SUPERVISOR
Azadeh Ahmadi
آزاده احمدی (استاد راهنما)
STUDENT
Samaneh Mehrabi fodani
سمانه مهرابی فودانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
TITLE
Self-Sufficiency Investigation in Grain Production in Iran Water Basins Using the Virtual Water Concept
Human dependence on water indicates that the water needed for food production is much higher than other water needs. Daily more than 1000 liters of water for food production is necessary, while for other needs about 2-4 liters is sufficient for human survival. Hence discussion of virtual water and its relation to food security has emerged. Food security is access of all people at all ages, to enough and healthy food for an active and healthy life. FAO stated to feed population of 9 billion people in 2050 should double the current production, produced and to achieve this goal, obstacles such as restrictions on agricultural lands, water scarcity and high price of energy should be considered. In this study, the cereal productions as part of the basic agricultural products in each sub-basin are optimized. Grains include wheat, barley, rice and maize and more than 60 percent of cultivation area each basin allocated to them. The maximum objective function is the sum of the profits from grain production in each the basin. In fact, the goal is increase the rate of production in the catchment with high selling price, low production cost, low virtual water cost, low water requirement and high performance. Constraints optimization contains at least 20% of current production in each basin to prevent the lack of cultivation. Also contains cultivation area equal to or less than the current cultivation area and water use less than of water resources in each basin. In this model, three scenarios were defined. The first scenario is the use of water resources at the level of current consumption water, the second scenario is the use of water at the level of the water resources available agriculture and the third scenario is similar to water resources in the second scenario, plus demand management through improved agricultural efficiency to the horizon in 1420. After running the model, in the first scenario the amount cultivation area grain to amount 20.36 percent decrease, production to amount 11.36 percent increase, water consumption to amount 14.56 percent decrease and profit to amount 194.35 percent increase. In fact, in this scenario by using water resources at the level of current consumption water, amount production in each basin increased which represents advance model towards produce products with higher performance. In this scenario with reduction cultivation area grain, water consumption decreased that the reason is advance model towards produce products with less water requirement. In the second scenario the amount cultivation area, production and water consumption of grains respectively to amount 33.56, 15.46 and 27.31 percent reduction and the amount profit to amount 72.65 percent increased. In this scenario, by using water resources at the level of water resources available agriculture, (16 percent reduction compared to the first scenario) production decreased, but profit increased that the reason is advance model towards produce products with high selling price, low production cost and low virtual water cost (low water requirement). In the third scenario amount cultivation area of grains to amount 24.98 percent reduction, production to amount 3.69 percent increased, water consumption to amount 31.5 percent reduction and profit to amount 153.4 percent increased. The first scenario is similar to the third scenario behavior with the difference in the third scenario, water resources is at the level of the water resources available agriculture and 16 percent lower. For this reason the amount cultivation area to amount 4 percent, production to amount 8 percent and profit to amount 40 percent are lower than the first scenario. The results show that country to achieve the maximum profit from the production of grain, towards produce products with low water requirement, in particular catchment, better performance, high selling price and low production cost and low virtual water cost. Keywords: virtual water, food security, optimization, water requirement, yield, water use efficiency
وابستگی انسان به آب نشان میدهد که نیاز به آب برای تولید غذا به مراتب بیشتر از نیازهای دیگر آبی است. روزانه بیش از 1000 لیتر آب برای تولید غذا لازم است در حالی که برای نیازهای دیگر حدود 2-4 لیتر برای زنده ماندن انسان کافی میباشد. از این رو بحث آب مجازی و رابطه آن با امنیت غذایی ظهور پیدا میکند. امنیت غذایی به دسترسی همه افراد یک جامعه در تمام ادوار عمر به غذای کافی و سالم برای داشتن زندگی سالم و فعال گفته میشود. سازمان فائو طی گزارشی اعلام کرد که برای تأمین غذای جمعیت 9 میلیارد نفری جهان در سال 2050 باید دو برابر میزان کنونی تولید کرد و برای رسیدن به این هدف باید موانعی مانند محدودیت زمینهای کشاورزی، کمبود آب و قیمت بالای انرژی را در نظر داشت. در این تحقیق سعی شده است میزان تولید غلات که جز محصولات کشاورزی اساسی در هر حوضه آبریز فرعی کشور هستند را بهینه کند. غلات شامل گندم، جو، برنج و ذرت میباشند و بیش از 60 درصد سطح زیر کشت هر حوضه را به خود اختصاص دادهاند. تابع هدف حداکثر کردن مجموع سود حاصل از تولید غلات در هر حوضه میباشد. در واقع هدف افزایش میزان تولید محصولی در حوضهای با قیمت فروش بالا، هزینه تولید کم، هزینه آب مجازی کم، نیاز آبی کم و عملکرد بالا است. محدودیتهای مدل بهینهسازی شامل حداقل تولید به اندازه 20 درصد تولید فعلی در هر حوضه، برای جلوگیری از عدم کشت میباشد. همچنین سطح زیر کشت برابر یا کمتر از سطح زیر کشت فعلی حوضه و مصرف آب کمتر از منابع آب در هر حوضه میباشد. در این مدل سه سناریو تعریف شد. سناریو اول استفاده از منابع آب در حد مصارف فعلی آب، سناریو دوم استفاده از آب در حد منابع آب در دسترس کشاورزی و سناریو سوم همان منابع سناریو دوم به علاوه مدیریت تقاضا از طریق بهبود راندمان کشاورزی تا افق سال 1420 میباشد. بعد از اجرای مدل در سناریو اول میزان سطح زیر کشت غلات به مقدار 36/20 درصد کاهش، میزان تولید 36/11 درصد افزایش، میزان آب مصرفی 56/14 درصد کاهش و سود حاصل از تولید به مقدار 35/194 درصد افزایش یافت. در واقع در این سناریو با استفاده کردن از منابع آب در حد مصارف فعلی، در هر حوضه میزان تولید افزایش یافت که نشان دهنده پیشروی مدل به سمت تولید محصولاتی با عملکرد بالاتر میباشد. در این سناریو با کاهش سطح زیر کشت غلات، مصرف آب نیز کاهش یافت که دلیل آن پیشروی مدل به سمت تولید محصولاتی با نیاز آبی کمتر میباشد. در سناریو دوم میزان سطح زیر کشت، میزان تولید و آب مصرفی غلات به ترتیب به مقدار 56/33، 46/15 و 31/27 درصد کاهش و میزان سود حاصل از تولید به مقدار 65/72 درصد افزایش یافته است. در این سناریو با استفاده کردن از منابع آب در حد منابع آب در دسترس کشاورزی، (16 درصد کاهش نسبت به سناریو اول) میزان تولید کاهش ولی میزان سود افزایش یافت که دلیل آن پیشروی مدل به سمت تولید محصولاتی با قیمت فروش بالا، هزینه تولید و هزینه آب مجازی کم (نیاز آبی کم) میباشد. در سناریو سوم میزان سطح زیر کشت غلات به مقدار 98/24 درصد کاهش، میزان تولید 69/3 درصد افزایش، آب مصرفی 5/31 درصد کاهش و سود حاصل از تولید به مقدار 4/153 درصد افزایش یافت. سناریو سوم نیز رفتاری مشابه سناریو اول دارد با این تفاوت که در سناریو سوم منابع آب در حد منابع در دسترس کشاورزی و 16 درصد کمتر است. به همین دلیل میزان سطح زیر کشت 4 درصد، میزان تولید 8 درصد و میزان سود حاصل از تولید غلات به مقدار 40 درصد نسبت به سناریو اول کمتر شده است. نتایج حاصل نشان میدهد که کشور برای رسیدن به حداکثر سود حاصل از تولید غلات به سمت تولید محصولاتی با نیاز آبی کم در حوضه خاص، عملکرد بهتر، قیمت فروش بالا و هزینه تولید و هزینه آب مجازی کمتر میرود.