مورد ارزیابی قرار دادند.
Zhou et al. (2011) روش برنامه‌ریزی غیرقطعی فاکتوریل را برای مدیریت منابع آب با لحاظ عدم‌قطعیت‌ها ارائه نمودند. چارچوب کلی برنامه‌ریزی غیرقطعی فاکتوریل در این تحقیق، از تلفیق تحلیل فاکتوریل و برنامه‌ریزی بازهای دو مرحله‌ای تشکیل می‌شود. در این تحقیق، کیفیت آب لحاظ نگردیده و اثرات برقراری همکاری بین آببرهای مختلف در تخصیص بررسی نشده است. در ضمن این مدل، در صورت افزایش تعداد پارامترهای غیرقطعی پاسخگو نیست.
Nikoo et al. (2012a) یک روش جدید غیر قطعی برای تخصیص همزمان آب و بار‌آلودگی در رودخانه‌ها ارائه نمودند. ایشان از یک مدل بهینه‌سازی بازه‌ای غیرخطی برای لحاظ عدم‌قطعیت‌‌ ورودی‌ها و پارامتر‌های مدل تخصیص استفاده کردند. در این مدل، عدم قطعیت‌های موجود در نیاز آبی و آب قابل دسترس ماهانه و همچنین اثرات زیست‌محیطی و اقتصادی تخصیص آب در بخش کشاورزی لحاظ شده است. برای نشان دادن قابلیت اجرا و کارایی مدل، این مدل در رودخانه دز به‌کار ‌برده شده است. در این تحقیق، تنها بار آلودگی شاخص کل جامدات محلول در نظر گرفته شده است و مدل برای چند بار آلودگی 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) یک متدولوژی فازی را به منظور تخصیص آب و بار آلودگی در رودخانه‌ها، بر مبنای روش تبدیل فازی (FTM) ارائه کردند. در این تحقیق، مدل FTM به عنوان یک مدل شبیه‌سازی مناسب با رویکرد ریاضیات فازی پیشرفته، در چهارچوب یک مدل بهینه‌سازی تخصیص آب و بار آلودگی 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 اولین مطالعات مربوط به کاربرد تئوری بازی‌ها در مدیریت منابع آب می‌توان به Rogers (1969) اشاره نمود. در این مطالعه، از تئوری بازی‌ها 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 تئوری بازی‌ها به منظور تعیین منافع طرفین شرکت‌کننده در همکاری استفاده شده است. نتایج 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 بررسی موارد مختلف قابل استفاده از تئوری بازی‌ها در مسائل مربوط به منابع آب پرداختند. از جمله کاربرد‌های اشاره ‌شده در این تحقیق، می‌توان به استفاده از تئوری بازی‌ها در مدیریت کیفی منابع آب و مدیریت سیستم‌های چند‌منظوره‌ منابع آب اشاره نمود.
Dinar and Wolf (1994) متدولوژی جدیدی بر مبنای تئوری بازی‌ها، جهت طرحهای انتقال آب بین حوضهای ارائه کردند. ایشان 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

این نوشته در پایان نامه ها ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید

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