الگوی کشت بهینه و مدیریت منابع آب زیر‌زمینی و سطحی دشت کوهپایه- سگزی با استفاده از مدل تلفیقی تئوری بازی‌ها و الگوریتم بهینه‌سازی

در سال های اخیر، تضاد منافع زیست‌محیطی با معیشت کشاورزان به یکی از مهمترین مسائل حکمرانی محیط زیست و کشاورزی در حوضه آبریز زاینده رود تبدیل شده است. بنابراین، دستیابی به نقطه تعادل میان سود اقتصادی با استفاده از الگوی کشت بهینه و جلوگیری از برداشت بی‌رویه منابع آب ‌زیر‌زمینی از اهمیت زیادی برای سیاست گذاران این حوزه برخوردار است. در این پژوهش، تابع محیط زیست با استفاده از محدودیت منابع آب و تابع اقتصادی با استفاده از سود اقتصادی محصولاتی که در دشت کوهپایه- سگزی کشت می‌گردد در بازه زمانی 1376 – 1390 مدل‌سازی گردید. تابع نش با استفاده از بهینه سازی غیرخطی مقید با توجه به محدودیت منابع آب در هر سال بهینه شد. پس از آن، الگوی کشت محصولات با روش تئوری بازی‌ها و روش برنامه‌ریزی ‌خطی محاسبه شد. نتایج نشان داد که کاهش مصرف آب در روش تئوری بازی ها 31% و برای روش برنامه ریزی خطی 17% است. در این حالت، میزان کاهش سود برای این دو روش به ترتیب 17% و 4% نسبت به حالت مبنا است. نتایج نشان داد که افت سطح آب ‌زیر‌زمینی برای هیدروگراف معرف دشت و  روش برنامه‌ریزی ‌خطی به ترتیب برابر با 3/69 و 2/04 متر است. در حالی که در روش تئوری بازی‌های بهینه شده با وزن تابع اقتصادی 0/5، تراز آب زیرزمینی دشت افزایش 7/45 متری دارد. با توجه به میزان کاهش مصرف آب، میزان کاهش سود و افزایش تراز آب ‌زیر‌زمینی، روش تئوری بازی‌های بهینه شده با وزن 0/5 نسبت به روش برنامه‌ریزی خطی برتری دارد.

optimal cropping pattern and management of ground and surface water resources of kohpayeh-segzi plain using the integrated model of game theory and optimization algorithm

in recent years, the conflict between environmental interests and farmers’ livelihoods has emerged as one of the most crucial issues in the environmental and agricultural governance of the zayandeh-rood watershed. hence, achieving a balance between economic profitability through the use of an optimal cropping pattern and preventing the excessive extraction of groundwater resources holds great importance for policymakers in this field. in this study, the environmental function was modeled by considering water resources limitation, while the economic function was modeled based on the economic profit derived from the cultivated crops in kohpayeh-segzi plain in 1996-2011. the nash function was optimized by using constrained nonlinear optimization by taking into account the limitation of water resources in each year. after optimizing the nash function, the cropping pattern was determined using both game theory (gt) method and linear programming (lp) method. results indicated 30% reduction in water consumption with the gt and 17% reduction with the lp method. additionally, the profit reductions for these two methods were 16% and 3%, respectively, compared to the base case. furthermore, the results revealed that the groundwater level in the representative hydrograph of the plain decreased by 3.94 and 2.23 m in the gt and lp methods, respectively. conversely, in the optimized gt method with an economic function weight of 0.5, the groundwater level of the plain increased by 8.67 m. considering the reduction of water consumption, profit reduction, and the increase in groundwater level, the optimized gt method with a weight of 0.5 was superior to the lp method.