ارزیابی شاخص‌های پایداری منابع در هم‌بست آب-غذا-انرژی به ‌کمک تدوین و تحلیل سناریوهای مدیریتی باتوجه به مفهوم آب مجازی؛ مطالعه موردی: زیرحوضه لنجانات

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد - دانشکده مهندسی عمران - دانشگاه صنعتی اصفهان

2 استادیار دانشکده مهندسی عمران- دانشگاه صنعتی اصفهان

3 عضو هیات علمی مرکز تحقیقات، ترویج کشاورزی و منابع طبیعی ،وزارت جهاد کشاورزی، ایران

چکیده

مدیریت منابع آب، نیازمند درک درستی از مدیریت همزمان منابع غذا و نیز مدیریت منابع انرژی به‌خصوص در بخش کشاورزی است. چارچوب هم‌بست آب-غذا-انرژی با رویکرد پایداری منابع و مصارف، به تحلیل مدیریت و بهره‌‌برداری ترکیبی از منابع آب، غذا و انرژی به کمک سناریو نگاری می‌پردازد. همچنین علاوه بر مفاهیم پایداری، هزینه‌های زیست‌محیطی همچون انتشار کربن‌دی اکسید از سوخت فسیلی و تاثیر آن بر محیط زیست نیز مطرح می‌شود. در این تحقیق، باتوجه به شش شاخص تعریف‌شده و برمبنای پتانسیل استفاده از انرژی خورشیدی و امکان بهره‌برداری از منابع انرژی تجدیدپذیری همچون انرژی خورشیدی، سناریوهای مدیریتی مختلف توسعه داده شده‌است. پس از بررسی مدل مدیریتی WEAP توسعه‌یافته در حوضه لنجانات به عنوان مطالعه موردی، توسعه مدل بارش-رواناب و کالیبراسیون آن، هشت سناریوی مختلف اعم از: 1- سناریوی پایه (ادامه روند موجود) 2- سناریوی اول (تغییر سطح زیر کشت) 3- سناریوی دوم (افزایش راندمان آبیاری) 4- سناریوی سوم (استفاده از پنل خورشیدی) و سه سناریوی ترکیبی از این سناریوها و نیز سناریوی افزایش راندمان پمپ‌ها به همراه سناریوی سوم در مدل مذکور توسعه یافت و براساس معیارهای پایداری بررسی وارزیابی شدند. براساس نتایج تحقیق، به دلیل استفاده تلفیقی از منابع آب سطحی و زیرزمینی، ترکیب سناریوهای دوم و سوم به عنوان سناریوی برتر انتخاب و پیشنهاد شده‌است. همچنین سناریوی ادامه روند موجود به عنوان آخرین سناریوها رتبه‌بندی شده‌است که حاکی از بدترشدن شرایط موجود در صورت ادامه روند فعلی است. با توجه به نتیجه رتبه‌بندی سناریو ها استفاده از ترکیب سناریوهای سوم و چهارم از دیگر سناریوهای برتر انتخاب‌شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of Resources Sustainability in Water-Food-Energy Nexus Approach Using Development and Analysis of Management Scenarios with Respect to Virtual Water Content; Case Study: Lenjanat Sub-basin

نویسندگان [English]

  • Amir Hossein Aghili 1
  • MohammadHossein Golmohammadi 2
  • Alireza Nikooei 3
1 MS. C. Student, Department of Civil Engineering, Isfahan University of Technology
2 Assistant Professor. Department of Civil Engineering. Isfahan University of Technology. Isfahan. Iran
3 Faculty memeber, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Ministry of Agriculture-Jihad-Iran
چکیده [English]

Water resources management needs true understanding of food and energy management with focus on Agriculture Sector. Water-Energy-Food Framework in the basis of supply and exploitation of resources is trying to manage and operate different sources of energy, water and food together with respect to scenario analysis. In addition to sustainability concepts, environmental costs such as Co2 emission is another important factor that should be mentioned. GHG emissions generally and CO2 emission in particular that comes from the exploitation of fossil fuels and the impact that they have on ecosystem. In this research 6 Indicators due to use of solar PV farms and eight scenarios were established in combination and singular manner that focuses on sustainability and utilization of the resources. The scenarios have been implemented after simulating water and food in the WEAP software, rainfall-runoff model and calibration in Lenjanat Sub-basin as case study. Eight scenarios are: 1) Trend scenario 2) Crop pattern scenarios 3) Increasing irrigation efficiency 4) implementation of solar PV farms and three combination of these scenarios in addition to increasing pump efficiency. Exploitation of surface and groundwater resources and specifically GW resources and scenario 6 is the first rank selected among all other scenarios. In Addition, scenarios 1 that is named trend scenario is at the last scenarios selected. Water is the most precious factor in food production. In conclusion, application of scenario that combination of the scenarios 3and4 is the selected strategy based on analysis that have been made.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Water-Food-Energy Nexus
  • Sustainability Index
  • MCDM
  • Scenario Development
Arshadi M, Bagheri A (2014) A system dynamic approach to sustainability analysis in Karun River Basin, Iran. Iran-Water Resources Research 9(3):1-13(In Persian)
Degirmencioglu A, Mohtar RH, Daher BT, Ozgunaltay-Ertugrul G, Ertugrul O (2019) Assessing the sustainability of crop production in the Gediz basin, Turkey: A water, energy, and food nexus approach. Fresenius Environmental Bulletin 28(4):2511-22
Diakoulaki D, Mavrotas G, Papayannakis L (1995) Determining objective weights in multiple criteria problems: The critic method. Computers & Operations Research 22(7):763-70
Feng K, Siu YL, Guan D, Hubacek K (2012) Assessing regional virtual water flows and water footprints in the Yellow River Basin, China: A consumption based approach. Applied Geography 32(2):691-701
Fu Y, Zhao J, Wang C, Peng W, Wang Q, Zhang C (2018) The virtual water flow of crops between intraregional and interregional in mainland China. Agricultural water management 208:204-13
Karlberg L, Hoff H, Amsalu T, Andersson K, Binnington T, Flores-López F, de Bruin A, Gebrehiwot SG, Gedif B, Johnson O, zur Heide F (2015) Tackling complexity: Understanding the food-energy-environment nexus in Ethiopia's Lake tana sub-basin. Water Alternatives 8(1):710-734
Karan E, Asadi S (2018) Quantitative modeling of interconnections associated with sustainable food, energy and water (FEW) systems. Journal of Cleaner Production 200:86-99
King-Okumu C, Jaafar H, Aboukheira AA, Benzaied M, Obando J, Hannachi A (2019) Tracing the trade-offs at the energy-water-environment nexus in drought-prone urbanising regions. Arabian Journal of Geosciences 12(20):639
Lane BA, Sandoval-Solis S, Porse EC (2015) Environmental flows in a human‐dominated system: Integrated water management strategies for the Rio Grande/Bravo Basin. River Research and Applications 31(9):1053-65
Liang F, Brunelli M, Rezaei J (2020) Consistency issues in the best worst method: Measurements and thresholds. Omega 96:102175
Loucks DP (1997) Quantifying trends in system sustainability. Hydrological Sciences Journal 42(4):513-30
McMahon TA, Adeloye AJ, Zhou SL (2006) Understanding performance measures of reservoirs. Journal of Hydrology 324(1-4):359-82
Ren D, Yang Y, Yang Y, Richards K, Zhou X (2018) Land-Water-Food Nexus and indications of crop adjustment for water shortage solution. Science of the Total Environment 626:11-21
Rezaei J (2015) Best-worst multi-criteria decision-making method. Omega 53:49-57
Safavi HR, Golmohammadi MH, Sandoval-Solis S (2015) Expert knowledge based modeling for integrated water resources planning and management in the Zayandehrud River Basin. Journal of Hydrology 528:773-89
Sandoval-Solis S, McKinney DC (2011) Water planning and management for large scale river basins: Case of study of the Rio Grande/Rio Bravo transboundary basin. Center for Research in Water Resources, University of Texas at Austin
Sandoval-Solis S, McKinney DC, Loucks DP (2011) Sustainability index for water resources planning and management. Journal of Water Resources Planning and Management 137(5):381-90
Smajgl A, Ward J, Pluschke L (2016) The water–food–energy Nexus–Realising a new paradigm. Journal of Hydrology 533:533-40
Varela-Ortega C, Blanco-Gutiérrez I, Swartz CH, Downing TE (2011) Balancing groundwater conservation and rural livelihoods under water and climate uncertainties: An integrated hydro-economic modeling framework. Global Environmental Change 21(2):604-19
Yates D, Sieber J, Purkey D, Huber-Lee A (2005) WEAP21-A demand-, priority-, and preference-driven water planning model: part 1: model characteristics. Water International 30(4):487-500
Yilmaz B, Harmancioglu N (2010) Multi-criteria decision making for water resource management: A case study of the Gediz River Basin, Turkey. Water SA 36(5):563-576
Zayandab Consulting Engineering Company (2010) Hydrological modelling of Lenjanat. Technical Report (In Persian)
Zhang C, Chen X, Li Y, Ding W, Fu G (2018) Water-energy-food nexus: Concepts, questions and methodologies. Journal of Cleaner Production 195:625-39