طراحی یک مدل ریاضی برای تخصیص بهینه منابع آب سدهای منتخب استان فارس

فصلنامه علمی مهندسی منابع آب

مقاله 1، دوره 16، شماره 59، بهمن 1402، صفحه 1-10   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/wej.2024.27325.2298

نویسندگان

مرتضی شفیعی^{* 1}؛ سعیده اکبرپور²؛ فاطمه سلطانی²

¹دانشیار، گروه مدیریت صنعتی، دانشکده اقتصاد و مدیریت، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز، ایران

²کارشناس ارشد مدیریت صنعتی، دانشکده اقتصاد و مدیریت، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز، ایران

تاریخ دریافت: 26 بهمن 1399،  تاریخ بازنگری: 11 خرداد 1400،  تاریخ پذیرش: 10 بهمن 1402 

چکیده

چکیده
مقدمه: کاهش شدید بارندگی‌ها، شرایط خشکسالی را در استان فارس به اوج خود رسانده‌ است به گونه‌ای که دبی تمام رودخانه‎های استان فارس بین 70 تا 100 درصد کاهش یافته‌است و با توجه به محدودیت منابع آب تجدیدپذیر، لزوم بهره‌برداری بهینه و پایدار از منابع آب موجود از جمله مخازن سدهای استان فارس ضروری است.
روش­: هدف اصلی و متدولوژی این تحقیق طراحی یک مدل برنامه‌ریزی ‌ریاضی برای تخصیص بهینه منابع آب سدهای منتخب در استان فارس، به منظور مزیت خالص سیستم در افق برنامه‌ریزی می‌باشد که مسائلی نظیر دوره زمانی، سطح قابلیت اطمینان، جریانات موجود دوره، تعداد سدها و همچنین برخی سناریوها را لحاظ کند. بر این اساس تابع هدف مدل به دنبال حداکثر مزیت حاصل برای سدها براساس پارامترهای تعیین‌شده با سه اندیس سناریو، سد و دوره زمانی می‌باشد.
یافته­ ها: ابتدا این مدل را برای 5 کاربر(سد) با 4 سناریو مختلف در 10 دوره زمانی ماهانه در نظر گرفته شد که در این حالت مقدار تابع هدف به 39863110 رسید. سپس به منظور تحلیل حساسیت نتایج و نشان دادن تغییر جواب بهینه بسته به ابعاد مسئله،  به اجرای مدل برای 10کاربر(سد) با 8 سناریو مختلف در 20 دوره زمانی ماهانه  پرداخته‌شد که در این حالت مقدار تابع هدف به 82944240 رسید. بنابراین با افزایش ابعاد مسئله، افزایش چشمگیری در مقدار تابع هدف و تخصیص بهینه منابع آب سده‌های منتخب در استان فارس رخ می‌دهد.
نتیجه ­گیری: با توجه به کمبود آب و خشکسالی‌های اخیر استان فارس، توجه به توسعه پایدار و عادلانه در برنامه‌ریزی تخصیص منابع آب و لحاظ کردن شاخص‌های گوناگونی در کنار هم و به صورت همزمان ضروری است.

کلیدواژه‌ها

تخصیص بهینه منابع آبی؛ بهره‌وری؛ توسعه پایدار؛ برنامه‎ریزی ریاضی؛ سد؛ استان فارس

عنوان مقاله [English]

Designing a Mathematical Model for Optimal Allocation of Water Resources in Selected Dams in Fars Province

نویسندگان [English]

Morteza Shafiee¹؛ Saeedeh Akbarpour²؛ Fatemeh Soltani²

¹Associate Prof., Department of Industrial Management, Economics and Management Faculty, Shiraz Branch, Islamic Azad University, Shiraz, Iran

²M.Sc. in Industrial Management, Economics and Management Faculty, Shiraz Branch, Islamic Azad University, Shiraz, Iran

چکیده [English]

Abstract
Introduction: The sharp decrease in rainfall has reached the peak of drought conditions in Fars province, so that the discharge of all rivers in Fars province has decreased between 70 to 100 percent, and due to the limitation of renewable water resources, there is a need for optimal and sustainable use of existing water resources. All reservoirs of dams in Fars province are necessary.
Methods: The main purpose and methodology of this research is to design a mathematical planning model for the optimal allocation of water resources of selected dams in Fars province, in order to net advantage of the system on the planning horizon that issues such as time period, reliability level, course currents, number of dams and consider some scenarios. Accordingly, the objective function of the model seeks the maximum advantage obtained for dams based on the parameters set with three indices of scenario, dam and time period.
Findings: At first, this model was considered for 5 users (dams) with 4 different scenarios in 10 monthly time periods, in which case the value of the objective function reached 39863110. Then, in order to analyze the sensitivity of the results and show the change of the optimal answer depending on the dimensions of the problem, the model was implemented for 10 users (dams) with 8 different scenarios in 20 monthly time periods in which the value of the objective function reached 82944240. Therefore, with the increase of the dimensions of the problem, a significant increase in the amount of the objective function and the optimal allocation of water resources of the selected centuries occurs in Fars province. Therefore, due to water shortages and recent droughts in Fars province, it is necessary to pay attention to sustainable and equitable development in planning the allocation of water resources and taking into account various indicators simultaneously.

کلیدواژه‌ها [English]

Optimal allocation of water resources, Productivity, Sustainable Development, Mathematical planning, Dam, Fars province

مراجع

1.      Ali Hasaniha, H., and Khandeh Royan, M. 2012. Drought and Water Resources Status in Fars Province. The first national conference on desert (science, technology and sustainable development), Tehran. [In Persian].  

2.      Asadi, M., and Karami, M. 2020. Estimation of Evapotranspiration in Fars Province Using Experimental Indicators.     researches in Geographical Sciences, 20(56): 159-175. [In Persian].  

3.      Ashrafi, M., Zeinalzadeh, K., Besharat, S., and Yasi, M. 2019. The performance of WEAP model in hydrologic simulation of Aland watershed. Iranian Journal of Eco Hydrology, 6(2): 341-352. [In Persian].

4.      Amini, A., Javan, M., Eghbalzadeh, A., and Ghasemi, M. 2017. An Assessment of Water Resources Management using The WEAP Model in The Gamasyab Watershed, The Province of Kermanshah. Iran, Water Resources Engineering, 10: 13-18. [In Persian].

5.      Bithas, K.  2008.  The sustainable residential water use:  Sustainability, efficiency   and   social   equity.   The   European   experience. Ecological Economics, 68: 221-229.

6.       Coles, NA., Stanton, D., and Baek, CH.W. 2021.  A Review on Surface Enhanced Experimental Catchments to Improve Farm Water Security and Resilience in a Drying Climate in Southwestern Australia. Water Productivity Journal (WPJ), 1(3):13-2.

7.      Dehghan, Z., Delbari, M., and Mohammadrezapour, O. 2014. Planning water resources allocation under various managerial scenarios in gorganroud basin. Water and Soil Science, 25(3): 117-132. [In Persian].

8.      Donyaii, A.R., Sarraf, A.P., and Ahmadi, H. 2020a. Multi-Objective Optimal Utilization Policy of Boostan Dam Reservoir Using Whale and NSGA-II Algorithms Based on Game Theory and Shannon Entropy Method. Iranian water researches Journal, 14(39):99-111. [In Persian].

9.      Donyaii, A.R., Sarraf, A.P., and Ahmadi, H. 2020b. Optimization of Reservoir Dam Operation Using Gray Wolf, Crow Search and Whale Algorithms Based on the Solution of the Nonlinear Programming Model. Journal of Water and Soil Science, 24(4): 159-175. [In Persian].

10.  Ghaffari Moghadam, Z., Keikhah, A. and Sabouhi, M.  2012. Optimum water resources allocation using game theory. Iran-Water Resources Research, 8(2): 12-23. [In Persian].

11.  Habibi Davijani, M., Banihabib, M.E., and Hashemi, S.R. 2013. Development of Optimization Model for Water Allocation in Agriculture. Industry and Service sectors By Using Advanced Algorithm, GAPSO, Journal of Water and Soil, 27(4): 680-691.  [In Persian].

12.  Han, Y., Huang, Y.F., Wang, G.Q., and Maqsood, I. 2011. A multi-objective linear programming Model with Interval parameters for Water Resources Allocation in Dalian city. Water Resources Management, 25: 449-463.

13.  Hatami bahman biglo, kh., and khoshlal Dastjerdi, V. 2010. Climatic zones of Fars province by factor analysis, Geographical Space, 10(32): 135-150. [In Persian].

14.   Huang, J., Yu, H., Guan, X., Wang, G., and Guo, R. 2016. Accelerated dry land expansion under climate change. Nature Climate Change, 6(2): 166-171.

15.  Irna.ir/service/province/Fars. [In   Persian]

16.  Janat Rostami, S., Kholghi, M., and Bozorg Haddad, O. 2010. Management of reservoir operation system using improved harmony search algorithm. Water and Soil Science, 20(3): 61-71. [In Persian].

17.  Li, C., Cai, Y., and Qiand, J. 2018. A multi-stage fuzzy stochastic programming method for water resources management with the consideration of ecological water demand. Ecological Indicators, 95(1): 930–938.

18.  Li, Y.P., Huang, G.H., and Nie, S.L. 2006. An interval- parameter multi- stage stochastic programming model for water resources management under uncertainty. Advances in Water Resources, 29:776-789.

19.  Parhizkari, A., Mozaffari, M.M., khaki, M., and Taghizade Ranjbari, H. 2015. Optimal allocation of water and lands resources in the Roudbar Alamout region using the FGFP model. Journal of Water and Soil Resources Conservation, 4(4): 11-24. [In Persian].

20.  Rajabi, D., Mousavi, S.F., and Roozbahani, A. 2018. Optimal Water Allocation among the Irrigation Districts in Zayandehrud Basin with Economic Approach and Performance Assessment of Water Distribution within the District (Case Study: North-Rudasht Irrigation District), Iran-Water Resources Research, 14(5): 269-282. [In Persian].

21.  Rani, D., and Moreira, M. 2010. Simulation–optimization modeling: a survey and potential application in reservoir systems operation. Water resources management. 24(6): 1107-1138.

22.  Shahraki, J., and Mohseni, S. 2013. Compromise multi criteria decision making application in water resources optimal allocation case study Yazd city. Journal of Irrigation and Water Engineering, 3(4):107-117. [In Persian].

23.  Sheikh Khozani, Z., Hosseiny, Kh., and Rahimian, M. 2010. System dynamic modeling of multipurpose reservoir operation to estimate the optimal height of the dam. Journal of Modeling in Engineering, 8(21):57-66. [In Persian].

24.  Yao, J., Liu, H., Huang, J., Gao, Z., Wang, G., Li, D., Yu, H., and Chen, X. 2020. Accelerated dryland expansion regulates future variability in dryland gross primary production. Nature Communications, 11(1): 1665.