بخشی از مقاله
خلاصه
یکی از عوامل کمبود آب در مناطق خشک و نیمه خشک، توزیع غیریکنواخت مکانی و زمانی منابع آب است که انتقال آب بین حوضهای بهعنوان یک راهحل برای رفع این مشکل مطرح میشود. در طرحهای انتقال آب، تخصیص بین حوضهای و رفع اختلاف میان تصمیمگیرندگان یکی از مهمترین مسائل در پذیرش طرح انتقال آب است. تئوری بازیها با توجه به توانایی در نظر گرفتن استراتژیهای بازیکنان و رفتارهای مورد انتظار در ازای هر استراتژی، روش مناسبی برای حل اختلاف است. در این مقاله جهت جبران کمبود منابع آب در فلات مرکزی ایران، طرح انتقال آب بهشتآباد بین دو حوضه کارون و گاوخونی با رویکرد غیرهمکارانه تئوری بازیها بررسی شده است.
در این تحقیق ابتدا تخصیص منابع آب میان بازیکنان، براساس اولویت تاریخی و با استفاده از مدل شبیهسازی MODSIM انجام شده است. سپس با استفاده از رویکرد غیرهمکارانه جنبههای مختلف طرح انتقال آب با بازی ماتریسی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان میدهد، با اجرای طرح انتقال آب، ابتدا حوضه کارون متحمّل هزینه شده و استراتژی آن عدمهمکاری است. اما حوضه گاوخونی با پرداخت انگیزشی که مقدار آن با بازتوزیع سود حاصل از طرح انتقال آب تعیین میشود، استراتژی حوضه کارون را از عدمهمکاری به همکاری تغییر میدهد.
1. مقدمه
امروزه بسیاری از کشورهای جهان با بحران منابع آب مواجه هستند که در کنار این مسائل عوامل دیگری مانند تغییر اقلیم و رشد جمعیت باعث افزایش تقاضا و تشدید تنش آبی میشود. کشور ایران یکی از کشورهایی است که به علت توزیع غیریکنواخت منابع آب و پتانسیل سودآوری بخشهای مختلف به ازای دریافت آب با این بحران مواجه شده است. همچنین به علت توزیع غیریکنواخت، حوضهای دارای منابع آبی مناسب و حوضه دیگر با کمبود منابع آب روبرو است. این توزیع غیریکنواخت مکانی منابع آب توجه مدیران را به طرحهای انتقال آب که یک طرح مدیریتی برای جبران کمبود منابع در یک منطقه است، جلب مینماید.
در طرح انتقال آب، تخصیص بین حوضهای و رفع اختلاف میان تصمیمگیرندگان یکی از مسائل اصلی در پذیرش طرح است. تئوری بازیها یک روش ریاضی است که مسیر حل اختلاف میان تصمیمگیرندگان را نشان میدهد که در آن تصمیمگیرندگان با انتخاب رویکرد و تغییر آن میتوانند، پیامد بهتری حاصل کنند. تاکنون نظریه بازیها در زمینههای مختلف مدیریت منابع آب مانند تخصیص آب، هزینه و سود در میان کاربران، مدیریت آبهای زیرزمینی، تخصیص آب درمیان کاربران مرزی و مدیریت کیفیت آب به کار رفته است .[1]
وانگ و همکاران - 2003 - از رویکرد همکارانه تئوری بازیها برای تخصیص بهینه منابع آب سطحی میان ذینفعان استفاده کردند. نتایج نشان میدهد که سود حاصل از همکاری بیشتر از تخصیص اولیه است .[2] جاست و نتانیاهو - 2004 - برای حل اختلاف مربوط به بهرهبرداری از آبخوان مشترک بین دو کشور اسرائیل و فلسطین از بازیهای غیرهمکارانه استفاده کردند..[3] مدنی و هایپل - 2011 - با استفاده از مفاهیم شاخصهای پایداری مشکلات در دنیای واقعی مانند برداشت دو کشاورز از آبخوان مشترک و مسائل زیستمحیطی مربوط به رودخانه هیرمند را با نتایج ترتیبی مورد بررسی قرار دادند و حالت پایدار را برای هر بازی در دنیای واقعی بدست آوردند .[4] هایپل و مدنی - 2007 - با کمک مدل 1GMCR به حل اختلاف میان کشورهای حاشیه رود اردن پرداختند.
نتایج حاصل از مدل نشان میدهد که به علت شرایط بحرانی سیاسی-اجتماعی بین کشورهای عربی و اسرائیل، حضور شخص سوم روند رسیدن به حالت پایدار را سرعت میبخشد .[5] مدنی - 2010 - با سه نوع بازی پرکاربرد غیرهمکارانه به بحث حل اختلاف در سیستمهای منابع آب در دنیای واقعی پرداخته است. در این مقاله که اطلاعات دقیق و کافی در مورد عملکرد بازیکنان وجود ندارد با استفاده از تئوری بازیها غیرهمکارانه و بازده کیفی استراتژی بازیکنان، حالت پایدار را بدست آورد .[1] مهجوری و اردستانی - 2010 - از روش تئوری بازیها به منظور تشویق ذینفعان برای شرکت در ائتلافها استفاده کردند.
روش شامل دو بخش است، در قسمت اول براساس مطلوبیت بازیکنان و با توجه به معیار عدالت، آب تخصیص داده میشود. در مرحله بعد از یک مدل بهینهسازی برای تخصیص بهینه استفاده شد که سود حاصل از تخصیص بهینه با استفاده از سه بازی شاپلی، SCRB و MCRS میان بازیکنان بازتوزیع شد. نتایج حاصل از تخصیص مجدد نشان میدهد که سود حاصل از بازتوزیع بیشتر از سود حاصل از تخصیص اولیه میان بازیکنان است .[6] صادق و همکاران - 2010 - با حفظ معیارهای اقتصادی و زیستمحیطی به تخصیص بهینه منابع آب در طرح انتقال آب پرداختهاند. بازیکنان برای ماکزیمم شدن سود تشکیل ائتلافهای فازی دادهاند، بعد از تشکیل ائتلافهای فازی سپس با استفاده از روش بازی فازی شاپلی سود حاصل میان بازیکنان بازتوزیع شده است.
این روش برای انتقال آب از حوضه کارون به دشت رفسنجان بررسی شده است. نتایج نشان داده است، سود بازیکنان حاصل از همکاری بیشتر از حالت انفرادیشان شده است .[7]صفاری و همکاران - 2013 - دو روش نش و پیروان و رهبر را برای رودخانه زرینرود مقایسه کردند، در روش رهبر و پیروان سود رهبر - شرکت مدیریت منابع آب ایران - بیشتر از روش نش است ولی روش نش برای بخش کشاورزی، خانگی و صنعت سود بیشتری نسبت به روش پیروان و رهبر دارد .[8] غلامیمهیاری و علیمحمدی - 1391 - انتقال آب بین دو حوضه را با استفاده از تعادل نش در یک مدل غیرهمکارانه بررسی کردند که بازیکنان راهحل غیرهمکارانه را به عنوان حالت پایدار انتخاب میکنند، در حالی که حالت همکارانه پیامد بهتری دارد.
در ادامه با فرض همکاری بین طرفین راهحلهایی برای حفظ منافع دو تصمیمگیرنده ارائه شده است .[9] جعفرزادگان و همکاران - 2014 - یک روش جدید از عملکرد بهینه سیستم انتقال آب بین حوضهای با تلفیق منابع آب سطحی و استفاده از آب زیرزمینی در حوضه مقصد استفاده کردند. با استفاده از مدل بهینهسازی سیاستهای ماهانه برای اختصاص آب به کاربران حوضه مبدأ و مقصد فراهم کردند. در ادامه بازیکنان برای افزایش سود تشکیل ائتلاف میدهند که با هفت بازی تعاونی، سود به صورت یک بازی ریاضی میان کاربران تخصیص داده است.
با استفاده از مدل چانهزنی بازیکنان بر سر دو روش Shapley و SCRB به توافق رسیدند .[10] مهرپرور و همکاران - 2015 - با استفاده از رویکرد همکارانه تئوری بازیها به حل اختلاف در حوضه زایندهرود پرداختهاند. ابتدا با کمک مدل بهینهسازی به تخصیص اولیه پرداخته شده و در ادامه بازیکنان موجود در حوضه زایندهرود برای ماکزیمم شدن سود تشکیل ائتلافهای مختلف دادهاند. روش استفاده شده نشان داده است که مزایای بازیکنان بهبود یافته است .[11] همانطور که مرور پیشینه مطالعات نشان میدهد، از تئوری بازیها در مسائل حل اختلاف منابع آب در سالهای اخیر استفاده شده است. در این تحقیق نیز از مفاهیم تئوری بازیها برای حل اختلاف در طرحهای انتقال آب استفاده شده است.
مطالعات صورت گرفته نشان می دهد که در اکثر مطالعات، بازیکنان با رویکرد همکارانه شروع به بازی کردهاند و مطالعات کمی با رویکرد غیرهمکارانه صورت گرفته است. همچنین در مطالعات صورت گرفته، تا کنون از بازی ماتریسی برای بررسی طرح انتقال آب استفاده نشده است که در این تحقیق با کمک این بازی به تحلیل طرح انتقال آب پرداخته شده است. برای بررسی طرح انتقال آب ابتدا به شبیهسازی تخصیص آب در دو حوضه کارون و گاوخونی پرداخته شده است. در ادامه به بررسی بازی غیرهمکارانه بین تصمیمگیرندگان و تأثیرپذیرندگان در طرح انتقال آب پرداخته و با کمک مدل بهینهسازی استراتژیهای هر بازیکن کمی میشود. کارایی روش پیشنهادی در یک مطالعه موردی، مورد ارزیابی قرار میگیرد.
2. ساختار مدل پیشنهادی
در این تحقیق از رویکرد غیرهمکارانه تئوری بازیها برای حل اختلاف در تخصیص آب انتقالی میان مدعیان در حوضه مبدأ و مقصد استفاده شده است. در مرحله اول، برای تخصیص منابع آب از مدل شبیهسازی 1MODSIM استفاده شده که طرح انتقال آب در مدل MODSIM لحاظ نشده است و تخصیص در هر حوضه براساس منابع موجود صورت گرفته است که به عنوان تخصیص اولیه در مدل تعریف میشود. نتیجه حاصل از این مدل، تخصیص آب به هر کاربر را نشان میدهد که به عنوان محدودیت در مدل بهینهسازی لحاظ میشود.
از مدل بهینهسازی برای تخصیص بهینه آب انتقالی استفاده شده است. برای بازی غیرهمکارانه، ابتدا بازیکنان و استراتژی هر بازیکن برای ورود به بازی تعریف میشود و ساختار مدل بهینهسازی براساس تغییر استراتژی بازیکنان تغییر میکند و ماکزیمم سود حاصل از استراتژی بازیکنان را بدست میآورد. برای ایجاد انگیزه همکاری در حوضه مبدأ، سود حاصل از مدل بهینهسازی میان بازیکنان بازتوزیع میشود. سپس پایداری بازی در رویکرد غیرهمکارانه با بازی ماتریسی و چهار شاخص تعادل نش، عقلانیت کلی، عقلانیت متناسب و تعادل دائمی بررسی میشود.
.1-2 تخصیص اولیه آب با مدل شبیهسازی MODSIM
مدل MODSIM مکانیسم تخصیص آب در حوضه رودخانه را از طریق حل متوالی یک شبکه جریان بهینه برای هر دورهی زمانی شبیهسازی میکند. برای حل مدل بهینهسازی شبکه جریان علاوه بر گرهها و حلقه اصلی که توسط کاربر تعریف میشود، بهطور خودکار شش گره شامل مخزن سطحی - S - ، مخزن آب زیرزمینی - GW - ، سرریز - SP - ، جریان - I - ، تقاضا - D - و در نهایت گره تعادل جرمی - M - و همچنین حلقههای مصنوعی توسط MODSIM جهت ایجاد تعادل جرمی ایجاد میگردد .[12] در این مقاله، تخصیص منابع آب در هر حوضه براساس اولویت و بدون در نظرگرفتن طرح انتقال آب صورت گرفته است. کاربران اصلی در هر حوضه به چهار بخش اصلی شرب، صنعت، کشاورزی و زیست محیطی تقسیم میشوند.
.2-2 ساختار مدل با رویکرد غیرهمکارانه
در بازی غیرهمکارانه هر بازیکن برای ماکزیمم شدن سود خود تلاش میکند و افزایش سود ائتلاف یا گروه برای آن مهم نیست. بازیهای غیرهمکارانه در دنیای واقعی کمک زیادی به حل اختلاف میکنند که در این تحقیق از رویکرد غیرهمکارانه برای بررسی پایداری طرح انتقال آب استفاده شده است. یکی از رایجترین بازیها در رویکرد غیرهمکارانه که برای حل اختلاف در دنیای واقعی استفاده می شود، بازی ماتریسی است. در این بازی هر حوضه رویکردی برای ورود به بازی تعریف میکند.
برای بررسی نتایج بازی از چهار شاخص تعادل نش، عقلانیت کلی، عقلانیت متناسب و تعادل دائمی استفاده میشود. در این تحقیق یک مدل بهینهسازی با رویکرد بازی غیر همکارانه تدوین شده است. ساختار مدل بهینهسازی براساس استراتژی هر بازیکن تغییر میکند که شکل کلی تابع هدف مطابق معادله 1 است که ماکزیمم شدن تابع هدف را نشان میدهد. معادله زیر عملکرد هر بازیکن برای ماکزیمم کردن سود خود، با انتخاب هر استراتژی را نشان میدهد.
