کاربرد و ارزیابی رویکرد همبست آب، غذا و انرژی در مدیریت منابع آب زیرزمینی کشاورزی (مطالعۀ موردی: دشت برخوار – اصفهان)

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، پردیس بین‌المللی کیش، دانشگاه تهران، تهران

2 استاد، دانشکدۀ محیط زیست، دانشگاه تهران، تهران

3 دانشیار، دانشکدۀ محیط زیست، دانشگاه تهران، تهران

10.22059/ije.2023.360645.1738

چکیده

رویکرد همبست آب، انرژی و غذا را می‌توان به عنوان رویکردی برای ارزیابی توسعه و اجرای سیاست‌هایی که به طور هم‌زمان بر امنیت این موارد تأکید دارد تعریف کرد. هدف از انجام این پژوهش، ارائۀ روشی به منظور تجزیه‌وتحلیل رابطۀ آب، غذا و انرژی در زنجیرۀ تولید محصول است. بر اساس روش پیشنهادی و با توجه به میزان مصرف آب و انرژی چهار شاخص مصرف آب و انرژی و بهره‌وری آب و انرژی و همچنین بر اساس این شاخص‌ها یک شاخص ترکیبی پیوند آب، غذا و انرژی (همبست) پیشنهاد شده است. این تحقیق روی دشت برخوار استان اصفهان انجام شده و از مدل MODFLOW به منظور شبیه‌سازی کمی حوضه استفاده شده و همچنین، از آنجا که توابع هدف در این مطالعه از نوع خطی بوده، برنامه‌ریزی خطی چندهدفی به منظور حل مسئله بهینه‌سازی انتخاب شده است. هدف از حل مسئلۀ بهینه‌سازی، 4 سناریوی کمینه‌سازی مصرف آب، کمینه‌سازی مصرف انرژی، بیشینه‌سازی سود و همچنین، سناریوی بیشینه‌سازی هم بست آب، غذا و انرژی هستند. نتایج نشان می‌دهد اگر چه هر یک از سناریو‌ها به‌تنهایی منعکس‌کنندۀ اثرات مثبتی بر کاهش مصرف آب و برق هستند، اما با استفاده از سناریوی همبست آب، غذا و انرژی علاوه بر کاهش مصرف آب و برق، سود کشاورزان نیز به طور چشمگیری افزایش داشته است، به طوری که میزان مصرف آب قبل از بهینه‌سازی 50 میلیون متر مکعب در سال بود که پس از بهینه‌سازی و اعمال سناریوی بیشینه‌سازی همبست آب و غذا و انرژی 8 درصد کاهش داشته و به 46 میلیون مترمکعب در سال رسید و همچنین، میزان مصرف انرژی با 7/9 درصد کاهش از 13150330 کیلووات ساعت در سال به 11867563 کیلو وات ساعت در سال رسید و علاوه بر این‌ها میزان سوددهی محصولات مورد نظر قبل از بهینه‌سازی 6301966 میلیون ریال بوده که پس از اعمال سناریوی همبست آب، غذا و انرژِی با 21 درصد افزایش به 8015264 میلیون ریال رسید و از طرفی دیگر، با ادامۀ روند سناریوی بهینه، سطح تراز آب‌های زیرزمینی در حالت بیشینه‌سازی همبست آب، غذا و انرژی به میزان 478/0 متر کمتر نسبت به شرایط موجود کاهش خواهد داشت و در درازمدت تأثیر بسزایی در تراز سطح آب‌های زیرزمینی مشاهده خواهیم کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]. Mahdavi M. Applied Hydrology. 1nd ed. Tehran: University of Tehran  Press – Publishing Company; 2019. [Persian]
[2]. Kolahzari Moghadam F. Examining the differences in the perspective of water, energy, food nexus and the approach of integrated management of water resources. Resources Management in Coastal Plains. 2019. [Persian]
[3]. Mahdavi Moghadam M. water – energy- food nexuse in integrated management of warer resources. KHwaja Nasiruddin Tusi University of Tehran. 2014. [Persian]
[4]. Garcia D, You F. The water- energy – food nexuse and prosses systems engineering. A new focus. Computers & Chemical Engineering. 2016.
 
[5]. Mark Howells S.H, Manuel Welsch, Morgan Bazilian, Rebecka Segerström,  Thomas Alfstad,  Dolf Gielen,  et al. Integrated analysis of climate change, land-use, energy and water strategies. Nature Clhmate Change. 2013; 3: 621-626.
[6] Rasul  G. Food, water and energy security in south Asia: a nexus perspective from the Hinda Kush Himalayan region. Environ, Sci, Policy. 2014;  35-48.
[7]. Daher  B.T, Mohtar R.H. Water–energy–food (WEF) Nexus Tool 2.0: guiding integrative resource planning and decision-making. Water International. 2015; 748-771.
[8]. Howarth C, Monasterolo I. Understanding barriers to decision making in the UK energy-food-water nexus: The added value of interdisciplinary approaches.  Environmental Science & Policy. 2016; 53-60.
[9]. Kent Kovacs  M.P.Y.X.G.W. Tradeoffs among multiple ecosystem services and economic returns from groundwater depletion on a farm landscape. Econpapers. 2016; 1-45.
[10]. Al-Ansari T,  Development of the Energy, Water and Food Nexus Systems Mode,  in Department of Earth Science and Engineering.  Imperial College London. 2016.
[11]. Zhang X, Vesselinov V. Integrated modeling approach for optimal management of water, energy and food security nexus, Advances in Water Resources. 2017; 1-10.
[12]. Martinez-Hernandez  E, Leachb  M,  Yangc  A. Understanding water-energy-food and ecosystem interactions using the nexus simulation tool NexSym. Applied Energy.2017;  1009-1021.
[13]. Ximing  C, Kevin  W, Majid SJ,  Landon  M. Understanding and managing the food-energy- water nexus:  opportunities for water resources research.  Advances in Water Resources.2018;  259-273.
[14]. Fernandez G. Water Energy Nexus in Irrigated
Areas: Lessons from Real Case Studies. University of Cordoba, Cordoba,  Spain.  2018.
[15]. wicaksono A, Kang  D. Nationwide simulation of water, energy and food nexus: case study in South korea and Indonesia. Journal of Hydro-Environment Research.2019; 70-87.
[16]. Nhama  L, Mabhaudhi T, et al. An integrative analytical model for the water – energy – food nexus: case study in South Africa. Environmental Science and Policy.2020; 15-24.
[17]. Li, Ma. Evaluating the environ mental impacts of the water - energy- food nexuse with a life-cycle approach.  Resour,  Conserv,  Recycle. 2020.
[18]. Eslami Z, Janatrostami S, Ashrafzadeh A, Pourmohammad Y. Water, Energy, Food Nexus Approach Impact on Integrated Water Resources Management in Sefid – Rud Irrigation and Drainage Network. Journal of Water and Soil. 2020; 11-25. [Persian]
[19]. Chamanpira Gh, Zehtabian Gh, Ahmadi H, Malekian A. Optimal management pattern for water resources utilization, case study: Alashtar Plain. Journal of Water Engineering and Management. 2015; 274-285. [Persian]
[20]. Mafakheri S, Veisi H, KHoshbakht K, Nazari M.R. Evaluation of water – energy- food nexuse in agricultural products of Dehgolan County.Environmental Sciences. 2022; 287-306. [Persian]
[21]. Niksokhan M.H , Kamali A. Development of a Model for Calculation of Sustainability Index of Groundwater Resources. 2017; 1071-1087. [Persian]
[22]. Delavar M, Morid S, Moghadasi M. Developing an Optimization – Simulation Risk Based Water Allocation Model using Conditional Value at RISK (Cvar), Case Stady: Zayandehrood Irrigation Networks. Iran – Water Resources Research. 2014; 1-14. [Persian]
دوره 10، شماره 2
تیر 1402
صفحه 187-201
  • تاریخ دریافت: 15 دی 1401
  • تاریخ بازنگری: 11 بهمن 1401
  • تاریخ پذیرش: 22 اسفند 1401
  • تاریخ اولین انتشار: 01 تیر 1402
  • تاریخ انتشار: 01 تیر 1402