بحران آب از چالشهای مهم زیست محیطی منطقه خاورمیانه و از جمله ایران است.بخش کشاورزی در ایران مانند بیشتر کشورها بزرگترین مصرف کننده آب است. با گسترش کشاورزی آبی در بسیاری از مناطق و بروز خشکسالی در سالهای اخیر،اقتصاد بخش کشاورزی با محدودیتهای جدی روبه شده است. هدف این پژوهش، به کارگیری الگوی برنامه ریزی ریاضی مثبت در مدیریت منابع آبهای سطحی و زیرزمینی در میان بهرهبرداران زراعی شهرستان قاین است. دادههای مورد استفاده در این پژوهش با بهره گرفتن از بهکارگیری روش نمونه گیری تصادفی ساده و تکمیل 118 پرسشنامه از میان بهرهبرداران زراعی شهرستان قاین فراهم گردید. سپس با بهکارگیری روش آنالیز واریانس بهرهبرداران نمونه در گروه بهرهبرداران (کمتر از 5 هکتار ) و (بیشتر از 5 هکتار) تقسیم شدند که عکسالعمل هر گروه از بهرهبرداران نماینده تحت تاثیر سه سناریو جهت کاهش منابع آب (کاهش 30، 40 و 70 درصدی برای بهرهبردارن گروه 1 و کاهش 10، 25 و 75 درصدی برای بهرهبرداران گروه2) و افزایش در قیمت آب ( افزایش 70، 80 و 100 درصدی برای بهرهبرداران گروه 1 و افزایش 75، 80 و 100 درصدی برای بهرهبرداران گروه 2) با بهره گرفتن از کالیبراسیون تابع هزینه درجه دو و سه سناریو ( کاهش 15، 65 و 85 درصدی برای بهرهبرداران گروه 1 و کاهش 15، 60 و 85 درصدی برای بهرهبرداران گروه 2) و افزایش در قیمت آب ( افزایش 25، 50 و 100 درصدی برای هر دو گروه از بهرهبرداران ) با به کارگیری کالیبراسیون تابع C.E.S مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج حاصل از کالیبراسیون بر اساس تابع هزینه درجه دو و تابعCES که سبب ایجاد تغییرات محسوسی در سطح زیر کشت منطقه میشود ،با اعمال سناریوها سبب کاهش سود کشاورز(در منطقه مورد مطالعه) میشود. اعمال هر دو سیاست افزایش در قیمت آب و افزایش راندمان آبیاری سبب ایجاد تغییرات قابل توجهی در سطح زیر کشت محصولات آبی منطقه میشود. اعمال سناریوی افزایش راندمان آبیاری(کاهش منابع آب)سبب افزایش سطح زیر کشت محصولات آبی منطقه میگردد.
کلید واژهها: مدیریت منابع آبی، الگوی کشت، برنامه ریزی ریاضی مثبت، شهرستان قاین
عنوان
فهرست مطالب
صفحه
فصل اول………………. 4
1-1- ضرورت و اهمیت مطالعه. 4
1-2- اهداف پژوهش…. 4
1-3- فرضیات پژوهش…. 4
فصل دوم………………. 4
2-1- مقدمه. 4
2-2- مطالعات خارجی.. 4
2-3- مطالعات داخلی.. 4
فصل سوم……………… 4
3-1- مقدمه. 4
3-2- الگوی برنامه ریزی خطی.. 4
3-3- الگویهای برنامه ریزی ریاضی هنجاری… 4
3-4- الگوی برنامه ریزی ریاضی مثبت…. 4
3-4-1- مقدمه. 4
3-4-2– معرفی الگو برنامه ریزی ریاضی مثبت…. 4
3-5- تبیین الگوی نظری تحقیق.. 4
3-5-1 تابع هدف…. 4
3-5-2 محدودیتهای الگو. 4
3-5-2-1 محدودیت زمین زراعی.. 4
3-5-2-2 محدودیت آب… 4
3-5-2-3- محدودیت نیروی کار. 4
3-5-2-4- محدودیت ماشین آلات… 4
3-5-2-5- محدودیت تناوب زراعی.. 4
3-5-2-6- محدودیتهای کالیبراسیون.. 4
3-6- روش نمونه گیری و تعیین حجم نمونه. 4
3-6-1- روش و ابزار گردآوری اطلاعات؛ 4
3-6-2 جامعه و نمونه آماری؛ 4
3-6-3 روش نمونه گیری؛ 4
فصل چهارم…………… 4
4-1- ویژگیهای جامعه آماری در هر دو گروه از بهرهبرداران.. 4
4-2 برنامه ریزی خطی در بهرهبردار نماینده گروه 1. 4
4-3- برنامه ریزی خطی در بهرهبردار نماینده گروه 2. 4
4-4 برنامه ریزی ریاضی مثبت ( کالیبراسیون تابع هزینه درجه دو) در بهرهبردار نماینده گروه 1. 4
4-5 برنامه ریزی ریاضی مثبت ( کالیبراسیون تابع هزینه درجه دو) در بهرهبردار نماینده گروه 2. 4
4-6 برنامه ریزی ریاضی مثبت ( کالیبراسیون تابع تولید C.E.S) در بهرهبردار نماینده گروه 1. 4
4-7 برنامه ریزی ریاضی مثبت ( کالیبراسیون تابع تولید C.E.S) در بهرهبردار نماینده گروه2. 4
4- 8- سناریوهای افزایش راندمان آبیاری(کاهش مصرف منابع آب) در بهرهبردار نماینده گروه 1 (کالیبراسیون تابع هزینه) 4
4-9- سناریوهای افزایش راندمان آبیاری( کاهش مصرف منابع آب) در بهرهبردار نماینده گروه2 ( کالیبراسیون تابع هزینه) 4
4-10- سناریوهای افزایش در قیمت آب در بهرهبردار نماینده گروه1 (کالیبراسیون تابع هزینه). 4
4-11- سناریوهای افزایش در قیمت آب در بهرهبردار نماینده گروه2 (کالیبراسیون تابع هزینه). 4
4-12 سناریوهای افزایش راندمان آبیاری( کاهش مصرف منابع آب) در بهرهبردار نماینده گروه1 ( کالیبراسیون تابع C.E.S) 4
4- 13 سناریوهای افزایش راندمان آبیاری( کاهش مصرف منابع آب )در بهرهبردار نماینده گروه2 ( کالیبراسیون تابع C.E.S) 4
4-14 سناریوهای افزایش در قیمت آب در بهرهبردار نماینده گروه1 (کالیبراسیون تابع C.E.S). 4
4-15- سناریوهای افزایش در قیمت آب در بهرهبردار نماینده گروه2 (کالیبراسیون تابع C.E.S). 4
فصل پنجم………………….. 4
نتیجه گیری و پیشنهادات.. 4
منابع……..4
ضرورت و اهمیت مطالعه
بحران آب از چالشهای مهم زیست محیطی منطقه خاورمیانه و از جمله ایران است.بخش کشاورزی در ایران مانند بیشتر کشورها بزرگترین مصرف کننده آب است. با گسترش کشاورزی آبی در بسیاری از مناطق و بروز خشکسالی در سالهای اخیر،اقتصاد بخش کشاورزی با محدودیتهای جدی روبه شده است.راه کار سالهای گذشته برای چیره شدن بر این محدودیتها،بیشتر تمرکز بر افزایش عرضه آب بوده که خود سبب تخلیه آبخوانها و سفرههای آبهای زیر زمینی شده است (جوان و فال سلیمان 1387).
کشور ایران به لحاظ بارشهای جوی در رتبه 84 دنیا قرار دارد و میزان كل بارندگی سالانه آن حدود 427 میلیارد مترمكعب است كه تنها 130 میلیارد مترمكعب آب تجدید میشود. این در حالی است كه 74 درصد مساحت ایران خشك و نیمه خشك میباشد كه متوسط بارندگی این مناطق كمتر از 250 میلیمتر است و 13 درصد مساحت دیگر كشور كمتر از 100 میلیمتر بارندگی دارند. همچنین در ایران 59 درصد از اراضی نیاز به آبیاری دارند كه این رقم در مقایسه با متوسط جهانی (حدود 16 درصد)، رقم بسیار بالایی میباشد (کهنسال و همکاران، 1388).
اکنون نیازهای آبی حدود 70 میلیون نفر جمعیت ایران با 93 تا 95 میلیارد متر مکعب آب قابل استحصال تأمین میشود.اما در 20 سال آینده با رشد جمعیت و تقاضا،ارتقاء سطح بهداشت و بالا رفتن استانداردهای سطح زندگی از این میزان بسیار فراتر خواهد رفت.به طوری که با نسبت حجم آب مورد استفاده و نرخ بهر هوری و رشد فعلی جمعیت، نیاز آبی آشور در سال ١٣٩٠ به ١٢٦ و در سال ١٤٠٠ به ١٥٠ میلیارد مترمكعب خواهد رسید که رقم اخیر حدود ١٥ درصد بیشتر از پتانسیل بالقوة منابع آب تجدیدشوندة کشور است (گزارش وزارت نیرو به هیئت دولت، ١٣٧٧ ). در مقابل به دلایل مختلف راندمان مصرف آب در ایران پایین و بین 30 تا 40 درصد تخمین زده می شود.این در حالی است که راندمان آبیاری در کشورهای پیشرفته بیشتر از 60 درصد میباشد.میزان مصرف آب برای آبیاری محصولات مهم کشاورزی نیز در مقایسه با مصرف متوسط جهانی بسیار بالاست (وزارت جهاد کشاورزی).این رقم در جنوب آسیا 44 درصد،در شمال آفریقا حدود 55 درصد و در کشورهای توسعه یافته 65 تا 70 درصد است (سینگ 2007).
امروزه اکثر مناطق خشک و نیمه خشک جهان مانند اغلب نقاط ایران از یک طرف مواجه با عرضه ناکافی آب و از طرف دیگر، مواجه با تقاضای زیاد آب کشاورزی در این مناطق هستند که علت اصلی آن اختلاف زیاد میان قیمت پرداختی آب و ارزش تولید به دست آمده از آن است (شمس الدینی و همکاران، 1389). مسئله اصلی در مدیریت اقتصادی منابع آبی در هر كشور و منطقهای ایجاد تعادل بین عرضه و تقاضای آب میباشد كه در برقراری این تعادل قیمت یا ارزش اقتصادی آب مانند قیمت هر كالا و نهاده دیگر نقش تعیینكنندهای بر عهده دارد و اگر این قیمت به درستی تعیین گردد، انتظار میرود كه بسیاری از مسایل موجود در مدیریت منابع آب برطرف گردد (احسانی و همکاران، 1390).
ایران در منطقه خشک و نیمه خشک قرار دارد ومنبع اصلی تأمین آب بارشهای جوی است که 429 میلیارد متر مکعب برآورد شده است.از این مقدار 305 میلیارد متر مکعب (71 درصد) به سبب تبخیر و تعرق از دسترس خارج میگردد. 86 میلیارد متر مکعب (21 درصد) به صورت آبهای سطحی جریان پیدا می کند و 38 میلیارد متر مکعب به آبهای زیر زمینی نفوذ می کند.از75 میلیارد متر مکعب آب در دسترس و زیر زمینی، 72.5 میلیارد متر مکعب متر مکعب در بخش کشاورزی، 2 میلیاردمتر مکعب در بخش خانوارها و 0.5 میلیارد متر مکعب در بخش صنعت مورد استفاده قرار میگیرد.آب مصرفی در بخش کشاورزی صرف آبیاری 7.6 میلیون هکتار زمین در سال میشود که آبیاری 6 میلیون هکتار آن به طور سنتی و 0.5 میلیون هکتار آن از راه آبیاری تحت فشار انجام میگیرد و 1.1 میلیون هکتار به صورت آیش نگهداری میشود (Pazira & Sadeghzadeh,1999). متوسط بارندگی سالانه کشور حدود 250 میلیمتر است که 40 درصد کمتر از متوسط بارندگی سالانه آسیا و و تقریبأ 33 درصد متوسط بارندگی سالانه جهان میباشد.افزون بر آن،توزیع بارندگی،توزیع منابع آب سطحی و زیر زمینی و توزیع جمعیت با توجه به سطح کشور به شدت نابرابر میباشد.به طور مثال منابع بالقوه آب تهران کمتر از 2 درصد کل منابع آب کشور است در حالی که 20 درصد جمعیت کشور را در بر دارد (Vojdani, 2003).
برای رفع کمبود آب در ایران،در گذشته از سیستم قنات و احداث بندهای انحرافی بر روی رودخانهها استفاده میشد که کم و بیش در بسیاری از نقاط کشور هنوز هم از این سیستمها استفاده میشود،بدون آنکه موجب نقصان و آبکشی زیاد از آبهای زیرزمینی شود (عبدالهی و سلطانی، 1378). در سالهای اخیر توجه بیشتر به سیاستهای مدیریت منابع آب یعنی مدیریت عرضه مانند ساخت سد،شبکه های آبیاری و برداشت بیشتر از آبهای زیر زمینی و مانند آن بوده است.اما متأسفانه بر میزان آبهای سطحی مهار شده افزوده نشده است. آبهای زیر زمینی از منابع طبیعی تجدید شونده محسوب میشود که بهره برداری معقولانه و متعادل از آنها منجر به استفاده پایدار و رعایت نکردن بهره برداری متعادل،منجر به نابودی این منابع میشود.بنابراین برای بهره برداری پایدار از منابع آبهای زیرزمینی باید حجم بهره برداری برابر حجم آبی باشد که در اثر نزولات جوی به این منابع اضافه میشود (دومینیکو و همکاران،1968؛گایارتی و باربیر،2000 و 2002) .
محدودیت منابع آب و افزایش نیاز به آب که خود ناشی از افزایش جمعیت،توسعه شهرها و سیاستهای جدید مدیریت جوامع بشری است و نیز استفاده بیرویه و غیر اصولی از این منابع،سبب بروز مشکلات و اختلافات روزافزونی در این خصوص گردیده و در نتیجه مسأله توسعه پایدار و شناخت و کنترل سیاستهای بهره برداری و مدیریت منابع آبی بیش از پیش مطرح شده است (کارآموز،2005) .
با افزایش جمعیت نیاز به آب سالم و قابل شرب افزایش مییابد. از سوی دیگر منابع آبهای سطحی به دلیل آلودگیها و تغییرات آب و هوایی در حال کاهش است.در نتیجه نگاهها به سوی منابع آبهای زیرزمینی سوق یافته است که در مناطق خشک و نیمه خشکی مانند ایران (بنا به آمارهای داده شده در فوق)،منابع حیاتی محسوب میشود.در طول دهه آخر قرن بیستم افزایش استحصال آبهای زیر زمینی باعث افزایش بحران آب در مقیاس محلی،منطقهای و جهانی شده است.استفاده از آب برای آبیاری مزارع،منابع آب را تحت تنش قرار داده و سرانجام منجر به کاهش منابع آبی در منطقه میشود.این رویداد مدیریت بهره برداری از منابع آب را روز به روز پر اهمیتتر می کند (پایگاه ملی دادههای علوم زمین،1387) .
استان خراسان جنوبی به لحاظ قرار گرفتن در اقلیم خشك و نیمه خشك و مواجهه با كاهش بارندگی در سالهای اخیر، در وضعیت بسیار نامطلوبی قرار گرفته است. در استان خراسان جنوبی به لحاظ وضعیت آن تنها 10 درصد میزان بارندگی قابل برنامه ریزی و استفاده است و 90 درصد میزان بارندگی این استان به لحاظ تبخیر بالای آن بلافاصله از بین می رود. حجم نزولات جوی استان خراسان جنوبی را به طور متوسط می توان 23/12 میلیارد متر مکعب دانست که از این مقدار حدود 96/10 آن از دسترس خارج و تنها حدود 468 میلیون متر مکعب آب سطحی و 968 میلیون مترمکعب در قالب آبهای زیر زمینی قابل استفاده است. میزان برداشت از آب زیر زمینی استان در حال حاضر 11/1 میلیارد متر مکعب میباشد و نیز برداشت آب در سطح استان از 3001 حلقه چاه ، 6006 قنات و 2052 چشمه انجام می شود. میزان مصرف آب استان در بخش های شرب 13/59 متر مکعب، کشاورزی 13/59 متر مکعب، صنعت 29/22 متر مکعب و مصارف غیره را 09/22 متر مکعب دانست و بنابراین 91 درصد آب های زیر زمینی استان در بخش کشاورزی، 5/5 درصد در بخش آب شرب و 5/3 درصد آن در بخش های صعنت و خدمات مصرف می شود. طبیعت خشک استان، اضافه برداشت چاه ها، توسعه شهری و صنعتی و چاه های غیر مجاز را میتوان از عوامل بروز بحران آب های زیر زمینی خراسان جنوبی عنوان کرد.
شهرستان قاین دارای تنوع آب و هوایی بسیاری بوده و این تنوع آب و هوایی زمینه کاشت 37 محصول را در این شهرستان فراهم کرده است. محصولات آبی شهرستان شامل سبزی، صیفیجات ،سیبزمینی،پیاز،گوجه، هندوانه، خربزه ،چغندر، خیار، لوبیا، پیاز، آفتابگردان ،گندم و جو است.سطح زیر کشت سبزی و صیفیجات در این شهرستان 760 هکتار و تولید سالانه آن 6835 تن و نیز سطح زیر کشت گندم و جو آبی منطقه معادل 13 هزار هکتار میباشد.در سال 1389 میزان تولید گندم از این مقدار سطح زیر کشت 26880 تن و میزان تولید جو10850 تن بوده است.سطح زیر کشت گندم دیم در این شهرستان حدود یک چهارم گندم آبی و جو دیم حدود یک پنجم جو آبی میباشد که در سالهای اخیر به دلیل کاهش چشمگیر نزولات جوی،در مورد این محصولات دیم تولیدی وجود نداشته است. منابع آبی شهرستان شامل 16 رودخانه (دائمی و فصلی)،832 رشته قنات،381 چشمه،362 چاه عمیق و 300 حلقه چاه نیمه عمیق است.آب و هوای قاین نیمه بیابانی ملایم بوده و این شهر اغلب جزء سرترین شهرهای استان خراسان میباشد.میانگین دمای سالانه این شهرستان 14.9 درجه سانتیگراد میباشد. متوسط بارندگی این شهر 185 میلیمتر است. مقدار بارندگی در تابستان در این شهر به صفر میرسد. با توجه به خشک بودن این منطقه،کمی ریزشهای جوی و بنابراین برداشتهای بیرویه از منابع زیرزمینی مانند قنات،این منطقه به عنوان مطالعه موردی این پژوهش انتخاب شده است.
با توجه به محدودیت آب در منطقه و در نظر گرفتن اهداف متعدد برای منابع آبی از جمله اهداف زیست محیطی،افزایش راندمان آبیاری[1]،کاهش هزینه پمپاژ،افزایش