توسعه مدل عامل‌بنیان جهت تخصیص بهینه‌ آب از مخزن سد مطالعه موردی: سد شهید رجایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

2 گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

3 عضو هیأت علمی، گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.

چکیده

با وجود پیشرفت ابزارهای فنی برای تجزیه و تحلیل سیستم­های پیچیده، مهم­ترین مسئله در حل مشکلات منابع آب بر تعامل سیستم­های انسانی و طبیعی تمرکز دارد. مدل­سازی عامل­بنیان در سال­های اخیر به­عنوان ابزاری مؤثر برای توسعه مدل­های یکپارچه انسانی و زیست­محیطی مورد استفاده قرار گرفته است. یکی از اصلی­ترین چالش­های کاربرد مدل­های عامل­بنیان در مدیریت منابع آب، شناسایی و توصیف عامل­­های اصلی می­باشد. در این پژوهش، یک مدل عامل­بنیان برای تخصیص بهینه آب از مخزن سد به نیازهای پایین­دست توسعه داده شده است. مدل ارائه شده شامل شبیه­سازی مخزن با استفاده از سیاست بهره­برداری استاندارد، بهینه­سازی تخصیص آب با استفاده از الگوریتم ژنتیک و شبیه­سازی رفتاری عامل­ها با استفاده از مدل عامل­بنیان می­باشد. مدل شبیه­سازی رفتاری، تعامل ذی­نفعان را شبیه­سازی کرده و واکنش آن­ها به تصمیمات تخصیص آب را نشان می­دهد. برای توسعه مدل، عامل­های اصلی در حوزه آبریز تجن اعم از شرب، صنعت، کشاورزی، محیط­زیست و بخش سیاست­گذار، شناسایی شدند. مدل ارائه شده روشی جدید برای شبیه‌سازی تعاملات ذی­نفعان و ایجاد یک رابطه هیدرولوژیکی-زیست محیطی-انسانی به­منظور مدیریت تقاضا و تخصیص بهینه­ی آب به نیازها می­باشد. نتایج به­دست آمده نشان داد که مدل ارائه شده توانایی بالایی در افزایش مطلوبیت عامل­ها و سود کل از طریق تحلیل بازخورد عامل­ها دارد به­طوری­که مطلوبیت عامل­های کشاورزی از 19 درصد تا 47 درصد و سود کل به­میزان 4/21 درصد افزایش یافته است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Agent Based Model Development for Optimal Water Allocation from Dam Reservoir Case Study: Shahid Rajaee Dam

نویسندگان [English]

  • mahsa noori 1
  • Alireza Emadi 2
  • Ramin Fazloula 3
1 Department of Water Engineering, Faculty of Agricultural Engineering , Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran
2 Department of Water Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University,sari,iran
3 Faculty Member, Water Engineering Department, Agricultural Eng. College, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran.
چکیده [English]

Despite the development of technical tools for the analysis of complex systems, the most important issue in resolving water resource problems focuses on the interaction of human and natural systems. Agent based modeling (ABM) has been used in recent years as an effective tool for the development of integrated human and environmental models. One of the main challenges of ABM application in water resources management is to identify and characterize key agents. In this study, an ABM has been developed for optimal water allocation from dam reservoir to downstream needs. The proposed model includes reservoir simulation using Standard Operating Policy, optimization of water allocation using Genetic Algorithm, and behavioral simulation of agents using ABM. The behavioral simulation model simulated stakeholders interactions and their reactions to water allocation decisions. To develop this model, key agents including drinking, industry, agriculture, environment and policy sector were identified in the Tajan basin. The proposed model is a new method for simulation of stakeholder interactions and establishing a hydrological-environmental-human relationship to manage demand and to optimize water allocation to water needs. The obtained results showed that the proposed model has a high potential for increasing agent utility and total profit through agents feedback analysis, so that agricultural agent utility increased from 19% to 47% and the total profit increased up to 21.4%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Agent Based Models
  • Behavioral simulation
  • Optimal water allocation
  • Tajan basin
  • Water resources management

مراجع

Akhbari, M., Grigg, N.S. (2013) A Framework for an agent-based model to manage water resources conflicts. Journal of  Water Resources Management, 27(11): 4039-4052
Conservation of Iranian Wetlands Project (CIWP) and Asarab Consulting Company (2014). Manual for determining the water requirement of wetlands. Talaei Press, 188 p. Tehran. (In Persian)
Bakarji. J., Malley, D., Vesselinov, V. (2017) Agent-Based Socio-Hydrological Hybrid Modeling for Water Resource Management. Journal of Water Resources Management, DOI: 10.1007/s11269-017-1713-7
Bakker, M., Alam, S., van Dijk J.J., Rounsevell, A. (2015) Land - use change arising from rural land exchange: an agent-based simulation model. Journal of landscape ecology, 30:273–286
Bandini, S., Manzoni, S., Vizzari, G. (2009) Agent-based modeling and simulation: an informatics perspective. Journal of Artificial Societies and Social Simulation, 12(4):4
Barthel, R., Janisch, S., Nickel, D., Trifkovic, A., Hörhan, T. (2010) Using the multifactor-approach in GLOWADanube to simulate decisions for the water supply sector under conditions of global climate change. Journal of Water Resources Management, 24:239–275
Becu, N., Perez, P., Walker, A., Barreteau, O. (2003) Agent based simulation of a small catchment water management in northern Thailand: description of the CATCHSCAPE model. Journal of Ecological Modeling, 170(2): 319-331
Berger,T., Troost, C. (2013) Agent-based Modeling of Climate Adaptation and Mitigation Options in Agriculture. Journal of Agricultural Economics. 65: 323-348
Berglund, E. (2015) Using agent-based modeling for water resources planning and management. Journal of Water Resources Planning and Management, 141(11): 04015025
Bousquet, F., Cambier, C., Mullon, C., Morand, P., Quensière, J., Pavé, A. (1993) Simulating the interaction between a society and a renewable resource. Journal of biological systems, 1(02): 199-214
Brooks, R.A. (1986) A robust layered control system for a mobile robot. IEEE Journal on Robotics and Automation, 2:14–23
Davis, R. and Hirji, R. (2003). Water Resources & Environment, technical note c1- c3, Environmental Flows: Case Studies. World Bank, Washington, dc
Ding, N., Erfani, R., Mokhtar, H., Erfani T. (2016). Agent Based Modelling for Water Resource Allocation in the Trans boundary Nile River. Journal of Water. Doi: 10.3390/w8040139
Galán, J. M., López-Paredes, A., Del Olmo, R. (2009) An agent-based model for domestic water management in Valladolid metropolitan area. Journal of Water Resources Research, 45
Ghallehban Tekmedash, M., Taheri Tizro, A., Zare Abyane, H. (2015) Agent based modeling framework in simulation of stakeholder’s behavior for managing water resources. Journal of Water and Sustainable Development.2:87-94
Gilbert, N. and K. G. Troitzsch. (1999) Simulation for the Social Scientist, Buckingham UK: Open University Press.
Hyun, J.Y., Huang, S.Y., Yang, Y., Tidwell, V., Macknick, J. (2019). Using a coupled agent-based modeling approach to analyze the role of risk perception in water management decisions. Journal of Hydrology and Earth System Sciences, 23: 2261–2278
Lin, Z., Lim, S.H., Tong Lin, T., Borders, M. (2019). Using Agent-Based Modeling for Water Resources Management in the Bakken Region. Journal of Water Resources Planning Management. DOI: 10.1061/ (ASCE) WR.1943-5452.0001147
Kock, B. E. (2008), Agent-Based Models of Socio-Hydrological Systems for Exploring the Institutional Dynamics of Water Resources Conflict, Master of Science Thesis, Department of Civil and Environmental Engineering, Massachusetts Institute of Technology.
Levin, S., Xepapadeas, T., Crépin, A.S., Norberg, J., De Zeeuw, A., Folke, C., Hughes, T., Arrow, K., Barrett, S., Daily, G., Ehrlich, P., Kautsky, N., Mäler, K.G., Polasky, S., Troell, M., Vincent, J.R., Walker, B. (2013) Social-ecological systems as complex adaptive systems: Modeling and policy implications. Journal of Environment and Development Economics, 18(2): 111-132
Murray-Rust, D., Robinson, D. T., Guillem, E., Karali, E., Rounsevell, M. (2014)  An open framework for agent based modelling of agricultural land use Change. Journal of Environmental Modelling & Software, 61: 19-38
Ng, T.L., Eheart, J.W., Cai, X., Braden, J.B. (2011) An agent-based model of farmer decision-making and water quality impacts at the watershed scale under markets for carbon allowances and a second-generation biofuel crop. Journal of Water Resources Research, 47 (9)
تحقیقات آب و خاک ایران
دوره 51، شماره 4
تیر 1399
صفحه 937-948

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار