SUPERVISOR
Azadeh Ahmadi
آزاده احمدی (استاد راهنما)
STUDENT
Aliakbar Afzali kale beni
علی اکبر افضلی کله بنی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
TITLE
Water Resources Allocation in Inter-basin Water Transfer Projects Using Game Theory, A Case Study: Behesht Abad Project
In recent decades, water is the most important element to develop countries and the water shortage causes conflict among the users. Climate changes, population growth, timely and regional uneven distribution of water resources, are the factors that causing water shortages. One of the solutions for solving the shortage of water resources problem is water transfer from basin with appropriate water resources to another basin. Usually, by Inter basin water transfer, origin basin due to economic activity increase associated with benefit and destination basin because of economic activity reduction face with detriment. Therefore, water allocation and solving conflicts among decision-makers is one of the most important issues in water transfer projects. Game theory techniques provide an effective and accurate language to discuss water sources conflict and it can consider the desirability, disagreements, decision-makers relative power and reallocation among claims. The central Plateau of Iran is facing with water shortage and managers suggest water transfer for solving the problem. In this thesis, Beheshtabad water transfer project has been studied which transfers water from Karun basin to Gavkhuni basin. For water allocating to users, four scenarios are defined include, water transfer, increasing water demand and agricultural efficiency improvement. MODSIM model for water resource allocation is used according to historical policy for each scenario that is considered as initial allocation. The results of this section indicate the water resources allocation to users before Beheshtabad project. Then, considering Beheshtabad project and game theory is used to resolve conflict. In order to solve conflicts, Cooperative and non-cooperative approaches were used. Gavkhoni agricultural, Gavkhoni industry and Karun agriculture are three players in cooperative approach and for non-cooperative approach two-player are defined including, Gavkhoni basin and Karun basin. Considering different coalitions among players, the benefits of the overall coalition has the greatest value. In cooperative approach with the reallocation, benefits of all players are more than the initial conditions. Gatly index were used to assess the cooperation rate among the players which shows players intent for coalition removal. The index for Gavkhoni industry and Karun agriculture is approximately 1 and for Gavkhoni agriculture is more than one. In addition, considering Gatly index, two players include Gavkhoni industry and Karun agriculture; play an important role in forming a coalition. In the non-cooperative game theory, game equilibrium has been investigated by using four indicators includes Nash equilibrium, General Metarationality (GMR), Symmetric Metarationality (SMR) and Sequential Stability (SEQ). Non-cooperative game theory results shows that by water transfer and incentive payment of the Gavkhoni basin, game equilibrium goes to Non-cooperation and Karun basin disagrees with water transfer. The incentive payment of Gavkhoni basin, game equilibrium goes from Non-cooperation to the cooperation. Cooperation among the two basins is done when Karun basin accept water transfer and Gavkhoni incentive payment to Karun basin stay in the game. The amount of the incentive payment in scenario 1 is 751.15 billion toman, Scenario 2, 7454 billion toman, Scenario 3, 740.3 billion toman and Scenario 4, 771.4 billion toman. Keywords: water transfer, water allocation, conflict resolve, game theory, cooperative approach, non-cooperative approach, incentive payment
0 در جهان امروز آب مهمترین عنصر برای توسعه کشورها است و کمبود آن باعث تنش میان کاربران میشود. تغییرات آب و هوایی، افزایش جمعیت و توزیع غیریکنواخت زمانی و مکانی منابع آب، عواملی هستند که باعث کمبود آب میشود. یکی از راهحلها برای رفع کمبود منابع آب، انتقال آب از حوضهای با منابع آبی مناسب به حوضه دیگر است. معمولاً با انتقال آب حوضه مقصد به علت افزایش فعالیت اقتصادی با سود و حوضه مبدأ با کاهش فعالیت اقتصادی و خسارت همراه میشود. بنابراین تخصیص آب و رفع اختلاف میان تصمیمگیرندگان یکی از مهمترین مسائل در پذیرش طرح انتقال آب است. تکنیکهای نظریه بازی یک زبان موثر و دقیق برای بحث در مورد درگیریهای خاص منابع آب فراهم میکند و میتواند مطلوبیتها، اختلاف نظرها، قدرت نسبی تصمیمگیرندگان و تخصیص مجدد میان مدعیان را در نظر بگیرد. فلات مرکزی ایران با کمبود منابع آب روبرو است و برنامهای که مدیران برای آن پیش رو گرفتهاند، انتقال آب است. در این پایاننامه به بررسی طرح انتقال آب بهشتآباد پرداخته شده است که آب را از حوضه کارون به حوضه گاوخونی انتقال میدهد. برای تخصیص آب به کاربران چهار سناریو تعریف شده که در سناریوها انتقال آب، افزایش نیاز آبی و بهبود راندمان کشاورزی دیده شده است. مدل MODSIM برای تخصیص منابع آب با توجه به سیاستهای تاریخی برای هر سناریو استفاده شده است که به عنوان تخصیص اولیه در نظر گرفته میشود. نتایج حاصل از این قسمت، تخصیص منابع آب به کاربران در هر حوضه قبل از اجرای طرح بهشتآباد را نشان میدهد. در ادامه با در نظر گرفتن طرح بهشتآباد و با کمک تئوری بازی به حل اختلاف پرداخته شده است. در بخش حل اختلاف از دو رویکرد همکارانه و غیرهمکارانه استفاده شده است. در رویکرد همکارانه سه بازیکن، کشاورزی گاوخونی، صنعت گاوخونی و کشاورزی کارون و غیرهمکارانه دو بازیکن، حوضه گاوخونی و حوضه کارون تعریف شده است. با بررسی سود ائتلافهای مختلف بین بازیکنان، سود حاصل از ائتلاف کلی بیشترین مقدار را دارا است. در رویکرد همکارانه با تخصیص مجدد، سود همهی بازیکنان از شرایط اولیه بیشتر شده است. برای بررسی میزان همکاری میان بازیکنان از شاخص گاتلی استفاده شده است که تمایل بازیکنان برای خروج از ائتلاف را نشان میدهد. این شاخص برای کشاورزی کارون و صنعت گاوخونی تقریباً یک شده است و برای کشاورزی گاوخونی بیشتر از یک شده است. همچنین با بررسی شاخص گاتلی دو بازیکن صنعت گاوخونی و کشاورزی کارون، نقش مهمی در تشکیل ائتلاف بر عهده دارند. در مدل غیرهمکارانه تئوری بازیها با استفاده از چهار شاخص تعادل نش، عقلانیت کلی، عقلانیت متناسب و تعادل دائمی، تعادل بازی بررسی شده است. نتایج غیرهمکارانه تئوری بازیها نشان داده است، با انتقال آب و عدمپرداخت انگیزشی از سمت حوضه گاوخونی، تعادل بازی به سمت عدمهمکاری پیش میرود و حوضه کارون با انتقال آب مخالفت میکند. با پرداخت انگیزشی از سمت حوضه گاوخونی، پایداری بازی از نقطه عدمهمکاری به سمت همکاری پیش میرود. همکاری دو حوضه زمانی صورت میگیرد که حوضه کارون با انتقال آب موافقت کند و حوضه گاوخونی برای ماندن حوضه کارون در بازی پرداخت انگیزشی کند. مقدار این پرداخت انگیزشی در سناریو 1، 15/751 میلیارد تومان، سناریو 2، 4/745 میلیارد تومان، سناریو 3، 740 میلیارد تومان و سناریو 4، 4/771 میلیارد تومان است. کلمات کلیدی: انتقال آب، تخصیص آب، رفع اختلاف، تئوری بازی، رویکرد همکارانه، رویکرد غیرهمکارانه، پرداخت انگیزشی