تدوين يك مدل بهينه سازي تخصيص تلفيقي منابع آب و سطح زير كشت با كاربرد تئوري بازي ها، مطالعه موردي اراضي پايين دست سد مخزني نرماب

Developing a Model for Optimizing the Integrated Allocation of Water Resources and Cultivation Area Using Game Theory: The Case Study Downstream Lands of the Narmab Reservoir Dam

مقدمه: با توجه به وقوع خشكسالي‌هاي مكرر در سال‌هاي اخير و افزايش نياز به توليد مواد غذايي، استفاده صحيح و برنامه‌ريزي شده از منابع آب امري حياتي مي‌باشد. در تحقيق حاضر، به منظور تخصيص بهينه مقدار آب، سطح زير كشت و الگوي كشت، يك مدل تلفيقي چندهدفه بهينه­ سازي- شبيه ­سازي، با بكارگيري روش‌هاي بازي همكارانه توسعه داده شده است. روش­: مدل توسعه داده شده كه يك مدل تلفيقي چندهدفه آب سطحي و آب زيرزميني مي ­باشد كه در آن، جهت شبيه‌سازي آب‌زيرزميني از مدل MODFLOW-GMS استفاده شده‌است. اهداف مورد نظر در مدل بهينه ­سازي عبارت از حداكثرسازي عدالت در توزيع، حداكثرسازي سود كشاورزان و حداكثرسازي استفاده از آب سبز مي­ باشند. پس از اجراي مدل مذكور و استخراج منحني تعامل بين اهداف، ارجح ­ترين راه حل، از طريق روش كندورسه به ‌عنوان جواب (گزينه) برتر انتخاب شده است. در ادامه، با تشكيل ائتلاف­ هاي ممكن و به‌كارگيري تئوري بازي­ هاي همكارانه، توزيع مجدد سود بين مناطق مختلف انجام شده‌است. اين مدل براي منطقه كشاورزي محدود به شهرستان ­هاي مينودشت، آزادشهر و گنبدكاووس در استان گلستان واقع در پايين­دست سد مخزني نرماب به‌كار گرفته شد. يافته­ها: نتايج بدست آمده نشان مي ­دهد كه مقدار آب تخصيص داده شده ساليانه، وابسته به سطح زير كشت محصولات تابستانه مي­باشد. همچنين نتايج حاكي از اين است كه حداكثر سود كل و سود در واحد سطح بترتيب متعلق به شهرستان هاي گنبد كاووس و مينودشت مي­با­شد. علاوه بر اين، تشكيل ائتلاف اصلي باعث شده است كه سود هر يك از مناطق، حداقل 3 و حداكثر 40 درصد افزايش داشته باشد. نتيجه ­گيري: در مدل‌ ارائه شده بعنوان يك مدل با رويكرد شبيه‌سازي – بهينه‌سازي، با مديريت ميزان رها سازي آب از سد، برداشت از آبخوان و انتخاب بهترين الگوي كشت متناسب با وضعيت منابع آب، امكان صيانت از اين منابع و در عين حال افزايش درآمد كشاورزان ميسر گرديده است. همچنين با تغيير رفتار كشاورزان در جهت همكاري و شكل‌گيري ائتلاف كلي (اصلي) بين مناطق، افزايش سود ايشان به ميزان قابل توجهي مورد انتظار مي‌باشد.

Introduction: Due to the occurrence of frequent droughts in recent years and the increasing need for food production, effective planning of water resources for irrigation purposes is vital. In the present study, in order to optimally allocate water, cultivation area and pattern, an integrated multiobjective optimization-simulation model has been developed using collaborative game methods. Methods: The developed model is an integrated multi-objective model of surface water and groundwater in which the MODFLOW-GMS model is used to simulate groundwater behavior. The objectives defined in the model are to maximize equity in water supply, maximize farmers' profits and maximize the use of green water. After running the model and extracting the pareto front curve between the objectives, the most preferred solution has been selected as the superior solution through the Condorcet method. Then, by forming possible coalitions and applying the cooperative games, profit reallocation has been done between different regions. Findings: The results show that the amount of water allocated annually depends on the area under summer crops. The results also indicate that the maximum total profit and profit per unit area belong to Gonbad Kavous and Minoodasht counties, respectively. In addition, the formation of the main coalition has increased the profits of each region by at least 3% and at most 40%.