تعیین برداشت بهینه منابع آب زیرزمینی با استفاده از نظریه بازی‌ها (مطالعه موردی شهرستان گرگان)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه اقتصاد کشاورزی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

2 عضو هیات علمی گروه اقتصاد کشاورزی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

3 عضو هیات علمی گروه اقتصاد کشاورزی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

چکیده

چکیده:
سابقه و هدف: ﯾﮑﯽ از ﻋﻮاﻣﻞ اﺻﻠﯽ و ﻣﺤﺪودﮐﻨﻨﺪه ﺗﻮﺳﻌﻪ ﺑﺨﺶ ﮐﺸﺎورزی اﯾﺮان کمبود منابع آب ﻣـﯽ‌ﺑﺎﺷـﺪ. برداشت بیش از حد منابع آب‌ زیرزمینی و کاهش ریزش‌های جوی، منجر به افت سطح آب زیرزمینی شده و تغذیه سالیانه از طریق ریزش‌های جوی نیز نمی‌تواند این مقدار افت سطح ایستایی را جبران کند. همچنین، کشاورزان انگیزه‌ی اقتصادی کافی نیز برای حداقل کردن اثرات محیط‌زیستی منفی از قبیل کاهش سطح سفره‌های آب زیرزمینی را ندارند. لذا اﻏﻠﺐ ﻣﺴﺎﺋﻞ ﺗﺼﻤﻴﻢﮔﻴﺮی در ﻣـﺪﻳﺮﻳﺖ ﻣﻨـﺎﺑﻊ ﻃﺒﻴﻌـﻲ به ویژه منابع آب ﺑـﺎ ﻣـﺴﺌﻠﻪ وﺟﻮد اﻫﺪاف ﻣﺘﻀﺎد از ﻗﺒﻴﻞ ﺣﺪاﻛﺜﺮ ﻛﺮدن ﺳﻮد‌ﻫﺎی اﻗﺘﺼﺎدی و ﺣﺪاﻗﻞ ﻛﺮدن اﺛﺮات محیط‌زیستی ﻣﻨﻔـﻲ رو ﺑـﻪ رو اﺳـﺖ. بر این اساس، در مطالعه حاضر به منظور مدیریت منابع آب زیرزمینی از روش نظریه بازی‌ها کمک گرفته شد.
مواد و روش‌ها: جامعه آماری مورد مطالعه حاضر کل چاه‌های آب شهرستان گرگان می‌باشد. اطلاعات مورد نیاز شامل اطلاعات هزینه تولید و اطلاعات چاه‌های آب کشاورزی بوده که در سال زراعی 94-1393 از طریق تکمیل تعداد 88 پرسشنامه با روش نمونه‌گیری تصادفی طبقه‌ای جمع‌آوری گردید. در این مطالعه بر اساس اطلاعات میانگین برداشت آب زیرزمینی در سال‌های مختلف تعداد پنج سناریوی استخراج آب زیرزمینی در نظر گرفته شد و برای تخمین منافع اقتصادی و اثرات محیط زیستی به ترتیب از درآمد خالص کشاورزان و میزان استخراج منابع آب زیرزمینی استفاده گردید. سپس میزان بهره‌برداری بهینه از منابع آب زیرزمینی به روش راه حل نامتقارن نش تعیین شد.
یافته‌ها: بر اساس نتایج حاصل از این مطالعه با کاهش استخراج آب زیرزمینی برای آبیاری، سطح زیرکشت بهینه و درآمد خالص کشاورزان کاهش یافت. همچنین نتایج این مطالعه بیان نمود زمانی ‌که سود اقتصادی به عنوان تنها هدف ملاحظه می‌شود استخراج آب زیرزمینی در بالاترین حد خود معادل 579 میلیون متر مکعب و زمانی که اهداف محیط زیستی به عنوان تنها هدف ملاحظه شود سناریوی بهینه آب زیرزمینی در حداقل حجم استخراج آب زیرزمینی معادل 66 میلیون متر مکعب می‌باشد. هنگامی که به اهداف محیطی و اقتصادی وزن یکسانی داده شود، بهترین سناریوی بهره‌برداری از منابع آب زیرزمینی معادل 246 میلیون متر مکعب و درآمد کشاورزان 2340000 میلیون ریال در سال می‌باشد.
نتیجه‌گیری: نتایج حاصل از این مطالعه نشان می‌دهد میزان برداشت سالانه آب زیرزمینی از تغدیه سالانه این منابع بیشتر بوده و تغییرات ذخیره آبخوان منفی می‌باشد. لذا برداشت کشاورزان از منابع آب زیرزمینی منطقه بی‌رویه است. این عمل اگر چه در کوتاه مدت منجر به افزایش سود خالص برای آن‌ها شده است، ولی در بلندمدت باعث وارد شدن صدمات جبران‌ناپذیری بر توان آبی منطقه و محیط زیست می‌شود. همچنین طبق نتایج به دست آمده از نظریه بازی‌ها میزان بهینه برداشت از منابع آب‌ زیرزمینی باید از برداشت فعلی کمتر باشد. همچنین نتایج الگوی بهینه کشت حاکی از آن است که با کاهش مصرف آب سطح زیر کشت بهینه محصولات کاهش می‌یابد

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Determining the optimal exploitation of groundwater resources by using Game Theory (Case study: Gorgan County)

نویسندگان [English]

  • elnaz Asadi 1
  • Ali Keramatzadeh 2
  • farshid Eshraghi 3
1 Department of Agricultural Economics, Gorgan University of Agricultural Sciences & Natural Resources
2 Assistant Professor of Agricultural Economics, Gorgan University of Agricultural Sciences & Natural Resources,
3 Assistant Professor of Agricultural Economics, Gorgan University of Agricultural Sciences & Natural Resources
چکیده [English]

Abstract
Background and purpose: One of the main limiting factors of the development of Iran's agricultural sector is the shortage of water resources. The annual recharge of groundwater aquifers due to atmospheric precipitation has not been able to compensate for this amount of reduction in groundwater level. Also, farmers do not have enough economic incentives to minimize negative environmental effects, such as reducing groundwater aquifers level. Therefore, most decision-making issues in natural resources such as water resources management face the problem of the existence of conflicting objectives, such as maximizing economic benefits and minimizing negative environmental impacts. According to this, in the present study, the game theory method was used to manage the groundwater resources.
Methods: The statistical population of this study is the total water wells of Gorgan. In current study The 88 questionnaires was completed by using stratified random sampling. The information required includes the production costs and agricultural water wells informations in the 2014-2015. Accordingly, five scenarios for the exploitation of groundwater were considered. In order to estimate the economic benefits and environmental impacts, farmers' net income and groundwater resources exploitation were used respectively. The optimal application of groundwater resources was then determined by Non- symmetric Nash equilibrium method.
Achievements: Based on the results of this study, the optimal crop area and the net income of farmers were decreased by declining groundwater exploitation for irrigation. Furthermore, the results of this study showed that when economic profit is considered as the only target, groundwater exploitation is at its highest level of 579 million cubic meters, and when environmental goals are considered as the only target, the optimal groundwater scenario is in the minimum volume of groundwater exploitation as 66 million cubic meters. When the same weight is considered to environmental and economic goals, the best scenario for exploitation of groundwater resources is 246 million cubic meters and farmers' income is 2340000 million Iranian Rials per year.
Conclusion: According to the results of sampling, farmers' exploitation from the groundwater resources of the region is wasteful. Although this operation in the short run has led to an increase in net profits, but it will lead to irreversible damage to the hydropower potential of the region and the environment in the long run. Also, the results of this study show that the optimum exploitation from groundwater by game theory model should be less than the current exploitation. The results of optimal cropping pattern show that the optimum cropping area is reduced by decreasing the used water.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Game theory
  • Non-symmetric Nash solution
  • Groundwater
  • Gorgan County
 1.Abdoli, Gh. 2007. Game theory and its applications static and dynamic games of complete
information. Tehran University Press, 454p. (In Persian)
2.Amadeh, H., and Sadrolashrafi, M. 2009. Optimizing the Joint Utilization and Exploitation of
Surface and Groundwater Resources in Agriculture. Iranian, J. Agric. Sci. 32: 3. 815-823.
(In Persian)
3.Harsanyi, J.C., and Selten, R. 1972. A generalized Nash solution for two-person bargaining
games with incomplete information. Management Science, 18: 80-106.
4.Jalili Kamjou, P., and Khoshakhlagh, R. 2016. Using the Game Theory in Optimal Allocation
of Water in Zayandehrud. Iranian, J. Appl. Econ. Stud. 18: 5. 53-80. (In Persian)
5.Klozen, W.H., and Garces, R.C. 1998. Assessing irrigation performance with competitive
indicators: the case of the Alto Rio Lerma irrigation district, Mexico. Research Report
No. 22, International Water Management Institute.
6.Nakao, M.D., Wichlens, D., and Montgomery, I. 2002. Game theory analysis of competition
for groundwater involving El Paso, Texas and Ciudad Juarez, Mexico. In paper presented at
“moving with the speed of change”, the 2002 annual meeting of the American agricultural
economics association in Long Beach. California. Pp: 18-33.
7.Nash, J. 1950a. The bargaining problem, Econometrica. 18: 155-162.
8.Nash, J. 1953. Two- person cooperative games, Econometrica. 21: 128-140.
9.Rahmani, A., and Sedehi, M. 2004. Prediction of Groundwater Level Changes in the Plain of
Hamedan-Bahar Using Time Series Model. J. Water Wastewater. 15: 3. 42-49. (In Persian)
10.Sabouhi, M., and Mojarrad, E. 2010. Application of Game Theory for Groundwater
Resources Management of Atrak. J. Econ. Agric. Dev. 24: 1. 1-12. (In Persian)
11.Salazar, R., Szidarovszhy, F., Coppola, E., and Rajano, A. 2007. Application of game theory
for a groundwater conflict in Mexico. J. Environ. Manage. 54: 560-571.
12.Saleh, I., Paykani, Gh., and Bagherian, A. 2007. Farming optimization and derivation of
normative demand Function of water (Case study: Kazeroun region). 6th National
Conference of Agricultural Economics. 11: 3. 71-85. (In Persian)
13.Salehi, F., Daneshvar Kakhaki, M., Shahnoushi, N., and Rajabi, M. 2010. Application of
Game Theory in Determination of Optimal Groundwater Exploitation in Taybad Plain.
Iranian, J. Agric. Econ. 4: 3. 65-90. (In Persian)
14.Taraghi, M., Montaseri, M., Zarghami, M., and Mianabadi, H. 2017. Conflict Resolutions for
Sustainable Water Resource Management. J. Agric. Econ. 11: 3. 131-160. (In Persian)
15.Von Neuman, J., and Morgenstern, O. 1994. Theory of Game and Economic Behavior.
Princeton University Press, 625p.
16.Wang, X., Zhang, Y., Zeng, Y., and Liu, C. 2013. Resolving Trans-jurisdictional Water
Conflicts by the Nash Bargaining Method: A Case Study in Zhangweinan Canal Basin in
North China, water resources management. 27: 1235-1247.
17.Wei, S., Yang, H., Abbaspour, K., Mousavi, J., and Gnauck, A. 2010. Game theory based
models to analyze water conflicts in the Middle Route of the South-to-North Water, Water
research. 44: 2499-2516.