توسعه مدل مفهومی پیوند آب، غذا و انرژی (nexus) در مدیریت آب در شبکه‌‎های آبیاری با استفاده از رویکرد پویایی سیستم‎‌ها

مقدمه و هدف: هدف اصلی این مقاله ارائه یک مدل مفهومی برای مدیریت یکپارچه شبکه آبیاری بر اساس پیوند آب، غذا و انرژی (nexus) است. این امر مستلزم شناسایی دغدغه‎های اصلی مرتبط در شبکه‎های آبیاری، معرفی و انعکاس متغیرهای مهم تصمیم‎گیری و تعاملات بین آنها است که پویایی زنجیره‌­های آب، غذا و انرژی را در مرزهای یک واحد (شبکه آبیاری) از یک حوضه آبریز توضیح می‎دهد. این رویکرد در مورد مدیریت شبکه‎های آبیاری کمتر مورد توجه قرار گرفته، که انتظار می‎رود با کاربرد آن، بخشی از مشکلات مدیریت شبکه‎های آبیاری مرتفع گردد. روش مورد استفاده در این تحقیق بر اساس بررسی ادبیات مدیریت زنجیره nexus، مفاهیم پایداری و امنیت منابع آب، غذا و انرژی در شبکه‎های آبیاری، و رویکرد عملی پویایی سیستم است. بخش عمده تحقیق متکی بر فعالیت­‌های میدانی شامل بازدید از شبکه‌­های آبیاری و مصاحبه با خبرگان، متخصصان و تکنسین‎های استانی، کاربران آب و کشاورزان، بوده است. متغیرهای مهم موثر بر مدیریت یکپارچه شبکه‎های آبیاری شناسایی شدند، که در طراحی چارچوب، تجزیه و تحلیل، و تعیین الگوهای رفتاری بکار رفته‎اند. مواد و روش‎ها: هشت دغدغه اصلی شبکه‎های آبیاری به‎عنوان مکانیزم‎های مهم پویایی سیستم برای هر دو سطح (مدیریت شبکه و مدیریت مزرعه) به شرح زیر شناسایی شد:- زیرسیستم محدودیت منابع آب در حوزه یک شبکه آبیاری که رشد مهمترین حلقه اقتصادی منطقه را متاثر می‎کند (الگوی محدودیت رشد).- زیرسیستم ترکیبی در مواجهه با ضعف شاخص عدالت در شبکه آبیاری (الگوی موفقیت در پی موفق در کسب منابع آب بیشتر، الگوی جابجایی مشکل در تامین نیاز آبی کشاورزان پایین‎دست و الگوی تهدید و تشدید در افزایش میزان نیاز آبی حاصل از تغییرات الگوی کشت در کل کشاورزی منطقه).- زیرسیستم مجموعه اقدامات شخصی و مدیریتی در مواجهه با کسری حجم آب موجود در دسترس شبکه حاصل از اتخاذ تصمیمات بدون پشتوانه بلندمدت (الگوهای ترکیبی راه‎حل‎های منجر به شکست در تامین نیاز آبی از منابع زیرزمینی، تخصیص منابع بیشتر آبی جهت تامین تعهدات شبکه و تغییرات در الگوی کشت جهت تحصیل محصول بیشتر).- زیرسیستم مجموعه تصمیمات فردی کشاورزان و راه‎کارهای مقطعی مدیران در مواجهه با نیاز آبی تامین نشده در بخش کشاورزی (الگوی ترکیبی از راه­حل­های منجر به شکست جهت دسترسی غیرمجاز به منابع زیرزمینی و الگوی جابجایی مشکل در مواجهه مدیران شبکه با مشکل برداشت­‌های غیرمجاز با ارائه راه­حل انسداد چاه‌­ها).- زیرسیستم میزان عملکرد محصول (معضل استفاده از نهاده‎های کشاورزی) (الگوی ترکیبی راه‎حل‎های منجر به شکست در استفاده کشاورزان از نهاده‌­های کشاورزی و عواقب شوری اراضی و همچنین افزایش سطح زیر کشت در رسیدن به محصول بیشتر).- زیرسیستم مواجهه با مهمترین معضل بخش کشاورزی (بهره‎وری آب در کشاورزی)، (الگوی جابجایی مشکل در برخورد مسئولان شبکه در بهبود میزان بهره‌­وری آب از طریق بهبود راندمان شبکه در مقابل راه‎حل بهبود بهره‎وری آب در سطح بلوک‎های زراعی و الگوی راه‎حل منجر به شکست توسعه طرح تحویل توافقی با ابزار آموزش به کشاورزان در مقابل تاثیرات بلندمدت مدیریت بیشتر آب تحویلی به کشاورزان).- زیرسیستم کاهش محسوس مطلوبیت شبکه (الگوی تقلیل اهداف مطابق با فشارهای وارد به مسئولان شبکه و نهایتاً تنزل اهداف اولیه طرح شبکه آبیاری که نیازمند بازنگری در زیرساخت‎های سازه‎ای و توانمندسازی مدیریتی در شبکه آبیاری است).- زیرسیستم تبیین شاخص نکسوس به‎عنوان اصلی‎ترین شاخص ترکیبی از منظر آب، غذا و انرژی (ارائه راهکار بهبود مطلوبیت در مقابل افزایش سطح زیر کشت به‎عنوان راه‎حل بی‎اثر در این زمینه).یافته‎ها: با توجه به دغدغه‎های اصلی، الگوهای رفتاری، بر اساس سازوکارهای تصمیمات آب‎بران و مدیران شبکه، در بازه‎های زمانی کوتاه‎مدت و بلندمدت، و عوارض جانبی آنها تبیین و شناسایی شدند. شش الگوی سیستمیک که ابزار پویایی‎شناسی شبکه آبیاری و پیش‎بینی آینده مطلوبیت شبکه بر اساس زنجیره آب، غذا و انرژی (nexus) است تشخیص داده شد. این الگوها عبارتند از: محدودیت رشد، تهدید و تشدید، راه‎حل‎های منجر به شکست، موفقیت برای موفق، تقلیل اهداف و انتقال بار مسئولیت.نتیجه‎گیری: به‎عنوان یک نتیجه از این تحقیق، یک مدل مفهومی توسعه داده شده است که رهیافت اصلی آن توصیه جهت اصلاح فرآیند موجود طرح‎های توزیع به‎همراه اصلاح در شیوه الگوی کشت و سطح مطلوب کشاورزی منطبق با طرح اولیه و نیاز کشاورزان می‎باشد.

development of the conceptual model for water, food and energy chain (nexus) in water management in irrigation networks using systems dynamics approach

extended abstractintroduction and objective: the main purpose of this paper is to present a conceptual model for integrated management of irrigation network based on water, food and energy linkage (nexus). this requires identifying the main concerns related to irrigation networks, introducing and reflecting important decision variables and interactions between them, which explains the dynamics of water, food and energy chains within the boundaries a unit (irrigation network) of a catchment. this approach has received less attention in the management of irrigation networks, which is expected to solve some of the problems of irrigation network management. the method used in this research is based on a review of the nexus chain management literature, the concepts of sustainability and security of water, food and energy resources in irrigation networks, and a practical approach to system dynamics. the major part of the research relied on field activities, including inspection to irrigation networks and interviews with provincial experts, specialists and technicians, agricultural water users. important variables affecting the integrated management of irrigation networks, which have been used in designing the framework, analyzing and determining behavioral patterns, were identified.material and methods: the eight main concerns of irrigation networks as important mechanisms of system dynamics for both levels (network management and field management) were identified as follows:- subsystem of water resource limitation in the domain of an irrigation network that affects the growth of the most important economic loop in the region (limit to growth archetype).- the combined subsystem in the face of the weakness of the equity index in the network (the success to the successful archetype in obtaining more water resources, the shifting the burden archetype in providing the water needs of the downstream farmers and the escalation archetype in the increase in the amount of water needed as a result of changes in the cultivation pattern in general agriculture of the region).- the set of personal and managerial actions in the face of the shortage of water volume available in the network resulting from the adoption of decisions without long-term consequences (combined archetypes of fixes that backfire in meeting water needs from groundwater resources, allocation of more water resources to meet network obligations and changes in the cultivation pattern to obtain more yields).- the set of individual decisions of farmers and the symptomatic solutions of managers in the face of unsupplied water demand in the agricultural sector (a combination archetypes of fixes that backfire for unauthorized access to groundwater resources and the archetype of shifting the burden in the face of network managers with the problem of illegal harvesting activities by providing a solution for choking wells).- product performance subsystem (problem of using agricultural inputs) (combined archetypes of fixes that backfire in farmers’ use of agricultural inputs and the its consequences on land salinity, as well as increasing the farmed area to achieve more yield).- the subsystem of facing the most important problem of the agricultural sector (water productivity in agriculture), (the archetype of shifting the burden in dealing network officials with improving water productivity through improving network efficiency versus the fundamental solution of improving water productivity at the agricultural block level and archetype of fixes that backfire of the development of the arrangement delivery plan with the tools of educating to farmers in front of the long-term side effects of more management of water delivered to farmers).- the subsystem of noticeable decrease in the utility of the network (the archetype of eroding goals in accordance with the pressures on the network managers and ultimately the downgrading of the initial goals of the irrigation network plan, which requires a review of the structural infrastructure and managerial empowerment in the irrigation network).- the explanation subsystem of the nexus index as the main combined index from the point of view of water, food and energy (providing a fundamental solution to improve the utility versus increasing the farmed area as an ineffective symptomatic solution in this field).results: according to the main concerns, behavioral patterns were explained and identified based on the decision mechanisms of water users and network managers, in the short and long term, and their side effects. six system archetypes were identified that represent the dynamics of the irrigation network and predict the future utility of the network based on the water, food and energy chain (nexus). these archetypes include: limit to growth, fixes that backfire, success to the successful, escalation, eroding goals and shifting the burden.conclusion: three strategies for controlling the above mechanisms as regional solution (local strategies) are proposed as follows: a- water distribution improvement schemes, b- determining the crop pattern and irrigation density in proportion to the network capacity and c- groundwater extraction control. as a result of this research, a conceptual model has been developed whose main achievement is to recommend the modification of the existing process of distribution schemes along with the modification of the crop pattern in accordance with the primary design and the water need of farmers.