بخشی از مقاله
خلاصه
هدف از این پژوهش ارائه روشی نو و مؤثر با توسعه مدلی برای نوسازی شبکههای آبیاری با رویکرد دینامیک سیستمها است. شناخت بهتر شبکههای آبیاری و آزمایش سیاستهای بهرهبرداری مورد نظر تحت سناریوهای متفاوت و تعیین سیاست مناسب در تامین نیازهای پایه و اساسی شبکهها از مهمترین اهداف ساخت مدل است. در این مدل شرایط مختلف برای نوسازی شبکهها با افزایش کفایت، راندمان، عدالت و پایداری که میتواند منجر به افزایش تامین آب و سطح زیرکشت گردد مورد آزمون قرار میگیرد.
با استفاده از رویکرد سیستمی در نوسازی شبکهها میتوان سیاستهای مناسب را با توجه به اثرات درازمدت آنها در آینده اتخاذ نمود. برای نشان دادن کارایی مدل تهیه شده، شبکه آبیاری قزوین به عنوان مطالعه موردی انتخاب شد و با استفاده از رویکرد پویایی سیستمها تاثیر بهبود راندمان شبکه در اثر نوسازی در سه گزینه مختلف شامل ثابت نگه داشتن سطح زیرکشت، کاهش برداشت از آب زیرزمینی، و سرمایهگذاری در جهت اجرای طرحهای نوسازی بر مطلوبیت سیستم مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصله بیانگر آن است که هر سه گزینه موجب بهبود مطلوبیت سیستم شدهاند، ولیکن این بهبود در گزینه ثابت نگه داشتن سطح زیر کشت از همه بیشتر بوده است.
1. مقدمه
در حال حاضر مدت زیادی از ساخت اولین شبکه های آبیاری در جهان میگذرد و بسیاری از آنها به دلایل مختلفی تخریب شده و یا بصورت غیرفعال درآمدهاند. برخی از این دلایل شامل مشکلات فنی و سازهای، مسائل زیست محیطی، اجتماعی، مدیریت بهرهبرداری و نگهداری، و عدم استفاده بهینه از منابع آب است. مجموعه این عوامل باعث کاهش راندمان آبیاری، فرسوده شدن زودهنگام تاسیسات آبی و آبیاری، و کم شدن عمر مفید آنها در اثر سوء مدیریت میشود. از آنجا که فرصتها و منابع مالی برای ایجاد شبکههای جدید محدود است، بهترین راه حل موجود، سرمایهگذاری در زمینه بهسازی و نوسازی شبکه ها پیشنهاد شده است - کاوهکار و پرورش، . - 1387
ارزیابی سیستم های متداول آبیاری نشان داده است که مطلوبیت اغلب آنها به علت نقص در طراحی و اجرا، عدم نگهداری و تعمیر مناسب، و فقدان مدیریت شایسته پائینتر از حد انتظار میباشد - منعم و همکاران، . - 1379 بنابراین در شبکههای آبیاری مطلوبیت باید پویا و به صورت حالتی از تغییرات پی در پی در عوامل موثر بر آن تعریف شود. در ارزیابی مطلوبیت نسبت به عوامل مختلف، علاوه بر تعیین مولفههای تاثیرگذار بر روی آن لازم است به مکانیزمهای تغییر این مولفه ها در طول زمان و همچنین اندرکنش آنها با همدیگر نیز توجه شود.
مهمترین معیارهای ارزیابی در روش تحویل آب را می توان کفایت، راندمان، عدالت، و پایداری در تحویل آب هم از نظر کفایت و هم از نظر راندمان تحویل در نظر گرفت - محسنی موحد و منعم، . - 1381 در تحقیق حاضر جهت بررسی مطلوبیت، عوامل ذکر شده به همراه انعطاف پذیری مدنظر قرار گرفته است. با در نظر گرفتن اثرات این پنج عامل بر شبکههای آبیاری میتوان مطلوبیت آنها را تعیین نمود.
مدل سیستمیک نوسازی شبکه های آبیاری این امکان را فراهم می نماید تا بازخوردهای تغییرات در راندمان، کفایت، عدالت، پایداری، و انعطافپذیری در تحویل آب به مصرفکنندگان بر روی تغییرات الگوی کشت و سطح زیرکشت مورد مطالعه قرار گیرد. شبکههای آبیاری به منظور ایجاد شرایط مناسب برای بهرهبرداری موثر از منابع آب و افزایش راندمان آبیاری احداث میشوند لیکن به دلیل عدم بهرهبرداری و نگهداری مناسب، شبکههای فوق دارای کارایی نبوده بطوریکه متوسط بازده کل آبیاری در کشور فقط در حدود 30 تا 35 درصد میباشد.
شبکه آبیاری قزوین با هدف انتقال آب از سد انحرافی زیاران به دشت قزوین احداث گردیده و حدود 58000 هکتار از اراضی دشت قزوین را که دارای خاک های درجه 1 و 2 میباشد تحت پوشش قرار میدهد در شبکه آبیاری قزوین توزیع آب پاسخگوی نیاز محصولات کشاورزی متناسب با وسعت کشت پیشبینی شده آنها میباشد و بر همین اساس تحویل میگردد. طبق بررسیهای به عمل آمده شرایط حاکم بر بهرهبرداری از شبکه آبیاری قزوین در وضعیت موجود شامل موارد ذیل میباشد:
محدودیت در تامین آب کشاورزی دشت قزوین از طریق آب انتقالی از رودخانه طالقان، که به لحاظ استفاده از جریان بهنگام از ابتدای بهرهبرداری تاکنون بطور متوسط سالانه 190 میلیون متر مکعب بوده در حالیکه در طرح توسعه رقم 320 میلیون متر مکعب منظور شده بود؛ -2 افت سطح آب زیرزمینی در محدوده شبکه آبیاری بخصوص در ناحیه غربی دشت به لحاظ محدودیت منابع آب سطحی انتقالی؛ -3 تعویق برنامه احداث تغذیه مصنوعی سفره آب زیرزمینی؛ -4 راندمان پایین مصرف آب در مزرعه، تغییر در الگوی کشت و افزایش نیاز آبیاری کشت های جدید؛ -5 فرسوده شدن پوشش بتنی کانالها و عدم کارایی مورد نظر و کاهش راندمان انتقال و توزیع؛ -6 بروز ناهماهنگیها و نبود برنامهریزی مناسب برای بهرهبرداری سازگار با منطقه از منابع آب در دسترس. در مجموعه تحقیقات اشاره شده در بالا علیرغم توجه به عوامل متنوع تأثیرگذار بر روی عملکرد شبکه، به مکانیزم شکلگیری رفتار سیستم ناشی از تأثیر عوامل فوق کمتر پرداخته شده است.
همانطور که در شکل 1 تغییرات راندمان کاربرد و راندمان انتقال و توزیع و در نهایت راندمان کل شبکه قزوین از سال 1370 تا سال 1385 نشان داده شده است، ملاحظه میشود راندمان، که به عنوان یکی از پارامترهای تاثیرگذار بر مطلوبیت شبکه تا سال 1385 مورد استناد قرار میگیرد، به طور کلی در حال کاهش است و بررسی آن در نوسازی شبکه های آبیاری با رویکرد پویایی سیستمها ضروری به نظر میرسد.
تغییرات راندمان کاربرد و راندمان انتقال و توزیع و در نهایت راندمان کل در شبکه قزوین - - Siahi, 2007
در تحقیق حاضر پس از تهیه مدل سیستمیک عوامل تاثیرگذار بر نوسازی شبکه های آبیاری و بررسی الگوی رفتاری حاکم بر آنها، با توجه به بررسی های انجام شده، یک قسمت از مدل برای شبکه آبیاری قزوین اجرا شده و اثرات تغییر سیاستهای موجود در آن نشان داده شده است. برای این منظور، شکلگیری مکانیزمهای تاثیرگذار در شبکه قزوین و نوع رفتار شبکه شبیهسازی شده است. نتایج این شبیهسازی را میتوان در اتخاذ سیاستهای نوسازی در جهت پایداری شبکه مورد بهرهبرداری قرار داد. در این راستا عواملی که مبنای سیاستگذاری در مدل نوسازی شبکه آبیاری قزوین قرار گرفتهاند به شرح ذیل تقسیم بندی شدهاند:
الف - افزایش نیاز آبیاری به علت کاهش راندمان از پیش بینی 50 تا 55 درصد در طرح اولیه به 35 درصد در حال حاضر - سیاهی، - 1386 که میزان نیاز آبی در هکتار را از متوسط حدود 7000 متر مکعب به 10567 متر مکعب در هکتار افزایش داده است؛
ب - افزایش برداشت از منبع آب زیرزمینی به علت افزایش نیاز آبیاری ناشی از کاهش راندمان و عدم تحقق تامین آب سطحی از سد مخزنی در شرایط ساخت کامل شبکه و در نتیجه تداوم روند پایین رفتن سطح آبخوان در وضعیت فعلی به دلیل برداشت بیش از آبدهی مطمئن سفره آب زیرزمینی؛
ج - افزایش سطح تحت پوشش شبکه از 52000 هکتار در طرح اولیه به حدود 59000 هکتار در شرایط فعلی به لحاظ آببری اراضی حاشیه پاییندست شبکه؛
د - افزایش فرسودگی پوشش کانالها و عدم کارایی لازم و مدیریت صحیح بهره برداری و عملیات تعمیرات و نگهداری درست و بموقع. در اجرای مدل دینامیکی اثرات سه گزینه مدیریتی شامل ثابت نگه داشتن سطح زیر کشت، کاهش برداشت از آب زیر زمینی، و بهبود عملیات بهره برداری و نگهداری در راستای نوسازی شبکه قزوین شبیهسازی شده و چگونگی تاثیر تغییرات راندمان بر مطلوبیت سیستم ارائه شده است.
.2 مواد و روشها
رویکرد پویایی سیستمها - The system dynamics approach -
رویکرد پویایی سیستمها جنبهای از تفکر سیستمی در مدیریت و برنامهریزی سیستم ها می باشد که به درک چگونگی و چرایی ایجاد پویایی کمک می کند و بعد از حصول این درک، یافتن سیاست هایی را برای بهبود عملکرد سیستم آسانتر میکند . - Vlachos et al., 2005 - متدولوژی پویایی سیستمها یک رویکرد مدلسازی و شبیهسازی است که مخصوصا برای مشکلات مدیریتی طولانیمدت، مزمن، و پویا طراحی میشود.
این روش بر درک چگونگی اندرکنش فرایندهای فیزیکی، جریان اطلاعات و سیاستهای مدیریتی تمرکز میکند که به چه نحو این عوامل پویایی متغیرهای مورد نظر را ایجاد مینمایند. مجموعه روابط بازخوردی میان این ترکیبات بیان کننده ساختار سیستم میباشد - . - Vlachos et al., 2005 مهمترین اصل رویکرد پویایی سیستم این است که ساختار سیستم در طول زمان الگوهای رفتار آنها را ایجاد می کند که این موضوع در تحلیل رفتار سیستم مورد نظر اهمیت ویژهای دارد . - Vlachos et al., 2005 -
رویکرد نوسازی در شبکههای آبیاری
چشم انداز تاریخی مسایل شبکههای آبیاری نشان میدهد که به طور کلی پس از تجربیات فراوان، توجه توامان به شرایط فیزیکی و مدیریتی شبکههای آبیاری برای توسعه آنها باید مدنظر قرار گیرد. نوسازی شبکههای آبیاری فرایند توسعه بهرهوری منابع مورد استفاده با ارتقاء سختافزار و نرمافزار و بهبود خدمات تحویل آب به مصرفکنندگان است. اصول طراحی مدرن که در نوسازی شبکه ها باید مورد توجه قرار گیرد شامل موارد زیر می شود:
-1 تامین مطمئن و به موقع آب مورد نیاز در کلیه سطوح شبکه،
-2 طراحی فنی و هیدرولیکی صحیح سیستم برای تامین اهداف فوق همراه با برنامه عملیاتی بهرهبرداری,
-3 حضور نظاممند مصرفکنندگان در کلیه سطوح تصمیمگیری و عملیاتی,
-4 بهرهگیری مناسب از فناوریهای جدید و خودکارسازی سامانههای آبیاری,
-5 تامین انعطافپذیری با برنامهریزی تحویل و توزیع مناسب آب برای مصرف . - FAO, 2002 - اولین گام در نوسازی شناخت عمیق عملکرد حال حاضر سیستمها است. هدف از این شناخت, مشخص کردن اقدامات اصلاحی فیزیکی و مدیریتی لازم برای بهبود عملکرد سیستم است. این شناخت باید بتواند بهترین شیوهها را برای حل مسئله تعیین بنماید . - FAO, 2002 - در نوسازی شبکههای آبیاری عوامل اصلی که برای تعیین مطلوبیت شبکه به کار میروند عبارتند از: راندمان و کفایت آب در شبکه، عدالت، پایداری، و انعطافپذیری در تحویل آب به مصرفکنندگان.
مدل نوسازی شبکههای آبیاری با رویکرد دینامیک سیستمها
با توجه به اهمیت آگاهی از عملکرد شبکههای آبیاری برای مدلسازی با رویکرد دینامیک نوسازی شبکهها، لازم است عوامل موثر بر مطلوبیت این سیستمها به نحو شایستهای شناسایی گردد. مراحل مختلف مدلسازی با رویکرد دینامیک سیستمها به صورت زیر میباشد - : - Stave, 2002
- 1 تعریف مسئله و توسعه مدل مفهومی آن، -2 تعیین مرز سیستم، -3 تبیین فرضیه های دینامیکی، -4 توسعه مدل شبیهسازی، -5 صحتسنجی مدل، -6 اجرای مدل و آزمون گزینهها
تعریف مسئله: تعریف مسئله عبارتست از بیان دغدغهای که از بررسی روند تغییرات متغیر مرجع - متغیری که در سیستم، رفتاری نامطلوب از آن مشاهده میشود - نتیجه میگردد. در مسئله نوسازی شبکهها، ضعف عملکرد و کاهش سطح مطلوبیت دغدغه مورد نظر است. مشاهدات در اغلب شبکه های آبیاری نشان دهنده ضعف عمومی عملکرد نسبت به میزان پیشبینی شده میباشد.
تعیین مرز سیستم: این مرحله شامل معرفی متغیرهای تاثیرگذار بر و تاثیرپذیر از سیستم مورد مطالعه است که متغیرهای درونزا1 نامیده میشوند. این امر به معنی تعیین مرزی از سیستم که در مدلسازی لازم است در نظر گرفته شود میباشد. متغیرهای موثر بر رفتار متغیر مرجع تحت عنوان متغیرهای فرعی نامیده می شوند. در این مسئله این متغیرها عبارتند از: -1 تقاضای آب؛ -2 اجرای طرحهای نوسازی؛ -3 محدودیت منابع آب. در مقابل، متغیرهای برونزا2 متغیرهایی هستند که فقط بر روی سیستم تاثیر میگذارند اما از آن تاثیر نمیپذیرند.
تبیین فرضیههای دینامیکی: در این مرحله از مدلسازی، باید نحوه تاثیر عوامل متعدد در سیستم را بر متغیرهای فرعی به صورت نمودارهای علیتی به گونهای بیان نماییم که بتوانند در مورد شکلگیری رفتار متغیرهای مرجع توضیح مناسبی را ارایه نمایند. نمودار علیتی مسئله شامل الگوهای رفتاری و دینامیکهای حاکم بر اجزای سیستم میباشد. ابتدا الگوهای رفتاری و سپس دینامیکهای حاکم بر اجزای سیستم معرفی میشود و نهایتا نمودار علیتی حاکم بر نوسازی شبکهها تشریح میگردد. مدل مفهومی حاکم بر شبکههای آبیاری به صورت شکل 2 در نظر گرفته شده است و بر این اساس قسمتهای مختلف آن توضیح داده میشود.
