تدوین مدل تلفیقی تخصیص بهینه آب با رویکرد بازی‌های همکارانه مطالعه موردی: سد شهید رجایی

آب و خاک

مقاله 4، دوره 33، شماره 5 - شماره پیاپی 67، آذر 1398، صفحه 695-708   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v33i5.82654

نویسندگان

مهسا نوری¹؛ علیرضا عمادی^{* 2}؛ رامین فضل اولی²

¹فردوسی مشهد

²دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

چکیده

رشد جمعیت و محدودیت منابع آب، موجب اهمیت بهره‌برداری بهینه از منابع موجود شده است. نگرانی اصلی در زمینه مدیریت منابع آب، تخصیص عادلانه است. بنابراین، تخصیص بهینه منابع با درنظر­داشتن مطلوبیت ذی­نفعان و محدودیت­های فیزیکی مسئله امری ضروری است. در این پژوهش، رویکرد نظریه بازی­ها برای تخصیص آب از سد شهید رجایی با توجه به تقسیم عادلانه سود میان ذی­نفعان مورد استفاده قرار گرفته است. ابتدا مقدار آب قابل­دسترس با سیاست بهره­برداری استاندارد تعیین و سپس مدل بهینه­سازی تخصیص آب با رعایت عدالت بدون توجه به سود اقتصادی تدوین گردید. این مدل برای تعیین سهم آب شرکت­کنندگان در ائتلاف­ها اجرا شد. سپس، ائتلاف­های ممکن به­منظور افزایش سود کلی سیستم با روش شاپلی تشکیل و سود حاصل از هر ائتلاف محاسبه گردید. درنهایت، به­منظور تخصیص مجدد سود به بازیکنان جهت ترغیب آن­ها به شرکت در ائتلاف کل از رابطه ارزش شاپلی استفاده شد. تلفیق مدل بهینه­سازی الگوریتم ژنتیک با نظریه بازی­های همکارانه به روش شاپلی کریسپ از نوآوری­های این پژوهش می‌باشد. نتایج به­دست آمده نشان می­دهد که استفاده از روش پیشنهادی سود ذی­نفعان را افزایش می­دهد به­طوری­که با تشکیل ائتلاف کل، سود ذی‌نفعان بین 6 تا 16 درصد و سود کلی سیستم 10 درصد افزایش یافته است. این میزان افزایش سود با مدل تلفیقی پیشنهادی بدون نیاز به هیچ­گونه هزینه اضافی و تنها با تغییر در مدیریت بهره­برداری قابل اجرا خواهد بود.

کلیدواژه‌ها

تخصیص آب؛ سد شهید رجایی؛ مدل بهینه‌سازی؛ نظریه بازی‌ها؛ مدیریت منابع آب

مراجع

1- Aadland A., and Kolpin V. 2004. Erratum to Environmental determinants of cost sharing. Journal of Economic Behavior & Organization 55(1): 05-121.

2- Abdoli Gh. 2016. Game theory and its applications: Incomplete information, Evolutionary and cooperative games. Samt Press, 352P. (In Persian)

3- Asadi A., Keramatzadeh A., and Eshraghi F. 2018. Determining the optimal exploitation of groundwater resources by using game theory (Case study: Gorgan county). Journal of Water and Soil Conservation 25(3): 129-144.

4- Aubin J.P. 1981. Locally lipschitz cooperative games. Journal of Mathematical Economics 8(3): 241-262.

5- Emadi A.R., Khademi M., and Kakouei S. 2016. Evaluation of yield model and standard operation policy in developing of operation rule curve (Case study: Shahid Rajaei Dam). Journal of Water and Soil Conservation 22(6): 217-229.

6- Fisvold G.B., and Caswell M.F. 2000. Transboundary water management: game theoretic lessons for projects on the US–Mexico border. Journal of Agricultural Economics 24: 101–111.

7- Han Q., Tan G., Fu W., Mei Y., and Yang ZH. 2018. Water resource optimal allocation based on multi-agent game theory of HanJiang River Basin. Journal of Water 10(9): 1184.

8- Huang X., Chen X., and Huang P. 2018. Research on fuzzy cooperative game model of allocation of pollution discharge rights. Journal of Water 10(5): 662.

9- Kashefi Nezhad P., Hooshmand A.R., and Boroomandnasab S. 2018. Optimal allocation of water resources using non-dominated sorting genetic algorithm (Case study: Hamidiyeh irrigation network). Journal of Water and Soil Conservation 25(6): 239-253.

10- Kilgore D.M., and Dinar A. 2001. Flexible water sharing within an international river Basin. Journal of Environmental and Resource Economics 18(1): 43–60.

11- Lejano R.P., and Davos C.A. 1995. Cost allocation of multiagency water resource projects: game theoretic approaches and case study. Journal of Water Resources Research 31(5): 1387–1393.

12- Lippai I., and Heaney P. 2000. Efficient and equitable impact fees for urban water systems. Journal of Water Resources Planning and Management 126(2): 75–84.

13- Madani K. 2010. Game Theory and Water Resources. Journal of Hydrology 381: 225-238.

14- Madani K., and Hipel K.W. 2011. Non-cooperative stability definitions for strategic analysis of generic water resources conflicts. Journal of Water Resource Management 25(8): 1949–1977.

15- Mehrparvar M., Ahmadi A., and Safavi H.R. 2015. Social resolution of conflicts over water resources allocation in a river basin using cooperative game theory approaches: a case study. International Journal of River Basin Management 14: 33-45.

16- Niksokhan M.H., Kerachian R., and Karamouz M. 2009. A game theoretic approach for trading discharge Permitsin Rivers. Journal of Water Science and Technology 60(3): 793-804.

17- Raquel S., Ferenc S., Emery J., and Abraham R. 2007. Application of game theory for a groundwater conflict in Mexico. Journal of Environmental Management 84: 560–571.

18- Sadegh M., Mahjouri N., and Kerachian R. 2010. Optimal inter-basin water allocation using crisp and fuzzy Shapley games. Journal of Water Resources Management 24(10): 2291-2310.

19- Sheikhmohammady M., and Madani K. 2008a. Bargaining over the Caspian Sea–the largest lake on the earth. In: Proc. of World Environmental and Water Resources Congress on American Society of Civil Engineers (ASCE 2008), Honolulu, Hawaii, 1–9.

20- Shapley L.S. 1953. A value for n-person game. Journal of Operations Research 28: 307–318.

21- Straffin P., and Heaney J. 1981. Game theory and the Tennessee valley authority. International Journal of Game Theory 10(1): 35–43.

22- Suzuki M., and Nakayama M. 1976. The cost assignment of the cooperative water resource development: a game theoretical approach. Journal of Management Science 32(10): 1081–1086.

23- Tisdell J.G., and Harrison S.R. 1992. Estimating an optimal distribution of water entitlements. Journal of Water Resources Research 28(12): 3111–3117.

24- Von Neumann J., and Morgenstern O. 1944. Theory of games and economic behavior. Princeton University Press, Princeton.

25- Wang L., Fang L., and Hipel K.W. 2008. Basin-wide cooperative water resources allocation. European Journal of Operational Research 190(3): 798–817.

26- Young H., Okada N., and Hashimoto T. 1982. Cost allocation in water resources development. Journal of Water Resources Research 18(3): 463–475.