و همچنین محدودیت برداشت آب سطحی (تأمین نیاز زیستمحیطی) حل شده است. از نرمافزار VisualMODFLOW برای شبیهسازی سیستم رودخانه-آبخوان و نرمافزار LINGO برای حل مسئله بهینه حاصل استفاده شده است. مطالعه موردی، مناقشهی موجود در بین مصرف کنندگان بخشهای مختلف شهری، صنعتی و کشاورزی دو منطقه ابهر و خرمدره را که از منابع سطحی و زیرزمینی به صورت تلفیقی استفاده می کنند در نظر دارد و از روبکرد حل اختلاف Nash برای بهبود این مناقشه استفاده می کند. نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که مدل Nash می تواند با رعایت مقادیر وزنهای نسبی و مطلوبیتهای تعیینشده پاسخی را ارائه دهد که حاصل مشارکت ذینفعان بوده و مطلوبیت کل سیستم را به ماکزیمم مقدار برساند.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

فصل اول: کلیات
مقدمه
آب برای حفظ زندگی انسانها و محیط زیست ضروری است. تقریباً در هر منطقهای از جهان تأمین آب به دلیل افزایش تقاضاهای وابسته به صنعتی شدن، شهری شدن و رشد جمعیت، دشوارتر شده است[۳۵]. بر اساس گزارش جهانی آب جمعیت جهان در قرن اخیر سه برابر شده و به تناسب آن مصرف آب برای اهداف انسانی ۶ برابر افزایش داشته است[۳۶]. علاوه بر این شرایط آب و هوایی مثل گرمشدن زمین وضعیت را در آینده بدتر خواهد کرد. از آنجایی که آب از نظر مکانی و زمانی به طور نامنظم توزیع شده است، بارندگیهای منظم در بعضی مناطق با خشکسالیهای بلندمدت در سایر مناطق مغایرت دارد. همچنین منابع آب شیرین جهان بر اساس مرزهای سیاسی تفکیک نشده است، بنابراین توزیع و استفاده از منابع آب محدود، می تواند منجر به ایجاد مناقشات محلی، منطقهای و حتی در سطوح بین المللی شود. مدیریت پیشرفتهی آب، حل مناقشات و همکاری می تواند چنین مشکلاتی را بهبود بخشد چراکه روند حل مناقشات آب با بهره گرفتن از علوم حقوق، مهندسی، اقتصاد، زمین شناسی و اقتصاد سیاسی قانونمند شده است[۱۲].
حل موفق مناقشات ملی و بین المللی آب، نیاز به درک درستی از ذات مناقشه و همچنین مدلسازی و تحلیل مسائل اساسی آن برای رسیدن به یک توافق نهایی در خصوص اینکه چه مقدار از آب مشترک به هر کشور و یا گروهی تخصیص یافته است، دارد. طبیعت و جریان مناقشه و همکاری بین گروه های درگیر بر پایه تکنولوژیها و روشهای جدید می تواند به مدیریت موثر منابع آب کمک کند و بدین وسیله کشمکش میان گروه های درگیر در مسئله آب را کاهش دهد[۳۵].
از آنجایی که منابع آب سطحی پاسخگوی نیازهای کشاورزی، شرب و صنعتی نبوده و استفادهی بیش از حد از منابع آب زیرزمینی نیز سفره های آب زیرزمینی کشور را با مشکلات متعددی مواجه ساخته است، لذا بهره برداری تلفیقی از منابع آب سطحی و زیرزمینی، به عنوان راهحلی مناسب در این زمینه مورد توجه قرار گرفته است[۳]. امروزه مدیریت جامع منابع آب، با تأکید بر بهره برداری مشترک یا تلفیقی از منابع آبهای سطحی و زیرزمینی، در دستور کار کلیه سازمانهای بهره برداری قرار گرفته است. توسعه بهره برداری از آبهای زیرزمینی در مقایسه با سدسازی دارای مزایای متعددی بوده و مشکلات به مراتب کمتری دارد. از این میان میتوان به هزینه کمتر، عدم وجود مشکل رسوب و تبخیر، مشکلات کیفی کمتر، و عدم وجود مشکلات اجتماعی و فرهنگی اشاره نمود[۱۰].
بهره برداری تلفیقی منابع آب بالطبع اختلافات بین کاربران را بیشتر می کند چراکه همواره تعاملاتی بین آبهای سطحی و زیرزمینی وجود دارد و همچنین در بهره برداری از آبهای زیرزمینی که به صورت پمپاژ از چاهها میباشد، نیز مسائلی همچون اندرکنش چاهها و تأثیر پمپاژ در افت آبخوان نیز مورد توجه هستند، مسئله دیگری که به خصوص در بهره برداری تلفیقی اهمیت بیشتری پیدا می کند بحث کیفیت میباشد که روند حل مناقشه را با پیچیدگیهای بیشتری روبرو میسازد. در این تحقیق از بحث کیفیت صرفنظر شده است.
با توجه به مطالبی که در بخش مقدمه ذکر شد نیاز به یک مدل حل مناقشه برای رفع اختلافات بین ذینفعان امری ضروری به نظر میرسد. این تحقیق تلاش دارد با ارائه یک مدل مناسب، علاوه بر در نظر گرفتن منافع مصرف کنندگان در برداشت از منابع آبی، مسائل دیگری همچون آبخوانها را که با توجه به برداشت بیرویه و غیراصولی از چاهها با افت قابلتوجهی روبرو شده اند و همچنین نیاز زیستمحیطی رودخانه که برای حفظ اکوسیستم امری ضروری میباشد مورد توجه قرار دهد.
ضرورت انجام تحقیق
امروزه بهره برداری تلفیقی از منابع آبهای سطحی و زیرزمینی به دلایلی که در بخش قبلی ذکر شد بیشتر در دستور کار سازمانها قرار گرفته است. از طرفی مسائلی همچون افزایش جمعیت، گرم شدن زمین و کاهش شدید منابع آب باعث تشدید اختلافات در میان کاربران شده است، بنابراین ارائه راهحلی مناسب امری ضروری به نظر میرسد. از آنجایی که در زمینه بهره برداری تلفیقی از منابع آبهای سطحی و زیرزمینی با رویکرد حل اختلاف مطالعات بسیار کمی صورت گرفته است (در فصل دوم پیشینهی مطالعات بررسی شده است)، لذا این مطالعه می تواند مفید واقع شود.
اهداف و دامنه تحقیق
این تحقیق تلاش دارد با ارائه یک مدل مناسب، علاوه بر در نظر گرفتن منافع مصرف کنندگان در برداشت از منابع آبی، مسائل دیگری همچون آبخوانها را که با توجه به برداشت بیرویه و غیراصولی از چاهها با افت قابلتوجهی روبرو شده اند و همچنین نیاز زیستمحیطی رودخانه که برای حفظ اکوسیستم امری ضروری میباشد مورد توجه قرار دهد. توجه به این موضوع که برداشت آب از آبخوان با تأخیر زمانی همراه است به این معنی که اگر برداشت از آب زیرزمینی در یک ماه به خصوصی انجام شود این مسئله در ماههای بعدی بروز پیدا خواهد کرد نیز بر پیچیدگی روند حل مناقشه میافزاید. بنابراین اهداف این تحقیق را به طور کلی میتوان به ۳ دسته تقسیم بندی کرد:
تأمین حداکثر نیاز مصرف کنندگان
توجه به مسائل زیستمحیطی
به حداقل رساندن افت آبخوانها
روششناسی (متدلوژی) نیل به اهداف تحقیق
با توجه به اهدافی که در فوق ذکر شد، در این تحقیق ، ابتدا یک سیستم فرضی که شامل دو مصرف کننده بالادست و پاییندست میباشد و از منابع آبی موجود به صورت تلفیقی بهره گرفته می شود در نظر گرفته شد، مدل شبیهسازی وضعیت موجود (به منظور مشخص شدن علل بروز اختلاف) و مدل بهینهسازی کلاسیک (به منظور درک بهتر وضعیت سیستم) اجرا شد. سپس از سه روش مختلف حل اختلاف برای حل مسئله مناقشه بهره گرفته شد و نتایج این سه مدل و مدل بهینهسازی کلاسیک با یکدیگر مقایسه شد. در انتها روش حل اختلاف Nash در حل مناقشهی دشت ابهر به کار رفت. لازم به ذکر است از روش ماتریس پاسخ واحد در به دست آوردن ضرایب پاسخ سیستم بهره گرفته شده است، همچنین استخراج ضرایب پاسخ با بهره گرفتن از نرمافزار Visual MODFLOW انجام شده است. نهایتاً برای اجرای مدلهای بهینهسازی حل اختلاف از مدل LINGO استفاده شده است.
مشارکت علمی (نوآوری تحقیق)
این تحقیق در نظر دارد با در نظر گرفتن یک سیستم مرکب رودخانه- آبخوان که در آن بهره برداری از منابع آب به صورت تلفیقی انجام میپذیرد، مناقشهی میان مصرف کنندگان در بخشهای مختلف شرب، کشاورزی و صنعت را که در دو منطقهی بالادست و پاییندست دشت ابهر میباشند را با بهره گرفتن از مدل حل اختلاف Nash حل کند. همانطور که قبلاً ذکر شد بحث حل اختلاف در برنامه ریزی منابع آب سابقه چندان زیادی ندارد و به خصوص در زمینه بهره برداری تلفیقی از منابع آب تحقیقات بسیار کمی صورت گرفته است، بدین منظور استفاده از روش Nash در حل مناقشهی این سیستم تلفیقی می تواند نوآوری این تحقیق به حساب آید.
ساختارتحقیق
مطالعه حاضر در قالب ۶ فصل تنظیم گردیده است. در فصل دوم مروری بر سوابق مطالعاتی مرتبط با موضوع این تحقیق خواهد شد. تشریح مواد و روشهای به کار رفته در تحقیق در فصل سوم گنجانده شده است که شامل شبیهسازی سیستم و رویکرد حل اختلاف میباشد. در فصل چهارم رویکردهای موجود در فصل ۳ در قالب یک مثال ساده تشریح خواهند شد و نتایج حاصل از هر کدام با یکدیگر مقایسه میشوند، در انتهای فصل چهارم نیز با فرض رویکرد همکارانه در تخصیص آب، مقادیر آب رها شده توسط بالادست محاسبه خواهند شد. در فصل پنجم به شرح مختصری از منطقه مورد مطالعه، داده ها و اطلاعات مورد نیاز اشاره می شود و مدل حل اختلاف Nash در تخصیص آب بین دو منطقه در سه سال آبی مختلف به کار خواهد رفت. در فصل ششم نتیجه گیری و پیشنهادات حاصل از تحقیق ارائه شده و در انتها مراجع مورد استفاده معرفی میگردند.
فصل دوم: بررسی سوابق مطالعاتی
مقدمه
استفاده از روشهای بهینهسازی در مدیریت منابع آب از دیرباز مورد توجه محققین بوده است، لیکن ارائه مدلهایی که در آنها تمامی ذینفعان نقش موثری در حل و رفع اختلافات داشته باشند، در سالهای اخیر مورد توجه بیشتری قرار گرفته است. برای حل مناقشات مدلهای متعددی توسعه یافتهاند و افراد بسیاری در این زمینه به ارائه نظریاتی پرداختهاند. تئوری بازیها^[۱]، مدل رفع اختلاف Nash، مدل رفع اختلاف Young، مدل گراف^[۲]، مدل پویایی سیستم^[۳]، نقشههای شناختی فازی^[۴]، تحلیل چندمتغیرهی بایپلات^[۵] و روش تصمیم گیری چندمعیاره^[۶] از جمله این مدلها میباشند، در این فصل مطالعات انجام شده در زمینه حل اختلاف در سه قسمت تشریح شده است. ابتدا حل اختلاف در بهره برداری از منابع آبهای سطحی بررسی می شود. سپس حل اختلاف در بهره برداری از منابع آبهای زیرزمینی مطرح می شود. نهایتاً مسئله حل اختلاف در بهره برداری تلفیقی از منابع آبهای سطحی و زیرزمینی مورد بررسی قرار میگیرد. شایان ذکر است میزان تحقیقات در زمینه اخیر نسبت به دو زمینه قبلی کاستیهای بسیاری وجود دارد.
مطالعات انجام گرفته در زمینه حل اختلاف
حل اختلاف در بهره برداری از آبهای سطحی
John Nash (1953) ثابت کرد که در مسائل با ابعاد محدود همواره یک نقطهی توافق به گونه‌ای وجود دارد که در آن همه تصمیم‌گیرندگان در مقابل حریفان خود، به بهترین مطلوبیت خود می‌رسند. این مفهوم اساسی در نظریه بازیهای غیر اشتراکی، نقطه عطفی در تحلیل اختلاف بود. Nash در سال ۱۹۵۳ تئوری چانه‌زنی^[۷] در علم اقتصاد را ارائه داد. کاربردهای این تئوری در علم اقتصاد بسیار گسترده بوده است به طوریکه منجر به کسب جایزهی نوبل اقتصاد توسط این ریاضی‌دان شد. تئوری Nash با داشتن مبانی علمی قوی می‌تواند در رفع اختلافات در بهره‌برداری از سیستم‌های منابع آب نیز مورد استفاده قرار گیرد [۳۷].
Young et. al.(1982)مزایا و معایب روشهای مختلف موجود را برای تقسیم هزینه در پروژه های تأمین آب مانند جداسازی هزینهها از سود باقیمانده^[۸](SCRB) و روشهای سادهی تخصیص بر اساس نسبتها (سهم هر ذینفع براساس نسبت پارامترهای مختلف) و همچنین، روشهای نسبتاً پیشرفتهای از بازیهای همکارانه مانند ارزش شاپلی^[۹](shapely 1953) را در یک سیستم تخصیص آب در سوئد بررسی کردند. آنها چارچوبی را برای انتخاب هر یک از این روشها با در نظر گرفتن شرایط مختلف مسئله ارائه دادند .همچنین، نشان دادند که کارایی این روشها بستگی زیادی به قابل اعتماد بودن داده های مربوط به نیازها و هزینهها دارد [۴۷].
Rubinstein (1982) یک بازی چندگزینهای را که بطور متوالی و مشخص انجام میشد در نظر گرفت. در این تئوری حدبالایی برای تعداد مراحل چانهزنی وجود ندارد اما یک هزینه تأخیر برای هر بازیکن وجود دارد به طوری که با افزایش تعداد مراحل چانهزنی، مجموع سهم افراد درگیر در مسئله چانهزنی کاهش مییابد [۴۰].
Heaney and Dickinson (1982) دو روشSCRBو MCRS^[10]را برای تخصیص هزینه یک پروژه منابع آب بین ذینفعان مختلف در یک بازی همکارانه به کار بردند .آنها شروط اساسی را که این روشها مبتنی بر آن میباشند و همچنین، کارایی و قابلیت آنها را از جنبه های مختلف با ارائه مثالهای عملی مورد بررسی قرار دادند [۱۶].
Tisdell and Harrison (1992) روشهای مختلف بازیهای همکارانه را در تخصیص آب انتقالی در ایالت کویینزلند استرالیا به کار بردند.آنها با مقایسه نتایج بازیهای همکارانه مختلف به بررسی عادلانهترین توزیع آب و درآمد پرداختند. روشهای مورد استفادهی آنها شامل ۴ نوع بازی همکارانه مختلف بودکه در۶ منطقه کشاورزی به عنوان شاخص به کار برده شدند [۴۳].
Lejano and Davos (1995) از یک روش بازی چندنفره تحت عنوان نوکلئلوس^[۱۱] نرمال شده برای تخصیص هزینه و سود در یک پروژهی بهره برداری دوباره از آب در کالیفرنیای جنوبی استفاده کردند. سپس آنها نتایج این روش را با سایر روشها مانند نوکلئلوس و ارزش شاپلی مقایسه کردند [۲۵].
Nachtnebel (1997) با بهره گرفتن از برنامه‌ریزی توافقی روشی برای حل اختلاف ارائه کرد. این روش بر مبنای فاصله از نقطهی ایده‌آل استوار است. بر اساس این روش اهداف مختلف و ارگانهای درگیر مسئله، به صورت نسبی و با توجه به درجه اهمیتشان وزن‌دهی می‌شوند. سپس گزینه‌های مختلف براساس فاصله‌شان تا نقطهی ایده‌آل ارزیابی شده و بهترین گزینه انتخاب می‌شود. کارایی این مدل در بررسی اختلافات موجود در تقسیم آب رودخانه دانوب بین دو کشور، مورد ارزیابی قرار گرفت. مطابق با نظر محقق، استفاده از این مدل در کاهش تعداد گزینه‌های قابل قبول برای کشورها و انتخاب سریع‌تر گزینه برتر تأثیر بسزایی دارد. لیکن انتخاب گزینه برتر با توجه به این مدل، ممکن است برای طرفین درگیر اختلاف قابل قبول نباشد [۳۴].
Luss (1999) روشهای مختلف تخصیص عادلانهی منابع را بین فعالیتهای مختلف بررسی کرد. در این تحقیق، او از روش Lexicographic Minimax برای حل مسئله تخصیص بهینه استفاده کرد. در این مقاله، تأکید بر تعیین تابع هدفی است که می تواند در مدل بهینهسازی تخصیص بهینه آب مورد استفاده قرار گیرد. او پس از بررسی توابع هدف مختلف مانند تابع Minimax، تابع Lexicographic Minimax را پیشنهاد کرد. برتری مدل پیشنهادی در قالب یک مثال برای تخصیص منابع فرضی نشان داده شده است [۲۷].
Wolf (1999) معیارهای عدالت را در قراردادهای تقسیم آب مورد بررسی و ارزیابی قرار داد و در سه بخش تشریح کرد. در بخش نخست خلاصهای از اصول کلی تخصیص عادلانه آب را بیان کرد. این اصول میتوانند در تدوین مدلهای جدید تخصیص آب مورد استفاده قرار گیرند. این بخش شامل تخصیص بر اساس معیارهای حقوقی و قانونی و نیز بر اساس معیارهای کارایی و اقتصادی میباشد. بخش دوم، مثالهای تخصیص آب را در آبهای مرزی در قالب برنامه های اطلاعاتی کامپیوتری از ۱۴۵ معاهدهی مربوط به منابع آب بین المللی که در دانشگاه ایالتی اورگان گردآوری شده، در برمیگیرد. بخش سوم، اصول تخصیص عادلانهی آب و موارد عملی تخصیص آب را مقایسه می کند و بیان می کند که در عمل، مواردیکه در آنها تخصیص آب صرفاً بر اساس اصول تعیین شده انجام میگیرد، بسیار نادر است [۴۵].
Ben-Haim and Hipel (2002) با بهره گرفتن از مدل‌‌های ترسیمی Information-gap عدم قطعیت‌های موجود در خواسته‌ها و اولویت‌های تصمیم‌گیرندگان را در روند رفع اختلاف در نظر گرفتند. در اصل، مدلهای Info-gap با انجام تحلیل حساسیت، عدم قطعیت‌های موجود را در نظر می‌گیرند. با توجه به اینکه تصمیم‌گیرندگان در مذاکرات ممکن است به دلایلی، خواست‌های خود را پنهان کنند، استفاده از این مدل‌ها می‌تواند در حل جامع‌تر مسائل همراه با اختلاف مؤثر باشد. مدل‌های Info-gap علاوه بر عدم قطعیت‌های موجود در خواسته‌ها و اولویت‌های تصمیم‌گیرندگان، قادر به در نظر گرفتن سایر عدم قطعیت‌ها نیز هستند [۸].
Hipel et. al. (۲۰۰۲) با ارائه یک مدل ترسیمی (GCMR II) روشی انعطاف‌پذیر و کارآمد به منظور پشتیبانی در تصمیم‌گیری برای بررسی اختلافات اساسی ارائه کردند. این گونه اختلافات در طرح‌های جامع منابع آب در قالب مدیریت آلودگی، تخصیص و ذخیره‌سازی آب اجتناب‌ناپذیرند. کارایی‌های مدل مورد نظر در بررسی حوضهی آبریز مشترک بین آمریکا و کانادا مورد ارزیابی قرار گرفته است. مهمترین قابلیت این مدل، یاری رساندن به ارگان‌های درگیر اختلاف از طریق ارائه پیشنهادات مدیریتی و به وجود آوردن شناختی عمیق نسبت به شرایط حاکم بر مسئله است. مطابق با نظر محققین، با توجه به این شناخت، مصرف‌کنندگان دید وسیعی نسبت به تصمیمات اتخاذ شده جهت رفع اختلافات پیدا می‌کنند و این مسئله در حل اختلافات به شکل مطلوبتر نقش اساسی دارد [۱۸].
Kucukmehmetoglu and Guldmann (2002) مسئله تقسیم آب رودخانه‌های دجله و فرات میان سه کشور ترکیه، سوریه و عراق را از دید رفع اختلاف مورد بررسی قرار دادند. در این تحقیق پس از محاسبه حداکثر سود ممکن از تقسیم آب میان این سه کشور، از طریق یک مدل برنامه‌ریزی خطی، سناریوهای مختلف تقسیم آب بین این کشورها تعریف شده و توسط روش ارزش شاپلی این سناریوها مورد ارزیابی قرار گرفتند. میزان سود حاصل از تقسیم آب در هر سناریو از طریق این روش محاسبه شد. مطابق نظر محققین، نتایج حاصل از این مدل به منظور ارزیابی سناریوها بسیار مناسب است [۲۳].
Palmer et. al. (۲۰۰۲) با ارائه یک مدل تحت عنوان “Shared Vision Model” امکان در نظر گرفتن دیدگاه ها و مطلوبیت تصمیم‌گیرندگان سیستم در مدیریت کمی حوضه‌های آبریز را فراهم ساختند.کارایی این مدل جهت رفع اختلاف در حوضهی آبریز Kum در کره جنوبی مورد ارزیابی قرار گرفت. در این مدل با بهره گرفتن از قابلیت‌‌های شبیه‌سازی شی‌گرای STELLA® و با در نظر گرفتن مطلوبیت‌های تصمیم‌گیرندگان سیستم، امکان تدوین منحنی‌ تبادل بین اهداف مختلف از قبیل قابلیت اطمینان تأمین نیاز و تأمین نیاز حداقل زیست محیطی تدوین شده است. بر اساس نظر محققین یکی از مزایای استفاده از مدلهای حل اختلاف، آشنا شدن تصمیم‌گیرندگان و مصرف‌کنندگان با حقایق و وقایع آینده است. این مسأله در کاهش شدت اختلافات بسیار مؤثر است [۳۸].
Karamouz and Kerachian (2004) با تلفیق مدل شبیه‌سازی کیفیت آب در سیستم رودخانه-مخزن و یک مدل حل اختلاف در تخصیص آب، در تدوین سیاستهای بهینه بهره‌برداری از مخزن استفاده کردند. در این تحقیق از تکنیک الگوریتم ژنتیک جهت بهینه‌سازی استفاده شده است. تابع هدف مورد استفاده توسط محققین، تابع ضربی Nash بوده است. همچنین به منظور درنظر گرفتن کیفیت آب در مدل بهینه‌سازی، توابع مطلوبیت به صورت کمی-کیفی در نظر گرفته شده‌اند. کارایی مدل توسعه داده شده در جهت بهره‌بردرای کمی - کیفی از سد ۱۵ خرداد مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل نشان دهنده کاهش شوری آب تخصیص یافته به نیازهای مختلف و نیز کاهش رشد شوری آب در مخزن است [۲۰].
Cai et. al. (۲۰۰۴) با استفادهی ترکیبی از تحلیل‌های برنامه‌ریزی چندهدفه و روشهای تصمیم‌گیری چندمعیاره مدلی به منظور پشتیبانی در تصمیم‌گیری برای برنامه‌ریزی منابع آب توسعه دادند. با توجه به وجود تصمیم‌گیرندگان و مصرف‌کنندگان مختلف، در چنین مسائلی بروز اختلاف یک امر طبیعی است. کارایی این مدل در برنامه‌ریزی منابع آب شمال کشور چین مورد ارزیابی قرار گرفته است و نتایج حاصل نشان‌دهنده کارایی قابل قبول مدلهای کامپیوتری در تصمیم‌گیری‌های گروهی برنامه‌ریزی منابع آب است. مطابق با نظر محققین، مهمترین قابلیت این مدل در ارائه اطلاعات به صورت شفاف جهت بررسی اختلاف است [۹].
Ganji et. al. (۲۰۰۶) از تئوری بازیها برای حل اختلاف بین مصرف کنندگان آب استفاده کردند. دراین مقاله، بر اساس اصول تئوری بازیها، مدل پویای غیرقطعی بازی Nash با اطلاعات کامل^[۱۲](PSDNG) توسعه داده شده است که در آن فرض بر این است که تصمیمگیرندگان، اطلاعات کافی ازپارامترهای اتفاقی مرتبط با بهره برداری از مخزن را دارند. مدل ارائه شده دربهرهبرداری از سد زایندهرود به کار رفته است و نتایج، مبیّن توانایی مطلوب مدل در ارائه سیاستهای بهره برداری با در نظر گرفتن تعاملات بین مصرف کنندگان آب و سازمان مسئول بهره برداری از مخزن و مطلوبیتهای آنها است [۱۵].
Shirangi et. al. (۲۰۰۸) ضمن کاهش مشکلات محاسباتی و زمان بالای اجرای مدلهای ارائه شده توسط Kerachian and Karamouz (2006,2007)، به منظور در نظر گرفتن اختلافات ممکن در بین تصمیمگیرندگان و تأثیرپذیران از مدل رفع اختلاف Young استفاده نمودند.تئوری چانهزنی تکاملی Youngبه صورت مرحله ای بوده و امکان حضور گروهی از تصمیمگیرندگان به همراه مشخص بودن مفهوم و ساختار بازی از امتیازات آن محسوب می شود. محدودیت مدل Young این است که فقط دو گروه از تصمیمگیرندگان میتوانستند چانهزنی کنند [۴۲].
Karamouz et. al. (۲۰۰۸) از مدل حل اختلاف Nash در تخصیص کمی و کیفی آب از رودخانه و مخزن کرخه استفاده کردند. در این تحقیق بهره برداری از سد به صورت آزادسازی آب از دریچههای مختلف با هدف تنظیم کیفیت آب مخزن و آب خروجی از دریچهها صورت پذیرفت. همچنین به منظور تخصیص آب با کیفیت مطلوب از رودخانه، مدیریت کیفی رودخانه و تعیین بار آلودگی ماهانه که هر یک از مصرف کنندگان از رودخانه مدنظر قرارگرفته است [۲۱].
Madani et. al. (۲۰۰۹) در مطالعه ای کارایی تئوری بازیها را در مدیریت منابع آب بررسی نموده و با بهره گرفتن از آن رفتار گروه ها را در مسائل منابع آب شناسایی و تفسیر کرده و توضیح میدهد که چگونه تعاملات گروه های مختلف که اولویتهایی را نسبت به اهداف خود به جای اهداف سیستم قائلند منتج به تکامل سیستم می شود. این مقاله ساختار پویای مسائل منابع آب و اهمیت توجه به مسیر تکامل بازی با مطالعه چنین مسائلی را نشان میدهد [۲۸].
Madni and Gholizadeh (2011) با بهره گرفتن از روشهای مختلف تئوری بازیهای همکارانه سعی در رفع مناقشات موجود در بین کشورهای همجوار دریای خزر داشتند. نتایج، تخصیص مساوی منابع دریای خزر را با روشی مناسب و منصفانه در حل این مناقشه پیشنهاد می کند. این روش حل با اجرای رژیم مالکیت مشترک برای اداره کردن دریای خزر که در جهت منافع ایران و روسیه میباشد، مطابقت می کند [۲۹].
Karamouz et. al. (۲۰۱۱) یک مدل چانهزنی بر پایه رویکرد پویایی سیستم برای تخصیص آب با کیفیت قابلقبول از یک سیستم رودخانه- مخزن به مصرف کنندگان مختلف و تعیین ماکزیمم بار آلودگی قابلقبول که هر مصرف کننده به رودخانه تخلیه می کند به کار گرفتند و با مدلی بر پایه تئوری چانهزنی Nash مقایسه کردند. کاربرد این مدلها در سیستم رودخانه-مخزن کرخه با داشتن داده های سری زمانی ۵۰ ساله مورد بررسی قرار گرفته و در نهایت معیارهای عملکرد برای نتایج حاصل از مدل تعیین و مقایسه شده است. این مطالعات نشان داد رویکرد پویایی سیستم در حل اختلافات برای تخصیص آب به ذینفعان سیستمهای رودخانه- مخزن ارزش قابل توجهی دارد [۲۲].
Madani and Lund (2011) مسئله تصمیم گیری چندمعیاره را با بهره گرفتن از تئوری بازیها حل کرده اند. در این مقاله مدلسازی مسائل تصمیم گیری چندمعیاره با بهره گرفتن از مفاهیم تئوری بازیهای غیر همکارانه انجام شده است. روش پیشنهادی می تواند در تجویز راه حلهای غیر غالب استفاده شود و همچنین می تواند به عنوان روشی در پیش بینی نتیجه یک مسئله تصمیم گیری به کار رود. برای مقابله با عدم قطعیت در متغیرهای ورودی، رویکرد تئوری بازی Monte-Carlo(MCGT) پیشنهاد شده است. روش پیشنهادی نیازی به وزندهی معیارها نداشته و بار محاسباتی را به طور قابل ملاحظهای کاهش میدهد. روش MCGT در آنالیز دلتای Sacramento-San Joaquin واقع در کالیفرنیا به کار گرفته شده است. این روش با فراهم کردن بینش مناسب، گزینه های غیر غالب را شناسایی کرده و نتایج محتمل تصمیم گیری را پیش بینی می کند [۳۰].
حل اختلاف در بهره برداری از آبهای زیرزمینی
Aimee Bella et. al. (۱۹۹۶) با بهره گرفتن از تکنیک تصمیم گیری چندمعیاره، مناقشهی تخصیص آب در حوضهی آبریز Upper Rio Grande را آنالیز کردند، این معیارها برای رتبه بندی گزینه های شامل فاکتورهای اقتصادی، فاکتورهای زیستمحیطی، سیاستهای مدیریت آب زیرزمینی و فاکتورهای منابع بیولوژیکی استفاده و به صورت عددی تعریف شدند. رتبه بندی گزینه ها از طریق برنامه ریزی توافقی و ELECTRE III انجام شد و در نهایت نتایج عددی آنالیز، مقایسه و تفسیر شدند [۷].
Frisvold and Caswell (2000) با توجه به وجود اختلاف نسبت به مسئلهی آلودگی آبهای زیرزمینی در مرز مشترک ایالات متحده آمریکا و مکزیک، از مدل حل اختلاف غیر متقارن Nash به منظور بررسی این اختلاف استفاده کردند. در این تحقیق اهمیت (وزن) نسبی طرفین اختلاف با توجه به سرعت عمل آنها در مذاکرات، تعیین شده است. ارگان‌هایی که آلوده‌کننده آب هستند تمایلی به انجام مذاکرات ندارند در حالی که ارگان‌های موجود در پایین دست که مصرف‌کننده آب هستند متمایل به انجام مذاکرات و اجرای پروژه‌های کاهش آلودگی هستند. به این ترتیب آلوده‌کنندگان، وزن نسبی کمتر و مصرف‌کنندگان، وزن نسبی بیشتری خواهند داشت. مطابق با نظر محققین، تأثیر این مدل در تخصیص عادلانه سود حاصل از انجام پروژه‌های کاهش آلودگی بین طرفین اختلاف بسیار مؤثر بوده است [۱۴].
Coppola et. al. (۲۰۰۱) برای حل یک مسئله واقعی مدیریت آبهای زیرزمینی با توجه به تضاد میان اهداف بهره‌برداری از این منابع به منظور تأمین نیازهای آبی و آلوده نشدن آنها توسط منابع آلاینده‌ای نظیر آب‌های شور، در منطقه Toms River در نیوجرسی از مدل‌های حل اختلاف استفاده کردند. مدل‌های مورد استفاده توسط محققین عبارتند از: مدل غیر متقارن Nash، مدل غیر متقارن Kalai-Smorodinsky، مدل نامتقارن مساحت یکنواخت و مدل نامتقارن افت برابر. نتایج ارائه شده، حاکی از توافق مناسب میان نتایج روش‌های مختلف از نظر تأمین آب از هر چاه است [۱۱].
Loaiciga (2004) نقش همکاری و عدم همکاری را با روشهای ریاضی و از طریق متدهای مختلف تئوری بازیها در قالب یک مسئله بهره برداری مشترک از منابع آب زیرزمینی در آمریکا بیان کرد. او نشان داد که یک تعادل همکارانه وقتی به دست می آید که بهرهبرداران به قیود مربوط به محدودیتهای تراز آب زیرزمینی و اثرات بهره برداری چندجانبه که به آنها اجازه دستیابی به سود اقتصادی بر پایه پایداری زیستمحیطی میدهد، اهمیت دهند. در این مطالعه، نشان داده شد که دستیابی به یک تعادل همکارانه از جواب یک مسئله برنامه ریزی درجه دوم حاصل می شود. بر اساس این مقاله دستیابی به یک تعادل همکارانه گاهی بدون ایجاد یک نیروی وادارکننده به همکاری میسر نیست [۲۶].
Salazar et. al. (۲۰۰۷) با بهره گرفتن از نظریه بازیها به حل اختلاف در بهره برداری از آب زیرزمینی در Mexico پرداختند. در این مسئله، منافع اقتصادی حاصل از افزایش محصولات کشاورزی نیازمند افزایش برداشت از منابع آب زیرزمینی از طریق چاهها است، از طرفی افزایش محصول نیز نیازمند استفاده بیشتر از کودهای شیمیایی است که نتیجه آن افزایش بار آلودگی شیمیایی خواهد بود و اثرات نامطلوب زیستمحیطی این بارآلودگی قابل ملاحظه میباشد. آنها در این تحقیق از نظریه بازیها برای یافتن جواب بهینه از بین ۱۲ سناریوی مختلف برداشت آب استفاده کردند و به کمک چهار روش مختلف حل اختلاف، سناریوی بهینه را ارائه نمودند [۴۱].
حل اختلاف در بهره برداری تلفیقی از آبهای سطحی و زیرزمینی
Bazargan-Lari et. al. (2009) یک روش جدید برای تدوین قوانین بهره برداری تلفیقی از منابع آب سطحی و زیرزمینی در زمان واقعی، ارائه دادند. تعیین سیاست‌های بهینه بهره برداری تلفیقی از منابع آب سطحی و زیرزمینی زمانی که تصمیم گیران و ذینفعان متفاوت با اهداف متضادی وجود دارند، مسئلهای پیچیده است. در روش پیشنهادی، برای تعیین منحنی‌های تعامل بین اهداف، از الگوریتم ژنتیک چندهدفه NSGA-II و در رفع اختلاف بین تصمیمگیرندگان، از تئوری رفع اختلاف Young استفاده شد. همچنین برای برطرف نمودن مشکل زمان اجرای مدل بلندمدت در بهره برداری در زمان واقعی، استفاده از ماشین‌های بردار پشتیبان^[۱۳] احتمالاتی که قابلیت ایجاد خروجی احتمالاتی و ارائه قوانین مدیریت منابع آب را دارا هستند، پیشنهاد گردید. مدل ارائه شده برای تدوین قوانین بهره برداری تلفیقی از منابع آب سطحی و زیرزمینی تهران (شکل ‏۲‑۱) به کار گرفته شده است. ذینفعان در منطقه مورد مطالعه، دارای مطلوبیت‌های متفاوت و بعضاً متضادی نظیر تأمین آب با کیفیت مناسب، کاهش هزینه های پمپاژ، بهبود کیفیت آب آبخوان و کنترل نوسانات سطح آب زیرزمینی هستند. در روش ارائه شده، مدل‌های شبیهسازی جریان آب زیرزمینی MODFLOW و پخش و انتقال آلاینده MT3D با مدل بهینهسازی NSGA-II تلفیق شدند تا منحنی‌های تعامل بین اهداف به دست آیند. بهترین نقطه روی منحنی تعامل به کمک مدل رفع اختلاف Young انتخاب شد. نتایج مدل پیشنهادی نشان دهنده اهمیت اعمال یک مدل رفع اختلاف یکپارچه و قابلیت مناسب ماشین‌های بردار پشتیبان در تدوین قوانین بهره برداری تلفیقی از منابع آب سطحی و زیرزمینی در زمان واقعی در منطقه مورد مطالعه است. نتایج نشان می‌دهند که میزان دقت قوانین تخصیص آب محاسبه شده در مرحله صحتسنجی بیش از ۸۰ درصد است. بر اساس این قوانین، تغییرات تجمعی تراز سطح آب زیرزمینی در آبخوان تهران در یک دوره برنامه ریزی ۱۵ ساله در حد ۸۰ سانتیمتر محدود شده است [۶].
شکل ‏۲‑۱: منابع آبهای سطحی و منطقه کشاورزی آبخوان تهران
جمعبندی