SUPERVISOR
Azadeh Ahmadi
آزاده احمدی (استاد راهنما)
STUDENT
Ali Shoghi javan
علی شوقی جوان
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
TITLE
Water Allocation in Border River Basin with a Shared Vision, A Case Study: Harirod River
In the past few years, an increase in demand, a deficit in water resources and lack of appropriate governance of water have forced many countries to exploit traoundary rivers and shared water resources. This issue has led to a rise in water conflicts. Game theory is one of the most substantial means of conflict resolution and reaching equilibrium in a system. In the present study, conflict resolution in shared river Basin of Harirod was approached through cooperative and non-cooperative game theory. In the first step, considering the historical water right of players, the initial water allocation was done to determine the profit in non-cooperative state. Then, in the second step, the players formed crisp coalitions with fuzzy characteristic functions to increase their profit and the profit of the system. At this stage, the players were uncertain about the expected payoffs in the intended coalitions. To redistribute profit in crisp coalitions the Hukuhara–Shapley function or fuzzy characterisc functions and also core methods were used. In the third step, in order to increase the definitional domain of the players, a game with fuzzy coalitions and fuzzy characteristic functions in the form of Choquet fuzzy Integral was used. At this stage, after determining the participation rate of the players, the value of each coalition was assessed through the fuzzy integral tool. The results showed that the cooperation of the players in the grand coalition leads to an increase in the profit. That is to say based on Shapley value, the profit for Iran has increased from 234 billion to 259 billion Rials. Furthermore, using Gatley index, the players’ satisfaction rate of the profit redistribution in grand coalition was studied. In addition, the Gatley index was less than 1 for all the three countries and it confirmed the players’ satisfaction of the profit redistribution result. The results obtained from games with fuzzy coalitions showed an increase in the profit of the players compared to non-cooperative state and partial coalitions among the players; and the best situation was attained when the players formed a grand coalition. Moreover, it was also observed that the proposed methodologies are professionally appropriate to real-world uncertain problems because the players would be able to investigate the problem by changing the parameter which is the degree of all the membership functions of the fuzzy numbers involved in the games. After studying game in a cooperative state, it was analyzed in a non-cooperative state. In this approach, after defining possible scenarios in the basin, equilibrium in the behavior of the players was studied through the above mentioned methods and its impact on the simulation model was detected. The results showed that the percentage of agricultural water in the basin of the study area in scenario 1 was 53% and in scenario 2 was 37%. Furthermore, according to the results obtained from the simulation model, the aquifer of the study area in Iran’s basin would decrease from 244 million cubic meters to 175 million cubic meters a year. Investigating the equilibrium modes, it became clear that by paying motivation compensation to Afghanistan, Iran would be able to change the equilibrium to a cooperative mode and cause an increase in the profit of both countries. Keywords : Water Allocation, Traoundary River, Cooperative and Non-Cooperative Game Theory, uncertainty, Conflict Resolution,
در سالهای اخیر، افزایش سیر صعودی میزان تقاضا، کمبود منابع آب و عدم حکمرانی مناسب آب، باعث شده است که بسیاری از کشورها به بهرهبرداری هر چه بیشتر از رودخانههای بینالمللی و منابع آبی مشترک روی آورند که این موضوع احتمال افزایش مناقشات آبی را به دنبال دارد. نظریه بازیها یکی از مهمترین ابزاری است که امروزه برای حل مناقشات و یافتن تعادل در سیستم استفاده میشود. در این مطالعه به بررسی حل اختلاف با استفاده از ابزار نظریه بازی های همکارانه و غیرهمکارانه در حوضه رودخانه مشترک هریرود پرداخته شد. در گام اول، تخصیص اولیه آب با توجه به حقابه تاریخی بازیکنان بهمنظور تعیین سود در حالت عملکرد انفرادی انجام شد. سپس در گام دوم، بازیکنان جهت افزایش سود خود و سیستم، ائتلاف های قطعی با توابع مشخصه فازی تشکیل دادند. در این مرحله، در ائتلاف های درنظر گرفته شده، بازیکنان در مورد پیامد های مورد انتظار دارای عدم قطعیت هستند. جهت باز توزیع سود در ائتلاف های قطعی، تابع هوکوهارا-شاپلی با تابع مشخصه فازی و هم چنین روش های هسته مورد استفاده قرار گرفت. در گام سوم، جهت افزایش دامنه تصمیمات بازیکنان، بازی با ائتلاف های فازی و تابع مشخصه فازی به فرم انتگرال فازی چوکت مورد استفاده قرار گرفت. در این مرحله، پس از تعیین نرخ مشارکت بازیکنان در ائتلاف های ممکن، ارزش هر ائتلاف با استفاده از ابزار انتگرال فازی چوکت بدست آمد. نتایج نشان می دهد که همکاری بازیکنان در ائتلاف کل باعث افزایش سود هر سه کشور خواهد شد. به طوری که بر اساس ارزش شاپلی، سود ایران از 234 میلیارد ریال به 259 میلیارد ریال افزایش می یابد. هم چنین میزان رضایت بازیکنان از بازتوزیع سود در ائتلاف کل با استفاده از شاخص گاتلی مورد بررسی قرار گرفته شد. با توجه به نتایج، شاخص گاتلی برای سه کشور ایران، افغانستان و ترکمنستان کمتر از مقدار 1 می باشد و این موضوع نشان دهنده رضایت بازیکنان از نتایج بازتوزیع سود می باشد. نتایج به دست آمده از بازی با ائتلاف های فازی نشان دهنده افزایش سود بازیکنان نسبت به دو حالت عدم همکاری و ائتلاف های جزئی بین بازیکنان می باشد و بهترین حالت هنگامی به دست می آید که بازیکنان وارد ائتلاف کل شوند. هم چنین نتایج نشان می دهد روش پیشنهادی در این مطالعه برای مسائل عدم قطعیت دنیای واقعی می تواند از کارایی بالایی برخوردار باشد. زیرا بازیکنان در این روش قادر خواهند بود در صورت تغییر شرایط مسئله، با تغییر پارامتر که درجه تابع عضویت در بازی می باشد مسئله را در شرایط جدید بررسی کنند. پس از بررسی بازی در شرایط همکارانه، به تحلیل بازی در شرایط غیر همکارانه پرداخته شد. در این رویکرد، پس از تعریف سناریو های محتمل در حوضه، به بررسی تعادل در رفتار بازیکنان با استفاده از روش های ذکر شده پرداخته شد. نتایج نشان می دهد، میزان درصد تأمین آب کشاورزی در محدوده مطالعاتی حوضه ایران در سناریو یک 53 درصد و در سناریو دو 37 درصد می باشد. بررسی حالت های تعادل نشان می دهد ایران با پرداخت جبران انگیزشی به افغانستان، می تواند تعادل بازی را به سمت حالت همکارانه تغییر دهد و باعث افزایش سود هر دو کشور شود. کلمات کلیدی : تخصیص آب، رودخانه های مرزی، نظریه بازی های همکارانه و غیرهمکارانه، عدم قطعیت، حل مناقشه