| تعداد نشریات | 282 |
| تعداد نشریات سازمان | 80 |
| تعداد شمارهها | 3,208 |
| تعداد مقالات | 35,564 |
| تعداد مشاهده مقاله | 53,075,890 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 92,332,536 |
مدل سازی پایداری آب، انرژی و غذا بر مبنای رویکرد پویایی سیستم در آبخیز سراب صیدعلی استان لرستان | ||
| پژوهش های آبخیزداری | ||
| مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 01 تیر 1405 | ||
| نوع مقاله: پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/wmrj.2026.372167.1659 | ||
| نویسندگان | ||
| آرمان کیانی1؛ کاکا شاهدی* 1؛ محمود حبیب نژاد روشن1؛ علی حقی زاده2 | ||
| 1گروه آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران | ||
| 2گروه آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران | ||
| چکیده | ||
| مقدمه و هدف آب، انرژی و غذا اساس توسعه پایدار جوامع را تشکیل میدهند، و بصورتی جداییناپذیر و درهمتنیده با یکدیگر ارتباط دارند، به گونهای که تغییر در هر یک از آنها میتواند پیامدهای مستقیم و غیرمستقیمی بر دیگری داشته باشد. هدف این پژوهش، ارائه و توسعه یک رویکرد روششناختی نوین است که بتواند به صورت کارآمد از فرآیند تصمیمسازی و سیاستگذاری در عرضه و تقاضای منابع یک آبخیز پشتیبانی کرده و به مدلسازی کمی پایداری آب، انرژی و غذا بر مبنای رویکرد پویایی سیستم در قالب سناریوهای مختلف بپردازد. ساختار این چارچوب میتواند بهعنوان ابزاری موثر در بهبود سیاستگذاری و ارتقای سطح پایداری آبخیزها مورد استفاده قرار گیرد و چشماندازهای کارآمدتری را در مدیریت منابع فراهم سازد. مواد و روشها در این پژوهش به توسعه و مدلسازی یک چارچوب کمی و یکپارچه مبتنی بر پویایی سیستم با تاکید بر تعاملات عرضه و تقاضا منابع با رویکرد همبست آب-انرژی-غذا در آبخیز سراب صیدعلی پرداخته شد. از آنجا که مدلسازی دقیق و قابل اتکای پویاییشناسی سیستم جهت ارزیابی پایداری منابع نیازمند پایگاه دادهای جامع و شفاف است، دادههای مورد نیاز از مراجع رسمی و معتبر ملی گردآوری شد. بهمنظور مدلسازی و اعتبارسنجی مدل در منطقه مورد مطالعه، از دادههای تاریخی ثبتشده بین سالهای 1380 تا 1402 به عنوان ورودی به نرمافزار Vensim استفاده گردید. همچنین، گام زمانی شبیهسازی به صورت سالانه تنظیم و افق کلی مدلسازی، با در نظر گرفتن ملاحظات فنی و جهتگیریهای سیاستگذاری بلند مدت شرکت مدیریت منابع آب ایران، از سال ۱۳۸۰ تا سال ۱۴۲۵ تعیین شد تا امکان پیشبینی رفتار آینده سیستم فراهم شود. پس از توسعه مدل، اعتبارسنجی آن با بهرهگیری از آزمونهای استاندارد پویاییشناسی سیستم نظیر آزمون کفایت مرزی، سازگاری ابعاد و آزمون بازتولید رفتار انجام گرفت، و نتایج براساس حلقههای بازخوردی تحلیل شدند. با تلفیق یافتههای تحلیل حساسیت و ویژگیهای بومی منطقه، سناریوهای مختلفی تعریف و بر مدل اعمال گردید که در نهایت، مطلوبترین سناریو با استفاده از روش تصمیمگیری چندمعیاره تاپسیس فازی رتبهبندی و انتخاب شد. نتایج و بحث با توجه به متغیرهای مربوط به بخش آب، انرژی، غذا و مولفههای اجتماعی و اقتصادی فرآیند مدلسازی از سال 1380 تا افق ۱۴۲۵ انجام میپذیرد. پس از اعتبارسنجی مدل، نتایج نشان داد که جمعیت ساکن آبخیز که در سال ۱۳۸۰ برابر با ۵۶۴۰۰ نفر بوده، که براساس مدلسازی انجامشده مبتنی بر متغیرهایی چون نرخ تولد، نرخ مرگ و میر و نرخ مهاجرت، این میزان در سال ۱۴۲۵ به ۸۵۷۷۰ نفر میرسد، که بیانگر رشدی حدود ۵۲% است. از سال ۱۳۸۰ تا ۱۴۲۵، منابع آب منطقه با کاهش قابلتوجهی مواجه است، بطوریکه حجم آب سطحی در دوره نخست از سال 1380 تا 1384 حدود 21 میلیون مترمکعب کاهش یافته و در دوره دوم از سال 1385 تا 1425 با کاهش ۲ میلیون مترمکعبی همراه میباشد. در طول دوره مدلسازی حجم آب زیرزمینی با افت حدود ۱٫۷۷ میلیارد مترمکعب مواجه بوده، این درحالی است که کاهش پایداری منابع آب (سطحی و زیرزمینی) برابر با ۱٫79 میلیارد مترمکعب برآورد شده است. میزان پایداری انرژی (فسیلی و الکتریکی) از سال 1380 تا 1400 روند صعودی از خود نشان داده و به عدد 2/2 میلیون معادل بشکه نفت میرسد. در دوره زمانی ۱۴۰۱ تا 1419 میزان انرژی وارد فاز نزولی شده، اما همچنان در محدوده مثبت باقی مانده و قادر است نیازهای منطقه را پاسخ دهد. از سال 1420 تا ۱۴۲۵ شاخص پایداری انرژی به مقادیر منفی سقوط کرده و تا سال 1425 به محدوده منفی 8/1 میلیون معادل بشکه نفت خواهد رسید، رخدادی که کاهش شدید پایداری انرژی و ایجاد چالشهای اساسی این بخش را نشان میدهد. پایداری منابع غذایی با توجه به مجموع چهار منبع (کشاورزی، دام و طیور، شیلات و خوراک دام و طیور با منشا کشاورزی) نشان میدهد که از سال ۱۳۸۰ تا ۱۴۰۹، روند پایداری صعودی بوده و عرضه مواد غذایی تا سال ۱۴۰۹ حدود ۵۹۷ هزار تن بیش از تقاضا بوده است. از سال ۱۴۱۰ تا ۱۴۲۵ این روند تغییر کرده و ذخیره غذا در سال ۱۴۲۵ به ۳۹۰ هزار تن کاهش یافته که نشاندهنده کاهش ذخایر و تضعیف پایداری منابع غذایی است. پس از روند مدلسازی، نتایج تحلیل حساسیت نشان داد که در زیرسیستم آب، سهم آب زیرزمینی از مصرف و راندمان آبیاری، در بخش انرژی سهم انرژی فسیلی و میزان مصرف سرانه انرژی در بخشهای مسکونی و تجاری و در بخش کشاورزی سطح زیرکشت چغندر قند و سرانه مصرف غذا متغیرهای کلیدی محسوب میشوند. براساس یافتههای ناشی از تحلیل حساسیت و شناسایی نقاط اهرمی موثر در مدل، سناریوی اصلاح الگوی مصرف با ضریب نزدیکی ۰٫۷۵۵ بهعنوان بهترین گزینه در جهت ارتقای پایداری منابع معرفی گردید. در مقابل، سناریوی حالت پایه با ضریب نزدیکی ۰٫۱۸۹ کمترین اثرگذاری را در بهبود پایداری منابع از خود نشان داد. نتیجهگیری و پیشنهادها مدیریت و برنامهریزی جامع در آبخیزها ماهیتی پیچیده و چندبعدی دارد، زیرا ابعاد هیدرولوژیکی، اجتماعی، اقتصادی و زیستمحیطی بهصورت درهمتنیده بر یکدیگر اثر میگذارند. تحقق مدیریت کارآمد در چنین سیستمی نیازمند درک علمی، دقیق و عمیق از چالشها و تعاملات میان مولفههای مختلف مانند منابع آب، انرژی و غذا دارد. با وجود اثربخشی رویکرد همبست با نگاه سیستمی، اجرای این رویکرد همچنان با چالشهایی مانند کمبود دادههای دقیق، ماهیت میانرشتهای موضوع، پیچیدگی ساختارهای اقتصادی و اجتماعی و خلاهای موجود در سیاستگذاری مواجه است. با این حال، توسعه مدلهای جامعتر همبست با درنظرگرفتن عدمقطعیتها و تغییرات اقلیمی میتواند زمینهساز تصمیمسازی آگاهانه و مدیریت پایدار منابع از طریق اصلاح الگوی مصرف، تنوعبخشی به منابع، بهرهگیری از فناوریهای نوین و تقویت مدیریت ریسک باشد. | ||
| کلیدواژهها | ||
| آبخیز سراب صیدعلی؛ پایداری؛ پویایی سیستم؛ Vensim؛ همبست | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Modeling the sustainability of water, energy, and food based on the system dynamics approach in the Sarab Seyed Ali watershed, Lorestan Province | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Arman Kiani1؛ Kaka Shahedi1؛ Mahmoud Habibnejad Roshan1؛ Ali Haghizadeh2 | ||
| 1Department of Watershed Management, Faculty of Natural Resources, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran | ||
| 2Department of Watershed Management, Faculty of Natural Resources, Lorestan University, Khoramabad, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Introduction and Goal Water, energy, and food form the basis of the sustainable development of societies and are inextricably intertwined. Thus, a change in any of them can have direct and indirect consequences on the others. The objective of this study is to provide and develop a new methodological approach that can efficiently support the decision-making and policy-making process regarding the supply and demand of a watershed’s resources, and to quantitatively model the sustainability of water, energy, and food based on the system dynamics approach across different scenarios. The structure of this framework can be used as an effective tool to improve policy-making and elevate the level of watershed sustainability, providing more efficient perspectives in resource management. Materials and Methods In this study, a quantitative and integrated framework based on system dynamics (SD) was developed and modeled, emphasizing resource supply and demand interactions through a Water-Energy-Food nexus approach in the Sarab Sayed Ali watershed. Since accurate and reliable SD modeling for assessing resource sustainability requires a comprehensive and transparent database, the necessary data were collected from official and credible national authorities. For modeling and validation in the study area, historical data recorded between 2001 and 2023 were utilized as inputs for the Vensim software. Furthermore, the simulation time step was set annually, and the overall modeling horizon was established from 2001 to 2046 considering technical aspects and the long-term policy orientations of the Iran Water Resources Management Company to enable the prediction of the system’s future behavior. Following model development, validation was performed using standard SD tests, such as the boundary adequacy test, dimensional consistency test, and behavior reproduction test, and the results were analyzed based on feedback loops. By integrating the findings from the sensitivity analysis with the local characteristics of the region, various scenarios were defined and applied to the model. Ultimately, the most optimal scenario was ranked and selected using the Fuzzy TOPSIS Multi-Criteria Decision-Making method. Results and Discussion Considering the variables related to the water, energy, food, and social and economic sectors, the modeling process was carried out from 2001 to 2046. After model validation, the results showed that the population residing in the watershed, which was 56400 people in the year 1380, will reach 85770 people by the year 1425 based on the conducted modeling using variables such as birth rate, mortality rate, and migration rate. This indicates an approximate growth of 52%. From 2001 to 2046, the region's water resources have faced a significant decrease, with the volume of surface water declining by about 21 million cubic metres in the first period from 2001 to 2005 and by 2 million cubic metres in the second period from 2006 to 2046. During the modeling period, the volume of groundwater decreased by about 1.77 billion cubic metres, while the total decrease in water resources (surface and underground) is estimated at 1.79 billion cubic metres. The level of energy sustainability (fossil and electrical) showed an upward trend from 1380 to 1400, reaching 2.2 million barrels of oil equivalent. Between 2022 and 2040, the energy level entered a downward phase but remained positive and was sufficient to meet the region's needs. From 2041 to 2046, the energy sustainability index dropped to negative values, reaching minus 1.8 million barrels of oil equivalent by 2046. This indicates a sharp decline in energy sustainability and the emergence of significant challenges in this sector. Regarding food resource sustainability, considering all four sources (agriculture, livestock and poultry, fisheries, and livestock and poultry feed of agricultural origin), the trend was upward from 2001 to 2030, with the food supply exceeding demand by about 597 thousand tonnes by 2030 From 2031 to 2046, this trend changed, and food reserves decreased to 390 thousand tonnes in 2046, indicating a reduction in reserves and a weakening of the sustainability of food resources. After the modeling process, the results of the sensitivity analysis showed that, in the water subsystem, the groundwater share of consumption and irrigation efficiency; in the energy sector, the fossil energy share and per capita energy consumption in the residential and commercial sector; and in the agricultural sector, the beet cultivation area and per capita food consumption are considered key variables. Based on the findings from the sensitivity analysis and the identification of effective leverage points in the model, the consumption pattern modification scenario with a proximity coefficient of 0.755 is introduced as the best option to improve resource sustainability. In contrast, the base case scenario, with a proximity coefficient of 0.189, is the least effective in improving resource sustainability. Conclusion and Suggestions Comprehensive management and planning in watersheds have a complex and multidimensional nature, as hydrological, social, economic, and environmental dimensions are intricately interconnected and influence one another. Achieving effective management in such a system requires a scientific, accurate, and in‑depth understanding of the challenges and interactions among various components such as water, energy, and food resources. Despite the effectiveness of the nexus approach with a systems perspective, its implementation still faces challenges such as the lack of accurate data, the interdisciplinary nature of the subject, the complexity of economic and social structures, and existing gaps in policymaking. Nevertheless, developing more comprehensive nexus models that consider uncertainties and climate change can facilitate informed decision‑making and sustainable resource management through improving consumption patterns, diversifying resources, utilizing modern technologies, and strengthening risk management. | ||
| کلیدواژهها [English] | ||
| Nexus, Sarab Sayed Ali Watershed, Sustainability, System dynamics, Vensim | ||
| مراجع | ||
|
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 942 |
||