ارزیابی تاب‌آوری طرح‌های مدیریت منابع آب در سطح حوضه‌ آبریز بر پایه ویژگی‌های گروداران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکتری مهندسی و مدیریت منابع آب، دانشکده مهندسی عمران، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران.

2 استاد دانشکده مهندسی عمران، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران.

3 دانشیار دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران.

چکیده

در سال‌های اخیر، رویکردهای ارزیابی تاب‌آوری سیاست‌های مدیریت منابع آب، به ویژه در شرایط حدی، مورد توجه پژوهشگران قرار داشته است. تاب‌آوری توانایی ایستادن در برابر بحران یا چالش‌های پی‌درپی است به‌گونه‌ای که سیستم با استواری مناسب قابلیت بازگشت به تعادل یا عملکرد قابل قبول یا سطوح بالاتر عملکردی را داشته باشد. ارزیابی تاب‌آوری سناریوهای عرضه و تقاضای سامانه‌های منابع آب در سطح حوضه آبریز با درنظر گرفتن ویژگی‌های سازمانی گروداران به‌صورت مناسب بررسی نشده است. با توجه به وجود گروداران مختلف در حوضه آبریز، برای تصمیم‌‎گیری در تعیین سناریوهای مناسب مدیریتی، لازم است قدرت، جایگاه سازمانی و مطلوبیت‌ها و محدودیت‌های گروداران به شکل مناسبی درنظر گرفته شوند. در این مقاله، ابتدا ارزیابی تاب‌آوری عرضه و تقاضای آب در برابر رخدادهای با احتمال مشخص و نامشخص انجام می‌شود. در ادامه، سناریوهای تاب‏‌آوری عرضه و تقاضای آب در سطح حوضه آبریز زرینه‌رود، که مهم‌ترین زیرحوضه موجود در حوضه آبریز دریاچه ارومیه است، با توجه به یک روش تصمیم‌گیری چند عامله- چند معیاره تحلیل شده، نتایج آن با یک روش تصمیم‌گیری که در آن نقش گروداران درنظر گرفته نشده است، مقایسه می‌شود. در همین راستا و با توجه به وجود گروداران با جایگاه‌های سازمانی مختلف و مطلوبیت‌های متفاوت، به منظور تعیین سناریوهای برتر، از ترکیب بازی پیشرو- پیرو و رویکرد استنتاج شهودی (Evidetial Reasoning) مبتنی بر معیار تا­ب‌­آوری عرضه و تقاضای آب و هزینه‌ای اجرای سناریوها استفاده می‌شود. بر پایه نتایج به دست آمده، در حالتی که تصمیم‌گیری بدون درنظرگیری ویژگی‌‎­های گروداران انجام ‌شود، سناریوی منتخب توجیه اقتصادی ندارد و هزینه اجرایی آن 21 درصد بیشتر از سناریویی است که با استفاده از روش تصمیم‎‌گیری چند عامله- چندمعیاره انتخاب می‌شود. همچنین، اختلاف مقادیر تاب‌آوری عرضه و تقاضای آب در سناریوهای منتخب در دو روش تصمیم‌­گیری کم است و وضعیت تاب‌آوری سناریوهای منتخب در هر دو حالت مناسب ارزیابی می‌شود. در نهایت، ارزش سناریوی برتر در روش تصمیم‌گیری چند عامله- چندمعیاره و در سطح پیشروها برابر 0/72 ارزیابی شده است. بنابراین، در استفاده از بازی پیشرو- پیرو، سناریوی منطقی‌‎تری انتخاب می‌شود، به گونه‏‌ای که سناریوی منتخب تاب‌آوری و هزینه مناسبی دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluating the Resilience of Water Resources Management Projects in River Basins Considering Stakeholder's Characteristics

نویسندگان [English]

  • Massoud Behboudian 1
  • Reza Kerachian 2
  • Najmeh Mahjourimajd 3
1 Research Assistant (Ph.D.), School of Civil Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran.
2 Professor, School of Civil Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran,
3 Associate Professor, Faculty of Civil Engineering, K.N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran,
چکیده [English]

In recent years, methods for evaluating the resilience of water resources management projects, especially during extreme conditions, have attracted much attention from researchers. Resilience is the ability of a system to withstand crises or successive difficulties so that it can recover or reach an acceptable level of performance. In previous works, the assessment of resilience of water supply and demand scenarios throughout a river basin has not been adequately researched. In addition, to decide on determining appropriate management scenarios, it is necessary to consider the powers, organizational positions and limitations of different stakeholders. In this paper, first, the resilience of a water supply-demand system under events with known and unknown probabilities is evaluated. In the next step, scenarios of water supply and demand resilience in Zarrinehrud river basin, which is the most important sub-basin of the Lake Urmia basin, are analyzed using a multi-agent-multi-criteria decision-making method. Then, the results are compared with those of a decision-making method without considering the role of stakeholders. Finally, to consider stakeholders utilities and powers, a combination of a leader-follower game and evidential reasoning (ER) approach is used to determine appropriate scenarios. The results showed that in the decision-making method with one level (without leader-follower game), the implementation cost of the selected scenario is 21% higher than that of the scenario selected using the multi-agent-multi-criteria decision-making method. Also, the difference between supply-demand resilience of the selected scenarios using the two methods is low and the resilience of the selected scenarios in both methods are appropriate. Finally, the payoff of the selected scenario in the multi-agent-multi-criteria decision-making method is estimated to be 0.72. Therefore, in using the leader-follower game, a more logical scenario is selected, so that the selected scenario has a reasonable resilience and cost.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Organizational Structure of Stakeholders
  • Water Supply-Demand Resilience
  • Leader-Follower Game
  • Evidential Reasoning Approach
management in urban areas with an emphasis on social networks analysis. M.Sc. Thesis, School of Civil Engineering, University of Tehran (In Persian)
Ashrafi S, Kerachian R, Pourmoghim P, Behboudian M, and Motlaghzadeh K (2022) Evaluating and improving the sustainability of ecosystem services in river basins under climate change. Science of the Total Environment 806:150702
Barari M, Bagheri A, Hashemi S (2016) Analysis of the issues of Lake Zrêbar in a context of integrated water resources management using a stakeholders' participatory approach in a basin scale. Iran-Water Resources Research 12(2):1-12 (In Persian)
Behboudian M (2021) Developing a framework for assessing the resilience of basin-wide ecosystem restoration scenarios. Ph.D. Thesis, School of Civil Engineering, University of Tehran (In Persian)
Behboodian M and Kerachian R (2019) Sustainability assessment of basin-wide water supply and demand scenarios using Intelligent Decision ‎System (IDS) model. Iran-Water Resources Research 15(4):314-327 (In Persian)
Behboudian M, Kerachian R, and Mahjouri N (2022) Developing an uncertainty-based framework for assessing the resiliency of basin-wide water supply and demand scenarios. Iran National Science Foundation, 103p (In Persian)
Behboudian M and Kerachian R (2021) Evaluating the resilience of water resources management scenarios using the evidential reasoning approach: The Zarrinehrud river basin experience. Journal of Environmental Management 284:112025
Behboudian M, Kerachian R, Motlaghzadeh K, and Ashrafi S (2021a) Evaluating water resources management scenarios considering the hierarchical structure of decision-makers and ecosystem services-based criteria. Science of The Total Environment 751:141759
Behboudian M, Kerachian R, and Pourmoghim P (2021b) Evaluating the long-term resilience of water resources systems: Application of a generalized grade-based combination approach. Science of The Total Environment 786:147447
Behboudian M, Kerachian R, and Hosseini M (2021) Application of information fusion techniques and satellite products in the optimal redesign of rain gauge networks. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment 35(8):1665-1680
Behzadian K, Kapelan Z, and Morley M S (2014). Resilience-based performance assessment of water-recycling schemes in urban water systems. Procedia Engineering 89:719-726
Chen Y, Lu H, Li J, Ren L, and He L (2017). A leader-follower-interactive method for regional water resources management with considering multiple water demands and eco-environmental constraints. Journal of Hydrology 548:121–134
Emami F, and Koch M (2019) Modeling the impact of climate change on water availability in the Zarrine River Basin and inflow to the Boukan Dam, Iran. Climate 7(4):51
Geng G and Wardlaw R (2013) Application of multi-criterion decision making analysis to integrated water resources management. Water Resources Management 27(8):3191-3207
Hämäläinen R P, Kettunen E, Ehtamo H, and Marttunen M (2001) Evaluating a framework for multi-stakeholder decision support in water resources management. Group Decision and Negotiation 10(4):331-353
Karamouz M and Zahmatkesh Z (2017) Quantifying resilience and uncertainty in coastal flooding events: Framework for assessing urban vulnerability. Journal of Water Resources Planning and Management 143(1):04016071(1-19)
Karamouz M, Zeynolabedin A, and Olyaei M A (2016) Regional drought resiliency and vulnerability. Journal of Hydrologic Engineering 21(11):05016028 (1-12)
Liu F, Zhu W dong, Chen Y wang, Xu D ling, and Yang J bo (2017) Evaluation, ranking and selection of Rand D projects by multiple experts: An evidential reasoning rule based approach. Scientometrics 111(3):1501-1519
Muchangos L S, Tokai A, and Hanashima A (2017) Stakeholder analysis and social network analysis to evaluate the stakeholders of a MSWM system–A pilot study of Maputo City. Environmental Development 24:124-135
Neitsch S, Arnold J, Kiniry J, and Williams J (2011) Soil and water assessment tool theoretical documentation version 2009. Texas Water Resources Institute
Pourmoghim P, Behboudian M, and Kerachian R (2022) An uncertainty-based framework for evaluating and improving the long-term resilience of lakes under anthropogenic droughts. Journal of Environmental Management 301:113900
Safari N, Zarghami M, and Szidarovszky F (2014) Nash bargaining and leader-follower models in water allocation: Application to the Zarrinehrud River basin, Iran. Applied Mathematical Modelling 38(7-8):1959-1968
Socio-Cultural Committee of Urmia Lake Restoration National Committee (ULRNC) (2015) Stakeholder Identification, Analysis and Classification Report (OC02RN9406053) (In Persian)
Socio-Cultural Committee of Urmia Lake Restoration National Committee (ULRNC) (2018) Report on social, cultural and media activities of ULRNC (OC02RN9708093) (In Persian)
T L Saaty (1980) Agricultural economics review the analytic hierarchy process. vol. 70, Mcgraw Hill, New York
Sweetapple C, Astaraie-Imani M, and Butler D (2018) Design and operation of urban wastewater systems considering reliability, risk and resilience. Water Research 147:1-12
Wang C H, Blackmore J, Wang X, Yum K K, Zhou M, Diaper C, … Anticev J (2009) Overview of resilience concepts, with application to water resource systems. Canberra: eWater http://ewaterinstitute.org/ uploads/files/ResilienceConcepts.pdf
Wu Y, Wang Z, Ding S, and Zhang H (2018) Leader-follower consensus of multi-agent systems in directed networks with actuator faults. Neurocomputing 275:1177-1185