بخشی از مقاله
چکیده
استفاده از مدلهای برنامهریزی ریاضی برای تعیین الگوهای زراعی مناسب همسو با مدیریت پایدار منابع آب، از جایگاه ویژهای برخوردار است. در پژوهش حاضر برای دستیابی به اهداف موردنظر در دشت قزوین، از دادههای آماری سال 1389 -90 و مدل برنامهریزی ریاضی فازی استفاده شد. ابتدا با درنظرگرفتن حداقل و حداکثر منابع موجود در منطقه، برای تخصیص منابع آب در سیستم زراعی از مدل برنامهریزی خطی استفاده شد. سپس، با استفاده از مدل برنامهریزی فازی، الگوی کشت بهینهای برای دستیابی به حداکثر سود و حداقل استفاده از منابع آب ارائه گردید. نتایج نشان داد که با بکارگیری مدل ارائه شده و افزایش سطح زیرکشت محصولات کمآبتر، مجموع سود سالانه قابل استحصال در دشت قزوین از 19273/2 به 21705/3 میلیون ریال - حدود 13 درصد - افزایش مییابد و از هدررفت آبهای اضافی ممانعت میشود.
.1 مقدمه و هدف
مجموعه اقداماتی که تاکنون در کشور در ارتباط با تأمین آب کشاورزی انجامشده، عمدتاً در زمینه مدیریت تولید و عرضه آب بوده و کمتر توجهی به مصرف آب شده است. از آنجایی که عرضهی آب همیشه محدود بوده و مقدار آن با ازدیاد جمعیت به طور مداوم افزایش یافته، برنامهریزی در راستای استفاده بهینه از منابع آب از اهمیت ویژهای برخوردار است. با کمیابتر شدن آب در مناطق مختلف کشور، ضرورت استفاده از مکانیزمهای مناسبتر جهت تخصیص و بهرهبرداری از منابع آب بیشتر احساس میشود .[4] توزیع نامتقارن بارندگی در ایران منجر به ظهور اقلیمهای خشک و نیمهخشک در مناطق مختلف آن گردیده است. این مناطق علیرغم برخورداری از توانمندیهای بالقوه، در توسعه و پیشرفت خود با عوامل محدودکنندهی بیشماری مواجه هستند .[8]
با برنامهریزی دقیق و اعمال مدیریت همهجانبه در این مناطق میتوان شاهد شکوفایی اقتصادی، فرهنگی و اجتماعی بود. امروزه دولتها پی به این نکته بردهاند که از ذخایر آبی باید حداکثر بهرهبرداری را با کمترین اتلاف و ضایعات به عمل آورد .[10] بنابراین مدیریت منابع آب بخشی از برنامهریزی توسعه کشورها تلقی میشود و هر کشوری بر مبنای میزان منابع آب دردسترس، استراتژی و برنامه خاصی را برای بهرهبرداری بهینه از منابع آب موجود اجرا مینماید .[1]
تعیین الگوی بهینه کشت برای یک منطقه کشاورزی در جهت حفظ و پایداری منابع آب، با مجهولات فراوانی همراه است. تنوع محصولات قابل کشت، درصد کشت، میزان نهادههای استفاده شده، میزان آب موردنیاز، حداکثر پتانسیل خاک منطقه، میزان سوددهی هر محصول و همچنین میزان منابع آب دردسترس از جمله عواملی هستند که در تعیین الگوهای مناسب کشت موثر می باشند. بدین منظور، برای لحاظ نمودن کلیه شرایط و عواملی که در تعیین برنامههای زراعی تأثیرگذار میباشند، از مدلهای برنامهریزی ریاضی استفاده میشود .[9]
دشت قزوین بزرگترین حوضه آبریز دریاچه نمک و یکی از دشتهای مستعد کشور برای تولید محصولات کشاورزی است که همانند بسیاری از دشتهای کشور بیلان آب زیرزمینی در آن منفی است. این دشت، به واسطه شهرستانهای قزوین، تاکستان، آبیک، بوئینزهرا و الوند احاطه شده و سالانه بیش از 200 میلیون مترمکعب اضافه برداشت از منابع آب زیرزمینی آن صورت میپذیرد. مجموع تغذیه آبخوان دشت قزوین 1260/5 میلیون مترمکعب است. درحالی که، مجموع تخلیه این آبخوان به 1458 /66 مترمکعب نیز میرسد. گندم، جو، ذرت، نخود، لوبیا و عدس عمدهترین محصولات زراعی هستند که در این دشت کشت میشوند. به طور کلی، سهم تخلیه بخش کشاورزی از آبخوان دشت قزوین حدود 1353 میلیون مترمکعب است که حدود 858 میلیون مترمکعب آن در بخش زراعی برای تولید محصولات عمده فوق مصرف میشود. با توجه به اینکه استفاده از آبهای سطحی در این دشت به صورت فصلی میباشد، در فصولی که کمبود آب برای زراعت وجود دارد آب مورد نیاز از طریق چاههای حفرشده تأمین میگردد. این عامل باعث کاهش سالیانه 1/6 متر سفرههای آب زیرزمینی و نشست زمین در حدود 25 سانتیمتر شده است .[3]
با توجه به مسائل فوق، هدف اصلی این مطالعه تعیین یک الگوی مناسب برنامهریزی ریاضی به منظور تخصیص بهینه منابع آب در زمینه زراعت محصولات عمده دشت قزوین میباشد تا بتوان تغییرات مختلف و دامنهدار اقتصادی را با توجه به شرایط زمانی و مکانی وارد الگو نموده و به نتایج مطلوب رسید. دستیابی به این امر، با توجه به اهداف اساسی زیر صورت میگیرد:
-1 شناسائی الگوی فعلی کشت و میزان استفاده از منابع آب در منطقه -2 تعیین الگوی بهینه کشت با هدف حداکثرنمودن سود فعالیتها و سنجش میزان اختلاف الگوی کشت موجود و الگوی کشت بهینه -3 تعیین عوامل محدودکننده تولید و اندازهگیری مقادیر بلااستفاده عوامل تولید و نهادهها.
.2 تئوری و پیشینه تحقیق
طی سالهای اخیر مطالعات داخلی و خارجی متعددی در زمینه تعیین الگوی بهینه کشت و تخصیص منابع آب در بخش کشاورزی صورت گرفته است. نتایج تحقیقی که برای تعیین الگوی کشت و آبیاری بهینه با استفاده از برنامهریزی غیرخطی انجام شد، نشان داد که الگوی کشت مدل غیرخطی موجب 20 درصد افزایش سود خالص نسبت به مدلهای خطی میگردد .[14] در تحقیقی دیگر با استفاده از یک مدل برنامهریزی پویا، آب و زمین اختصاصیافته به هر گیاه در یک فصل رشد بهینهسازی شد. در این تحقیق ابتدا برای هر گیاه، به ازای سطوح مختلف کمبود آب در مراحل مختلف رشد، عملکرد نسبی به کمک تابع تولید آب محاسبه و بر این اساس عملکرد بهینه برای هر گیاه به دست آمد .[13] در پژوهشی جهت بررسی تأثیرات ناشی از ریسک و عدم اطمینان بر الگوی بهینه کشت و نحوه تخصیص آب در اراضی دره اردن از رهیافت برنامهریزی ریسکی موتاد استفاده شد. بر اساس نتایج مشخص شد که اگر ملاحظات ریسکی نیز وارد مدل شود، به دلیل نبود نوسانهای قیمت غلات در مدل برنامهریزی ریسکی سهم غلات در الگوی کشت منطقه مورد مطالعه افزایش مییابد .
[12] در پژوهشی به منظور بررسی تغییرات ایجاد شده در الگوی کشت و درآمد حاصل از مزارع و تأثیر هر یک بر منابع آب سطحی و زیرزمینی کشورهای جهان سوم که از مشکلات آب، غذا و بهداشت رنج میبرند، از یک مدل بهینهسازی خطی و یک مدل بهینهسازی غیرخطی استفاده شد. نتایج نشان داد که کاهش سطح زیرکشت محصولات پرآب و جایگزین نمودن محصولات با نیاز آبی کمتر در الگوی کشت اغلب کشورها سبب افزایش درآمد کشاورزان در مزارع تحت کشت میشود و به حفظ و پایداری منابع آب سطحی و زیرزمینی کمک مینماید .[11] در کشور نیز مطالعات متعددی براساس کاربرد روشهای برنامهریزی ریاضی در تعیین الگوی بهینه کشت صورت گرفته است. نتایج تحقیقی که برای تعیین برنامه بهینه واحدهای کشاورزی استان آذربایجان غربی در جهت حفظ و پایداری منابع آب با استفاده از روشهای برنامهریزی خطی و آرمانی انجام شد، نشان میدهد که الگوی کشت حاصل از برنامهریزی آرمانی تفاوت قابل توجهی با نتایج حاصل از کاربرد روش برنامهریزی خطی دارد .
[5] تحقیق دیگری که به منظور تعیین الگوی بهینه کشت، مقایسه الگوی فعلی با الگوی بهینه، مقایسه درآمد گروههای مختلف درآمدی در برنامه بهرهبرداری کنونی و بهینه و همچنین تعیین حاشیه ایمنی زارعین با استفاده از برنامهریزی ریاضی در دشت قزوین انجام شد، حاکی از آن است که تعیین الگوی بهینه کشت علاوه بر بهبود درآمد زارعین منجر به پایداری منابع آب در بلندمدت میشود .[1] در تحقیقی دیگر، برای تعیین الگوی بهینه کشت در شهرستان قوچان از مدل برنامهریزی کسری خاکستری استفاده شد. با توجه به یافتههای این پژوهش، به منظور دستیابی به سطحی پایدار در منابع آب سطحی و زیرزمینی این شهرستان، کاهش سطح زیرکشت گندم آبی، جو آبی و یونجه و افزایش سطح زیرکشت جو دیم توصیه شد .[6] در زمینه تعیین برنامه زراعی همسو با مدیریت منابع آب مطالعه دیگری در استان کهگیلویه و بویراحمد صورت گرفت که به مقایسه توانایی رهیافت برنامهریزی امکان در ارایه الگوی بهینه کشت با رهیافت برنامهریزی فازی و قطعی پرداخت. یافتهها نشان داد که در ارایه الگوی بهینه، رهیافت برنامهریزی امکان بر دو رهیافت دیگر برتری دارد که این برتری با افزایش تعداد اهداف محسوستر میشود .[2]
تحقیقات بررسی شده نشان میدهند که امروزه مدلهای برنامهریزی ریاضی در سطح وسیعی برای کمک به مدیریت منابع آب مورد استفاده قرار میگیرند. علت توسعه کاربرد این مدلها در بخش کشاورزی، توانایی آنها در تعیین برنامههای زراعی مناسب، به ویژه در شرایط ریسک و عدم قطعیت میباشد. از جمله مدلهای برنامهریزی ریاضی که این انعطاف و قابلیت را دارا میباشند، مدلهای فازی هستند. به همین منظور، در مطالعه حاضر از این نوع مدلها برای تعیین برنامه زراعی استفاده شد.
.3 مواد و روشها
برنامهریزی خطی یکی از ابزارهایی است که به وسیله آن میتوان از بین گزینههای مختلف، گزینهای را که حداکثر کارایی، یعنی بالاترین نسبت ستاده به نهاده را دارا است، انتخاب کرد .[7] شکل کلی مدل برنامهریزی خطی به صورت زیر میباشد: که در آن z تابع هدف، x متغیرهای تصمیم، c سهم هر یک از متغیرها در تابع هدف، a ماتریس ضرایب فنی و b سمت راست محدودیتهای مدل میباشد که میزان کل منابع دردسترس را نشان میدهد .[7] افزون بر مدلهای برنامهریزی خطی یکی دیگر از پرکاربردترین مدلها در برنامهریزی ریاضی، مدلهای برنامهریزی فازی هستند. این مدلها با در نظر گرفتن عدم قطعیت در پارامترهای خود، ساختار محدودیتها و توابع هدف برنامهریزی ریاضی کلاسیک را به صورت فازی فرموله میکنند .[15] ساختار کلی مدل برنامهریزی فازی به صورت زیر میباشد:
