بخشی از مقاله
چکیده
توجه به امر پایداری و مدیریت منابع آب به عنوان یک منبع بسیار حیاتی، در سالهای اخیر از موضوعی فرعی، به مسئلهای محوری و پر اهمیت، به ویژه در بخش کشاورزی، تبدیل شده است. امروزه برداشتهای بیرویه از منابع آب زیرزمینی افت شدیدی را در کمیت و کیفیت این منابع ایجاد نموده و کشاورزی پایدار را در معرض خطر و تهدید قرار داده است. حفاظت از منابع حیاتی آب در کنار ملاحظات اقتصادی، فضای حاکم بر تصمیمگیری در سامانههای کشاورزی را مستلزم تجدید نگرش جدی نموده است.
در چنین شرایطی، بهرهگیری از رویکردهای کارآمد برنامهریزی ضروری مینماید. برنامه ریاضی ریاضی خطی نشان داد که با ساده ترین تغییرات در سیستم محاسباتی نیز این امان وجود دارد ب=تا به خلاهای موجود در الگوهای کشت منطقه ای دست یافت. نتایج نشان می دهد استفاده از برنامه ریزی خطی ساده باعث کاهش 12,29 درصد سطح زیر کشت منطقه خواهد شدو سطح زیرکشت را 453 هکتار کاهش خواهد داد. در حالیکه سود حاصله تغییر معنی داری نخواهد داشت.
مقدمه
تراکم کشت محصولات زراعی در دشت همدان- بهار به دلیل کشت محصول غلهای گندم در زمستان و محصولاتی چون سیبزمینی، ذرت، چغندرقند و پیاز در تابستان نسبتاً بالا و بین 63 تا 75 درصد است. براساس تلفیق آخرین اطلاعات به دست آمده ماهوارهای و منطقهای بیشترین سطح زیرکشت محصولات زراعی در دشت همدان- بهار مربوط به محصول گندم است که سطحی بالغ بر 7000 هکتار را شامل میشود.
از این میزان حدود 747 هکتار با استفاده از منابع آب زیرزمینی حاصل از استحصال چاهها و قنوات آبیاری میشود. سطح زیرکشت سایر محصولات عمده که منبع تأمین آب موردنیاز آنها نیز ذخایر زیرزمینی دشت بهار است نیز شامل 12000 هکتار پیاز، 2930 هکتار چغندرقند، 210 هکتار ذرت دانهای و 100 هکتار سیبزمینی است. البته باید توجه شود که سطح زیرکشت محصولات منتخب مذکور، بیش از مقادیر ارائه شده فوق است اما اغلب اراضی تحت کشت محصولات منتخب مذکور به کمک منابع آب سطحی آبیاری میشوند که با توجه به هدف اصلی تحقیق حاضر - صیانت و پایداری منابع آب زیرزمینی دشت بهار - در الگوهای برنامهریزی مورد استفاده لحاظ نشدهاند. در واقع، الگوهای بهینه کشت ارائه شده توسط مدلهای برنامهریزی در این تحقیق مختص اراضی زراعیای در دشت بهار هستند که به طور قطع و یقین منابع آب آنها از طریق برداشت مستقیم از سفرههای آب زیرزمینی تأمین میشود.
براساس گزارشات اخیر کارشناسان شرکت آب منطقهای استان همدان - 1393 - ، کمیابی منابع آب مهمترین عامل محدودکننده فعالیتهای اقتصادی در زیربخش کشاورزی دشت همدان- بهار میباشد. به دلیل کاهش نزولات آسمانی طی سالهای اخیر، کم شدن حجم منابع آب سطحی - آب حاصل از آورد رودها و رودخانهها - و گسترش سطح زیرکشت محصولات با نیاز آبی بالا و برداشتهای بیرویه از طریق حفر چاههای غیرمجاز، منابع آب زیرزمینی این دشت با خطر نابودی مواجه شده است. این در حالی است که محدوده مطالعاتی دشت همدان- بهار بدلیل منفی شدن بیلان آب از سال 1371 به عنوان دشتی ممنوعه و بحرانی - به لحاظ وضعیت موجود منابع آب در سطح سفرههای زیرزمینی - اعلام شده است.
مواد و روشها
برنامهریزی خطی، یا همان بهینهسازی خطی، روشی در ریاضیات است که به پیدا کردن مقدار کمینه یا بیشینه از یک تابع خطی روی یک چندضلعی محدب میپردازد
این چندضلعی محدب در حقیقت نمایش نموداری تعدادی محدودیت از نوع نامعادله روی متغیرهای تابع است. به بیان سادهتر به وسیله برنامهریزی خطی میتوان بهترین نتیجه - مثلاً بیشترین سود یا کمترین هزینه - را در شرایط خاص و با محدودیتهای خاص به دست آورد. محل اصلی استفاده برنامهریزی خطی در مدیریت و اقتصاد است، اما در مهندسی نیز کاربردهای فراوانی دارد. در واقع برنامه ریزی خطی بخشی از تحقیق در عملیات و موسوم به علم مدیریت است که اول بار توسط نیروی هوایی ارتش آمریکا بکار گرفته شد. میتوان گفت حدود یکچهارم کل محاسبات علمی که بر روی رایانه انجام گرفته است، به برنامهریزی خطی و مشتقات آن مربوط میشود
مدل برنامهریزی خطی را میتوان به عنوان نوع خاصی از مدل تصمیمگیری در نظر گرفت. در این مدل، فضای تصمیم توسط محدودیتها تعریف میشود، هدف - مطلوبیت - با تابع هدف مشخص میشود و نوع تصمیمگیری، تصمیمگیری در شرایط قطعی است. مدل کلاسیک برنامهریزی خطی را میتوان بهصورت زیر نوشت:
در این مدل ضرایب A,B,C اعداد قطعی هستند، علائم , , نشانگر تساوی یا نامساوی قطعی میباشند و ماکزیمم یا مینیمم بیانگر یک جمله امری قاطع میباشد. حال اگر بخواهیم تصمیم در محیط فازی اخذ گردد، باید تعدیلاتی در مدل کلاسیک LP صورت دهیم. اولاً، تصمیمگیرنده ممکن است واقعاً نخواهد تابع هدف را ماکزیمم یا مینیمم نماید، بلکه ممکن است بخواهد به یک سطح دلخواه که شاید بهصورت قطعی قابل تعریف نباشد، دست یابد. مثلاً تابع هدف میتواند بهصورت " کاهش هزینههای فعلی به طور قابل ملاحظه ای صورت گیرد،"باشد. ثانیاً، محدودیت ممکن است بهچندین صورت مبهم - نادقیق - باشد.
همچنین ضرایب بردارهای b و c و ماتریس A میتوانند شاخصهای فازی داشته باشند، چرا که یا طبیعت آنها و یا درک آنها فازی - مبهم - است. ثالثاً، نقش محدودیتها میتواند متفاوت از برنامهریزی خطی کلاسیک باشد که در آن انحراف کوچکی از هر یک از محدودیتها منجر به جواب غیرموجه میشود. در محیط فازی، تصمیمگیرنده ممکن است انحرافات کوچک از محدودیتها را قبول نماید، اما ضرایب اهمیت متفاوتی - قطعی یا فازی - به انحراف از محدودیتهای مختلف دهد.
نتایج و بحث
جدول 1 نتایج حاصل از حل مدل برنامهریزی خطی ساده را در تعیین الگوی بهینه کشت محصولات منتخب زراعی دشت بهار-همدان که دارای منابع تأمین آب موردنیاز از طریق چاههای در دست استحصال و سفرههای آب زیرزمینی میباشند را نشان میدهد.
با توجه به نتایج به دست آمده در جدول 7-4، ملاحظه میشود که در الگوی بهینه کشت ارائه شده توسط مدل برنامهریزی خطی، سطح زیرکشت محصول گندم آبی به دلیل صرفه اقتصادی کمتر نسبت به سایر محصولات کاهش پیدا میکند، اما سطح زیرکشت محصولات با صرفه اقتصادی بالا مانند ذرت دانهای، پیاز و سیبزمینی نسبت به الگوی سال پایه - شرایط فعلی منطقه - افزایش مییابد. این در حالی است که محصول چغندرقند به طور کامل از الگوی ارائه شده حذف میشود.
علت حذف این محصول میتوان نیازآبی بالای آن و سود اقتصادی کمتری باشد که نسبت به ذرت دانهای، پیاز و سیبزمینی در واحد سطح حاصل میکند. مطابق با نتایج جدول 7-4 ملاحظه میشود که مجموع سطح زیرکشت محصولات منتخب نسبت به مجموع اراضی تحت کشت در سال مبنا کاهش پیدا میکند و از 15987 به 14358/4 هکتار میرسد که این میزان کاهش سطحی معادل با 10/18 درصد را نسبت به شرایط فعلی منطقه به همراه دارد.
افزون بر این، نتایج به دست آمده از مدل برنامهریزی خطی گویای آن است که با کاهش مجموع سطح زیرکشت محصولات منتخب، میزان آب مصرفی در الگوی کشت از 160/83 به 148/51 میلیون مترمکعب میرسد که صرفهجویی 12/32 میلیون مترمکعب آب آبیاری تأمین شده از منابع آب زیرزمینی منطقه مورد مطالعه را برای کشاورزان در پی دارد. به طور کلی، نتایج به دست آمده گویای آن است که الگوی کشت ارائه شده توسط مدل برنامهریزی خطی به حفظ و پایداری منابع آب منطقه کمک شایانی میکند و کشاورزان را به تخصیص بهینه منابع آب در بین محصولات منتخب تشویق و ترغیب مینماید.
جدول :1 تغییرات سطح زیرکشت محصولات منتخب زراعی دشت بهار- همدان در شرایط فعلی و الگوی بهینه ارائه شده توسط مدل برنامه-ریزی خطی ساده
شکل 4-4 تغییرات مجموع سطح زیرکشت محصولات منتخب و مجموع آب مصرفی در الگوی بهینه ارائه شده توسط مدل برنامهریزی خطی را در مقایسه با الگوی کشت سال پایه - شرایط فعلی منطقه - نشان میدهد
