16684

16684

تلفيق ديدگاه‌هاي مثبت‌نگري اقتصادي و تخمين هيدرولوژيكي در واسنجي يك مدل مديريت منابع آب براي يك حوضه آبريز با كاربري غالب آبياري-مطالعه موردي: زيرحوضه مهاباد

كارشناسي ارشد

مهندسي آب

تير 1395

دكتر حسين عليزاده - دكتر برات مجردي

عمران

دستيابي به يك ابزار قابل‌اطمينان براي مديريت، طراحي و بهره‌برداري سيستم‌هاي منابع آب نيازمند درك صحيحي از فرآيندهاي طبيعي و انساني بوده و بدين‌جهت از ابزار مدل‌سازي استفاده مي‌شود. از طرفي، براي به‌كارگيري مدل‌ها ابتدا بايد آن‌ها را صحت‌سنجي، واسنجي و اعتبارسنجي نمود. يكي از مدل‌هاي برنامه‌ريزي منابع آب مهم و پركاربرد در دهه اخير نرم‌افزار WEAP بوده است كه توانايي شبيه‌سازي فرآيندهاي هيدرولوژيكي حوضه آبريز و همچنين تخصيص منابع آب را دارد. شبيه‌سازي بارش-رواناب در مدل WEAP توسط روشي موسوم به رطوبت خاك انجام مي‌گيرد. از طرفي سياست‌گذاران در بخش‌هاي كشاورزي و محيط‌زيست نيز همواره به دنبال طراحي و ارزيابي اثرات اتخاذ سياست‌هاي زيست‌محيطي هستند، به‌گونه‌اي كه بتوانند در ارتباط با حل مشكلات موجود راهگشا باشند. در حال حاضر مدل‌هاي كشاورزي با مقياس منطقه‌اي به‌عنوان ابزاري براي پشتيباني از تصميمات درزمينه‌ي سياست‌گذاري بكار مي‌روند. اين مدل‌ها نيازمند دسترسي به اطلاعات گسترده‌اي از تصميمات توليدي كشاورزان با امكان شبيه‌سازي سناريوهاي تغييرات جهاني، آب و هوايي، سياسي و اقتصادي هستند. دسته‌ي مهمي از اين مدل‌ها به‌صورت بهينه‌سازي هستند و توسط برنامه‌ريزي رياضي مثبت (PMP) واسنجي مي‌شوند. فرضيه‌ي اساسي درPMP آن است كه واكنش‌هاي رفتاري مشاهده شده، پايه‌اي براي واسنجي مدل‌ها است. بدين ترتيب جهت بسط ديد حاكم در مسئله از بررسي يك‌جانبه‌ي مؤلفه‌هاي هيدرولوژيكي به يك ديد يكپارچه‌ي هيدرولوژيكي-اقتصادي در سطح حوضه آبريز، ضروري است مؤلفه‌ي برداشت از منابع آب سطحي و زيرسطحي براي مصارف كشاورزي، شرب و صنعت در مدل هيدرولوژيكي لحاظ گشته و همچنين اثرات تصميمات كشاورزان در راستاي بيشينه‌سازي سود در نظر گرفته شود. در اين راستا در تحقيق پيش رو، يك روش مدل‌سازي يكپارچه منابع و مصارف آب در سطح حوضه آبريز توسعه مي‌يابد تا بتواند علاوه بر شبيه‌سازي بارش-رواناب، به شبيه‌سازي تصميمات كشاورزان در الگوي كشت محصولات كشاورزي پرداخته و منافع اقتصادي حاصل را بيشينه نمايد. مؤلفه‌ي اصلي ماجول هيدرولوژيكي شامل بيلان آب در اجزاي مختلف سيستم هيدرولوژيكي حوضه آبريز اعم از منطقه ريشه، مخازن، رودخانه‌ها و ماجول اقتصادي شامل محاسبه منافع خالص اقتصادي حاصل از كشاورزي است كه از خروجي‌هاي يك ماجول كشاورزي استفاده مي‌كند. در اين تحقيق، ابتدا تحليل حساسيت نتايج مدل نسبت به ورود داده‌هاي بارش با استفاده از روش‌هاي درون‌يابي مختلف (اعم از چندضلعي تيسن، وزني عكس فاصله و كريجينگ) انجام شده و سپس دو الگوريتم PEST و GA براي واسنجي خودكار روش رطوبت خاك بكار گرفته شده و با يكديگر مقايسه شدند. رودخانه مهاباد واقع در حوضه آبريز درياچه اروميه به‌عنوان مطالعه موردي انتخاب گرديد. نتايج نشان‌دهنده‌ي واسنجي نسبتاً خوب پارامترهاي مدل در زيرحوضه‌هاي موردبررسي و با استفاده از هر دو روش و البته برتري الگوريتم ژنتيك بر الگوريتم PEST است. در ادامه مدل‌سازي كشاورزي و اقتصادي در محيط نرم‌افزار MATLAB انجام گرديد و با استفاده از الگوريتم NSGAII به‌صورت چندهدفه واسنجي شد. نتايج مدل‌سازي بخش هيدرولوژيكي حاكي از قابليت مناسب روش رطوبت خاك در شبيه‌سازي فرآيندهاي هيدرولوژيكي بارش-رواناب رودخانه مهاباد است و به همين ترتيب با بررسي نتايج حاصل از ماجول‌هاي كشاورزي و اقتصادي و مشاهده‌ي چگونگي تخمين رفتار كشاورزان در سال پايه توسط مدل كه در انتخاب الگوي كشت و همچنين تخصيص منابع اعم از زمين و آب نمود يافته است، مي‌توان دريافت كه ايده‌ي مثبت‌نگري مطرح شده پايه‌اي مناسب جهت واسنجي فراهم آورده است.

1395/11/28

1/1/1900 12:00:00 AM

Achieving a reliable tool for management, design an​d operation of water resources systems requires a comprehensive perception of natural an​d human processes an​d therefor modeling tools are being used. On the other hand, in order to apply models, they must be verified, calibrated an​d validated. One of the most important an​d widely used water resources planning models over the last decade is WEAP software, which is capable of simulating hydrological processes an​d allocating water resources in a catchment. Simulating rainfall-runoff in WEAP model is done by a method known as soil moisture. However, policymakers in agriculture an​d environment sectors are always looking for designing an​d analyzing the impacts of environmental policies, so that they can help solving existing problems. Currently regional scales agricultural models are used as a tool for supporting decisions on policymaking. These models need access to a wide range of agricultural production decisions with the possibility of simulating global change, climatic, economic an​d political scenarios. A significant group of regional scales agricultural models are considered as optimization an​d calibrated through positive mathematical programming (PMP). Basic assumption in PMP is that observed behavioral reactions provide a basis for model calibration. Thus, in order to expand the preva​lent perspective from a unilateral survey of hydrological processes to an integrated hydroeconomic perspective in a basin, it is essential to consider surface an​d subsurface water withdrawal components for agriculture, drinking an​d industry in hydrological model an​d also consider effects of farmer’s decisions on maximizing profits. In this regards through present study, an integrated water resources model has been developed to simulate rainfall-runoff processes, farmer’s decisions on crop patterns an​d also maximizing benefits. The chief component of a hydrological module includes water balance within different components of a hydrological system in a watershed including roots, reservoirs, rivers an​d economic module consists of the calculation of economic net benefits derived from the outputs of an agricultural module. In this study, a sensitivity analysis of model outputs relative to using precipitation data gathered through different interpolation methods (such as Thiessen polygons, inverse distance weighting an​d Kriging) has been accomplished. Then two algorithms named PEST an​d GA had been used for automatic calibration of soil moisture method an​d also compared with each other. Mahabad River located in Urmia Lake Basin has been chosen as case study. Results illustrate relatively good calibration of studied sub basins with both algorithms an​d certainly dominance of genetic algorithm on PEST. Subsequently, the agricultural an​d economic modeling was done in MATLAB software by using NSGAII algorithm an​d calibrated with a multi-objective perspective. Results of hydrological modeling indicate the potential of soil moisture method in simulating rainfall-runoff hydrological processes of Mahabad River. Likewise with the results of agricultural an​d economic modules an​d analyzing farmer’s behavioral reactions which is evident in the estimated resources allocation (such as soil an​d water) in the base year, we can see that positive mathematical programming has provided a proper basis for model calibration.