بخشی از مقاله
چکیده
طی دو دهه گذشته، به دلیل تغییر و تحولات در جمعیت، اقلیم و افزایش رفاه نسبی، میزان مصرف سرانهی آب افزایش یافته است. بنابراین استفاده بهینه از منابع آبی در دسترس اجتناب ناپذیر است. در تحقیق حاضر از مدلهای برنامهریزی ریاضی برای تخصیص بهینه آب بین بخشهای کشاورزی، آبزیپروری و زیستمحیطی مورد استفاده قرار گرفته است. دادههای مورد نیاز این پژوهش مربوط به سالهای 1392-1380، از سازمان آب منطقهای استان گلستان جمعآوری شد.
نتایج نشان داد تحت راندمانهای 37 ، 45 و 51 درصد در طی افق برنامهریزی سه ساله میزان آب تخصیصی به بخش کشاورزی کاهش، میزان آب تخصیص یافته به بخش زیست محیطی افزایش و آب تخصیصی به بخش آبزی پروری بدون تغییر خواهد ماند. به علاوه سطح زیر کشت بعضی از محصولات منطقه تحت این راندمانها تغییری نخواهد داشت.
واژههای کلیدی: تخصیص آب، الگوی بهینه کشت، برنامهریزی خطی، سد وشمگیر
مقدمه
بشر از دیرباز در صدد مهار آب بعنوان اولین نیاز خود بوده است. با گذشت زمان و پیشرفتهای اجتماعی، اقتصادی و صنعتی میزان تقاضا به آب نیز افزایش یافته و لزوم برنامهریزی برای استفاده از این عنصر حیاتی را بیش از پیش روشن ساخته است. از طرفی خشکی و خشکسالی در ایران یک واقعیت اقلیمی است. بنابراین برای کاهش اثرات سوء آن باید راه کار مناسبی را جستجو کرد. منابع آب موجود نیاز آبی گیاهان در مواقع خشکسالی را به طور کامل تأمین نمیکند و لذا گیاهان دچار تنش آبی و در نهایت کاهش عملکرد خواهند شد. در نتیجه، لازم است که نحوه بهرهبرداری از منابع آب موجود و چگونگی تخصیص آب بین گیاهان مختلف بهینه شود تا آثار سوء کمآبی به حداقل ممکن برسد.
با توجه به آمار و ارقام موجود و مطالعات انجام شده در ایران میتوان گفت که آب کمیابترین عامل تولید محصولات کشاورزی است و توسعه بخش کشاورزی رابطه مستقیم با کمیت و کیفیت منابع آب و چگونگی مدیریت و استفاده از این منابع دارد بنابراین، مدیریت آب و استفاده درست از منابع آبی، به لحاظ نقش کارآمد و حساسی که در توسعه پایدار کشور دارد، باید با برنامهریزی اصولی صورت گیرد.
محدودیت منابع آب، افزایش جمعیت، رشد اقتصادی، و متعاقب آن، روند روزافزون رشد تقاضا در زمینههای مختلف، شرایط بحرانی را برای منابع آب رقم زده است که استان گلستان نیز از این مسأله مستثنی نبود. تخصیص بهینه آب مخازن یکی از جنبههای مهم مدیریت منابع آب به شمار میآید. به طوری که از اواخر دهه 50 و به خصوص اوایل دهه 60 موضوع تعداد زیادی از تحقیقات منابع آب در این ارتباط است. سیستمهای طبیعی حوزههای آبریز و مخازن، علیرغم ظاهر ساده از پیچیدگی بسیاری برخوردارند. به نحوی که میتوان آنها را در زمره پیچیدهترین سیستمهای مطرح در مهندسی قلمداد نمود. این پیچیدگی به طور عمده حاصل تصادفی و غیرقطعی بودن متغیرهای دخیل در این سیستمها است.
مطالعات فراوانی در زمینه بهرهبرداری از سیستمهای مخزنی به روشهای بهینهسازی، شبیهسازی یا هر دو روش صورت گرفته است. در این مطالعه از روش بهینهسازی استفاده شده و در ادامه مطالعاتی در این زمینه اشاره شده است.
در مورد تخصیص آب سدهای مخزنی مارون و جره از برنامهریزی خطی استفاده کردند. به دلیل اهمیت اهداف چندمنظوره سدها و هم چنین موازی بودن سدهای یادشده، هر دو مخزن به انضمام رودخانه اعلا به صورت سیستمی و یکپارچه با گام زمانی ماهانه توسط آنها مدلسازی شد. در این پژوهش 5040 متغیر و 2520 محدودیت در طول دوره آماری 30 ساله مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بررسی آنها نشان داد که به دلیل استفاده از روابط خطی در سیاست مخزن، برنامهریزی خطی میتواند نتایج خوبی را به همراه داشته باشد.
برای بهرهبرداری بهینه از سد مخزنی وشمگیر از برنامهریزی خطی استفاده کردند. نتایج بدست آمده نشان داد که سیاست بهرهبرداری مخزن در شرایط عادی و کنونی تنها در ماههای پرآب توانایی تأمین نیازها را دارد و ماههای کمآب، ماههای بحرانی مصرف، میباشند. ضمن اینکه در این سیاست روی سیلابهای احتمالی مدیریتی اعمال نشده و سرریزهای شدیدی در تعدادی از ماهها و سالهای آماری دیده میشود. میزان ذخیره مخزن با استفاده از برنامهریزی خطی در حدود 17 درصد بیشتر از روشهای بهرهبرداری کنونی مخزن برآورد گردید، در نتیجه میزان بهرهبرداری در این روش بیشتر از شرایط کنونی بهرهبرداری بود.
یک مدل الگوریتم ژنتیک قطعی برای بهرهبرداری بهینه از یک سیستم چندمخزنی منابع آب تکمنظوره در شمال خراسان راجهت مصارف کشاورزی، تدوین کردند. هدف اصلی، حداکثر کردن سود خالص ناشی از کاشت تمامی گیاهان در یک الگوی کاشت انتخابی بود. با استفاده از روش برنامهریزی تصادفی دو مرحلهای فازی با پارامترهای بازهای در شرایط عدم حتمیت به بررسی تخصیص بهینه آب سد طرق بین مصارف شهری و کشاورزی پرداختند. نتایج نشان داد که سود بخش کشاورزی نسبت به تخصیص آب حساس تر است. همچنین، دریافتند که در 66 درصد موارد مصرف کننده شهری و در 18 درصد موارد هر دو مصرف کننده دچار کمبود آب خواهند شد.
مدلی را برای تخصیص بهینه منابع آب در بین بخشهای کشاورزی، صنعت و خدمات ارائه کردند. سپس با استفاده از الگوریتم تلفیقی ژنتیک- هوشجمعی ، شبیهسازی تابع هدف و تخصیص بهینه منابع آب بین بخش کشاورزی و صنعت انجام گردید. با توجه به نتایج تخصیص، استفاده از الگوهای کمآبیاری، تغییر الگوی کشت، حذف سطح زیرکشت بعضی از محصولات و استفاده از منابع آبی بیشتر در حوضه صنعت میتواند در بالا بردن درآمدهای حاصله تا 114 میلیارد ریال تأثیرگذار باشد را میتوان ذکر کرد.
از برنامهریزی تصادفی برای بهبود بهرهبرداری از سیستم چند مخزنی بارکینا فاسو2 در شرق آفریقا استفاده کردند. شبکهای از این مخزنها و ساختارهای انحرافی، آب مورد نیاز شهری و آبیاری محصولات کشاورزی را تأمین میکنند. به سبب متغیر بودن بارندگی، جریانهای ورودی به مخزن این ناحیه به دو قسمت فصلی و سالانه تقسیم شد. طبق سناریوهایی که در این مطالعه صورت گرفت پیشبینیهای بارندگی فصلی ممکن است آزادی تصمیمگیری کارآمدتر را به ذینفعان مختلف در حوزه ارائه دهد.
مدل بهرهبرداری مشترک را جهت مصارف آبیاری برای ترکیبی از محصولات مختلف در ایالت کارناتاکا3 هندوستان تدوین کردند. این مدل برای سیستمی شامل مخزن، کانال و آبخوان بکار رفت. تابع هدف، حداکثرکردن مجموع تولید نسبی محصولات تحت سه قید شامل توازن جرمی در مخزن، بیلان رطوبت خاک برای هر محصول و معادلات حاکم بر جریان آب زیرزمینی، در نظرگرفته شده بود. با این مدل بهترین الگوی بهرهبرداری از مخزن، پمپاژ آب زیرزمینی و تخصیص آب به محصولات طی دورههای مختلف رشد انتخاب شد.
با استفاده از مدل برنامهریزی پویای تصادفی بازهای4 برای سیستمهای منابع آب در شرایط عدم حتمیت برنامهریزی کردند. یک سیستم منبع آب فرضی جهت بکارگیری مدل در نظر گرفته شد و دو مدل برنامهریزی تصادفی پویا5 و بهینهسازی اعداد بازهای6 را به منظور مدیریت منابع آب در ترکیب با هم استفاده کردند. سیستم مورد مطالعه آنها دارای سه مصرفکننده شهری، کشاورزی و صنعت و دوره برنامهریزی 15 سال بود که از سه دوره 5 ساله تشکیل میشد. همچنین، آنها فاکتورهای مؤثری که عملکرد سیستمرا تحت تاًثیر قرار میداد مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند. اطلاعات بهدست آمده از این تحلیل توانست یک حمایت تصمیمگیری مهم برای مدیران منابع باشد.
مدلی را توسعه دادند که از اتصال مدل تصادفی دو مرحلهای با برنامه درجه دوم نادقیق 7 - IQP - ایجاد شده بود. در این مطالعه از روش هیدرولوژیکی برای پیشبینی آب آبیاری در دسترس استفاده شد. هدف مطالعه حداکثر کردن سود سیستم برای مدیریت منابع آب بود.
