فهرست مطالبفصل اول: کلیات. 1-1- مقدمه.. 21-2-ضرورت انجام تحقیق.. 31-3- اهداف و دامنهی تحقیق........... 31-4-روششناسی (متدلوژی) نیل به اهداف تحقیق.. 31-5-مشارکت علمی (نوآوری تحقیق).. 41-6-ساختارتحقیق................. 4فصل دوم: بررسی سوابق مطالعاتی2-1-مقدمه.. 62-2-مطالعات انجام گرفته در زمینهی حل اختلاف.. 62-2-1-حل اختلاف در بهرهبرداری از آبهای سطحی.. 62-2-2-حل اختلاف در بهرهبرداری از آبهای زیرزمینی.. 112-2-3-حل اختلاف در بهرهبرداری تلفیقی از آبهای سطحی و زیرزمینی 122-3-جمعبندی.. 13فصل سوم: مواد و روشهای به کار رفته در تحقیق. 3-1-مقدمه.. 153-2-مدلهای بهینهسازی.. 153-2-1-مدلهای بهینهسازی تکهدفه.. 153-2-2-مدلهای بهینهسازی چندهدفه.. 173-3-مدلهای حل اختلاف.. 183-4-مدل شبیهسازی سیستم.. 213-4-1-روش ماتريس پاسخ واحد.. 213-5-جمعبندی.. 26 فصل چهارم: ساختار مدلهای شبیهسازی سیستم و بهینهسازی حل اختلاف4-1-مقدمه.. 284-2-محاسبهی ماتریس پاسخ آبخوان.. 304-3-شبیهسازی شرایط موجود.. 324-4-مدل بهینهسازی.. 394-5-مقایسهی مقادیر کمبود در دو حالت شبیهسازی- بهینهسازی و بهینهسازی 434-6-مدل حل اختلاف.. 444-6-1-معرفی توابع مطلوبیت.. 444-6-2-فرمولبندی مدل حل اختلاف Nash. 474-6-3-فرمولبندی مدل CR(I). 534-6-4-فرمولبندی مدل CR(II). 564-6-5-مقادیر مطلوبیتهای تأمین نیاز حاصل از مدلهای حل اختلاف 594-6-6-مقایسهی نتایج مدلهای مختلف حل اختلاف.. 594-7-تخصیص آب با استفاده از رویکرد همکارانه.. 614-8-جمعبندی.. 65 فصل پنجم: مطالعهی موردی5-1-مقدمه.. 675-2-دادههای پایه.. 685-3-مدل بهینهسازی سیستم.. 725-3-1-معرفی توابع مطلوبیت........ 725-3-2-وزن نسبی شرکتکنندگان.. 735-4-متدولوژی و ابزار حل مدل.. 745-4-1-نتایج حاصل.. 755-4-1-1-نتایج سال آبی 51-1350. 755-4-1-2-نتایج سال آبی 67-1366. 835-4-1-3-نتایج سال آبی 78-1377. 895-4-2-مقایسهی نتایج مدل حل اختلاف Nash و مدل CR(II)..... 955-4-3-مسئلهی تخصیص آب با رویکرد همکارانه در مورد سال آبی 51-1350 965-5-جمعبندی.. 97فصل ششم: نتایج و پیشنهادات6-1-مقدمه.. 1006-2-نتایج حاصل.. 1006-3-پیشنهادات برای مطالعات آتی.. 102فصل هفتم: مراجع فهرست پیوستهاپیوست شماره یک- ضرایب پاسخپیوست شماره دو- آشنایی با نرمافزار LINGOپیوست شماره سه- آشنایی با نرمافزار MODFLOW فهرست اشکال شکل 2‑1: منابع آبهای سطحی و منطقه کشاورزی آبخوان تهران.. 13شکل 3‑1: فرم کلی تابع مطلوبیت ذوزنقهای [4].. 21شکل 3‑2: مفهوم ضريب پاسخ براي منابع تحريککننده و تحريک شونده نقطهاي[2] 24شکل 3‑3: پارامترهای یک سیستم آبخوان که میتواند توسط MODFLOW شبیهسازی شود [2].. 26شکل 4‑1: بهرهبرداری دو مصرفکننده به صورت تلفیقی از منابع آب سطحی و زیرزمینی.. 29شکل 4‑2: نمای شماتیک سیستم فرضی در محیط نرمافزار Visual MODFLOW... 31شکل 4‑3: مقایسهی نتایج افت چاه 1 در LINGO و Visual MODFLOW... 31شکل 4‑4: مقایسهی نتایج افت چاه 2 در LINGO و Visual MODFLOW... 32شکل 4‑5: مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از شبیهسازی وضع موجود برای مصرفکنندهی بالادست.. 37شکل 4‑6: مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از شبیهسازی وضع موجود برای مصرفکنندهی پاییندست.. 37شکل 4‑7: نتایج حاصل از شبیهسازی وضع موجود.. 38شکل 4‑8: مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل بهینهسازی برای مصرفکنندهی بالادست.. 41شکل 4‑9: مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل بهینهسازی برای مصرفکنندهی پاییندست.. 41شکل 4‑10: نتایج حاصل از مدل بهینهسازی.. 42شکل 4‑11: مقایسهی مقادیر کمبود در دو مدل برای مصرفکنندهی بالادست 43شکل 4‑12: مقایسهی مقادیر کمبود در دو مدل برای مصرفکنندهی پاییندست 43شکل 4‑13: نمودار تابع مطلوبیت تأمین نیاز آبی مصرفکنندگان.. 45شکل 4‑14: نمودار تابع مطلوبیت افت تراز آبخوان در محل چاهها.. 45شکل 4‑15: نمودار تابع مطلوبیت تأمین نیاز زیستمحیطی.. 46شکل 4‑16: نمودار تابع مطلوبیت مرتبط با هزینهی برداشت آب مصرفکنندگان 46شکل 4‑17: مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل بهینهسازی Nash برای مصرفکنندهی بالادست.. 51شکل 4‑18: مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل بهینهسازی Nash برای مصرفکنندهی پاییندست.. 51شکل 4‑19: نتایج حاصل از مدل بهینهسازی Nash. 52شکل 4‑20:مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل CR(I) برای مصرفکنندهی بالادست 54شکل 4‑21:مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل CR(I) برای مصرفکنندهی پاییندست 54شکل 4‑22: نتایج حاصل از مدل CR(I). 55شکل 4‑23:مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل CR(II) برای مصرفکنندهی بالادست 57شکل 4‑24: مقادیر تخصیص و کمبود حاصل از مدل CR(II) برای مصرفکنندهی پاییندست.. 57شکل 4‑25: نتایج حاصل از مدل CR(II). 58شکل 4‑26: نتایج کمبودهای آبی مدلهای مختلف حل اختلاف برای بالادست رودخانه 60شکل 4‑27: نتایج کمبودهای آبی مدلهای مختلف حل اختلاف برای پاییندست رودخانه 60شکل 4‑28: مقایسهی مقادیر کمبود آبی مصرفکنندهی بالادست قبل و بعد از همکاری.. 64شکل 4‑29 : مقایسهی مقادیر کمبود آبی مصرفکنندهی پاییندست قبل و بعد از همکاری.. 64شکل 5‑1:موقعیت کلی منطقهی طرح و محدودهی مدل (آبخوان) در حوضهی آبریز ابهر [5].. 67شکل 5‑2: نمودار جریان رودخانهی ابهر در سالهای آبی مختلف.. 68شکل 5‑3: مقادیر مختلف نیازهای صنعت، شهری، کشاورزی.. 69شکل 5‑4: موقعیت چاههای موجود در منطقه.. 70شکل 5‑5 : نمودار تابع مطلوبیت تأمین نیاز آبی مصرفکنندگان.. 72شکل 5‑6: نمودار تابع مطلوبیت افت تراز آبخوان در محل چاهها.. 72شکل 5‑7 : نمودار تابع مطلوبیت تأمین نیاز زیستمحیطی رودخانه.. 73شکل 5‑8: نمودارتابع مطلوبیت مرتبط با هزینهی برداشت آب مصرفکنندگان 73شکل 5‑9: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف شرب بالادست سال آبی 51-1350. 76شکل 5‑10: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف شرب پاییندست سال آبی 51-1350. 76شکل 5‑11: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف صنعت بالادست سال آبی 51-1350. 78شکل 5‑12: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف صنعت پاییندست سال آبی 51-1350. 78شکل 5‑13: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف کشاورزی بالادست سال آبی 51-1350. 80شکل 5‑14: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف کشاورزی پاییندست سال آبی 51-1350. 80شکل 5‑15: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف شرب بالادست سال آبی 67-1366. 84شکل 5‑16: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف شرب پاییندست سال آبی 67-1366. 84شکل 5‑17: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف صنعت بالادست سال آبی 67-1366. 86شکل 5‑18: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف صنعت پاییندست سال آبی 67-1366. 86شکل 5‑19: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف کشاورزی بالادست سال آبی 67-1366. 88شکل 5‑20: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف کشاورزی پاییندست سال آبی 67-1366. 88شکل 5‑21: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف شرب بالادست سال آبی 78-1377. 90شکل 5‑22: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف شرب پاییندست سال آبی 78-1377. 90شکل 5‑23: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف صنعت بالادست سال آبی 78-1377. 92شکل 5‑24: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف صنعت پاییندست سال آبی 78-1377. 92شکل 5‑25: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف کشاورزی بالادست سال آبی 78-1377. 94شکل 5‑26: نتایج تخصیص و کمبود حاصل از مدل برای مصرف کشاورزی پاییندست سال آبی 78-1377. 94شکل 5‑27: مقایسهی نتایج برداشت از آب سطحی در دو مدل Nash و CR(II). 95شکل 5‑28: مقایسهی نتایج برداشت از آب زیرزمینی در دو مدل Nash و CR(II) 96فهرست جداولجدول 4‑1: اطلاعات ورودی مسئله (مقادیر به میلیون متر مکعب).. 29جدول 4‑2: ماتریسهای پاسخ چاه 1 و چاه 2. 30جدول 4‑3: مقادیر برداشت آب سطحی بالادست حاصل از شبیهسازی در محیط Excel33جدول 4‑4: مقایسهی مقادیر برداشت و مقادیر کمبود دو مصرفکننده (مقادیر به میلیون متر مکعب).. 36جدول 4‑5: مقایسهی مقادیر برداشت و مقادیر کمبود دو مصرفکننده (mcm) 40جدول 4‑6: مقایسهی مقادیر برداشت و مقادیر کمبود دو مصرفکننده (mcm) 50جدول 4‑7: مقایسهی مقادیر برداشت و مقادیر کمبود دو مصرفکننده (mcm) 53جدول 4‑8: مقایسهی مقادیر تخصیص و مقادیر کمبود دو مصرفکننده(mcm). 56جدول 4‑9: مجموع مقادیر هزینه در مدلهای مختلف برای دو مصرفکنندهی بالادست و پاییندست (تومان).. 58جدول 4‑10: مقایسهی مقادیر مطلوبیتهای تأمین نیاز مصرفکنندگان.. 59جدول 4‑11: مقادیر رهاسازی آب در ماههای مختلف.. 63جدول 5‑1: جریان رودخانه ابهر در سالهای آبی مختلف (mcm).. 68جدول 5‑2: مقادیر نیاز شهری، صنعت،کشاورزی و حقابههای زیستمحیطی طرح (mcm) 69جدول 5‑3: ماتریس پاسخ چاه 1. 71جدول 5‑4: مقادیر ضرایب برگشتی به آب سطحی و آب زیرزمینی.. 71جدول 5‑5: مقادیر ضرایب برگشتی از مصارف مختلف.. 71جدول 5‑6: مقادیر وزن نسبی شرکتکنندگان در مطالعهی موردنظر.. 74جدول 5‑7: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف شرب سال آبی 51-1350 (mcm). 75جدول 5‑8: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف صنعت سال آبی 51-1350 (mcm). 77جدول 5‑9: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف کشاورزی سال آبی 51-1350 (mcm). 79جدول 5‑10: مقادیر جریان زیستمحیطی مربوط به بالادست و پاییندست رودخانه سال آبی 51-1350. 81جدول 5‑11: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف شرب سال آبی 67-1366 (mcm). 83جدول 5‑12: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف صنعت سال آبی 67-1366 (mcm). 85جدول 5‑13: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف کشاورزی سال آبی 67-1366 (mcm). 87جدول 5‑14: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف شرب سال آبی 78-1377 (mcm). 89جدول 5‑15: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف صنعت سال آبی 78-1377 (mcm). 91جدول 5‑16: مقادیر نیاز، تخصیص و کمبودهای آبی مربوط به مصرف کشاورزی سال آبی 78-1377 (mcm). 93جدول 5‑17: مقادیر رهاسازی آب در ماههای مختلف.. 97چکیدهوجود ذینفعان مختلف در بهرهبرداری از سیستمهای منابع آب با اولویتهای متفاوت و معمولاً در تضاد، مناقشاتی را به وجود میآورد که حل و رفع این مناقشات به خصوص در سالهای اخیر مورد توجه محققان بسیاری قرار گرفته است و راهکارهای متفاوتی برای حل این مشکل ارائه شده است. یکی از این روشها رویکرد حل اختلاف Nash میباشد. در این پایاننامه یک سیستم مرکب رودخانه-آبخوان که وظیفهی تأمین نیاز آبی دو منطقهی بالادست و پاییندست را بر عهده دارد در نظر گرفته شده و وضعیت مناقشهی سیستم شبیهسازی شده است. با استفاده از رویکرد Nash مسئلهی حل مناقشه بین مصرفکنندگان آب که از هر دو منبع آب سطحی و زیرزمینی استفاده میکنند تحلیل گردیده و نتایج حاصل از آن با دو روش حل اختلاف دیگر مقایسه شده است. این مسئله با توجه به محدودیتهای موجود برای برداشت آب زیرزمینی (افت تراز آبخوان) و همچنین محدودیت برداشت آب سطحی (تأمین نیاز زیستمحیطی) حل شده است. از نرمافزار VisualMODFLOW برای شبیهسازی سیستم رودخانه-آبخوان و نرمافزار LINGO برای حل مسئلهی بهینهی حاصل استفاده شده است. مطالعهی موردی، مناقشهی موجود در بین مصرفکنندگان بخشهای مختلف شهری، صنعتی و کشاورزی دو منطقهی ابهر و خرمدره را که از منابع سطحی و زیرزمینی به صورت تلفیقی استفاده میکنند در نظر دارد و از روبکرد حل اختلاف Nash برای بهبود این مناقشه استفاده میکند. نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که مدل Nash میتواند با رعایت مقادیر وزنهای نسبی و مطلوبیتهای تعیینشده پاسخی را ارائه دهد که حاصل مشارکت ذینفعان بوده و مطلوبیت کل سیستم را به ماکزیمم مقدار برساند. آب برای حفظ زندگی انسانها و محیط زیست ضروری است. تقریباً در هر منطقهای از جهان تأمین آب به دلیل افزایش تقاضاهای وابسته به صنعتی شدن، شهری شدن و رشد جمعیت، دشوارتر شده است[35]. بر اساس گزارش جهانی آب جمعیت جهان در قرن اخیر سه برابر شده و به تناسب آن مصرف آب برای اهداف انسانی 6 برابر افزایش داشته است[36]. علاوه بر این شرایط آب و هوایی مثل گرمشدن زمین وضعیت را در آینده بدتر خواهد کرد. از آنجایی که آب از نظر مکانی و زمانی به طور نامنظم توزیع شده است، بارندگیهای منظم در بعضی مناطق با خشکسالیهای بلندمدت در سایر مناطق مغایرت دارد. همچنین منابع آب شیرین جهان بر اساس مرزهای سیاسی تفکیک نشده است، بنابراین توزیع و استفاده از منابع آب محدود، میتواند منجر به ایجاد مناقشات محلی، منطقهای و حتی در سطوح بینالمللی شود. مدیریت پیشرفتهی آب، حل مناقشات و همکاری میتواند چنین مشکلاتی را بهبود بخشد چراکه روند حل مناقشات آب با استفاده از علوم حقوق، مهندسی، اقتصاد، زمینشناسی و اقتصاد سیاسی قانونمند شده است[12].حل موفق مناقشات ملی و بینالمللی آب، نیاز به درک درستی از ذات مناقشه و همچنین مدلسازی و تحلیل مسائل اساسی آن برای رسیدن به یک توافق نهایی در خصوص اینکه چه مقدار از آب مشترک به هر کشور و یا گروهی تخصیص یافته است، دارد. طبیعت و جریان مناقشه و همکاری بین گروههای درگیر بر پایهی تکنولوژیها و روشهای جدید میتواند به مدیریت موثر منابع آب کمک کند و بدین وسیله کشمکش میان گروههای درگیر در مسئلهی آب را کاهش دهد[35].از آنجایی که منابع آب سطحي پاسخگوي نيازهاي كشاورزي، شرب و صنعتي نبوده و استفادهی بيش از حد از منابع آب زيرزميني نيز سفرههاي آب زيرزميني كشور را با مشكلات متعددي مواجه ساخته است، لذا بهرهبرداري تلفيقي از منابع آب سطحي و زيرزميني، به عنوان راهحلي مناسب در اين زمينه مورد توجه قرار گرفته است[3]. امروزه مدیریت جامع منابع آب، با تأکید بر بهرهبرداری مشترک یا تلفیقی از منابع آبهای سطحی و زیرزمینی، در دستور کار کلیهی سازمانهای بهرهبرداری قرار گرفته است. توسعهی بهرهبرداری از آبهای زیرزمینی در مقایسه با سدسازی دارای مزایای متعددی بوده و مشکلات به مراتب کمتری دارد. از این میان میتوان به هزینهی کمتر، عدم وجود مشکل رسوب و تبخیر، مشکلات کیفی کمتر، و عدم وجود مشکلات اجتماعی و فرهنگی اشاره نمود[10].بهرهبرداری تلفیقی منابع آب بالطبع اختلافات بین کاربران را بیشتر میکند چراکه همواره تعاملاتی بین آبهای سطحی و زیرزمینی وجود دارد و همچنین در بهرهبرداری از آبهای زیرزمینی که به صورت پمپاژ از چاهها میباشد، نیز مسائلی همچون اندرکنش چاهها و تأثیر پمپاژ در افت آبخوان نیز مورد توجه هستند، مسئلهی دیگری که به خصوص در بهرهبرداری تلفیقی اهمیت بیشتری پیدا میکند بحث کیفیت میباشد که روند حل مناقشه را با پیچیدگیهای بیشتری روبرو میسازد. در این تحقیق از بحث کیفیت صرفنظر شده است.با توجه به مطالبی که در بخش مقدمه ذکر شد نیاز به یک مدل حل مناقشه برای رفع اختلافات بین ذینفعان امری ضروری به نظر میرسد. این تحقیق تلاش دارد با ارائهی یک مدل مناسب، علاوه بر در نظر گرفتن منافع مصرفکنندگان در برداشت از منابع آبی، مسائل دیگری همچون آبخوانها را که با توجه به برداشت بیرویه و غیراصولی از چاهها با افت قابلتوجهی روبرو