کاربرد نظریه بازی ها در تعیین برداشت بهینه منابع آب و ارائه الگوی کشت بهینه (مطالعه‌ی موردی:حوضه آبریز قره سو)

سابقه و هدف: تعیین میزان بهینه‌ی مصرف آب در کشوری مانند ایران که درصد زیادی از مساحت آن را اقلیم‌های خشک و نیمه خشک دربر گرفته است از اهمیت خاصی برخوردار است. تا کنون روش‌های متعددی از جمله برنامه‌ریزی خطی و آرمانی بدین منظور مورد استفاده قرار گرفته است. استفاده از روشی موسوم به نظریه بازی‌ها نیز در حل مسائل مدیریتی که با تضاد میان اهداف مواجه‌اند می‌تواند رویکردی متفاوت جهت بهینه‌سازی مصرف آب در بخش کشاورزی ارائه کند. لذا در این پژوهش الگوی کشت بهینه و میزان بهره‌برداری بهینه با استفاده از نظریه بازی‌ها در حوضه آبریز قره‌ سو تعیین گردید. مواد و روش: استان گلستان علی‌رغم قرار گرفتن در نواحی شمالی ایران از سهم بارش کمتری نسبت به سایر استان های شمالی برخوردار است. و همچنین بخش اعظمی از نیاز آبی در این استان از منابع آب‌ زیرزمینی تامین می‌گردد که در صورت عدم مدیریت صحیح آن، با خطرات کاهش سطح تراز سفره‌ی آب زیرزمینی مواجه خواهد شد. بر این اساس شهرستان‌های گرگان و کردکوی واقع در غرب استان گلستان که در حوضه آبریز قره‌سو واقع شده‌اند به عنوان منطقه مطالعاتی در نظر گرفته شده‌اند. پس از تهیه‌ی داده‌های مورد نیاز شامل اطلاعات مربوط به سطح زیرکشت، هزینه تولید و قیمت فروش محصولات عمده، نیاز خالص آبیاری با لحاظ راندمان آبیاری محاسبه و همچنین اطلاعات مربوط به پتانسیل منابع آب و تغذیه آبخوان از شرکت سهامی آب منطقه‌ای استان گلستان تهیه گردید. پس از آماده‌سازی داده‌ها با درنظر گرفتن قیود محدودیت منابع آبی و اراضی قابل کشت و در نظر گرفتن توام اهداف اقتصادی و زیست محیطی میزان بهینه بهره‌برداری با استفاده از نظریه بازی‌ها به کمک روش‌های حل تضاد که شامل چهار روش راه حل نامتقارن نش، کلی اسمردینسکای، مساحت یکنواخت و ضررهای مساوی تعیین گردید.یافته‌ها: نتایج سه روش راه حل نامتقارن نش، راه حل نامتقارن کلیاسمردینسکای و راه حل نامتقارن ضررهای یکسان میزان برداشت بهینه از منابع آب را در حالی که برای اهداف اقتصادی و زیست محیطی وزن یکسانی درنظر گرفته شود، یکسان و برابر با 205 میلیون متر مکعب در سال و میزان برداشت بهینه با استفاده از راه حل نامتقارن سطوح یکنواخت برابر با 183 میلیون مترمکعب در سال نتیجه شد. که این مقدار برای حالتی است که برای اهداف اقتصادی وزن 0.575 و برای اهداف زیست محیطی وزن 0.425 در نظر گرفته شود. براین اساس می‌توان مقدار بهره‌برداری از منابع آب را به میزان 43 تا 49 درصد کاهش داد تا اهداف زیست محیطی نیز تامین گردد. در این روش، کاشت محصولاتی از قبیل پنبه، گوجه‌فرنگی، جو و سویا در گرگان و جو در شهرستان کردکوی پیشنهاد نمی‌گردد، همچنین بیشترین سطح زیرکشت در شهرستان گرگان به گندم و در شهرستان کردکوی به سویای بهاره‌ی دیم اختصاص می‌یابد.نتیجه‌گیری: نتایج نشان داد که الگوی کشت فعلی در وضعیت بهینه نبوده و همچنین میزان بهره‌برداری فعلی بیشتر از مقدار تغذیه آبخوان میباشد. بنابراین با استفاده از نظریه بازی‌ها می‌توان الگوی کشت و میزان بهره‌برداری بهینه را به گونه‌ای تعیین نمود که هر دو هدف اقتصادی و زیست محیطی با اعمال وزن‌های متفاوت در نظر گرفته شوند.

Application of Game Theory to Determining Optimal Harvesting of Water Resources (case study: Gharesu basin)

Background and objective:Determining the optimal water consumption in Iran with a large percentage of arid and semiarid climates is important. several methods, including linear and goal programming, have been used for this purpose.Applying Game Theory Method to Solve Management Problems that Facing Conflicts between Goals can be a different approach to optimizing water use in agriculture. It can offer a different approach to optimizing water use in agriculture, therefore in this study cropp pattern and the optimal harvesting of groundwater resources was determined in GhareSu basin. Materials and methods:Golestan province has less rainfall than other northern provinces despite being located in northern parts of Iran. Most of the demand water in this province is supplied by groundwater resources, which, if not properly managed, will face the risks of reducing groundwater aquifers level. So the cities of Gorgan and Kordkuy in west of Golestan province, located in Gharasso basin, are considered as a study area in this research. After providing information on the area of cultivation, the cost of production and the price of sales of major agricultural products, net irrigation demand was calculated considering irrigation efficiency the potential of water resorces and recharge basin from Regional Water Company of golestan. After preparing the data with considering water resource constraints and arable lands and also considering the goals of increasing profits and reducing water use to optimize the water harvesting values was determined by game theory conflict resolution methodology that including nonsymmetric Nash equilibrium, KalaiSmordinsky solution, area monotic solution and equal loss function method.Results:The optimal operation of water resources with nonsymmetric Nash equilibrium, KalaiSmordinsky solution and equal loss function method of game theory while considering equal weight for economic and environmental purposes and It is equal to 205 million cubic meters per year and optimum harvesting value was obtained 183 million cubic meters per year by using area monotic solution. This is in a situation that is considered for economic purposes as 0.575 weight and for environmental purposes as a weight 0.475. Therefore, the harvesting of water resources can be reduced by 43% to 49% to achieve environmental goals. In this method, planting of crops such as cotton, tomato, barley and soybean in Gorgan and barley in Kordkoye city is not recommended. Wheat is also the most cultivated area in Gorgan and spring soybean in Kordkoye. Conclusion:The results showed that is no optimal crop pattern in the current condition and the current harvesting value is higher than the aquifer recharge. Therefore, using game theory, can determine the crop pattern and optimal harvesting value that economic and environmental goals were met by applying different weights.