بررسی استراتژی‌های تطبیقی برای مدیریت منابع آب کشاورزی تحت تغییر اقلیم در حوضه آبریز رودخانه هلیل‌رود

اقتصاد و توسعه کشاورزی

مقاله 3، دوره 34، شماره 4 - شماره پیاپی 50، دی 1399، صفحه 397-419   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jead.2021.17801.0

نویسندگان

عباس میرزایی^* ؛ منصور زیبایی

گروه اقتصاد کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

چکیده

به دلیل ماهیت چندبعدی و چند مقیاسی مدیریت آب و تغییر اقلیم، به ادغام ابزارهایی برای تحلیل اثرات و سازگاری نیاز است. در این راستا، در مطالعه­ی حاضر به منظور ارزیابی اثرات بالقوه تغییر اقلیم و راهبردهای تطبیقی بر کشاورزی آبی در حوضه رودخانه هلیل­رود از یک مدل با لحاظ مسائل اقتصادی و هیدرولوژیکی استفاده شده است. در این چارچوب، یک مدل بهینه­یابی چندهدفه اقتصادی مزرعه-بنیان با مدل هیدرولوژیکی WEAP تلفیق شده است که می­تواند سیستم‌های اجتماعی-اقتصادی، زراعی و هیدرولوژیکی را به شیوه­ای فضایی و صریح که تمامی ابعاد و مقیاس­های مربوط به تغییر اقلیم را در بر می­گیرد، نشان دهد. برای این منظور تعدادی مزرعه نماینده انتخاب و مدل بهینه­یابی چندهدفه در قالب نرم‌افزار GAMS برای مزارع منتخب اعمال و سپس از نرم‌افزار WEAP و ابزار MABIA برای شبیه­سازی هیدرولوژیکی سطح حوضه بهره گرفته شد. نتایج حاصل از شبیه‌سازی سناریوی تغییر اقلیم A2 و برداشت متوازن آب زیرزمینی (سناریوی ترکیبی) بر وضعیت هیدرولوژیکی و اقتصادی سطح حوضه نشان داد که عملکرد محصولات، آب در دسترس و قابلیت اطمینان تأمین تقاضای آب مناطق در مقایسه با سناریوی پایه کاهش، نیاز خالص آبی محصولات و تقاضای آب تأمین نشده مناطق افزایش و درآمد زارعین در افق بلندمدت در مقایسه با سناریوی پایه برای واحدهای بالادست بین 10 تا 37 درصد، میانی بین 24 تا 47 درصد و پایین­دست بین 30 تا 50 درصد کاهش پیدا می­کند. اما، بکارگیری اقدامات و راهبردهای تطبیقی مناسب با هر منطقه می­تواند اثرات تغییر اقلیم بر شرایط هیدرولویکی به ویژه برای مناطق پایین­دست و بر شرایط اقتصادی به ویژه برای مناطق بالادست را تعدیل کند. در پایان، نتایج اتخاذ ترکیبی از راهبردهای تطبیقی استفاده از سیستم مناسب انتقال آب، سامانه­های آبیاری مدرن، افزایش کشت محصول زعفران و اعمال کم آبیاری برخی از محصولات به­صورت همزمان نشان داد که تقاضای آب تأمین نشده در حد زیادی کاهش و بازده برنامه­ای کل بخش کشاورزی حدود 68 درصد در مقایسه با شرایط پایه تحت تغییر اقلیم افزایش می­یابد.

کلیدواژه‌ها

استراتژی‌های تطبیقی؛ تغییر اقلیم؛ حوضه رودخانه هلیل‌رود؛ مدل اقتصادی-هیدرولوژیکی

مراجع

1- Agriculture-Jahad organization in south of Kerman province. 2017. (In Persian)

2- Barkhori S., Mahdavi R., Zehtabian Gh., and Gholami, H. 2018. Evaluation of the climatic variables of Jiroft Plain using HadCM3 model in future periods. Journal of Range and Watershed Management 71(2): 355-366.

3- Bartolini F., Bazzani G.M., Gallerani V., Raggi M. and Viaggi D. 2007. The impact of water and agriculture policy scenarios on irrigated farming systems in Italy: An analysis based on farm level multi-attribute linear programming models. Agricultural System 93: 90-114.

4- Blanco-Gutierrez I., Varela-Ortega C., and Purkey D.R. 2013. Integrated assessment of policy interventions for promoting sustainable irrigation in semi-arid environments: A hydro-economic modeling approach. Journal of Environmental Management, 128:144-160.

5- Brown C.M., Lund J.R., Cai X., Reed P.M., Zagona E.A., Ostfeld A., Hall J., Characklis G.W., Yu W., and Brekke L. 2015. The future of water resources systems analysis: toward a scientific framework for sustainable water management: the future OF water resources systems analysis. Water Resource Research 51(8): 6110–6124.

6- D'Agostino D.R., Scardigno A., Lamaddalena N., and ElChami D. 2014. Sensitivity analysis of coupled hydro-economic models: quantifying climate change uncertainty for decision-making. Water Resource Management 28(12): 4303-4318.

7- Downing T. E. 2012. Views of the frontiers in climate change adaptation economics. WIREs Climate Change 3: 161-170.

8- Draper, D. 2011. Assessment and Propagation of Model Uncertainty. E Scholarship.

9- Eliasson J. 2015. The rising pressure of global water shortages. Nature, 517(7532):6.

10- Esteve P., Varela-Ortega C., Gutierrez I., and Downing T.E. 2015. A hydro-economic model for the assessment of climate change impacts and adaptation in irrigated agriculture. Ecological Economics 120: 49-58.

11- Forni L.G., Medellin-Azuara J., Tansey M., Young Ch., Purkey D., and Howitt R. 2016. Integrating complex economic and hydrologic planning models: An application for drought under climate change analysis. Water Resources and Economics16: 15-27.

12- Gohar A.A., Ward F.A., and Amer S.A. 2013. Economic performance of water storage capacity expansion for food security. Journal of Hydrology 484: 16-25.

13- Gohar, A.A., Amer S.A., and Ward F.A. 2015. Irrigation infrastructure and water appropriation rules for food security. Journal of Hydrology 520: 85-100.

14- Gottschalk P., Luttger A., Huang Sh., Leppelt Th., and Wechsung, F. 2018. Evaluation of crop yield simulations of an eco-hydrological model at different scales for Germany. Field Crops Research 228: 48-59.

15- Harou J.J., Pulido-Velazquez M., Rosenberg D.E., Medellin-Azuara J., Lund J.R., and Howitt R.E. 2009. Hydro-economic models: Concepts, design, applications and future prospects. Journal of Hydrology 375(3-4): 627-643.

16- Hwang C., and Masud A. 1979. Multiple objective decision making, methods and applications: A state of the art survey. Economic and Mathematical System 164: 18-27.

17- Joyce B.A., Mehta V.K., Purkey D.R., Dale L.L., and Hanemann M. 2011. Modifying agricultural water management to adapt to climate change in California's central valley. Climate Change, 109 (Suppl. 1):S299-S316.

18- Kahil M.T., Dinar A., and Albiac J. 2015. Modelling water scarcity and droughts for policy adaptation to climate change in arid and semiarid regions. Journal of Hydrology 522: 95-109.

19- Kahil M.T., Ward F., Albiac J., Eggleston J., and Sanz D. 2016. Hydro-economic modeling with aquifer–river interactions to guide sustainable basin management. Journal of Hydrology 539: 510-524.

20- Li M., Fu Q., Singh V.P., Ma M., and Liu X. 2017. An intuitionistic fuzzy multi-objective non-linear programming model for sustainable irrigation water allocation under the combination of dry and wet conditions. Journal of Hydrology 555: 80-94.

21- Lu H.W., Li J., Ren L.X., and Chen Y.Z. 2018. Optimal groundwater security management policies by control of inexact health risks under dual uncertainty in slope factors. Chemosphere 198: 161-173.

22- Medellín-Azuara J., Howitt R.E., MacEwan D.J., and Lund J.R. 2010. Economic impacts of climate-related changes to California agriculture. Climate Change 109: 387-S405.

23- Mirzaei A., and Zibaei M. 2020. Water conflict management between agriculture and wetland under climate change: Application of Economic-Hydrological-Behavioral Modelling. Water Resources Management 1-21.‏

24- Moriondo M., Bindi M., Zbigniew W., Kundzewicz Szwed M., Chorynski A., Matczak P., Radziejewski M., McEvoy D., and Wreford A. 2010. Impact and adaptation opportunities for European agriculture in response to climatic change and variability. Mitigation Adaptation Strategies Global Change 15(7): 657-679.

25- Nikouei A. 2012. Integrated economic-hydrological modeling of water allocation and use in Zayandehrood river basin with emphasis on evaluation of environmental and drought policies. Ph.D. thesis, Shiraz University. (In Persian)

26- Nikouei A., Zibaei M., and Ward F.A. 2012. Incentives to adopt irrigation water saving measures for wetlands preservation: An integrated basin scale analysis. Journal of Hydrology 464-465:216-232.

27- Pourseyadi A., and Kashkuli H.A. 2012. Studying of groundwater conditions in Jiroft basin with MODFLOW. Irrigation Sciences and Engineering 35(2): 51-63. (In Persian)

28- Regional water company of Kerman province. 2017. Water resources basic studies office. (In Persian)

29- Reidsma P., Ewert F., Lansink A.O., and Leemans R. 2010. Adaptation to climate change and climate variability in European agriculture: the importance of farm level responses. The European Journal of Agronomy 32: 91-102.

30- Rochdane S., Reichert B., Messouli M., Babqiqi A., and Khebiza M.Y. 2012. Climate change impacts on water supply and demand in Rheraya Watershed (Morocco), with potential adaptation strategies. Water, 4:28-44.

31- Salman D., Amer, S.A., and Ward F. 2017. Protecting food security when facing uncertain climate: Opportunities for Afghan communities. Journal of Hydrology 554: 200-215.

32- Shooshtarian A. 2010.  Agri-environmental, economic and biophysical policy analysis in Mashhad-bilo watershed: towards agricultural sustainability. Ph.D. thesis, Shiraz University. (In Persian)

33- Sieber J., and Purkey D. 2011. WEAP, water evaluation and planning system. User Guide. Stockholm Environment Institute, U.S. Center, Somerville, USA.

34- Sunde M.G., He H.S., Hubbart J.A., and Urban M.A. 2018. An integrated modeling approach for estimating hydrologic responses to future urbanization and climate changes in a mixed-use Midwestern. Journal of Environmental Management 220: 149-162.

35- Tanaka S.K., Zhu T., Lund J.R., Howitt R.E., Jenkins M.W., Pulido M.A., Tauber M., Ritzema R.S., and Ferreira I.C. 2006. Climate warming and water management adaptation for California. Climate Change 76: 361-387.

36- Tarazkar M.H. 2015. Integrated of water resource management in Doroodzan dam basin. Ph.D. thesis, Shiraz University. (In Persian)

37- Ventrella D., Charfeddine M., Moriondo M., Rinaldi M., and Bindi M. 2012. Agronomic adaptation strategies under climate change for winter durum wheat and tomato in southern Italy: irrigation and nitrogen fertilization. Regional Environmental Change 12: 407-419.

38- Ward F.A. 2014. Economic impacts on irrigated agriculture of water conservation programs in drought. Journal of Hydrology 508: 114-127.

39- Westerhoff L., and Smit B. 2008. The rains are disappointing us: dynamic vulnerability and adaptation to multiple stressors in the Afram Plains, Ghana. Mitigation Adaptation Strategies Global Change 14: 317-337.

40- Wilhite D.A. 2005. Drought and Water Crises Science, Technology and Management Issues. CRC Press, Taylor & Francis Group, USA.

41- Yates D., Sieber J., Purkey D., and Huber-Lee A. 2005. WEAP21 - a demand-, priority-, and preference-driven water planning model. Part 1: model characteristics. Water International 30(4): 487-500.

42- Zhang F., Zhang Ch., Yan Z., Guo Sh., Wang Y., and Guo P. 2018. An interval nonlinear multi objective programming model with fuzzy interval credibility constraint for crop monthly water allocation. Agricultural Water Management 209: 123-133.

43- Zibaei M. 2007. Investigating determinants of sprinkler irrigation technology discontinuance in Iran: Comparison of logistic regression and discriminant analysis. Agricultural Economics and Development 1(2): 0-0. (In Persian)