مدیریت مناقشات آب‌های زیرزمینی به عنوان یک منبع مشترک بر مبنای تعامل بین اقتصاد و محیط‌زیست

STUDENT

DEGREE

YEAR

Increasing population results developments of industries and agricultural activities, on the other hand climate changes causes nonequivalent balance between water resource existence and extractions. Groundwater resources as one of the most important water resources are facing water depletion, subsidence and water salinity. Because of many conflicts among groundwater beneficiaries, Groundwater resource management are really conflict. As Game Theory is one of the newest theory in solving conflicts, in this research it is used to understand conflicts among beneficiaries. In this thesis there are two major beneficiaries government and farmers. While government’s objective is to decrease groundwater depletion, farmer’s objective is extracting groundwater as much as possible. In this research first groundwater’s quality and quantity is simulated by MODFLOW and MT3DMS, then this simulation is linked by a two objective optimization model, whose objectives are maximizing farmers benefit and minimizing groundwater depletion. At the end Game theory is used to understand beneficiaries behaviors through the static or dynamic situation. In order to asses this method Bad Khaled- Abad which is located in Isfahan province is used. Groundwater flow is simulated with RMSE error 0.48 and Groundwater Salinity is simulated by %2.7 through calibration. Simulation- optimization model is used for 5 years. Firs with government power assumption and static situation first game theory is developed, which is called crop pattern game. The result indicated that groundwater extraction will reduce 14 MCM per year and farmers benefit increase 43 billion Rials through 5 years comparing to today’s situation. But as government doesn’t have enough power in this study area increasing irrigation Efficiency game and then linked game is developed. The linked game’s result indicated that government will increase irrigation efficiency and saving 19.5 MCM of groundwater per year and farmers will gain 164 billion Rials more than current situation through 5 years. At the end dynamic games are used to understand beneficiaries Foresight effects on their decision. Key words: Common Pool, Groundwater management, MODFLOW, MT3DMS, Multi-Objective optimization, Game Theory

امروزه از یک سو افزایش جمعیت و در پی آن رشد صنعت و کشاورزی و از سوی دیگر تغییر اقلیم منجر به عدم تعادل در منابع و مصارف آبی به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک مرکزی ایران شده است. در پی برداشت بیش از اندازه از منابع آب زیرزمینی به عنوان اصلی‌ترین منبع تأمین‌کننده نیاز آبی در این مناطق، افت شدید سطح آب، فرونشت زمین و شوری آب زیرزمینی نیز ایجاد شده است. مدیریت منبع آب زیرزمینی به عنوان یکی از منابع مشترک شناخته شده در جهان همواره با توجه به کاهش شدید ذخایر آب در دسترس در مقابل افزایش نیاز با مناقشات و بحران شدید مابین ذینفعان همراه بوده است. یکی از ابزارهای پرکاربرد و نوین در حل اختلاف مابین گروداران نظریه بازی‌ها است که در این مطالعه نیز مورد استفاده قرار گرفته است. با توجه به اینکه همواره دولت و کشاورزان از مهم‌ترین ذینفعان منبع آب زیرزمینی هستند، در این پایان‌نامه روش تحقیق براساس این اصل که هدف دولت کاهش برداشت از آبخوان و افت سطح آب و هدف کشاورزان افزایش سود به دست آمده و در پی آن افزایش برداشت از آبخوان است ایجاد شده است. در ابتدا با شبیه‌سازی کمیت و کیفیت آب زیرزمینی توسط مدل توزیعی MODFLOW و MT3DMS و اتصال مستقیم آن به مدل بهینه با دو هدف کمینه نمودن افت سطح آب و بیشنه نمودن سود کشاورزان استراتژی مختلف کشاورزان و دولت مورد بررسی قرار گرفته است. با ایجاد انواع استراتژی تغییر الگوی کشت و افزایش راندمان آبیاری در محدوده مطالعاتی تغییرات سود کشاورزان و سطح آب مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه از تئوری بازی‌ها به عنوان ابزاری در تصمیم‌گیری دو ذینفع استفاده شده و با توجه به وجود مطلوبیت‌های متفاوت ذینفعان از تئوری بازی‌های غیرهمکارانه در حالت ایستا و پویا استفاده شده است. بازی‌ها با فرض‌های مختلف رفتار یک‌جانبه، تعاملی و آینده‌نگری متفاوت از سوی ذینفعان ایجاد شده و نحوه رفتار و تصمیم‌گیری در هر بازی به کمک انواع روش‌های تعادل مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور بررسی نحوه عملکرد روش تحقیق از محدوده مطالعاتی باد-خالدآباد در حوزه آبریز کویرسیاهکوه استفاده شده است. پس از شبیه‌سازی جریان آب زیرزمینی با خطای RMSE، 48/0و شبیه‌سازی تغییرات شوری با خطای 7/2 % در واسنجی، جریان آب زیرزمینی و تغییرات شوری برای 5 سال مدل‌سازی شده است. مدل بهینه‌ساز با دو هدف بیشینه نمودن سود کشاورزان و کمینه نمودن افت سطح آب ایجاد شده و به طور مستقیم به مدل شبیه‌ساز کمی و کیفی متصل شده است. در ادامه با ایجاد انواع استراتژی‌ها برای هر دو ذینفع از تئوری بازی‌ها به منظور بررسی نحوه تصمیم‌گیری بازیکنان استفاده شده است. در ابتدا با هدف بررسی نحوه تصمیم‌گیری بازیکنان در صورت قدرتمند بودن دولت در اعمال ضریب تعدیل در برداشت مجاز، از بازی ایستا انتخاب الگوی کشت استفاده شده است. این بازی ترکیب استراتژی‌های تغییر الگوی کشت در محدوده و اعمال محدودیت برداشت از سوی دولت را نتیجه می‌دهد که منجر به کاهش برداشت از آبخوان تا 13 میلیون متر مکعب در سال و افزایش سود 17 میلیارد ریال در طول 5 سال نسب به وضعیت موجود می‌شود. با وجود مسائل اجتماعی و عدم قدرت کافی دولت در محدود کردن کشاورزان این راه‌حل در حقیقت میسر نخواهد بود. به منظور رفع مشکل و ایجاد رابطه تعاملی مابین ذینفعان از بازی افزایش راندمان و پیوند با بازی قبل استفاده شده است. با بررسی تعادل بازی پیوند مشخص شد که کشاورزان با افزایش راندمان از سوی دولت تمایل به تغییر الگوی کشت و رعایت محدودیت‌های برداشت خواهند داشت که منجر به کاهش برداشت تا 67 میلیون متر مکعب در سال و افزایش سود کشاورزان به میزان 115 میلیارد ریال نسبت به وضعیت موجود می‌شود. از سوی دیگر رفتار یک جانبه و تعاملی ذینفعان در بازی پویا به صورت سالانه نیز مورد بررسی قرار گرفت و تاثیر آینده نگری بازیکنان در نحوه تصمیم‌گیری ارزیابی شده است. درصورت وجود عقلانیت و آینده‌نگری 5 سال در کشاورزان و دولت، استراتژی اعمال محدودیت در برداشت و تغییر الگوی کشت در این شرایط نیز راه‌حل متعادل خواهد بود. کلمات کلیدی: 1- منبع مشترک 2- مدیریت منبع آب زیرزمینی 3- MODFLOW 4- MT3DMS 5- بهینه‌سازی چند هدفه 6- تئوری بازی‌ها