توصيفگر ها :
سيستم پيچيده تطبيقي , سيستم اجتماعي_هيدرولوژيكي , مدل عامل‌بنيان_ آب زيرزميني , MODFLOW , NetLogo
چكيده فارسي :
بررسي رفتار كشاورزان در يك محدوده مطالعاتي با توجه به تنوع خصوصيات فردي و معيارهاي تصميم‌گيري آن‌ها در اتخاذ استراتژي‌هاي صرفه‌جويي در مصرف آب اهميت بالائي دارد. بدين ترتيب، اين مطالعه با تدوين يك سازوكار اجتماعي_هيدرولوژيكي به بررسي تأثير پارامترهاي روان‌شناختي و اجتماعي و ناهمگوني مشخصه‌هاي فيزيكي و فردي كشاورزان در مصرف آب زيرزميني در محدوه اصفهان_برخوار در يك دوره 9 ساله با 108 گام زماني ماهانه از مهر 1389 تا شهريور 1398 مي‌پردازد. لازم به ذكر است كه در ارتباط با بهره‌برداري از يك منبع آبي، نمي‌توان تصميمات كشاورزان را تنها متأثر از عوامل روان‌شناختي دانست، بلكه شرايط فيزيكي منطقه نيز تصميمات عوامل كشاورز را تحت تأثير قرار مي‌دهد. بر اين اساس، در اين مطالعه ضمن بررسي پارامترهاي فردي كشاورزان، تلاش شده است تا تأثير تراز آب زيرزميني در رفتار كشاورزان بررسي شود. در راستاي نيل به اين هدف، ابتدا يك مدل عامل‌بنيان در چارچوب نرم‌افزار NetLogo به‌جهت شبيه‌سازي فرآيند انتخاب الگوي كشت توسط كشاورزان توسعه يافت. شبيه‌سازي رفتار كشاورزان در اين مطالعه با الهام از تئوري رفتار برنامه‌ريزي‌شده، بر اساس گزارشات اجتماعي و شناسائي فاكتورهاي فردي و اقتصادي مؤثر شامل: سن، تحصيلات، تجربه كشاورزي، اعتماد به مسئولين، اهميت پديده فرونشست، سطح رفاه و وابستگي معيشت عوامل به كشاورزي صورت گرفته است. سپس با محاسبه ميزان تمايل كشاورزان به صرفه‌جويي در مصرف آب كشاورزي، چهار گروه‌بندي رفتاري اصلي شامل كشاورزان فعال، ادراكي، تعاملي و نيمه‌ادراكي و يك گروه فرعي يعني كشاورزان متخلف براي اين عوامل در نظر گرفته شده است كه هر گروه مطابق با معيارهاي خاص خود به انتخاب محصول مي‌پردازد. تأثير تراز آب زيرزميني در تصميم‌گيري كشاورزان و تأثير متقابل برداشت كشاورزان بر وضعيت آب‌هاي زيرزميني با تلفيق مدل عامل‌بنيان و يك شبيه‌ساز توزيعي آب زيرزميني در محيط نرم‌افزار MODFLOW محقق شده است. بنابراين، در ابتدا مدل آب زيرزميني به‌طور مستقل در دو حالت ماندگار و ناماندگار صحت‌سنجي و واسنجي گرديد كه خطاي RMSE برابر با 97/1 متر، در دوره واسنجي دقت مناسب اين مدل را مشخص نمود. سپس، ايجاد اتصال دو‌سويه مدل عامل‌بنيان و آب زيرزميني و صحت‌سنجي چارچوب اجتماعي_هيدرولوژيكي در محيط نرم‌افزار پايتون ميسر گرديد. بدين ترتيب، كاليبراسيون چارچوب پيشنهادي، با توسعه يك مدل بهينه‌سازي در چارچوب الگوريتم ژنتيك با هدف حداقل‌سازي اختلاف بين تراز آب زيرزميني مشاهداتي و محاسباتي و تعريف ضرايب اجتماعي و ضريب آب برگشتي به‌عنوان متغيرهاي تصميم انجام گرفته است. بررسي نتايج تراز آب زيرزميني و سطح كشت شبيه‌سازي‌شده در چارچوب توسعه‌يافته دقت مدل مورد بررسي را مشخص كرده است. با حصول اطمينان از صحت مدل پيشنهادي، نتايج چهار سناريوي مديريتي در اين مطالعه مورد بررسي قرار گرفت. در ابتدا، در سناريوي اجتماعي تأثير حداكثر بودن مقدار پارامترهاي تجربه كشاورزي، اعتماد به مسئولين و درك عواقب فرونشست مورد مطالعه قرار گرفت؛ نتايج اين سناريو حاكي از آن است كه بهبود فاكتورهاي روان‌شناسي تفاوت چنداني در تراز آب زيرزميني نسبت به شرايط تاريخي آبخوان اصفهان_برخوار ايجاد نكرد و تنها سود كشاورزان حدود 4 درصد كاسته شد. سپس، اجراي سناريوي افزايش قيمت محصولات كم‌آب‌بر شامل گندم، جو و ذرت، با افزايش چشمگير سطح زير كشت گندم نسبت به شرايط بدون سناريو بهبود 05/1 متري تراز آب زيرزميني در شهريور 1398 به‌عنوان آخرين گام زماني را نتيجه داد؛ ضمن اينكه سود كشاورزان در اين سناريو بهبود 88 درصدي را نشان داده است. در ادامه، اجراي سناريوي اعمال جريمه براي محصولات پرآببر به‌عنوان عامل بازدارنده براي كشاورزان باعث كاهش كشت محصولات پرآببر و بهبود 53 سانتي‌متري تراز آب ميانگين شده، ضمن اينكه بر خلاف انتظار سود كشاورزان نيز كمتر از 1 درصد نسبت به شرايط تاريخي كاهش داشته است. در نهايت، نتايج سناريوي بازار آب به‌عنوان آخرين سناريو، مشخص كرد كه با اجراي اين سازوكار در محدوده اصفهان_برخوار تراز آب زيرزميني تا 66/1 متر در آخرين گام زماني بهبود يافته است. به‌علاوه، سود كشاورزان نيز نسبت به دوره تاريخي در آخرين سال شبيه‌سازي 14 درصد افزايش يافت.
چكيده انگليسي :
It is deemed of paramount significance to investigate the behavior of farmers in a specific case as they behave and make decision in different ways. Therefore, this thesis has investigated the effects of social and psychological factors and heterogeneity of aforementioned factors in the use of groundwater resources by providing a socio-hydrological model in the Isfahan-Borkhar plain during nine years of simulation. It is worth mentioning that the farmer’s decision can be effected by not only psychological factors but also the physical situation of the case study. Accordingly, first, an agent-based model was developed in the framework of NetLogo software to simulate the process of choosing a cropping pattern by farmers. Simulating the behavior of farmers in this study has been inspired by the theory of planned behavior, based on social reports and the identification of effective individual and economic factors, including: age, education, agricultural experience, trust in officials, the importance of subsidence, the welfare level. Then, by calculating the degree of willingness of farmers to reduce agricultural water consumption, four main behavioral groupings including active, perceptive, interactive and semi-perceptive farmers and a sub-group i.e. offender farmers have been considered The influence of the groundwater level on farmers' decision-making and the reciprocal influence of farmers' consumption on the status of groundwater have been realized by integrating the agent-based model and a distributed groundwater simulator in the MODFLOW software. Therefore, at first, the underground water model was independently calibrated in two steady and transient modes, and the RMSE error was equal to 1.97 m during the calibration period, which determined the appropriate accuracy of this model. Then, it became possible to create a two-way connection of the agent-based model and underground water and validate the social-hydrological framework in the Python software. In this way, the calibration of the proposed framework has been done by developing an optimization model by using the genetic algorithm with the aim of minimizing the difference between the observed and calculated groundwater levels and defining the social coefficients and return water coefficient as decision variables. Examining the results of the underground water level and the cultivated area simulated in the developed framework has determined the accuracy of the investigated model. The results of four management scenarios were examined in this study. At first, in the social scenario, the effect of the maximum value of parameters of agricultural experience, trust in officials and understanding the consequences of subsidence were studied; The results of this scenario indicate that the improvement of psychological factors did not make much difference in the underground water level compared to the historical conditions of the Isfahan-Borkhar aquifer, and only the farmers' profit was reduced by about 4%. Then, the implementation of the scenario of increasing the price of 3 products, including wheat, grain and corn, with a significant increase in the area under wheat cultivation, resulted in the improvement of the underground water level by 1.05 m. In the following, the implementation of the scenario of considering penalty for some crops has improved the average water level by 53 cm. Finally, the results of the water market scenario, as the last scenario, determined that the underground water level has improved up to 1.66 meters in the last time step.
