31307

ارائه مدل دو مرحله‌اي تعيين الگوي بهينه كشت مبتني بر سيستم اطلاعات جغرافيايي تحت عدم قطعيت پويا: مطالعه موردي استان مازندران

كاشناسي ارشد

مهندسي صنايع

1400

1403/07/14

ميرسامان پيشوايي

حامد جهاني

مهندسي صنايع

در ميان معضلات ناشي از افزايش روزافزون جمعيت و بحران‌هاي كمبود آب، تقاضا براي غذا در حالي افزايش يافته‌است كه ظرفيت منابع كشاورزي رو به تنزل است. در اين رابطه، گذار به سمت شيوه‌هاي پايدار در كشاورزي ضرورت دارد. كشاورزي به عنوان بزرگترين مصرف كننده منابع آب شيرين قريب به ثلث منابع اراضي را در اختيار دارد. از طرفي نقش غيرقابل انكار اين بخش در تامين امنيت غذايي، ضرورت پياده‌سازي اصول پايداري را بيش از پيش مشخص مي‌سازد. يكي از عناصر تضمين‌گر كشاورزي پايدار، تخصيص بهينه منابع كشاورزي با توجه به ظرفيت منابع و نيازمندي‌هاي محصولات است. به توجه به چنين ضرورتي، اين مطالعه چارچوب جامعي بر مبناي ادغام سيستم اطلاعات جغرافيايي (GIS)، پويايي شناسي سيستم‌ها (SD) و بهينه‌سازي براي بهينه‌سازي الگوي كشت استان مازندران پيشنهاد مي‌كند. در مرحله اول اين پژوهش، يك شاخص تناسب براي هر محصول و شبكه جهت ارزيابي قابليت‌هاي زمين محاسبه مي‌شود. در مرحله دوم، يك مدل شبيه‌سازي پويايي‌شناسي براي مدلسازي تعاملات پيچيده بين زيرسيستم‌هاي اجتماعي-اقتصادي و هيدرولوژيكي توسعه مي‌يابد. در نهايت با استفاده از خروجي دو مرحله نخست، يك مدل برنامه‌ريزي اعداد صحيح مختلط چند هدفه، چند محصولي و چند دوره‌اي براي برنامه‌ريزي زمان‌بندي كشت در مازندران طراحي شده است. علاوه بر اين، مدل از طريق بهينه سازي استوار بر اساس مجموعه هاي محدب توسعه مي‌يابد. مطابق نتايج با وجود كاهش 5 درصدي سود در الگوي استوار نسبت به راه حل قطعي، حجم آبياري 25 درصد كاهش مي‌يابد. همچنين، مدل قطعي محصولات را بر اساس ارزش اقتصادي آن‌ها اولويت بندي مي‌كند. در حالي‌كه، الگوي استوار، حجم آبياري مورد نياز براي طراحي پايدار را در نظر مي‌گيرد. راهبردهاي مديريتي بر نقش محوري بارش در تخصيص اراضي و اهميت محدوديت‌هاي كمبود آب براي كشاورزي پايدار تاكيد مي‌كنند.

1403/07/17

A two-phase optimal cropping pattern determination model using geographic information system (GIS) under dynamic uncertainty: A case study of Mazandaran province

1/1/1900 12:00:00 AM

Amidst the challenges posed by the ever-increasing population and water scarcity crises, the demand for food has surged while the capacity for cultivation has dwindled. In response, a shift towards sustainable practices has become imperative. Agriculture emerges as a pivotal player in this transition, serving as the linchpin of food security while also being the largest consumer of water resources. To address the need for sustainable allocation of agricultural resources, this study proposes a comprehensive framework that integrates geographic Information System (GIS), System Dynamics (SD), and optimization. In the first stage, a suitability index is computed for each crop and grid to assess land capabilities. Next, an SD simulation model is developed to capture the complex interactions between socioeconomic and hydrological subsystems. Finally, a multi-objective, multi-crop, and multi-period mixed-integer programming model is formulated to plan cultivation schedules in Mazandaran. Moreover, the model is developed through robust optimization based on convex sets. The findings underscore the superiority of the robust model in uncertain environments. Despite the 5% decrease in profit in the robust design compared to the deterministic solution, irrigation will be reduced by 25%. The deterministic structure prioritizes crops based on their economic value; however, the robust solution considers the volume of irrigation required for a sustainable design. Managerial recommendations emphasize the pivotal role of precipitation in crop allocation and the urgency of addressing water scarcity constraints for sustainable agriculture.

الگوي كشت , بهينه سازي استوار , امنيت غذايي , تخصيص منابع , سيستم اطلاعات جغرافيايي , پويايي‌شناسي سيستم

Cropping pattern , Robust optimization , Food security , Water allocation , GIS , System dynamics

Nima Taheri

Mir Saman Pishvaee