تدوین مدل بهینه‌سازی چندهدفه تخصیص آب و بار آلودگی بر مبنای مدل چانه‌زنی بردا، مطالعه موردی: بخشی از سیستم رودخانه‌ای کر

فصلنامه علمی مهندسی منابع آب

مقاله 1، دوره 12، شماره 43، اسفند 1398، صفحه 1-13   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

ایلناز حقیقت اصفهانی¹؛ محمدرضا نیکو^{* 2}؛ ایوب کریمی جشنی¹؛ ناصر طالب بیدختی¹

¹دانشگاه شیراز

²هیئت علمی دانشگاه شیراز

تاریخ دریافت: 27 شهریور 1394،  تاریخ بازنگری: 26 تیر 1397،  تاریخ پذیرش: 06 بهمن 1398 

چکیده

در این تحقیق، متدولوژی جدیدی برای تخصیص آب و بار آلودگی در رودخانه‌ها با لحاظ ذی‌نفعان مختلف، برمبنای یک مدل بهینه‌سازی چندهدفه، مدل شبیه‌سازی QUAL2K و سه روش‌ مختلف تئوری بازی‌ها (گزینش اجتماعی بردا، مدل بازی نش و مدل بازی نش‌هرسنی)، ارائه شده است. مدل مذکور شامل تدوین و کالیبراسیون مدل شبیه‌سازی کیفی چند‌شاخصه‌ رودخانه، شبیه‌سازی مونت‌کارلو، بهینه‌سازی چندهدفه تخصیص آب و بار آلودگی و مدل‌های چانه‌زنی بین گروداران می‌باشد. پس از تعیین گروداران، منحنی تعامل بین اهداف با تدوین مدل بهینه‌سازی چندهدفه تعیین شده است. سپس مجموعه توافق براساس اولویت‌های گروداران تشکیل ‌شده و توسط روش‌های‌ گزینش اجتماعی بردا، مدل بازی نش و نش‌هرسنی، مطلوب‌ترین استراتژی تخصیص با لحاظ نظر تصمیم‌گیران تعیین شده است. تحلیل حساسیت‌ها نشان داد که مهم‌ترین پارامتر غیرقطعی مسأله، دبی بالادست رودخانه است. لذا با توجه به بازه تغییرات داده‌های مشاهداتی طی سال‌های 75 تا 85 و براساس تغییرات محتمل در دبی رودخانه در ماه بحرانی (مرداد ماه)، 6 سناریوی عدم قطعیت لحاظ و مدل به ازای آن‌ها اجرا گردید. نتایج حاصله از وضعیت شاخص کیفی DO و TSS بعد از اعمال تخصیص بهینه، نشان داد که اعمال سیاست-های تخصیص طبق متدولوژی پیشنهادی قادر است در نقطه کنترل کیفی پنجم، مقدار DO را تا 41%، و مقدار TSS را تا 38% بهبود بخشد. هم‌چنین وضعیت شاخص کیفی BOD در اکثر نقاط کنترل کیفی به مقدار کمی بهبود یافته است. نتایج کاربرد مدل پیشنهادی در رودخانه‌ کر واقع در استان فارس، نشان‌دهنده ‌کارایی مناسب آن در تعیین سیاست‌های تخصیص آب و بار آلودگی بوده ‌است.

کلیدواژه‌ها

تخصیص آب و بار آلودگی؛ شبیه‌سازی کیفی رودخانه؛ گزینش اجتماعی بردا؛ مدل بازی نش‌هرسنی؛ رودخانه‌ کر

عنوان مقاله [English]

Developing a multi-objective optimization model for water and waste load allocation in rivers based on Borda bargaining model, A case study: part of Kor river system

مراجع

1)بنان, نگار؛ امید طبیعی و امیرعباس بنان، ۱۳۸۵، منابع آلاینده رود کر و سیوند، اولین همایش تخصصی مهندسی محیط زیست، تهران، دانشگاه تهران، دانشکده محیط زیست، https://www.civilica.com/Paper-CEE01-

2)     بیژنی‌منظر م. 1392.  کاربرد چانه‌زنی بازگشتی با بن‌بست در تخصیص بار آلودگی در رود‌ها. هفتمین کنگره ملی مهندسی عمران. دانشکده مهندسی شهید نیکبخت. زاهدان

3)    بیژنی منظر م و مهجوری ن. 1392. تخصیص بار آلودگی در رود زرجوب: کاربرد روش­های گزینش اجتماعی بردا و چانه­زنی نش. نشریه تحقیقات منابع آب ایران. سال نهم. شماره 3

4)      توکلی ع. 1392. تدوین مدل تخصیص همزمان آب و بار آلودگی در رود‌ها در شرایط عدم قطعیت: کاربرد تحلیل فاکتوریل. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، به راهنمای دکتر رضا کراچیان. دانشکده مهندسی عمران. دانشگاه تهران

5)    ذوالفقاری­پور م.ا و احمدی آ. 1393. تدوین سیاست­های تخصیص بار آلودگی در رود­ها با استفاده از رویکرد گزینش اجتماعی. نشریه آب و فاضلاب. شماره 6

6)    فخرایی ح. تعیین ظرفیت خودپالایی رود های کر و سیوند و تخصیص بار آلودگی به منابع آلاینده آن پایان نامه کارشناسی ارشد دانشگاه شیراز، 1387

7)       مجنونیان، هنریک، 1378. حفاظت رود ها، انتشارات سازمان حفاظت محیط زیست

8)       Dai T and Labadie J.W. 2001. River basin network model for integrated water quantity/quality management. Journal of Water Resources Planning and Management. 127(5):295-305.

9)       Deb, K., Pratap, A., Agarwal, S. & Meyarivan, T., 2002, A Fast and Elitist Multiobjective Genetic Algorithm: NSGA-II, IEEE Transaction on Evolutionary Computation, 6(2), PP. 182-197.

10)   Dedi L, Shenglian G, Quanxi S and Yunzhong J. 2014. Optimal allocation of water quantity and waste load in the northwest Pearl river delta, China. Stock environ res risk assess. 28:1525-1542.

11)   Estalaki, S.M., Abed-Elmdoust, A. and Kerachian, R., 2015. Developing environmental penalty functions for river water quality management: application of evolutionary game theory. Environmental Earth Sciences, 73(8), pp.4201-4213.

12)   Huang, X., Chen, X. and Huang, P., 2018. Research on Fuzzy Cooperative Game Model of Allocation of Pollution Discharge Rights. Water, 10(5), p.662.

13)   Mahjouri, N. and Abbasi, M.R., 2015. Waste load allocation in rivers under uncertainty: application of social choice procedures. Environmental monitoring and assessment, 187(2), p.5.

14)   CEE01_033.html Meng, C., Wang, X. and Li, Y., 2017. An Optimization Model for Waste Load Allocation under Water Carrying Capacity Improvement Management, A Case Study of the Yitong River, Northeast China. Water, 9(8), p.573.

15)   Monghasemi, S., Nikoo, M.R., Fasaee, M.A.K. and Adamowski, J., 2015. A novel multi criteria decision making model for optimizing time–cost–quality trade-off problems in construction projects. Expert systems with applications, 42(6), pp.3089-3104.

16)   Nasiri-Gheidari, O., Marofi, S. and Adabi, F., 2018. A robust multi-objective bargaining methodology for inter-basin water resource allocation: a case study. Environmental Science and Pollution Research, 25(3), pp.2726-2737.

17)   Nikoo M.R, Kerachian R and Karimi A. 2012. A nonlinear interval model for water and waste load allocation in river basins. Water Resources Management. 26(10): 2911-2926

18)   Nikoo, M.R., Kerachian, R., Karimi, A. and Azadnia, A.A., 2013. Optimal water and waste-load allocations in rivers using a fuzzy transformation technique: a case study. Environmental monitoring and assessment, 185(3), pp.2483-2502.

19)   Nikoo, M.R., Kerachian, R., Karimi, A., Azadnia, A.A. and Jafarzadegan, K., 2014. Optimal water and waste load allocation in reservoir–river systems: a case study. Environmental Earth Sciences, 71(9), pp.4127-4142.

20)   Nikoo, M.R., Beiglou, P.H.B. and Mahjouri, N., 2016. Optimizing multiple-pollutant waste load allocation in rivers: an interval parameter game theoretic model. Water resources management, 30(12), pp.4201-4220.

21)   Saberi, L. and Niksokhan, M.H., 2016. Expression of Concern-Optimal waste load allocation using graph model for conflict resolution. Water Science and Technology, p.wst2016429.

22)   Sheikhmohammady M and Madani K. 2008. Bargaining over the Caspian sea-the largest lake on the earth. Proceeding of the 2008 world environmental and water resources congress. Honolulu. Hawaii. 1-9

23)   Shi, G.M., Wang, J.N., Zhang, B., Zhang, Z. and Zhang, Y.L., 2016. Pollution control costs of a transboundary river basin: Empirical tests of the fairness and stability of cost allocation mechanisms using game theory. Journal of environmental management, 177, pp.145-152.

24)   Tavakoli A, Kerachian R and Nikoo M. R. 2014. Water  and waste load allocation in rivers with emphasis on agricultural return flows: application of fractional farctorial analysis. Environmental Monitoring and Assessment . 186(9): 5935-5949

25)   Xia, B., Qian, X. and Yao, H., 2017. An improved risk-explicit interval linear programming model for pollution load allocation for watershed management. Environmental Science and Pollution Research, 24(32), pp.25126-25136.

26)   Xu, J., Hou, S., Yao, L. and Li, C., 2017. Integrated waste load allocation for river water pollution control under uncertainty: a case study of Tuojiang River, China. Environmental Science and Pollution Research, 24(21), pp.17741-17759.

27)   Yu, S. and Lu, H., 2018. Integrated watershed management through multi-level and stepwise optimization for allocation of total load of water pollutants at large scales. Environmental Earth Sciences, 77(10), p.373.

28)   Zhang W, Wang Y, Peng H, Li Y and Tang J. 2010. A coupled water quantity-quality model for water allocation analysis. Water Resources Management. 24(3): 485-511.

29)   Zolfagharipoor, M.A. and Ahmadi, A., 2016. A decision-making framework for river water quality management under uncertainty: Application of social choice rules. Journal of environmental management, 183, pp.152-163.