مديريت آب هاي زيرزميني دشت اردبيل با استفاده از مدل سازي عامل بنيان

Groundwater Management in Ardabil Plain Using Agent-Based Modeling

تعاملات اجتماعي-هيدرولوژيكي يكي از الزامات مهم براي مديريت منابع آب در مناطق تحت تنش آبي است. آبخوان اردبيل يكي از آبخوان‌هاي ممنوعه تحت فعاليت‌هاي شديد رو به رشد است. سطح آب زيرزميني در اين آبخوان به طور چشمگيري كاهش يافته است و اين منطقه را به سوي يك فاجعه‌ي محيط زيستي هدايت مي‌كند. در اين مطالعه، يك مدل شبيه‌سازي-بهينه‌سازي براي حل مشكل آب زيرزميني اردبيل توسعه داده شده است كه تغييرات تراز آب زيرزميني را شبيه‌سازي و مقادير بهينه براي استخراج آب را تعيين مي‌كند. اين مدل‌ها به وسيله‌ي يك روش جديد توسعه داده شده در MATLAB به هم متصل شده‌اند كه امكان دسترسي به بسته‌هاي مختلفMODFLOW را فراهم كرده و براي اجراي مكرر مدل‌ها حافظه‌ كمتري را اشغال مي‌كند. مدل شبيه‌سازي-بهينه‌سازي به منظور شبيه‌سازي رفتار و تعامل ذينفعان به يك مدل عامل بنيان متصل شده است. به همين منظور ابتدا ذينفعان كليدي و مطلوبيت هر يك از آن‌ها تعيين شده است. سپس الگوريتم بهينه‌سازي ازدحام ذرات به منظور برآورد مقادير برداشت آب، استفاده و در مرحله بعد با استفاده از روش برنامه‌ريزي سازشي بهترين گزينه از ميان مجموعه جواب‌ها با لحاظ ديد كارشناسي انتخاب شده است. در نهايت، مدل عامل بنيان با در نظر گرفتن تنش‌هاي اجتماعي و قوانين مديريتي (تشويقي و جريمه‌اي) مقادير برداشت نهايي را فراهم كرده است. نتايج نشان مي‌دهد كه تقاضاي آب زيرزميني در مقايسه با مقدار اوليه به ميزان 22 درصد كاهش يافته است. اين ميزان كاهش تقاضا باعث افزايش 90 سانتي متري سطح آب زيرزميني به طور متوسط براي كل دشت شده است.

Modeling socio-hydrological interactions are one of the essential requirements for water resources management in water-stressed areas. The Ardabil aquifer (Northwestern Iran) is one of the restricted aquifers under intense development activities. The water table is dramatically declining and leading the area to an environmental disaster. In this study, a simulation-optimization model has been developed for solving the Ardabil groundwater problem, which simulates groundwater level changes and determines the optimal water exploitation values. These models have been linked by a new method in the MATLAB which provides access to various MODFLOW packages and takes up less memory. The simulation-optimization model has been then linked to an agent-based model, which simulates agents’ behavior and their interactions. For this purpose, firstly the key agents and their desirability have been determined. Then, the particle swarm optimization algorithm is used to estimate the agents’ desired groundwater exploitation values. In the next step, the best solution using the compromised programming method is selected according to the experts' point of view. Finally, the agent-based model provided the final exploitation values, taking into account social pressure and management rules (incentive and penalties). The results show that groundwater demand is reduced up to 22% in comparison to the initial value. This demand reduction resulted in 90 cm of the increase in the groundwater level for the entire plain.