Optimal Exploitation Management of the Abarkouh Aquifer Plain with System Dynamics Approach

Authors

1 Assistant professor of Management Department, Faculty of Human Sciences, Science and Art University, Yazd, Iran

2 Associate professor of management Department, Faculty of Human Science, Yazd University, Yazd, Iran

3 Teacher of Management Department, Faculty of Human Sciences, Science and Art University, Yazd, Iran

4 Master of Science in Industrial Management, Science and Art University, Yazd, Iran

Abstract

For many years, people have been using water as an inexpensive resource, and many do not believe in limiting its consumption. This attitude is problematic and has led to a water crisis. Today, besides the water crisis, we are faced with improper water resources management, especially in arid and semi-arid regions. The increasing demand for water, the limitation of resources, and the principle of sustainability in water management, make it impossible to supply all existing water needs. The increasing use of surface and groundwater resources in Abarkouh Plain as a result of development of agriculture and related industries in this plain has intensified the decline of its aquifer. Therefore, it is necessary to provide a framework that can investigate the optimal allocation of water in this area. The purpose of this research was to study the status of Abarkouh Plain water resources and to evaluate the possible policies in this area. After reviewing the background and identifying the factors, a dynamic model of factors affecting the status of aquifer in Abarkouh Plain and their causal relationships were presented and analyzed through System Dynamics. According to the analysis, agricultural consumption had the greatest threat in the plain. The model was simulated in Vensim and various policies have been tested to improve the status of water resources in Abarkouh plain. The simulation showed that the policy of increasing water price, implementing the plan of fertilizing clouds and decreasing the area under cultivation had a good effect on aquifer balance index and volume.

Keywords

Full Text

آب به عنوان مهم‌ترین منبع طبیعی در جهان (ایکسی و پو 2013) نقش مؤثری در تمام فعالیت‌های روزانه دارد و مصرف آن به دلیل افزایش استاندارد سطح زندگی بشر در حال رشد است (گرجیان و قبادیان 2015). بررسی تحولات و توجه به مسائل آب نشان می‌دهد هر چند اولین جرقه‌ها و هشدارها از محافل و کانون‌های علمی برخاسته ولی به‌تدریج با مشاهده عینی پدیده‌های ناشی از نحوه بهره‌برداری، مدیریت منابع آب به بالاترین رده‌های تصمیم‌گیری در سطوح ملی، منطقه‌ای و بین‌المللی رسیده است. جمع‌بندی این فرایند عنوان جدیدی را به ادبیات مدیریت آب به نام بحران آب اضافه کرده است (عزیزی و همکاران 2016) و کمبود شدید آن یک نگرانی جهانی در حال حاضر و آینده می‌باشد (ایکسی و پو 2013). علی‌رغم توجه به ارتباط بین منابع آبی به منظور تقویت امنیت منابع، تعیین روابط بین سیستم‌های مؤثر در مدیریت آب به منظور تسهیل تصمیم‌گیری بین بخشی و کل نگر هنوز امری محدود است (راور و همکاران 2020) و مسئله بحران آب نه تنها به عنوان یک مسئله اقتصادی بلکه باید به عنوان یک دغدغه اجتماعی، زیست محیطی و فرهنگی درمان شود (نیکلا و همکاران 2015). برآورد می‌شود در دهه‌های آینده، در ایران که در کمربند خشک زمین واقع شده و حدود 70 درصد از مساحت آن را مناطق خشک و نیمه‌خشک تشکیل می‌دهد، آب به عنوان یکی از منابع

ویژه در این مناطق تبدیل شود (گرجیان و قبادیان 2015) و استان یزد نیز که در ناحیه مرکزی ایران قرار گرفته، از این مهم مستثنی نیست. امروزه افزایش جمعیت و بالارفتن سطح زندگی و رفاه اجتماعی در بسیاری از شهرها موجب افزایش تقاضای آب برای مصارف مختلف کشاورزی، صنعتی و شهری شده است و آب‌های زیرزمینی به دلیل استعداد آلودگی کمتر و همچنین ظرفیت ذخیره زیاد نسبت به آب‌های سطحی، به عنوان یک منبع مهم آب مورد توجه هستند (اسلامی و همکاران 2017). دشت ابرکوه به عنوان یکی از مهم‌ترین دشت‌های این استان بخشی از حوضه آبریز ابرکوه- سیرجان می‌باشد که در جنوب غرب استان یزد واقع شده است. در این محدوده ۶۴۶ حلقه چاه، 20 دهنه چشمه و 30 رشته قنات فعال موجود می‌باشد (نظری و همکاران 2012). برداشت از منابع زیرزمینی دشت ابرکوه از سال 1361 ممنوع و به عنوان دومین دشت استان از لحاظ بحران منابع آبی اعلام شد. تغذیه سفره‌های آب زیرزمینی این شهرستان هیچ‌گاه متکی به بارندگی‌های آن نبوده و از حوضه‌های مجاور (آباده، اقلید، بوانات از توابع استان فارس) تأمین می‌شود (مرتضوی‌زاده و همکاران 2013). در مناطق خشک و نیمه خشک، آب‌های زیرزمینی سهم بسیار قابل توجهی در تأمین آب آشامیدنی و کشاورزی دارند. بهره‌برداری بیش از حد از منابع آب زیرزمینی از یک طرف و آلوده شدن این آب‌ها به سبب تغییرات محیطی ناشی از جنس بافت خاک سفره‌های آبی و همچنین فعالیت‌های گوناگون کشاورزی و صنعتی از طرف دیگر موجب ایجاد یک چالش در مدیریت منابع آب شده است (اسلامی و همکاران 2017). مدیریت بهینه بهره‌برداری منابع آب هم‌چون فرهنگ‌سازی مصرف آب،‌ یک مسئله پیچیده و ظریف در برنامه‌ریزی و توسعه منطقه‌ای بوده (دایی و همکاران 2013) و آن‌قدر حائز اهمیت است که اگر به درستی مورد توجه قرار نگیرد، پیشرفت در جهت اهدافی چون کاهش فقر و توسعه پایدار در ابعاد اقتصادی، اجتماعی و زیست‌محیطی به خطر خواهد افتاد (نیکولا و همکاران 2015). وابستگی متقابل منابع آب و در نتیجه کمبود فزاینده آن‌ها، مصرف‌کنندگان رقیب و عدم موفقیت استرتژی‌های مدیریت بخش محور عواملی هستند که منجر به برجسته کردن اهمیت اتصالات تفکیک‌پذیر بین منابع آب می‌شوند (آلسیدی و الاغیب 2017). در یک حوزه آبریز، سیستم‌های مختلف طبیعی و انسانی وجود دارد که در تعامل با یکدیگرند. در مدیریت جامع منابع آب در سطح حوزه آبریز، تعامل اجزای درونی هر سیستم و تعامل سیستم‌ها باید در نظر گرفته شود. تجزیه و تحلیل سناریوهای مختلف برای شرایط آبی متفاوت و دیدگاه‌های مدیریتی متفاوت از ضروریات مدیریت یکپارچه منابع آب به منظور اخذ تصمیم‌گیری می‌باشد.

سرعت زیاد در مدل‌سازی، آسانی ساختار، اصلاح مدل، توانایی انجام تحلیل و ارتباط مؤثر با مدل و افزایش اطمینان در روند مدل‌سازی به دلیل مشارکت کاربر، از جمله برتری‌های شبیه‌سازی با روش پویایی سیستم نسبت به دیگر روش‌های شبیه‌سازی است (ناصری و همکاران 2013). مدل‌های پویایی‌های سیستم و تجزیه و تحلیل‌های پویا در مقایسه با مدل‌های استاتیک توانایی مدل‌سازی واقع‌گرایانه بهتری دارند زیرا می‌توانند اثرات واقع‌بینانه سیاست‌های آبی را بر بخش‌های مختلف یک حوضه آبی در طول زمان مشاهده کنند (سماجگل و همکاران 2016). اگرچه منابع آب در معرض تغییرات شدید در زمان و مکان قرار دارند، اما اکثر مدل‌های ارائه شده از نظر مکانی و زمانی تقسیم نمی‌شوند (مبری و ویتوریو 2018). تحلیل سیستم‌ها جایگاه مهمی در زمینه مدیریت منابع آب دارد و شبیه‌سازی یک ابزار ضروری تصمیم‌گیری در فرایند مدیریت آبخوان می‌باشد. ارتباط مؤثر با نتایج مدل، سهولت ایجاد تغییرات در مدل و قابلیت حساسیت این روش مدل‌سازی را از بقیه روش‌های رایج مدل‌سازی منابع آب جذاب‌تر می‌کند.

پویایی‌های سیستم در مدیریت منابع آب در شاخه‌های متعددی از قبیل تقویت زیرساخت‌های تصفیه آب (لی 2014)، افزایش بهره‌وری آبیاری (جابینز و همکاران 2015)، بهبود بهره‌وری انرژی در سیستم‌های آبرسانی و برنامه‌ریزی سیستم‌های پمپاژ برای مصرف انرژی کارآمد (خیاردین و همکاران 2018)، تقاضای آب برای تولید برق و سوخت‌های زیستی (پاستی و همکاران 2015؛ وانگ و همکاران 2017) و استفاده از پمپ‌های خورشیدی (آلیو و همکاران 2018) مورد استفاده قرار گرفته است. علاوه بر این، برخی از تحقیقات بر ارزیابی و تخمین میزان مصرف انرژی در مراحل مختلف تأمین آب متمرکز شده‌اند (ویلانووا و بالستیری 2015). مدل‌های پویایی‌های سیستم قادرند به عنوان یک ابزار پشتیبان تصمیم‌گیری، در راستای دست‌یابی به مدیریت پایدار آن به ما کمک کنند. پایداری منابع آب از جمله آبخوان دشت ابرکوه تحت تأثیر چگونگی بهره‌برداری از منابع قرار می‌گیرد که با توجه به بحران آب، لزوم بهره‌برداری بهینه مسجل می‌باشد. در مدل‌های پویا درک مسائل تغییرات به صورت حلقه‌ای و بازخورد است و با توجه به این‌که میان میزان آب در دسترس و مصرف آن و دیگر بخش‌های مهم مانند رشد جمعیت، توسعه اقتصاد، صنعت و کشاورزی، اکتشاف و بهره‌برداری از منابع، آلودگی و مدیریت منابع آب بازخورد پویا وجود دارد، لذا روشی است که قادر به پیشگویی الگوی رفتاری تغییرات در سیستم‌های منابع آب می‌باشد. این موضوع، نوآوری این پژوهش محسوب می‌شود؛ زیرا تا جایی که توسط محققان این مقاله بررسی شده است مدلی با در نظر گرفتن ابعاد مختلف تأثیرگذار بر منابع آبی یک منطقه به منظور بررسی الگوهای مصرف و ارائه راهکار مدیریت بهینه آن منبع انجام نشده است. هدف از این تحقیق نیز ارائه یک مدل پویاست که بر اساس آن و سناریوهای بدست آمده، مسئولین مربوطه بتوانند بهترین و بهینه‌ترین شیوه را در زمینه بهره‌برداری آبخوان دشت ابرکوه اتخاذ نمایند.

References

Adhami H, 2015. Analyzing factors influencing innovation in organizations with SD approach (case study: selected offices in Kerman province). MSc. Thesis, Science and Art University. (In Persian with English abstract)
Al-Saidi M and Elagib NA, 2017. Towards understanding the integrative approach of the water, energy and food nexus. Science of the Total Environment 574: 1131–1139.
Aliyu M, Hassan G, Said SA, Siddiqui MU, Alawami AT and Elamin IM, 2018. A review of solar-powered water pumping systems. Renewable Sustainable Energy Reviews 87: 61–76.
Anonymous, 2013. Development prospect document of Abarkuh city. Deputy of Planning of Yazd Governorate, Abarkuh Governorate. (In Persian with English abstract)
Azizi Gh, Nazif  S and Abbasi F, 2016. Evaluation of operation performance of dams of Urmia Basin with system dynamics approach. Geographic Study of Arid Areas 7(25): 48-63.
Dai S, Li L, Xu H, Pan X and Li X, 2013. A system dynamics approach for water resources policy analysis in arid land: a model for Manas River Basin. Arid Land 5(1): 118-131.
Gorjian S and Ghobadian B, 2015. Solar desalination: a sustainable solution to water crisis in Iran. Renewable and Sustainable Energy Reviews 48: 571-584. (In Persian with English abstract)
Islami H, Almodaresi A, Khosravi R, Fallahzadeh R, Peyravi R and Taghavi M, 2017. Evaluation of groundwater quality of Yazd-Ardakan plain for agricultural purposes using GIS geographic information system. Journal of Health 8(5): 586-575. (In Persian with English abstract)
Jobbins G, Kalpakian J, Chriyaa A, Legrouri A and El Mzouri EH, 2015. To what end? Drip irrigation and the water–energy–food nexus in Morocco. International Journal of Water Resources Development. 31 (3): 393–406.
Khiareddine A, Salah CB, Rekioua D and Mimouni MF, 2018. Sizing methodology for hybrid photovoltaic/wind/hydrogen/battery integrated to energy management strategy for pumping system. Energy 153: 743–762.
Li X, 2014. Understanding the water-energy nexus: a case study of Ningxia. Master Thesis. Uppsala University, Sweden.
Mabrey D and Vittorio M, 2018. Moving from theory to practice in the water-energy-food nexus: an evaluation of existing models and frameworks. Water-Energy Nexus 1: 17–25.
Mortazavizadeh F, Fatahi A and Shamsniya A, 2013. Decreasing the underground water level and subsidence in Abarkouh plain. The 2nd National Conference on Sustainable Development in Arid and Semi-arid Areas. Islamic Azad University, Abarkuh branch, Abarkuh. (In Persian with English abstract)
Naseri HR, Adinehvand R and Salavitabar A, 2013. Using system dynamics to predict behavior and determine the permitted exploitation of Tabriz plain aquifer. Journal of Science Kharazmi University 4(13): 937-950. (In Persian with English abstract)
Nazari R, Adinehvand R and Mashayekhi T, 2012. Designing a network for quantitative and qualitative monitoring of groundwater resources case study: Abarkuh Plain. 31th Symposium of Geosciences, Tehran. (In Persian with English abstract)
Nikolaou I, Evangelinos K and Leal Filho W, 2015. A system dynamic approach for exploring the effects of climate change risks on firms' economic performance. Cleaner Production 103: 499-506.
Nozari H and Mohseni V, 2016. Application of the system dynamics method in simulation and optimization of irrigation and drainage network irrigation and drainage network right in Isfahan Cascade. Journal of Soil and Water 3(3): 3-10. (In Persian with English abstract)
Pacetti T, Lombardi L and Federici G, 2015. Water–energy Nexus: a case of biogas production from energy crops evaluated by water footprint and life cycle assessment (LCA) methods. Cleaner Production 101: 278–291.
Ravar Z, Zahraei B, Sharifinejad A, Gozini H and Jafari S, 2020. System dynamics modeling for assessment of water-food-energy resources security and nexus in Gavkhuni basin in Iran. Ecological Indicators 108: 1-18. (In Persian with English abstract)
Smajgl A, Ward J and Pluschke L, 2016. The water–food–energy Nexus-Realizing a new paradigm. Journal of Hydrology 533: 533–540.
Vilanova MN and Balestieri JP, 2015. Exploring the water-energy nexus in Brazil: the electricity use for water supply. Journal of Energy 85: 415–432.
Wang S, Cao T and Chen B, 2017. Water–energy nexus in China's electric power system. Energy Procedia 105: 3972–3977.
Wei T, Lou I, Yang Z and Li Y, 2016. A system dynamics urban water management model for Macau, China. Journal of Environmental Sciences 50: 117-126.
Xi X and Poh K, 2013. Using system dynamics for sustainable water resources management in Singapore. Procedia Computer Science 16: 157-166.
Yang J, Lei K, Khu S and Meng W, 2015. Assessment of water resources carrying capacity for sustainable development based on a system dynamics model: a case study of Tieling City, China. Journal of Water Resources Management 29: 885-899.
Yousofvand A, Golrizghashti F and Hoseini H, 2017. Dynamic model for assessing the performance of express post supply chain with the aim of enhancing customers' satisfaction. 13th International Industrial Engineering Conference, Mazandaran University, Mazandaran. (In Persian with English abstract)
Water and Soil Science
Volume 32, Issue 3
September 2022
Pages 33-45

Files

Share

How to cite

Statistics