فهرست مطالب

فصل اول: کلیات.

1-1- مقدمه.. 2

1-2- ضرورت انجام تحقیق.. 3

1-3-  اهداف و دامنه­ی تحقیق........... 3

1-4- روش­شناسی (متدلوژی) نیل به اهداف تحقیق.. 3

1-5- مشارکت علمی (نوآوری تحقیق).. 4

1-6- ساختارتحقیق................. 4

فصل دوم: بررسی سوابق مطالعاتی

2-1- مقدمه.. 6

2-2- مطالعات انجام گرفته در زمینه­ی حل اختلاف.. 6

2-2-1- حل اختلاف در بهره­برداری از آب­های سطحی.. 6

2-2-2- حل اختلاف در بهره­برداری از آب­های زیرزمینی.. 11

2-2-3- حل اختلاف در بهره­برداری تلفیقی از آب­های سطحی و زیرزمینی   12

2-3- جمع­بندی.. 13

فصل سوم: مواد و روش­های به کار رفته در تحقیق.

3-1- مقدمه.. 15

3-2- مدل­های بهینه­سازی.. 15

3-2-1- مدل­های بهینه­سازی تک­هدفه.. 15

3-2-2- مدل­های بهینه­سازی چندهدفه.. 17

3-3- مدل­های حل اختلاف.. 18

3-4- مدل شبیه­سازی سیستم.. 21

3-4-1- روش ماتريس پاسخ واحد.. 21

3-5- جمع­بندی.. 26

فصل چهارم: ساختار مدل­های شبیه­سازی سیستم و بهینه­سازی حل اختلاف

4-1- مقدمه.. 28

4-2- محاسبه­ی ماتریس پاسخ آبخوان.. 30

4-3- شبیه­سازی شرایط موجود.. 32

4-4- مدل بهینه­سازی.. 39

4-5- مقایسه­ی مقادیر کمبود در دو حالت شبیه­سازی- بهینه­سازی و بهینه­سازی   43

4-6- مدل حل اختلاف.. 44

4-6-1- معرفی توابع مطلوبیت.. 44

4-6-2- فرمول­بندی مدل حل اختلاف Nash. 47

4-6-3- فرمول­بندی مدل CR(I). 53

4-6-4- فرمول­بندی مدل CR(II). 56

4-6-5- مقادیر مطلوبیت­های تأمین نیاز حاصل از مدل­های حل اختلاف   59

4-6-6- مقایسه­ی نتایج مدل­های مختلف حل اختلاف.. 59

4-7- تخصیص آب با استفاده از رویکرد همکارانه.. 61

4-8- جمع­بندی.. 65

 فصل پنجم: مطالعه­ی موردی

5-1- مقدمه.. 67

5-2- داده­های پایه.. 68

5-3- مدل بهینه­سازی سیستم.. 72

5-3-1- معرفی توابع مطلوبیت........ 72

5-3-2- وزن نسبی شرکت­کنندگان.. 73

5-4- متدولوژی و ابزار حل مدل.. 74

5-4-1- نتایج حاصل.. 75

5-4-1-1- نتایج سال آبی 51-1350. 75

5-4-1-2- نتایج سال آبی 67-1366. 83

5-4-1-3- نتایج سال آبی 78-1377. 89

5-4-2- مقایسه­ی نتایج مدل حل اختلاف Nash و مدل CR(II)..... 95

5-4-3- مسئله­ی تخصیص آب با رویکرد همکارانه در مورد سال آبی 51-1350  96

5-5- جمع­بندی.. 97

فصل ششم: نتایج و پیشنهادات

6-1- مقدمه.. 100

6-2- نتایج حاصل.. 100

6-3- پیشنهادات برای مطالعات آتی.. 102

فصل هفتم: مراجع

فهرست پیوست­ها

پیوست شماره یک- ضرایب پاسخ

پیوست شماره دو- آشنایی با نرم­افزار LINGO

پیوست شماره سه- آشنایی با نرم­افزار MODFLOW

فهرست اشکال

شکل ‏2‑1: منابع آب­های سطحی و منطقه کشاورزی آبخوان تهران.. 13

شکل ‏3‑1: فرم کلی تابع مطلوبیت ذوزنقه­ای [4].. 21

شکل ‏3‑2: مفهوم ضريب پاسخ براي منابع تحريک­کننده و تحريک شونده نقطه­اي[2].. 24

شکل ‏3‑3: پارامترهای یک سیستم آبخوان که می­تواند توسط MODFLOW شبیه­سازی شود [2].. 26

شکل ‏4‑1: بهره­برداری دو مصرف­کننده به صورت تلفیقی از منابع آب سطحی و زیرزمینی.. 29

شکل ‏4‑2: نمای شماتیک سیستم فرضی در محیط نرم­افزار Visual MODFLOW... 31

شکل ‏4‑3: مقایسه­ی نتایج افت چاه 1 در LINGO و Visual MODFLOW... 31

شکل ‏4‑4: مقایسه­ی نتایج افت چاه 2 در LINGO و Visual MODFLOW... 32

شکل ‏4‑5: مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از شبیه­سازی وضع موجود برای مصرف­کننده­ی بالادست.. 37

شکل ‏4‑6: مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از شبیه­سازی وضع موجود برای مصرف­کننده­ی پایین­دست.. 37

شکل ‏4‑7: نتایج حاصل از شبیه­سازی وضع موجود.. 38

شکل ‏4‑8: مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل بهینه­سازی  برای مصرف­کننده­ی بالادست.. 41

شکل ‏4‑9: مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل بهینه­سازی برای مصرف­کننده­ی پایین­دست.. 41

شکل ‏4‑10: نتایج حاصل از مدل بهینه­سازی.. 42

شکل ‏4‑11: مقایسه­ی مقادیر کمبود در دو مدل برای مصرف­کننده­ی بالادست   43

شکل ‏4‑12: مقایسه­ی مقادیر کمبود در دو مدل برای مصرف­کننده­ی پایین­دست   43

شکل ‏4‑13: نمودار تابع مطلوبیت تأمین نیاز آبی مصرف­کنندگان.. 45

شکل ‏4‑14: نمودار تابع مطلوبیت افت تراز آبخوان در محل چاه­ها.. 45

شکل ‏4‑15: نمودار تابع مطلوبیت تأمین نیاز زیست­محیطی.. 46

شکل ‏4‑16: نمودار تابع مطلوبیت مرتبط با هزینه­ی برداشت آب مصرف­کنندگان   46

شکل ‏4‑17: مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل بهینه­سازی Nash برای مصرف­کننده­ی بالادست.. 51

شکل ‏4‑18: مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل بهینه­سازی Nash برای مصرف­کننده­ی پایین­دست.. 51

شکل ‏4‑19: نتایج حاصل از مدل بهینه­سازی Nash. 52

شکل ‏4‑20:مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل CR(I) برای مصرف­کننده­ی بالادست   54

شکل ‏4‑21:مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل CR(I) برای مصرف­کننده­ی پایین­دست.. 54

شکل ‏4‑22: نتایج حاصل از مدل CR(I). 55

شکل ‏4‑23:مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل CR(II) برای مصرف­کننده­ی بالادست.. 57

شکل ‏4‑24: مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل CR(II) برای مصرف­کننده­ی پایین­دست.. 57

شکل ‏4‑25: نتایج حاصل از مدل  CR(II). 58

شکل ‏4‑26: نتایج کمبودهای آبی مدلهای مختلف حل اختلاف برای بالادست رودخانه.. 60

شکل ‏4‑27: نتایج کمبودهای آبی مدل­های مختلف حل اختلاف برای پایین­دست رودخانه.. 60

شکل ‏4‑28: مقایسه­ی مقادیر کمبود آبی مصرف­کننده­ی بالادست قبل و بعد از همکاری.. 64

شکل ‏4‑29 : مقایسه­ی مقادیر کمبود آبی مصرف­کننده­ی پایین­دست قبل و بعد از همکاری.. 64

شکل ‏5‑1:موقعیت کلی منطقه­ی طرح و محدوده­ی مدل (آبخوان) در حوضه­ی آبریز ابهر [5].. 67

شکل ‏5‑2: نمودار جریان رودخانه­ی ابهر در سال­های آبی مختلف.. 68

شکل ‏5‑3: مقادیر مختلف نیازهای صنعت، شهری، کشاورزی.. 69

شکل ‏5‑4: موقعیت چاه­های موجود در منطقه.. 70

شکل ‏5‑5 : نمودار تابع مطلوبیت تأمین نیاز آبی مصرف­کنندگان.. 72

شکل ‏5‑6: نمودار تابع مطلوبیت افت تراز آبخوان در محل چاه­ها.. 72

شکل ‏5‑7 : نمودار تابع مطلوبیت تأمین نیاز زیست­محیطی رودخانه.. 73

شکل ‏5‑8: نمودارتابع مطلوبیت مرتبط با هزینه­ی برداشت آب مصرف­کنندگان   73

شکل ‏5‑9: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف شرب بالادست سال آبی 51-1350. 76

شکل ‏5‑10: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف شرب پایین­دست  سال آبی 51-1350. 76

شکل ‏5‑11: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف صنعت بالادست سال آبی 51-1350. 78

شکل ‏5‑12: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف صنعت پایین­دست سال آبی 51-1350. 78

شکل ‏5‑13: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف کشاورزی بالادست سال آبی 51-1350. 80

شکل ‏5‑14: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف کشاورزی پایین­دست سال آبی 51-1350. 80

شکل ‏5‑15: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف شرب بالادست سال آبی 67-1366. 84

شکل ‏5‑16: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف شرب پایین­دست سال آبی 67-1366. 84

شکل ‏5‑17: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف صنعت بالادست سال آبی 67-1366. 86

شکل ‏5‑18: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف صنعت پایین­دست سال آبی 67-1366. 86

شکل ‏5‑19: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف کشاورزی بالادست سال آبی 67-1366. 88

شکل ‏5‑20: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف کشاورزی پایین­دست سال آبی 67-1366. 88

شکل ‏5‑21: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف شرب بالادست سال آبی 78-1377. 90

شکل ‏5‑22: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف شرب پایین­دست سال آبی 78-1377. 90

شکل ‏5‑23: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف صنعت بالادست سال آبی 78-1377. 92

شکل ‏5‑24: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف صنعت پایین­دست سال آبی 78-1377. 92

شکل ‏5‑25: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف کشاورزی بالادست سال آبی 78-1377. 94

شکل ‏5‑26: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف کشاورزی پایین­دست سال آبی 78-1377. 94

شکل ‏5‑27: مقایسه­ی نتایج برداشت از آب سطحی در دو مدل Nash و CR(II)  95

شکل ‏5‑28: مقایسه­ی نتایج برداشت از آب زیرزمینی در دو مدل Nash و CR(II)  96

فهرست جداول

جدول ‏4‑1: اطلاعات ورودی مسئله (مقادیر به میلیون متر مکعب).. 29

جدول ‏4‑2: ماتریس­های پاسخ چاه 1 و چاه 2. 30

جدول ‏4‑3: مقادیر برداشت آب سطحی بالادست حاصل از شبیه­سازی در محیط Excel 33

جدول ‏4‑4: مقایسه­ی مقادیر برداشت و مقادیر کمبود دو مصرف­کننده (مقادیر به میلیون متر مکعب).. 36

جدول ‏4‑5: مقایسه­ی مقادیر برداشت و مقادیر کمبود دو مصرف­کننده (mcm)  40

جدول ‏4‑6: مقایسه­ی مقادیر برداشت و مقادیر کمبود دو مصرف­کننده (mcm)  50

جدول ‏4‑7: مقایسه­ی مقادیر برداشت و مقادیر کمبود دو مصرف­کننده (mcm)  53

جدول ‏4‑8: مقایسه­ی مقادیر تخصیص و مقادیر کمبود دو مصرف­کننده(mcm)  56

جدول ‏4‑9: مجموع مقادیر هزینه در مدل­های مختلف برای دو مصرف­کننده­ی بالادست و پایین­دست (تومان).. 58

جدول ‏4‑10: مقایسه­ی مقادیر مطلوبیت­های تأمین نیاز مصرف­کنندگان   59

جدول ‏4‑11: مقادیر رهاسازی آب در ماه­های مختلف.. 63

جدول ‏5‑1: جریان رودخانه ابهر در سال­های آبی مختلف (mcm).. 68

جدول ‏5‑2: مقادیر نیاز شهری، صنعت،کشاورزی و حقابه­های زیست­محیطی طرح (mcm). 69

جدول ‏5‑3: ماتریس پاسخ چاه 1. 71

جدول ‏5‑4: مقادیر ضرایب برگشتی به آب سطحی و آب زیرزمینی.. 71

جدول ‏5‑5: مقادیر ضرایب برگشتی از مصارف مختلف.. 71

جدول ‏5‑6: مقادیر وزن نسبی شرکت­کنندگان در مطالعه­ی موردنظر.. 74

جدول ‏5‑7: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف شرب سال آبی 51-1350 (mcm). 75

جدول ‏5‑8: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف صنعت سال آبی 51-1350 (mcm). 77

جدول ‏5‑9: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف کشاورزی سال آبی 51-1350 (mcm). 79

جدول ‏5‑10: مقادیر جریان زیست­محیطی مربوط به بالادست و پایین­دست رودخانه سال آبی 51-1350. 81

جدول ‏5‑11: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف شرب سال آبی 67-1366 (mcm). 83

جدول ‏5‑12: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف صنعت سال آبی 67-1366 (mcm). 85

جدول ‏5‑13: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف کشاورزی سال آبی 67-1366 (mcm). 87

جدول ‏5‑14: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف شرب سال آبی 78-1377 (mcm). 89

جدول ‏5‑15: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف صنعت سال آبی 78-1377 (mcm). 91

جدول ‏5‑16: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف کشاورزی سال آبی 78-1377 (mcm). 93

جدول ‏5‑17: مقادیر رهاسازی آب در ماههای مختلف.. 97

چکیده

وجود ذینفعان مختلف در بهره­برداری از سیستم­های منابع آب با اولویت­های متفاوت و معمولاً در تضاد، مناقشاتی را به وجود می­آورد که حل و رفع این مناقشات به خصوص در سالهای اخیر مورد توجه محققان بسیاری قرار گرفته است و راهکارهای متفاوتی برای حل این مشکل ارائه شده­ است. یکی از این روش­ها رویکرد حل اختلاف Nash می­باشد. در این پایان­نامه یک سیستم مرکب رودخانه-آبخوان که وظیفه­ی تأمین نیاز آبی دو منطقه­ی بالادست و پایین­دست را بر عهده دارد در نظر گرفته شده و وضعیت مناقشه­ی سیستم شبیه­سازی شده است. با استفاده از رویکرد Nash مسئله­ی حل مناقشه بین مصرف­کنندگان آب که از هر دو منبع آب سطحی و زیرزمینی استفاده می­کنند تحلیل گردیده و نتایج حاصل از آن با دو روش حل اختلاف دیگر مقایسه شده است. این مسئله با توجه به محدودیت­های موجود برای برداشت آب زیرزمینی (افت تراز آبخوان) و همچنین محدودیت برداشت آب سطحی (تأمین نیاز زیست­محیطی) حل شده است. از نرم­افزار VisualMODFLOW برای شبیه­سازی سیستم رودخانه-آبخوان و نرم­افزار LINGO برای حل مسئله­ی بهینه­ی حاصل استفاده شده است. مطالعه­ی موردی، مناقشه­ی موجود در بین مصرف­کنندگان بخش­های مختلف شهری، صنعتی و کشاورزی دو منطقه­ی ابهر و خرمدره را که از منابع سطحی و زیرزمینی به صورت تلفیقی استفاده می­کنند در نظر دارد و از روبکرد حل اختلاف Nash برای بهبود این مناقشه استفاده می­کند. نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که مدل Nash    می­تواند با رعایت مقادیر وزن­های نسبی و مطلوبیت­های تعیین­شده پاسخی را ارائه دهد که حاصل مشارکت   ذی­نفعان بوده و مطلوبیت کل سیستم را به ماکزیمم مقدار برساند.