
تعداد نشریات | 13 |
تعداد شمارهها | 626 |
تعداد مقالات | 6,517 |
تعداد مشاهده مقاله | 8,746,454 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 8,317,289 |
بهینه سازی برنامه زراعی و تخصیص آب با کاربرد تکنیک های استاکلبرگ و فراابتکاری در منطقه سیستان | ||
مجله پژوهشهای حفاظت آب و خاک | ||
دوره 29، شماره 4، دی 1401، صفحه 1-26 اصل مقاله (1.07 M) | ||
نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/jwsc.2023.20956.3608 | ||
نویسندگان | ||
زهرا غفاری مقدم* 1؛ علی سردارشهرکی2؛ سمیه میرشکاری3 | ||
1نویسنده مسئول، استادیار گروه اقتصاد کشاورزی، پژوهشکده کشاورزی، پژوهشگاه زابل، زابل، ایران. | ||
2دانشیار اقتصاد کشاورزی، دانشکده مدیریت و اقتصاد، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران. | ||
3استادیار گروه زراعت و اصلاح نباتات، پژوهشکده کشاورزی، پژوهشگاه زابل، زابل، ایران. | ||
چکیده | ||
سابقه و هدف: آب بهعنوان یکی از مهمترین نهادههای تولیدات محصولات کشاورزی جایگاه مهمی در توسعه پایدار بخش کشاورزی و توسعه اقتصادی سایر بخشها دارد. کمبود آب یکی از مشکلات اصلی بیشتر کشورهای جهان است. تعیین الگوی کشت بهینه محصولات کشاورزی و برنامهریزی تخصیص آبیاری در شرایط کمآبی حاکم بر حوضههای آبریز کشور از اهمیت بسزایی برخوردار است. هدف از این مطالعه بهینهسازی تخصیص آب و تعیین الگوی کشت بهینه محصولات کشاورزی در پنج شهرستان منطقه سیستان طی سناریوهای مختلف مدیریتی است. مواد و روشها: در این مطالعه برای مواجهه با شرایط مختلف آبی، با استفاده از یک رویکرد برنامهریزی دو سطحی و چارچوب بازی استاکلبرگ و استفاده از الگوریتم ژنتیک مدلی جهت بهینهسازی تخصیص آب بین مناطق تحت آبیاری و محصولات زراعی و همچنین تعیین سطح زیر کشت بهینه برای محصولات زراعی در 5 شهرستان منطقه سیستان (شامل هامون، هیرمند، زهک، نیمروز و زابل) توسعه داده شد. محصولات منتخب شامل گندم، جو، پیاز، خربزه، هندوانه و یونجه میباشد. مسئله در قالب نه سناریو شامل سه سناریوی راندمان آبیاری، سه سناریو شرایط اقلیمی و سه سناریو شرایط کمآبیاری اجرا و با سناریو پایه مقایسه شد. یافتهها: در بین محصولات مورد بررسی بیشترین آب به محصول خربزه به دلیل نیاز آبی کم و ارزش اقتصادی بالا نسبت به سایر محصولات و کمترین آب به محصول یونجه به دلیل نیاز آبی بالا تخصیص داده شد. همچنین محصول خربزه با 5/13503 هکتار بیشترین سطح زیرکشت و یونجه با 85/4 هکتار کمترین سطح زیرکشت را در مجموع پنج شهرستان به خود اختصاص دادهاند. کل سطح زیرکشت به دستآمده توسط مدل 32/18240 هکتار است. مقدار ضریب جینی 0053/0 به دست آمد که مقداری کوچک و نزدیک صفر است و نشان میدهد تخصیص آب بین مناطق عادلانه بوده است. مقدار سود کل به دست آمده در حالت سناریو پایه 1013×06/5 ریال است که با اعمال سناریوهای راندمان آبیاری 50 و 70 درصد میزان سود به ترتیب 12 و 34 درصد و سطح زیر کشت 27 و 47 درصد نسبت به حالت پایه افزایش یافته است. و در شرایط اقلیمی نرمال و ترسالی نیز میزان سود کل به ترتیب 28 و 54 درصد و سطح زیر کشت 40 و 65 درصد نسبت به حالت پایه افزایش یافته است. اعمال سناریو کمآبیاری میزان سود را نسبت به حالت پایه کاهش داد اما کاهش سود با صرفهجویی حجم زیادی از آب آبیاری همراه است و این حجم آب ذخیرهشده منجر به افزایش سطح زیر کشت محصولاتی که صرفه اقتصادی بالاتری دارند، شده است بنابراین با اعمال سناریوهای مختلف، الگوی کشت به سمت محصولاتی با نیاز آبی کمتر و ارزش اقتصادی بیشتر متمایل میشود. نتیجهگیری: بر اساس نتایج بهدستآمده مشاهده شد محصولاتی که دارای ارزش اقتصادی بالاتر و نیاز آبی کمتر بودند آب بیشتری به آنها تخصیص دادهشده است بنابراین محصولات زراعی که نسبت به آب مصرفی سود کمتری را حاصل میکنند و همچنین محصولاتی که دارای نیاز آبی بالایی هستند از الگوی کشت حذف و محصولات باصرفه اقتصادی بالاتر و نیاز آبی کمتر در الگوی کشت جایگزین شدهاند که این میتواند راهکار مناسبی برای مواجهه با شرایط کمبود آب باشد. افزایش راندمان آبیاری باعث افزایش سود کل شده است لذا صرفهجویی در مقدار آب مصرفی گیاهان از طریق بهبود تکنولوژی آبیاری و افزایش راندمان آبیاری توصیه میشود. از مدل پیشنهادی در این مطالعه میتوان بهمنظور برنامهریزی صحیح و کارآمد برای کشاورزی و مدیریت منابع آب در شرایط مختلف استفاده نمود. | ||
کلیدواژهها | ||
بهینه سازی الگوی کشت؛ تخصیص بهینه آب؛ بازی استاکلبرگ؛ الگوریتم ژنتیک؛ سیستان | ||
مراجع | ||
1.Rafiee, V., Shourian, M., and Attari, J. 2017. Optimum Crop Patterning by Integrating SWAT and the Harmony Search Optimization Algorithm, Iran - Water Resources Research. 13: 3. 73-88. (In Persian)
2.Li, M., Cao, X., Liu, D., Fu, Q., Li, T., and Shang, R. 2022. Sustainable management of agricultural water and land resources under changing climate and socio-economic conditions: A multi-dimensional optimization approach, Agricultural Water Management. 259:107235.
3.Asadi, E., Shirzadi Laskukalayeh, S., and Mehrjou, A. 2021. The Application of Asymmetric Nash Solution in Optimal Allocation of Water Resources (Case study: Qarehsou basin), J. of Water and Soil Conservation, 28: 2. 43-62. (In Persian)
4.Zeng, Y., Li, J., Cai, Y., Tan, Q., and Dai, C. 2019. A hybrid game theory and mathematical programming model for solving trans-boundary water conflicts, Journal of Hydrology. 570: 666-681.
5.Pereira, L.S. 2017. Water, agriculture and food: challenges and issues, Water Resources Management. 31: 10. 2985-2999.
6.Lalehzari, R., Nasab, B., Moazed, H., and Haghighi, A. 2015. Multiobjective management of water allocation to sustainable irrigation planning and optimal cropping pattern, J. Irrig. Drain. Eng. 142: 1. 1-10.
7.Abdulbaki, D., Al-Hindi, M., Yassine, A., and Abou Najm, M. 2017. An optimization model for the allocation of water resources, Journal of Cleaner Production. 164: 994-1006.
8.Al-Jawad, J.Y., Alsaffar, H.M., Bertram, D., and Kalin, R.M. 2019. A comprehensive optimum integrated water resources management approach for multidisciplinary water resources management problems, Journal of environmental management. 239: 211-224.
9.Martinsen, G., Liu, S., Mo, X., and Bauer-Gottwein, P. 2019. Joint optimization of water allocation and water quality management in Haihe River basin, Science of the total environment. 654: 72-84.
10.Milan, S.G., Roozbahani, A., and Banihabib, M.E. 2018. Fuzzy optimization model and fuzzy inference system for conjunctive use of surface and groundwater resources, Journal of hydrology. 566: 421-434.
11.Ye, Q., Li, Y., Zhuo, L., Zhang, W., Xiong, W., Wang, C., and Wang, P. 2018. Optimal allocation of physical water resources integrated with virtual water trade in water scarce regions: A case study for Beijing, China, Water research. 129: 264-276.
12.Nori, S., Shahraki, J., and Sardar Shahraki, A. 2019. Optimal allocation of water resources in Sistan Chah-Nime reservoirs under the water and soil management scenario, J. of Water and Soil Conservation, 25: 6. 25-46. (In Persian)
13.Li, M., Fu, Q., Singh, V.P., Liu, D., Li, T., and Zhou, Y. 2020. Managing agricultural water and land resources with tradeoff between economic, environmental, and social considerations: A multi-objective non-linear optimization model under uncertainty, Agricultural systems. 178: 102685.
14.Ren, C.F., Li, Z.H., and Zhang, H.B. 2019. Integrated multi-objective stochastic fuzzy pro-gramming and AHP method for agricultural water and land optimization allocation under multiple uncertainties, J. Clean. Prod. 210: 12-14.
15.Regulwar, D.G., and Gurav, J.B. 2011. Irrigation planning under uncertainty-a multi objective fuzzy linear programming approach, Water Resour. Manage. 25: 1387-1416.
16.Mosleh, Z., Salehi, M.H., Fasakhodi, A.A., Jafari, A., Mehnatkesh, A., and Borujeni, I.E. 2017. Sustainable allocation of agricultural lands and water resources using suitability analysis and mathematical multi-objective programming, Geoderma. 303: 52-59.
17.Amanat Behbahani, L., Moghaddasi, M., Ebrahimi, H., and Babazadeh, H. 2020. Optimal water allocation and distribution management in irrigation networks under uncertainty by multi‐stage stochastic case study: Irrigation and drainage networks of Maroon, Irrigation and Drainage. 69: 4. 531-545.
18.Linker, R. 2020. Unified framework for model-based optimal allocation of crop areas and water, Agricultural Water Management. 228: 105859.
19.Li, M., Li, J., Singh, P., Fu, Q., Liu, D., and Yang, G. 2019. Efficient allocation of agricultural land and water resources for soil environment protection using a mixed optimization-simulation approach under uncertainty, Geoderma. 353: 55-69.
20.Xie, Y. L., Xia, D. X., Ji, L., and Huang, G. H. 2018. An inexact stochastic-fuzzy optimization model for agricultural water allocation and land resources utilization management under considering effective rainfall, Ecological indicators. 92: 301-311.
21.Hao, L., Su, X., and Singh, V.P. 2018. Cropping pattern optimization considering uncertainty of water availability and water saving potential, International Journal of Agriculture and Biological Engineering. 11: 1. 178-186.
22.Valizadegan, E., and Dindarsooha, A. 2021. Model of optimal allocation of water and land to agricultural crops in deterministic and stochastic conditions, Water and soil resources conservation. 10: 3. 31-46. (In Persian)
23.Emamifar, S., Mohammadian, F., Mohammadi, R., Abadi, A., and AliMadadi, M. 2021. Investigation of Optimum Cropping Pattern Proportional to Allocable Water and Balancing Aquifer (Case Study of Qom-Kahak Study Area), Water and soil resources conservation. 9: 4. 35-55. (In Persian)
24.Meftah Halaghi, M., Ghorbani, KH., Keramatzadeh, A., and Salarijazi, M. 2021. Application of Game Theory to Determining Optimal Harvesting of Water Resources and Determination of Optimal cropp pattern (Case study: Gharesu basin), J. of Water and Soil Conservation, 27: 5. 69-87. (In Persian)
25.Siasar, H., and Honar, T. 2017. Optimization of Water Allocation Pattern crops using a Genetic Algorithm. 3rd. International Conference on Agricultural Engineering and Natural Resources. July. (In Persian)
26.Reports of Iran Meteorological Organization, Climatology Research Institute of the country, 2014. (In Persian)
27.Sardar Shahraki, A. 2016. Optimal Allocation of Water Resources of Hirmand Basin by Application of Game Theory and Evaluating the Managerial Scenarios. PhD Thesis in agricultural economic university of Sistan and Baluchestan. (In Persian)
28.Agricultural Statistics. 2016. Ministry of Agricultural Jihad, Deputy Planning and Economic Department, Tehran, first volume. (In Persian)
29.Mas-Colell, A., Whinston, M.D., and Green, J.R. 1995. Microeconomic theory. Appendix J. Harvard University. 199p.
30.Ankur, S., Malo, P., Frantsev, A., and Deb, K. 2014. Finding optimal strategies in a multi-period multi-leader–follower Stackelberg game using an evolutionary algorithm, Computers & Operations Research. 41: 374-385.
31.Safari, N. Optimal Surface Water Resources Allocation by Public and Market-Based Mechanisms with the Approach of Cooperative Game; Case Studies. Ph.D. Thesis university of Tabriz. (In Persian)
32.Gibbons, R. 1997. An Introduction to Applicable Game Theory, Journal of Economic Perspective. 11: 1. 127-149.
33.Hu, Z., Wei, C., Yao, L., Li, C., and Zeng, Z. 2016. Integrating equality and stability to resolve water allocation issues with a multiobjective bilevel programming model, J. Water Resour Plann. Manage. 142: 7. 1-12.
34.Xu, Z., Yao, L., Zhou, X, Moudi, M., and Zhang, L. 2019. Optimal irrigation for sustainable development considering water rights transaction: A Stackelberg-Nash-Cournot equilibrium model, Journal of Hydrology. 575: 628-637.
35.Ghaffari Moghadam, Z., Moradi, E., Hashemitabar, M., and Sardarshahraki, A. 2022. Optimal Allocation of Water Resources in the Agricultural Sector by Using the Stackelberg-Nash-Cournot Modeland emphasis on water market (Case Study: Sistan Plain Pipe Water Transfer Project), Ecohydrology. 9: 1. 273-289.
36.Ghaffari Moghadam, Z., Moradi, E., Hashemi Tabar, M., and Sardar Shahraki, A. 2022. Developing a Bi-level programming model for water allocation based on Nerlove’s supply response theory and water market, Environment, Development and Sustainability. https://doi.org/10.1007/ s10668-022-02658-z.
37.Ministry of Energy. 2011. River Water Resources Planning Report and Well Reservoirs in Sistan, Volume II, Regional water Company of Sistan and Baluchistan Province, Zabol.
38.Kalbali, E., Sabouhi, M., and Ahmadpour, M. 2017. Strategies of Voshmgir Dam Water Allocation Using Two-Stage Stochastic Programming, Journal of water and soil. 30: 6. 1832-1847. (In Persian)
39.Akbari, M., Najafi Alamdarlo, H., and Mossavi, S.H. 2019. Impacts of Climate Change and Drought on Income Risk and Crop Pattern in Qazvin Plain Irrigation Network, Journal of water Research in agriculture. 33: 2. 265-281. (In Persian)
40.Parhizkari, A., Sabouhi, M., Ahmadpour, M., and Badie Barzin, H. 2016. Assessment of the Effects of Deficit Irrigation and Decrease in Water Allocation on Agricultural Sector Production in Qazvin Province, Journal of water Research in agriculture. 30: 2. 173-185. (In Persian) | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 392 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 305 |