دانلود پژوهش علمی - دانلود پژوهش علمی

متن کامل پایان نامه را در سایت منبع fuka.ir می توانید ببینید 3-1- مقدمه22
3-2- شبیه‌سازی و بهینه‌سازی23
3-2-1- نرم‌افزار GAMS23
3-2-2- Solver MINOS24
3-2-3- شبیه‌سازی کیفی24
--------------------------------------------------- نکته مهم : هنگام انتقال متون از فایل ورد به داخل سایت بعضی از فرمول ها و اشکال (تصاویر) درج نمی شود یا به هم ریخته می شود یا به صورت کد نمایش داده می شود ولی در سایت می توانید فایل اصلی را با فرمت ورد به صورت کاملا خوانا خریداری کنید: سایت مرجع پایان نامه ها (خرید و دانلود با امکان دانلود رایگان نمونه ها) : elmyar.net --------------------------------------------------- صفحه
عنوان
3-3- تئوری بازی‌ها24
3-3-1- تفاوت میان تصمیم گیری و بازی25
3-3-2- برخی از عوامل تأثیرگذار بر نوع بازی25
3-3-3- بازی همکارانه26
3-3-3-1- هسته27
3-4- تحلیل سناریوها28
3-4-1- تعریف سناریو و سناریوسازی29
3-4-2- روش‌های سناریوسازی30
3-4-3- ساختار عمومی مدل بهینه‌سازی با استفاده از سناریوها31
3-5- شاخص SPI34
3-6- جمع‌بندی36
فصل چهارم: مطالعه موردی: سیستم آبی حوضه رودخانه رودبال
4-1- مقدمه38
4-2- منابع آبی40
4-3- مشخصات سد رودبال به عنوان اصلی‌ترین منبع ذخیره آب سطحی در حوضه رودخانه رودبال40
4-4- نیازهای آبی41
4-4-1- نیاز صنعت و معدن41
4-4-2- نیاز شرب42
4-4-3- نیاز بخش کشاورزی42
4-4-3-1- نیاز شبکه آبیاری43
4-4-3-2- نیاز کشاورزان سنتی43
4-5- خصوصیات اقتصادی بخش کشاورزی44
4-6- جمع‌بندی44
فصل پنجم: ساختار مدل پیشنهادی
5-1- مقدمه51
5-2- ساختار مدل پیشنهادی51
5-3- تدوین مدل بهینه‌سازی تخصیص اولیه کمی وکیفی آب54
صفحه
عنوان
5-3-1- عدالت54
5-3-2- کارایی55
5-3-3- پایداری55
5-3-4- مدل شبیه‌سازی کیفیت آب56
5-3-5- تدوین مدل قطعی تخصیص اولیه57
5-4- تدوین مدل غیرقطعی برمبنای روش بهینه‌سازی سناریوها60
5-5- تدوین مدل تخصیص کمی و کیفی همکارانه62
5-6- بازتوزیع سود ائتلاف با استفاده از مدل‌ بازی همکارانه FVLC63
5-6-1- بازی دو جانبه همکارانه FVLC63
5-6-2- نحوه تبدیل بازی چندجانبه به بازی دو جانبه64
5-7- جمع‌بندی65
فصل ششم: نتایج مدل پیشنهادی
6-1- مقدمه67
6-2- نتایج مدل تخصیص کمی و کیفی در حالت اولیه و همکارانه67
6-3- صحت سنجی مدل79
6-4- جمع‌بندی82
فصل هفتم: خلاصه، جمع‌بندی و پیشنهادات
خلاصه، جمع‌بندی و پیشنهادات84
منابع86
فهرست جدول‌ها
صفحه

عنوان
جدول 3-1- استاندارد وضعیت بارش براساس SPI36
جدول 4-1- مقادیر سطح، حجم و ارتفاع مخزن سد رودبال41
جدول 4-2- مقادیر تبخیر و بارش بر سطح مخزن سد46
جدول 4-3- نیاز ماهانه و سالانه مصارف صنعتی از سد رودبال (میلیون مترمکعب)46
جدول 4-4- نیاز ماهانه و سالانه مصارف شرب از سد رودبال (میلیون مترمکعب)46
جدول 4-5- نیاز آبی ناخاص محصولات پیشنهادی (مترمکعب در هر هکتار)47
جدول 4-6- الگوی کشت و سطح زیر کشت پیشنهادی برای ارضی آببران در سالهال پرآبی- الگوی تیپ الف48
جدول 4-7- الگوی کشت و سطح زیر کشت پیشنهادی برای ارضی آببران در سالهال نرمال- الگوی تیپ ب48
جدول 4-8- الگوی کشت و سطح زیر کشت پیشنهادی برای ارضی آببران در سالهال خشک- الگوی تیپ پ49
جدول 4-9- عملکرد و قیمت محصولات کشاورزی در منطقه49
جدول 6-1- شاخص SPI در منطقه68
جدول 6-2- مقدار آب تخصیص داده شده به آببران در حالت همکارانه و غیرهمکارانه(MCM)76
جدول 6-3- حد بالا و پایین سود بازتوزیع شده توسط FVLC81
فهرست شکل‌ها
صفحه

عنوان
شکل 4-1- موقعیت قرارگیری منطقه مورد مطالعه39
شکل 4-2- منحنی سطح – حجم – ارتفاع مخزن سد45
شکل 4-3- شکل شماتیک آببران کشاورزی منطقه مورد مطالعه42
شکل 5-1- ساختار مدل پیشنهادی52
شکل 6-1- عملکرد مخزن در سناریو ترسالی70
شکل 6-2- عملکرد مخزن در سناریو نرمال70
شکل 6-3- عملکرد مخزن در سناریو خشک71
شکل 6-4- نسبت مقدار آب تخصیص داده شده به نیاز آبی (آببراول)72
شکل 6-5- نسبت مقدار آب تخصیص داده شده به نیاز آبی (آببردوم)72
شکل 6-6- نسبت مقدار آب تخصیص داده شده به نیاز آبی (آببرسوم)73
شکل 6-7- نسبت مقدار آب تخصیص داده شده به نیاز آبی (آببرچهارم)73
شکل 6-8- تغییرات TDS در نقاط کنترل کیفی در حالت خشکسالی74
شکل 6-9- مقایسه سود حاصل از تخصیص همکارانه وغیرهمکارانه در سناریو خشک75
شکل 6-10- مقایسه نسبت تأمین نیاز آببر سوم در حالت نرمال و حالتی که TDS در آورد رودخانه حداکثر است، در سناریو نرمال80
شکل 6-11- مقایسه مقدار رها شده از مخزن در حالت نرمال و حالتی که آورد رودخانه %80 کاهش یافته است، در سناریو نرمال80

فصل اول
مقدمه1-1- مقدمهرشد جمعیت و شهرنشینی، افزایش تولیدات کشاورزی و تغییرات آب و هوا از یک سو وکمبود منابع آب شیرین در دسترس از سوی دیگر باعث شده است نحوه بهرهبرداری بهینه از منابع آب، بحثی چالش برانگیز باشد. در چند دهه اخیر نظر سیاستگزاران و تصمیمگیران بخش آب با توجه به افزایش رقابت بر سر آب در میان فعالیتهای مختلف انسانی و تأثیر آن بر محیط‌زیست و پرهیز از تصمیمگیریهایی در زمینه تخصیص آب که در آینده پاسخگویی به آن با مشکل مواجه شود، به سوی توسعه سیاستهای پایدار در تخصیص منابع آب، جلب شده است. به همین علت رویکرد برنامه‌ریزی مبتنی بر مدیریت عرضه که با هدف بیشینه‌سازی عرضه آب برای تقاضاهای آبی عمل می‌کند، امروزه جای خود را به رویکردهایی داده است که عواملی مانند کیفیت آب، عدالت، سود اقتصادی و پایداری در سیستم را در نظر میگیرد (Zheng et al., 2011). در نظر گرفتن این عوامل در روند تخصیص منابع آب، لحاظ عدم‌قطعیت‌های موجود در عوامل مذکور و وجود ذینفعان متعدد در یک حوضه آبریز باعث می‌شود اعمال یک رویکرد جامع و پایدار در بهرهبرداری از منابع آبی حوضه آبریز، امری پیچیده و دشوار باشد.در این پایاننامه مدل کمی و کیفی جهت تخصیص آب در سیستمهای رودخانه-مخزن در قالب یک مدل بهینه‌سازی ریاضی فرمولبندی و پیشنهاد گردیده است. این مدل، امکان تصمیم‌گیری در مورد مقدار تخصیص آب به متقاضیان را با لحاظ اثرات بلندمدت خصوصیات هیدرولوژیکی، اقتصادی و زیست‌محیطی، در قالب سه معیار عدالت، بهرهوری و پایداری، با در نظر گرفتن عدم‌قطعیت در پارامترهای هیدرولوژیکی و اقتصادی را برای دست‌اندرکاران بخش آب فراهم مینماید.
در این مدل ابتدا با رویکرد تخصیص همزمان کمی و کیفی آب، براساس سه شاخص یاد شده تلاش شده است، ضمن تخصیص بهینه آب بین آببران، بار آلودگی وارد‌شده توسط آن‌ها که متأثر از مقدار آب تخصیص داده شده است، به گونهای باشد که استانداردهای زیست‌محیطی نیز تأمین شود. سپس با رویکرد تئوری بازی‌ها، مدلی به منظور تخصیص کمی و کیفی منابع آب ارائه می‌گردد که بتواند ضمن توجه به مطلوبیت‌های طرف‌های درگیر و جلب رضایت آنها، سود حاصل در سیستم حداکثر شود. در مدلهای ارائه شده عدم‌قطعیت موجود در پارامترهای هیدرولوژیکی و اقتصادی به ترتیب با استفاده از روش بهینهسازی سناریوها و مدل بازی FVLC لحاظ شدهاند. این مدلهای بهینهسازی در محیط نرمافزار GAMS کدنویسی شده‌اند.
1-2- اهمیت مسئلهبشر تقریباً‌ یک درصد کل آب روی زمین را مورد بهره‌برداری قرار می‌دهد که به صورت آب‌های سطحی (جویبارها، رودخانه‌ها و دریاچه‌ها) و یا آب‌های زیرزمینی (چشمه و چاه) است و همین مقدار اندک پراکنشی نامتناسب دارد. با توجه به توزیع نامناسب زمانی و مکانی بارندگی و همچنین ناکافی بودن ریزش‌های جوی (متوسط بارندگی 250 میلی متر)، ایران در رده کشورهای خشک و نیمه خشک جهان دسته بندی می‌گردد. با چنین اقلیمی، ایران کشوری است که سهم کمتری از همین مقدار اندک منابع آب می‌برد. افزایش جمعیت (از 10 میلیون نفر در سال 1925 به 68 میلیون نفر در سال 2005)، توسعه بهداشت، کشاورزی و صنایع نیز افزایش تقاضای آب را در پی داشته است. این در حالی است که الگوهای مدیریتی و رفتاری ما در مصرف همین منابع ناچیز به گونه‌ای است که گویی مشکلی در این باره وجود ندارد؛ چنانچه در گزارش سال 2007 بانک جهانی، سرعت کاهش منابع آب شیرین در ایران 6 برابر میانگین جهانی عنوان شده است. منابع آب شیرین برای برآوردن نیازهای اولیه انسان، جنبه‌ای حیاتی دارد و حفاظت ناکافی از کیفیت و کمیت این منبع حیاتی منجر به پدید آمدن محدودیت‌های جدی در فرایند توسعه پایدار می‌شود و از این رو استفاده بهینه کمی و کیفی از منابع آب موجود امری اجتناب ناپذیر است. بهره‌برداری بهینه‌ از منابع آب به عنوان یکی از مسائل پایه در تحلیل سیستم‌های منابع آب در چند دهه گذشته مورد توجه محققین قرار داشته است که از عمده‌ترین دلایل آن میتوان به ارزش اقتصادی حاصل از بهره‌برداری بهینه از منابع آب، افزایش نیازهای آبی و کمبود منابع آب در دسترس اشاره کرد. از طرفی کیفیت آب نیز از پارامترهای مهمی است که بسته به مورد استفاده، از طریق ارگانهای مختلف دارای محدودیت‌هایی است. بدین معنی که برای مصارف مختلف استانداردهای مختلفی برای کیفیت آب تعیین گردیده است از اینرو کیفیت آب نیز از پارامترهای تعیین کننده در تعیین سیاست بهره‌برداری از منابع آب موجود است (مجرد، 1391).
باتوجه به نیاز کشاورزی بیش از 94 درصد از کل مصرف آب در بخش کشاورزی میباشد. استان فارس یکی از مهمترین استانهای کشور در تولید محصولات کشاورزی میباشد و با توسعه کشاورزی در این استان و با توجه به نیاز هرچه بیشتر به آب، توجه سیاستگزاران و تصمیم‌گیران بخش آب بیش از پیش به سمت نحوه مدیریت منابع آب این استان جلب شده است (مجرد، 1391).
منطقه داراب با دارا بودن پتانسیل بالقوهای که در زمینه کشاورزی دارد، از قدیم یکی از قطب‌های بزرگ کشاورزی و باغداری در استان فارس بوده است. رودخانه رودبال به عنوان اصلیترین منبع آب سطحی در این منطقه میباشد. متأسفانه در سالهای اخیر با توجه به خشکسالی، آب رودخانه به شدت کاهش یافته و کشاورزان برای تأمین نیاز خود دست به حفر چاههای عمیق و نیمه عمیق متعددی در دشت داراب زدهاند و با برداشت بیش از حد و غیر اصولی باعث شدهاند امروز دشت داراب یکی از دشتهای ممنوعه باشد. سازمان آب جهت کنترل آبهای سطحی در این منطقه و بهبود شرایط، سد مخزنی رودبال را بر روی رودخانه رودبال احداث نموده است (مهندسین مشاور آب نیرو، 1390). حال با توجه به شرایط منطقه و اهمیت موضوع، تخصیص بهینه و کنترل شده منابع آب در سیستم مخزن-رودخانه رودبال امری ضروری است.
1-3- هدفیکی از موارد مهم در بحث بهره‌برداری کمی وکیفی از منابع آب موجود،که تاکنون در بهره برداری بهینه کمی و کیفی از سیستم رودخانه-مخزن مورد توجه قرار نگرفته است، برداشت بهینه از سیستم رودخانه-مخزن براساس سه معیار عدالت، پایداری و بهرهوری میباشد. به همین دلیل هدف اصلی در 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 نشان دادند در صورت همکاری بین کشورهای مذکور، سود اقتصادی حاصله بیشتر است.
Özelkan and Duckstein (1996) متدولوژی را جهت حل یک مسئله اقتصاد منابع آب براساس روش تصمیمگیری چند معیاره ارائه دادند و ایشان کارایی چند روش‌ مختلف تصمیم‌گیری چند‌معیاره را در مدل پیشنهادی خود مورد بررسی قرار دادند. روشهای به کار گرفته شامل PROMETHEE-I, PROMETHEE-II، روش آنالیز چند‌معیاره‌ Q، GAIA، بازی‌های همکارانه و CP میباشند. ایشان به این نتیجه رسیدند که هیچکدام از مدلها برتری قابل ملاحظهای نسبت به دیگری ندارد.
Dinar and Howitt (1997) به بررسی روش‌های مختلف لحاظ معیارهای پایداری و مقبولیت در بازتوزیع هزینه‌‌های حفاظت ‌زیست‌محیطی منابع آب بین آلوده‌کنند‌گان مختلف آن پرداختند. ایشان از شرط مقبولیت به عنوان شاخصی از معیار عدالت در بازتوزیع هزینه‌ها استفاده کردند. در این تحقیق، از چهار روش Nash-Harsnayi، Shapley، Nucleolus و روش اختصاص نسبی هزینه به منظور بازتوزیع هزینه‌ها استفاده شده است. نتایج این تحقیق، نشان‌دهنده این بوده است که بازتوزیع هزینه‌ها، وابستگی زیادی به شرایط طبیعی حاکم بر بازه‌ زمانی مورد بررسی دارد. ایشان همچنین به این نتیجه رسیدند که روش‌های مختلف بازتوزیع هزینه‌ها، از نظر معیارهای پایداری و مقبولیت با هم تفاوت دارند.
Frisbold and Caswell (2000) یک مدل بازی همکارانه را به منظور تعیین نحوهی تخصیص منابع آبی مشترک تدوین نمودند. ایشان به وسیلهی این مدل، قابلیت تئوری بازی‌ها در حل اختلاف بر سر منابع آبی مشترک بین دو کشور آمریکا و مکزیک مورد ارزیابی قرار دادند. در این تحقیق، توانایی تئوری بازی‌ها در حل اختلاف بین طرفین، مشخص گردیده اما قیاس مزایای روش تئوری بازی‌ها با سایر روش‌های حل اختلاف معمول، صورت نپذیرفته است.
Kilgour and Dinar (2001) یک مدل بازی همکارانه را به منظور تعیین نحوه‌ی تخصیص آب از رودخانه‌‌ مشترک Ganges در مرز هندوستان و بنگلادش، تدوین نمودند. در این تحقیق، پس از تعیین مقدار آب تخصیصی به هر یک از مصرف کنندگان براساس قوانین تخصیص تدوین شده، سود حاصله بین آببرهای مختلف براساس بازی همکارانه باز توزیع میگردد. در این مدل عدم‌قطعیتها و کیفیت آب بررسی نشده است.
Loaiciga (2004) با استفاده از تئوری بازی‌ها، مدلی را به منظور بررسی و تحلیل مسأله بهره‌برداری از منابع آب زیرزمینی مشترک ارائه داد. در این مدل تابع هدف به صورت حداکثر نمودن سود ناشی از تخصیص آب میباشد. ایشان تابع هدف مدل بهینهسازی خود را به صورت حداکثر نمودن سود ناشی از تخصیص آب با قید رعایت مقدار ارتفاع افت مجاز در سطح سفره آب زیرزمینی، تعریف نمود. مقدار سود خالص حاصله از بهره‌برداری از سفره آب زیرزمینی نیز به صورت تابعی از هزینه پمپاژ، مقدار دبی پمپاژ، قیمت بازاری آب زیرزمینی و زمان، در نظر گرفته شده است. نتایج این تحقیق، نشان‌دهنده این بوده است که تدوین مدل بازی‌های همکارانه و برقراری همکاری بین ذینفعان، امکان برقراری بهره‌برداری پایدار از منابع آب زیرزمینی مشترک را مهیا خواهد کرد.
Xiaokai et al. (2006) سه مدل جهت تخصیص آب رودخانهی زرد با استفاده از تئوری بازی‌ها معرفی نموده است. در این مدلهای تخصیص به ترتیب از سه روش زیر استفاده شده است:
1- سهمیه‌ از پیش تعیین‌شده به هر مصرف‌کننده
2- برداشت تنظیم‌نشده‌ آب
3- مقدار حقابه‌های‌ تعیین‌شده با در نظر گرفتن تجارت حقابه‌ها.
در این تحقیق،‌ به منظور بازتوزیع منافع حاصله، با توجه به ذینفعان حاضر، از مدل چانه‌زنی Nash-Harsanyi کمک گرفته شده است. نتایج حاصله برتری روش سوم را تأیید میکنند. مدل ارائه‌شده در این تحقیق، نیز عدم‌قطعیت‌ها را در مسأله تخصیص آب در نظر نگرفته است و کیفیت آب را نیز در تخصیص، لحاظ نمی‌کند.
Salazar et al. (2007) مدلی را به منظور حل اختلاف در بهره‌برداری مشترک از منابع آب زیرزمینی با استفاده از نظریه بازی‌ها توسعه داده و اثرات زیست‌محیطی نامطلوب ناشی از افزایش برداشت از سفره آب زیرزمینی به منظور افزایش سود حاصله از تولید محصولات کشاورزی را مورد بررسی قرار دادند. همچنین ایشان، افزایش بار آلودگی حاصله از ازدیاد مصرف کود‌های شیمیایی به منظور تولید محصولات کشاورزی بیشتر را نیز در مدل خود در نظر گرفتند. ایشان به منظور تعیین تخصیص‌های بهینه از بین 12 سناریوی مختلف برداشت آب از سفره آب زیرزمینی، از تئوری بازی‌های همکارانه استفاده کردند. در این تحقیق، به کمک چهار روش مختلف حل اختلاف بر مبنای تئوری بازی‌ها، سناریوی بهینه برداشت از سفره آب زیرزمینی ایالت Guanajuato در مکزیک را تعیین نمودند. از جمله نکات قوت این تحقیق، در نظر گرفتن همزمان دو معیار حداکثر‌سازی منافع اقتصادی و حداقل‌سازی مقدار آلودگی آب به نیترات، برای انتخاب سناریوی برتر برداشت آب بوده است.
McKinney and Teasley (2007) متدولوژی مناسب براساس بازی همکارانه برای بهره‌برداری از رودخانهی Syra Darya که بین سه کشور قرقیزستان، ازبکستان و قزاقستان مشترک است، ارائه کردند. این سه کشور به منظورهای متفاوتی از یکدیگر از این رودخانه برداشت میکنند. کشور قرقیزستان که در بالادست رودخانه قرار دارد، بیشتر به منظور تولید انرژی برقابی از رودخانه برداشت میکند در حالی که دو کشور دیگر با توجه به آنکه پتانسیل تأمین انرژی از منابع دیگر را دارند، جهت مصرف شرب و کشاورزی از این رودخانه بهرهبرداری میکنند. محققان این تحقیق، پیشنهاد دادند با توجه به شرایط حاضر کشور ازبکستان و قزاقستان در ازای بهرهبرداری از رودخانه، منابع انرژی خود را در اختیار کشور قرقیزستان بگذارند. ایشان جهت تعیین مقدار پرداخت مالی به ازای آب رها شده از کشور قرقیزستان از بازی همکارانه Shaply استفاده نمودند. باید توجه داشت که این مدل کیفیت آب بازگشتی و عدم‌قطعیتهای موجود را درنظر نگرفته است.
Saak and Peterson (2007) با توجه به آنکه گاهی در مسائل مدیریت منابع آبی اطلاعات موجود دارای نقصهایی میباشند، ایشان مدلی بر مبنای بازی با اطلاعات ناقص به منظور بهره‌برداری از منابع آب زیرزمینی تدوین کردهاند. در تحقیق حاضر آنها نقص اطلاعات مربوط به عدم دانش از مشخصات دقیق سفره آب زیرزمینی، تأثیر مقدار برداشت آب یک مصرف‌کننده بر سود سایر مصرف‌کنندگان و غیره در نظر گرفتند و در نهایت نتایج حاکی از آن است که نقص اطلاعات تصمیمگیران میتواند در کاهش یا افزایش سود و مقدار آب مصرفی تأثیرگذار باشد.
Wang et al. (2008) با استفاده از رویکرد تئوری بازی‌های همکارانه مدلی را جهت تخصیص عادلانه و مؤثر آب درحوضه رودخانهای واقع درAlberta کانادا ارائه دادند. یافتههای پژوهش نشان میدهد تخصیص همکارانه آب در میان آببران براساس این رویکرد، رفاه و رضایت در حوضه را افزایش داده و از خسارات ناشی از کمبود آب میکاهد.
Yang et al. (2008) به منظور بهرهبرداری از رودخانه Guanting در شمال چین، از مدل کمی و کیفی براساس تئوری بازی‌ها استفاده نمودند. در مدل بازی در نظر گرفته ‌شده در این تحقیق، دو سطح در نظر گرفته شده است. بازی سطح اول بین دو استان بالادست و پایین‌دست رودخانه Guanting صورت می‌پذیرد و سپس بازی سطح دوم، در داخل استان پایین‌دست و به منظور توزیع آب مابین شهرهای این قسمت انجام می‌شود. در این تحقیق، شرایط غیر همکارانه و همکارانه بین ذینفعان در نظر گرفته شده و برای بازتوزیع سود حاصل از حالت برقراری بازی همکارانه، از راه حل نش استفاده شده است. ایشان در این تحقیق،‌ به این نتیجه رسیدند که با برقراری شرایط همکارانه بین ذینفعان، سود اقتصادی حاصله از تخصیص آب، به مقدار زیادی افزایش خواهد یافت. در این تحقیق، تأمین نیاز‌ها در حالت همکاری و تدوین مدل بازی همکارانه، نادیده گرفته شده و صرفاً حداکثرسازی سود اقتصادی حاصله از توزیع همکارانه آب بین ذیفنعان مختلف، در نظر گرفته شده است. در حالی که، عدم‌قطعیت‌های موجود در تشکیل همکاری و منافع حاصله از آن، در نظر گرفته نشده است.
Kucukmehmetoglu (2009) اثرات اقتصادی و سیاسی حاصله از سرمایه‌گذاری‌های صورت پذیرفته در بخش منابع آب را مورد بررسی و تحلیل قرار دادند. در این تحقیق، اثرات ایجادشده از ساخت مخزن سد بر روی رودخانه‌های دجله و فرات ما‌بین کشور‌های ترکیه، عراق و سوریه بررسی شده است. در متدولوژی به کار رفته در این تحقیق، جهت محاسبه سود هر کشور و همچنین سود ائتلاف‌های ممکن از مدل بهینه‌سازی خطی استفاده شده است. همچنین از تئوری بازی‌ها به منظور بررسی و تعیین اثرات ساخت مخزن‌های ذخیره‌ آب استفاده شده است. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد در صورتی که همکاری بین کشورها شکل بگیرد، کشورهای عراق و سوریه در دوره‌های خشکسالی، سود قابل توجهی را از طریق عملکرد مخازن کشور ترکیه به دست خواهند آورد. همچنین نتایج این تحقیق نشان دهنده این بوده است که در صورت برقراری همکاری مابین کشورهای ذینفع، به بسیاری از مخازن ساخته‌شده نیازی نخواهد بود. در نتیجه اگر همکاری، قبل از ساخت مخازن صورت می‌گرفت، هزینه‌های ساخت این مخازن صرفه‌‌جویی شده و علاوه بر آن میزان تبخیر و درنتیجه هدرروی آب نیز به میزان قابل توجهی کاهش می‌یافت. این مطالعه نشان می‌دهد که همکاری بین طرفین علاوه بر سودی که از طریق توزیع بهینه‌ آب خواهد داشت می‌تواند سود قابل توجهی را نیز از دیگر جهات نصیب طرفین درگیر بکند. البته در این تحقیق، قدرت تأثیر در تصمیم‌گیری، ناشی از داشتن زیرساخت‌های بیشتر در نظر گرفته نشده است.
Sadegh et al. (2010 and 2011) و Mahjouri and Ardestani (2010 and 2011) از مدل‌های بازی‌های همکارانه در مدیریت تخصیص آب در طرح‌های انتقال آب بین حوضه‌ای استفاده کردند. در این مطالعات، مدل همکارانه تخصیص آب بین حوضه‌ای، قطعی بوده و صرفاً با در نظر گرفتن ائتلافات ساده و فازی به بررسی نحوه تخصیص آب پرداخته شده است. کارایی مدل‌های ارائه شده در این مقالات با استفاده از اطلاعات طرح انتقال آب از سرشاخه‌های کارون به رفسنجان ارزیابی شده است.
Nikoo et al. (2012b) متدلوژی جدیدی براساس تئوری بازی‌ها جهت تخصیص عادلانهی بار آلودگی در رودخانهها ارائه دادند. در این تحقیق ایشان از بازی فازی Bi-matrix و الگوریتم ژنتیک استفاده نمودهاند. در این روش پس از تخصیص اولیه وتشکیل ائتلافهای ممکن، سود ناشی از تخصیص بازتوزیع گردیده است. جهت تدوین قوانین احتمالی تخصیص در بلند مدت از مدلهای هوش مصنوعی BNs و PSVMs استفاده شده است. ایشان مدل پیشنهادی خود را در حوضه رودخانه زرجوب در شمال ایران به کار گرفته و نتایج آن رضایتبخش بوده است.
Nikoo et al. (2012c) مدلی جدید براساس سه معیار عدالت، پایداری و بهرهوری با استفاده از تئوری بازی‌ها و بهینهسازی بازهای برای عملکرد طرحهای انتقال آب بین حوضهای تدوین نمودند. ایشان در این مدل کیفیت آب و حقابه زیستمحیطی در حوضهای که از آن انتقال صورت میگیرد را در نظر گرفتند. ایشان کارایی مدل را در طرح انتقال آب از رودخانه کارون در جنوبغربی ایران به دشت رفسنجان در مرکز ایران مورد بررسی قرار دادند.

پاسخ دهید