بهینه سازی برنامه زراعی و تخصیص آب با کاربرد تکنیک های استاکلبرگ و فراابتکاری در منطقه سیستان

Abstract

سابقه و هدف: آب به‌عنوان یکی از مهم‏ترین نهاده‏های تولیدات محصولات کشاورزی جایگاه مهمی در توسعه پایدار بخش کشاورزی و توسعه اقتصادی سایر بخش‌ها دارد. کمبود آب یکی از مشکلات اصلی بیشتر کشورهای جهان است. تعیین الگوی کشت بهینه محصولات کشاورزی و برنامه‏ریزی تخصیص آبیاری در شرایط کم‌آبی حاکم بر حوضه‏های آبریز کشور از اهمیت بسزایی برخوردار است. هدف از این مطالعه بهینه‏سازی تخصیص آب و تعیین الگوی کشت بهینه محصولات کشاورزی در پنج شهرستان منطقه سیستان طی سناریوهای مختلف مدیریتی است.مواد و روش‎ها: در این مطالعه برای مواجهه با شرایط مختلف آبی، با استفاده از یک رویکرد برنامه‏ریزی دو سطحی و چارچوب بازی استاکلبرگ و استفاده از الگوریتم ژنتیک مدلی جهت بهینه‌سازی تخصیص آب بین مناطق تحت آبیاری و محصولات زراعی و همچنین تعیین سطح زیر کشت بهینه برای محصولات زراعی در 5 شهرستان منطقه سیستان (شامل هامون، هیرمند، زهک، نیمروز و زابل) توسعه داده شد. محصولات منتخب شامل گندم، جو، پیاز، خربزه، هندوانه و یونجه می‏باشد. مسئله در قالب نه سناریو شامل سه سناریوی راندمان آبیاری، سه سناریو شرایط اقلیمی و سه سناریو شرایط کم‎آبیاری اجرا و با سناریو پایه مقایسه شد. یافته‎ها: در بین محصولات مورد بررسی بیشترین آب به محصول خربزه به دلیل نیاز آبی کم و ارزش اقتصادی بالا نسبت به سایر محصولات و کمترین آب به محصول یونجه به دلیل نیاز آبی بالا تخصیص داده شد. همچنین محصول خربزه با 5/13503 هکتار بیشترین سطح زیرکشت و یونجه با 85/4 هکتار کمترین سطح زیرکشت را در مجموع پنج شهرستان به خود اختصاص داده‎اند. کل سطح زیرکشت به ‌دست‌آمده توسط مدل 32/18240 هکتار است. مقدار ضریب جینی 0053/0 به دست‎ آمد که مقداری کوچک و نزدیک صفر است و نشان می‎دهد تخصیص آب بین مناطق عادلانه بوده است. مقدار سود کل به دست آمده در حالت سناریو پایه 1013×06/5 ریال است که با اعمال سناریوهای راندمان آبیاری 50 و 70 درصد میزان سود به ترتیب 12 و 34 درصد و سطح زیر کشت 27 و 47 درصد نسبت به حالت پایه افزایش یافته است. و در شرایط اقلیمی نرمال و ترسالی نیز میزان سود کل به ترتیب 28 و 54 درصد و سطح زیر کشت 40 و 65 درصد نسبت به حالت پایه افزایش یافته است. اعمال سناریو کم‎آبیاری میزان سود را نسبت به حالت پایه کاهش داد اما کاهش سود با صرفه‎جویی حجم زیادی از آب آبیاری همراه است و این حجم آب ذخیره‌شده منجر به افزایش سطح زیر کشت محصولاتی که صرفه اقتصادی بالاتری دارند، شده است بنابراین با اعمال سناریوهای مختلف، الگوی کشت به سمت محصولاتی با نیاز آبی کمتر و ارزش اقتصادی بیشتر متمایل می‌شود.نتیجه‎گیری: بر اساس نتایج به‌دست‌آمده مشاهده شد محصولاتی که دارای ارزش اقتصادی بالاتر و نیاز آبی کمتر بودند آب بیشتری به آن‌ها تخصیص داده‌شده است بنابراین محصولات زراعی که نسبت به آب مصرفی سود کمتری را حاصل می‌کنند و همچنین محصولاتی که دارای نیاز آبی بالایی هستند از الگوی کشت حذف و محصولات باصرفه اقتصادی بالاتر و نیاز آبی کمتر در الگوی کشت جایگزین شده‏اند که این می‎تواند راهکار مناسبی برای مواجهه با شرایط کمبود آب باشد. افزایش راندمان آبیاری باعث افزایش سود کل شده است لذا صرفه‎جویی در مقدار آب مصرفی گیاهان از طریق بهبود تکنولوژی آبیاری و افزایش راندمان آبیاری توصیه می‎شود. از مدل پیشنهادی در این مطالعه می‎توان به‌منظور برنامه‎ریزی صحیح و کارآمد برای کشاورزی و مدیریت منابع آب در شرایط مختلف استفاده نمود.

Keywords

• بهینه ‎سازی الگوی کشت
• تخصیص بهینه آب
• بازی استاکلبرگ
• الگوریتم ژنتیک
• سیستان