نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• علی کلاهدوزان ¹
• حامد نوذری ²
• صفر معروفی ³

¹ دانشجوی دکتری گروه علوم و مهندسی آب دانشکده کشاورزی دانشگاه بوعلی سینا

² دانشیار گروه علوم و مهندسی آب دانشکده کشاورزی دانشگاه بوعلی سینا

³ استاد گروه علوم و مهندسی آب دانشکده کشاورزی دانشگاه بوعلی سینا.

چکیده

در سال‌های اخیر تضاد منافع زیست‌محیطی با معیشت کشاورزان به یکی از مهمترین مسائل روی میز حکمرانی محیط زیست و کشاورزی در حوضه آبریز زاینده‌رود تبدیل شده‌است. بنابراین دستیابی به نقطه تعادل میان سود اقتصادی با استفاده از الگوی کشت‌بهینه و جلوگیری از برداشت بی‌رویه منابع آب‌زیر‌زمینی از اهمیت بالایی برای سیاست‌گذاران این حوزه برخوردار است. در این پژوهش تابع محیط زیست با استفاده از محدودیت منابع آبی و تابع اقتصادی با استفاده از سود اقتصادی محصولاتی که در دشت کوهپایه‌سگزی کشت می‌گردد در بازه زمانی 1376 – 1390 مدل‌سازی گردید. تابع نش با استفاده از بهینه سازی غیر خطی مقید با توجه به محدودیت منابع آبی در هرسال بهینه شد. پس از بهینه‌سازی تابع نش، الگوی کشت محصولات با روش تئوری بازی‌ها و روش برنامه‌ریزی‌خطی محاسبه شد. نتایج نشان داد که کاهش مصرف آب در روش تئوری بازی ها 31 درصد و برای روش برنامه ریزی خطی 17 درصد است. در این حالت میزان کاهش سود برای این دو روش به ترتیب 17 و 4 درصد نسبت به حالت مبنا است. نتایج نشان داد افت آب‌زیر‌زمینی برای هیدروگراف معرف دشت و روش برنامه‌ریزی‌خطی به ترتیب برابر با 69/3 و 04/2 متر است درحالی که در روش تئوری بازی‌های بهینه شده با وزن تابع اقتصادی 5/0 ، تراز آب زیرزمینی دشت افزایش 45/7 متری دارد. با توجه به میزان کاهش مصرف آب، میزان کاهش سود و افزایش تراز آب‌زیر‌زمینی، روش تئوری بازی‌های بهینه شده با وزن 5/0 نسبت به روش برنامه‌ریزی خطی برتری دارد.

کلیدواژه‌ها

• افت آب‌زیر‌زمینی
• برنامه‌ریزی‌خطی
• بهینه‌سازی
• تئوری بازی‌ها
• محیط زیست

موضوعات

• استفاده از مدل ها، معادلات انتقالی، شبکه عصبی

عنوان مقاله [English]

Optimal cultivation model and optimal management of groundwater and surface water resources of Kohpayeh_segzi plain using the integrated model of game theory and optimization algorithm

نویسندگان [English]

• Ali Kolahdouzan ¹
• Hamed Nozari ²
• Safar Marofi ³

¹ PhD student, Water science and Engineering Department, Bu-Ali Sina University

² Associate Professor, Water science and Engineering Department, Bu-Ali Sina University

³ Professor, Water science and Engineering Department, Bu-Ali Sina University

چکیده [English]

In recent years, the conflict between environmental interests and farmers' livelihoods has emerged as one of the most crucial issues in the environmental and agricultural governance of the Zayandeh-Rood watershed. Hence, achieving a balance between economic profitability through the use of an optimal cultivation model and preventing the excessive extraction of groundwater resources holds great importance for policymakers in this field. In this study, the environmental function was modeled by considering water resources limitation, while the economic function was modeled based on the economic profit derived from the products cultivated in the plain of Kohpaye-Segzi in the period of 1996-2011. The Nash function was optimized through constrained nonlinear optimization, taking into account the yearly limitations of water resources. After optimizing the Nash function, the crop cultivation pattern was determined using both the game theory method and the linear programming method. The results indicated a 30% reduction in water consumption with the game theory method, and a 17% reduction with the linear programming method. Additionally, the profit reductions for these two methods were 16% and 3% respectively, compared to the base case. Furthermore, the results revealed that the groundwater level in the representative hydrograph of the plain decreased by 3.94 and 2.23 meters in the game theory and linear programming methods, respectively. Conversely, in the optimized game theory method with an economic function weight of 0.5, the groundwater level of the plain increased by 8.67 meters. Taking into account the reduction in water consumption, profit reduction, and the increase in groundwater level, the optimized game theory method with a weight of 0.5 was found to be superior to the linear programming method.

کلیدواژه‌ها [English]

• Groundwater Drop
• Linear Programming
• Optimization
• Game Theory
• Environment