واژگان کلیدی: تخصیص کمی و کیفی، تئوری بازی، بهینهسازی سناریوها، بازی همکارانه فهرست مطالب فصل اول: مقدمه1-1- مقدمه............ 21-2- اهمیت مسئله........... 31-3- هدف............ 51-4- سؤالات اساسی تحقیق........... 61-5- فرض‌های ساده کننده تحقیق......... 61-6- نوآوری‌های تحقیق....... 61-7- ساختار پایاننامه....... 7 فصل دوم: مرور پیشینه مطالعات2-1- مقدمه.................................... 92-2- پیشینه مطالعات در زمینه مدیریت منابع آب در حوضه آبریز 102-3- پیشینه مطالعات در زمینه به کارگیری تئوری بازی‌ها در مدیریت کمی و کیفی منابع آب........................ 132-4- جمع‌بندی.................................. 19 فصل سوم: ابزار کارهای مورد استفاده3-1- مقدمه.................................... 223-2- شبیه‌سازی و بهینهسازی..................... 233-2-1- نرمافزار GAMS...................... 233-2-2- Solver MINOS........................... 243-2-3- شبیه‌سازی کیفی....................... 24 3-3- تئوری بازی‌ها............................. 243-3-1- تفاوت میان تصمیم گیری و بازی........ 253-3-2- برخی از عوامل تأثیرگذار بر نوع بازی. 253-3-3- بازی همکارانه....................... 263-3-3-1- هسته........................... 273-4- تحلیل سناریوها........................... 283-4-1- تعریف سناریو و سناریوسازی........... 293-4-2- روش‌های سناریوسازی................... 303-4-3- ساختار عمومي مدل بهينه‌سازي با استفاده از سناريوها313-5- شاخص SPI................................. 343-6- جمع‌بندی.................................. 36 فصل چهارم: مطالعه موردی: سیستم آبی حوضه رودخانه رودبال4-1- مقدمه.................................... 384-2- منابع آبی................................ 404-3- مشخصات سد رودبال به عنوان اصلی‌ترین منبع ذخیره آب سطحی در حوضه رودخانه رودبال........................ 404-4- نیازهای آبی.............................. 414-4-1- نیاز صنعت و معدن.................... 414-4-2- نیاز شرب............................ 424-4-3- نیاز بخش کشاورزی.................... 424-4-3-1- نیاز شبکه آبیاری............... 434-4-3-2- نیاز کشاورزان سنتی............. 434-5- خصوصیات اقتصادی بخش کشاورزی.............. 444-6- جمع‌بندی.................................. 44 فصل پنجم: ساختار مدل پیشنهادی5-1- مقدمه.................................... 515-2- ساختار مدل پیشنهادی...................... 515-3- تدوین مدل بهینهسازی تخصیص اولیه کمی وکیفی آب 54 5-3-1- عدالت............................... 545-3-2- کارایی.............................. 555-3-3- پایداری............................. 555-3-4- مدل شبیه‌سازی کیفیت آب............... 565-3-5- تدوین مدل قطعی تخصیص اولیه.......... 575-4- تدوین مدل غیرقطعی برمبنای روش بهینهسازی سناریوها 605-5- تدوین مدل تخصیص کمی و کیفی همکارانه...... 625-6- بازتوزيع سود ائتلاف با استفاده از مدل بازي همكارانه FVLC 635-6-1- بازي دو جانبه همكارانه FVLC......... 635-6-2- نحوه تبدیل بازی چندجانبه به بازی دو جانبه 645-7- جمع‌بندی.................................. 65 فصل ششم: نتایج مدل پیشنهادی6-1- مقدمه.................................... 676-2- نتایج مدل تخصیص کمی و کیفی در حالت اولیه و همکارانه 676-3- صحت سنجی مدل............................. 796-4-جمع‌بندی.................................. 82 فصل هفتم: خلاصه، جمع‌بندی و پیشنهاداتخلاصه، جمع‌بندی و پیشنهادات.................... 84منابع........................................ 86 فهرست جدولهاجدول 3-1- استاندارد وضعيت بارش براساس SPI....... 36جدول 4-1- مقادير سطح، حجم و ارتفاع مخزن سد رودبال 41جدول 4-2- مقادیر تبخیر و بارش بر سطح مخزن سد... 46جدول 4-3- نیاز ماهانه و سالانه مصارف صنعتی از سد رودبال (میلیون مترمکعب)....................................... 46جدول 4-4- نیاز ماهانه و سالانه مصارف شرب از سد رودبال (میلیون مترمکعب)....................................... 46جدول 4-5- نیاز آبی ناخاص محصولات پیشنهادی (مترمکعب در هر هکتار)............................................... 47جدول 4-6- الگوی کشت و سطح زیر کشت پیشنهادی برای ارضی آببران در سالهال پرآبی- الگوی تیپ الف............. 48جدول 4-7-الگوی کشت و سطح زیر کشت پیشنهادی برای ارضی آببران در سالهال نرمال- الگوی تیپ ب............... 48جدول 4-8- الگوی کشت و سطح زیر کشت پیشنهادی برای ارضی آببران در سالهال خشک- الگوی تیپ پ................. 49جدول 4-9- عملکرد و قیمت محصولات کشاورزی در منطقه49جدول 6-1- شاخص SPI در منطقه..................... 68جدول6-2- مقدار آب تخصیص داده شده به آببران در حالت همکارانه و غیرهمکارانه(MCM)................................ 76جدول 6-3- حد بالا و پایین سود بازتوزیع شده توسط FVLC 81 فهرست شکلهاشکل 4-1- موقعیت قرارگیری منطقه مورد مطالعه..... 39شکل 4-2- منحني سطح - حجم - ارتفاع مخزن سد...... 45شکل 4-3- شکل شماتیک آببران کشاورزی منطقه مورد مطالعه42شکل 5-1- ساختار مدل پیشنهادی................... 52شکل 6-1- عملکرد مخزن در سناریو ترسالی.......... 70شکل 6-2- عملکرد مخزن در سناریو نرمال........... 70شکل 6-3- عملکرد مخزن در سناریو خشک............. 71شکل 6-4- نسبت مقدار آب تخصیص داده شده به نیاز آبی (آببراول) 72شکل 6-5- نسبت مقدار آب تخصیص داده شده به نیاز آبی (آببردوم) 72شکل 6-6- نسبت مقدار آب تخصیص داده شده به نیاز آبی (آببرسوم) 73شکل 6-7- نسبت مقدار آب تخصیص داده شده به نیاز آبی (آببرچهارم)73شکل 6-8- تغییرات TDS در نقاط کنترل کیفی در حالت خشکسالی 74شکل 6-9- مقایسه سود حاصل از تخصیص همکارانه وغیرهمکارانه در سناریو خشک............................................ 75شکل 6-10- مقایسه نسبت تأمین نیاز آببر سوم در حالت نرمال و حالتی که TDS در آورد رودخانه حداکثر است، در سناریو نرمال80شکل 6-11- مقایسه مقدار رها شده از مخزن در حالت نرمال و حالتی که آورد رودخانه %80 کاهش یافته است، در سناریو نرمال 80 فصل اول مقدمه 1-1- مقدمه رشد جمعیت و شهرنشینی، افزایش تولیدات کشاورزی و تغییرات آب و هوا از یک سو وکمبود منابع آب شیرین در دسترس از سوی دیگر باعث شده است نحوه بهرهبرداریبهینه از منابع آب، بحثی چالش برانگیز باشد. در چند دهه اخیر نظر سیاستگزاران و تصمیمگیران بخش آب با توجه به افزایش رقابت بر سر آب در میان فعالیتهای مختلف انسانی و تأثیر آن بر محیط‌زیست و پرهیز از تصمیمگیریهایی در زمینه تخصیص آب که در آینده پاسخگویی به آن با مشکل مواجه شود، به سوی توسعه سیاستهای پایدار در تخصیص منابع آب، جلب شده است. به همین علت رویکرد برنامه‌ریزی مبتنی بر مدیریت عرضه[1] که با هدف بیشینه‌سازی عرضه آب برای تقاضاهای آبی عمل می‌کند، امروزه جای خود را به رویکردهایی داده است که عواملی مانند کیفیت آب، عدالت، سود اقتصادی و پایداری در سیستم را در نظر میگیرد (Zheng et al., 2011). در نظر گرفتن این عوامل در روند تخصیص منابع آب، لحاظ عدم‌قطعیت‌های موجود در عوامل مذکور و وجود ذینفعان متعدد در یک حوضه آبریز باعث می‌شود اعمال یک رویکرد جامع و پایدار در بهرهبرداری از منابع آبی حوضه آبریز، امری پیچیده و دشوار باشد.در این پایاننامه مدل کمی و کیفی جهت تخصیص آب در سیستمهای رودخانه-مخزن در قالب یک مدل بهینهسازی ریاضی فرمولبندی و پیشنهاد گردیده است. این مدل، امکان تصمیم‌گیری در مورد مقدار تخصیص آب به متقاضیان را با لحاظ اثرات بلندمدت خصوصیات هیدرولوژیکی، اقتصادی و زیست‌محیطی، در قالب سه معیار عدالت[2]، بهرهوری[3] و پایداری[4]، با در نظر گرفتن عدم‌قطعیت در پارامترهای هیدرولوژیکی و اقتصادی را برای دست‌اندرکاران بخش آب فراهم مینماید.در این مدل ابتدا با رويکرد تخصيص همزمان كمي و كيفي آب، براساس سه شاخص یاد شده تلاش شده است،ضمن تخصيص بهينه آب بين آببران، بار آلودگي وارد‌شده توسط آنها که متأثر از مقدار آب تخصیص داده شده است، به گونهای باشد كه استانداردهاي زيست‌محيطي نيز تأمين شود.سپس با رویکرد تئوري بازي‌ها، مدلی به منظور تخصيص كمي و كيفي منابع آب ارائه مي‌گردد که بتواند ضمن توجه به مطلوبيت‌هاي طرف‌هاي درگير و جلب رضايت آنها، سود حاصل در سیستم حداکثر شود. در مدلهای ارائه شده عدم‌قطعیت موجود در پارامترهای هیدرولوژیکی و اقتصادی به ترتیب با استفاده از روش بهینهسازی سناریوها و مدل بازی FVLC[5] لحاظ شدهاند. این مدلهای بهینهسازی در محیط نرمافزار [6]GAMS کدنویسی شدهاند.