دوره 14، شماره 28 - ( پاییز و زمستان 1402 )                   جلد 14 شماره 28 صفحات 36-16 | برگشت به فهرست نسخه ها


XML English Abstract Print


Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:

Aslani M, Monem M J, Bagheri A. (2023). Development of the Conceptual Model for Water, Food and Energy Chain (Nexus) in Water Management in Irrigation Networks Using Systems Dynamics Approach. J Watershed Manage Res. 14(28), 16-36. doi:10.61186/jwmr.14.28.16
URL: http://jwmr.sanru.ac.ir/article-1-1235-fa.html
اصلانی مصطفی، منعم محمدجواد، باقری علی. توسعه مدل مفهومی پیوند آب، غذا و انرژی (Nexus) در مدیریت آب در شبکه‌‎های آبیاری با استفاده از رویکرد پویایی سیستم‎‌ها پ‍‍ژوهشنامه مديريت حوزه آبخيز 1402; 14 (28) :36-16 10.61186/jwmr.14.28.16

URL: http://jwmr.sanru.ac.ir/article-1-1235-fa.html


گروه مهندسی و مدیریت آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
چکیده:   (912 مشاهده)
چکیده مبسوط
مقدمه و هدف: هدف اصلی این مقاله ارائه یک مدل مفهومی برای مدیریت یکپارچه شبکه آبیاری بر اساس پیوند آب، غذا و انرژی (Nexus) است. این امر مستلزم شناسایی دغدغههای اصلی مرتبط در شبکههای آبیاری، معرفی و انعکاس متغیرهای مهم تصمیمگیری و تعاملات بین آنها است که پویایی زنجیره‌­های آب، غذا و انرژی را در مرزهای یک واحد (شبکه آبیاری) از یک حوضه آبریز توضیح میدهد. این رویکرد در مورد مدیریت شبکههای آبیاری کمتر مورد توجه قرار گرفته، که انتظار میرود با کاربرد آن، بخشی از مشکلات مدیریت شبکههای آبیاری مرتفع گردد. روش مورد استفاده در این تحقیق بر اساس بررسی ادبیات مدیریت زنجیره Nexus، مفاهیم پایداری و امنیت منابع آب، غذا و انرژی در شبکههای آبیاری، و رویکرد عملی پویایی سیستم است. بخش عمده تحقیق متکی بر فعالیت­‌های میدانی شامل بازدید از شبکه‌­های آبیاری و مصاحبه با خبرگان، متخصصان و تکنسینهای استانی، کاربران آب و کشاورزان، بوده است. متغیرهای مهم مؤثر بر مدیریت یکپارچه شبکههای آبیاری شناسایی شدند، که در طراحی چارچوب، تجزیه و تحلیل، و تعیین الگوهای رفتاری بکار رفتهاند.
مواد و روشها: هشت دغدغه اصلی شبکههای آبیاری بهعنوان مکانیزمهای مهم پویایی سیستم برای هر دو سطح (مدیریت شبکه و مدیریت مزرعه) به شرح زیر شناسایی شد:
- زیرسیستم محدودیت منابع آب در حوزه یک شبکه آبیاری که رشد مهمترین حلقه اقتصادی منطقه را متأثر میکند (الگوی محدودیت رشد).
- زیرسیستم ترکیبی در مواجهه با ضعف شاخص عدالت در شبکه آبیاری (الگوی موفقیت در پی موفق در کسب منابع آب بیشتر، الگوی جابجایی مشکل در تأمین نیاز آبی کشاورزان پاییندست و الگوی تهدید و تشدید در افزایش میزان نیاز آبی حاصل از تغییرات الگوی کشت در کل کشاورزی منطقه).
- زیرسیستم مجموعه اقدامات شخصی و مدیریتی در مواجهه با کسری حجم آب موجود در دسترس شبکه حاصل از اتخاذ تصمیمات بدون پشتوانه بلندمدت (الگوهای ترکیبی راهحلهای منجر به شکست در تأمین نیاز آبی از منابع زیرزمینی، تخصیص منابع بیشتر آبی جهت تأمین تعهدات شبکه و تغییرات در الگوی کشت جهت تحصیل محصول بیشتر).
- زیرسیستم مجموعه تصمیمات فردی کشاورزان و راهکارهای مقطعی مدیران در مواجهه با نیاز آبی تأمین نشده در بخش کشاورزی (الگوی ترکیبی از راه­حل­های منجر به شکست جهت دسترسی غیرمجاز به منابع زیرزمینی و الگوی جابجایی مشکل در مواجهه مدیران شبکه با مشکل برداشت­‌های غیرمجاز با ارائه راه­حل انسداد چاه‌­ها).
- زیرسیستم میزان عملکرد محصول (معضل استفاده از نهادههای کشاورزی) (الگوی ترکیبی راهحلهای منجر به شکست در استفاده کشاورزان از نهاده‌­های کشاورزی و عواقب شوری اراضی و همچنین افزایش سطح زیر کشت در رسیدن به محصول بیشتر).
- زیرسیستم مواجهه با مهمترین معضل بخش کشاورزی (بهرهوری آب در کشاورزی)، (الگوی جابجایی مشکل در برخورد مسئولان شبکه در بهبود میزان بهره‌­وری آب از طریق بهبود راندمان شبکه در مقابل راهحل بهبود بهرهوری آب در سطح بلوکهای زراعی و الگوی راهحل منجر به شکست توسعه طرح تحویل توافقی با ابزار آموزش به کشاورزان در مقابل تأثیرات بلندمدت مدیریت بیشتر آب تحویلی به کشاورزان).
- زیرسیستم کاهش محسوس مطلوبیت شبکه (الگوی تقلیل اهداف مطابق با فشارهای وارد به مسئولان شبکه و نهایتاً تنزل اهداف اولیه طرح شبکه آبیاری که نیازمند بازنگری در زیرساختهای سازهای و توانمندسازی مدیریتی در شبکه آبیاری است).
- زیرسیستم تبیین شاخص نکسوس بهعنوان اصلیترین شاخص ترکیبی از منظر آب، غذا و انرژی (ارائه راهکار بهبود مطلوبیت در مقابل افزایش سطح زیر کشت بهعنوان راهحل بیاثر در این زمینه).
یافتهها: با توجه به دغدغههای اصلی، الگوهای رفتاری، بر اساس سازوکارهای تصمیمات آببران و مدیران شبکه، در بازههای زمانی کوتاهمدت و بلندمدت، و عوارض جانبی آنها تبیین و شناسایی شدند. شش الگوی سیستمیک که ابزار پویاییشناسی شبکه آبیاری و پیشبینی آینده مطلوبیت شبکه بر اساس زنجیره آب، غذا و انرژی (Nexus) است تشخیص داده شد. این الگوها عبارتند از: محدودیت رشد، تهدید و تشدید، راهحلهای منجر به شکست، موفقیت برای موفق، تقلیل اهداف و انتقال بار مسئولیت.
نتیجهگیری: بهعنوان یک نتیجه از این تحقیق، یک مدل مفهومی توسعه داده شده است که رهیافت اصلی آن توصیه جهت اصلاح فرآیند موجود طرحهای توزیع بههمراه اصلاح در شیوه الگوی کشت و سطح مطلوب کشاورزی منطبق با طرح اولیه و نیاز کشاورزان میباشد.
متن کامل [PDF 1645 kb]   (201 دریافت)    
نوع مطالعه: پژوهشي | موضوع مقاله: مديريت حوزه های آبخيز
دریافت: 1402/1/21 | ویرایش نهایی: 1402/10/18 | پذیرش: 1402/3/22 | انتشار: 1402/10/18

فهرست منابع
1. Adebiyi, J. A., Olabisi, L. S., Liu, L., & Jordan, D. (2021). Water-food-energy-climate nexus and technology productivity: A Nigerian case study of organic leafy vegetable production. Environment, Development and Sustainability, 23, 6128-6147. [DOI:10.1007/s10668-020-00865-0]
2. Allan, T., Keulertz, M., & Woertz, E. (2015). The water-food-energy nexus: an introduction to nexus concepts and some conceptual and operational problems. In (Vol. 31, pp. 301-311): Taylor & Francis. [DOI:10.1080/07900627.2015.1029118]
3. Aslani, A., Helo, P., & Naaranoja, M. (2014). Role of renewable energy policies in energy dependency in Finland: System dynamics approach. Applied energy, 113, 758-765. [DOI:10.1016/j.apenergy.2013.08.015]
4. Atanasova, N., Todorovski, L., Džeroski, S., & Kompare, B. (2006). Constructing a library of domain knowledge for automated modelling of aquatic ecosystems. Ecological Modelling, 194(1-3), 14-36. [DOI:10.1016/j.ecolmodel.2005.10.002]
5. Bagheri, A. (2006). Sustainable Development: Implementation in Urban Water Systems, Doctoral dissertation, Department of Energy and Environment, Chalmers University of Technology, Gothenburg, Sweden.‌
6. Baker, J. (2006). Systems thinking and counterinsurgencies. The US Army War College Quarterly: Parameters, 36(4), 1. [DOI:10.55540/0031-1723.2323]
7. Balali, H., Khalilian, S., Viaggi, D., Bartolini, F., & Ahmadian, M. (2011). Groundwater balance and conservation under different water pricing and agricultural policy scenarios: A case study of the Hamadan-Bahar plain. Ecological economics, 70(5), 863-872. [DOI:10.1016/j.ecolecon.2010.12.005]
8. Bazilian, M., Rogner, H., Howells, M., Hermann, S., Arent, D., Gielen, D., . . . Tol, R. S. (2011). Considering the energy, water and food nexus: Towards an integrated modelling approach. Energy policy, 39(12), 7896-7906. [DOI:10.1016/j.enpol.2011.09.039]
9. Brzezina, N., Biely, K., Helfgott, A., Kopainsky, B., Vervoort, J., & Mathijs, E. (2017). Development of organic farming in Europe at the crossroads: Looking for the way forward through system archetypes lenses. Sustainability, 9(5), 821. [DOI:10.3390/su9050821]
10. Cheng, L. (2010). System dynamics model of Suzhou water resources carrying capacity and its application. Water Science and Engineering, 3(2), 144-155.
11. Conti, J., Holtberg, P., Doman, L., Smith, K., Sullivan, J., Vincent, K., . . . Kearney, D. (2011). International energy outlook 2011. US Energy Information Administration. Retrieved from
12. Gleick, P. H. (1994). Water and energy. Annual Review of Energy and the environment, 19(1), 267-299. [DOI:10.1146/annurev.eg.19.110194.001411]
13. Guan, D., Gao, W., Su, W., Li, H., & Hokao, K. (2011). Modeling and dynamic assessment of urban economy-resource-environment system with a coupled system dynamics-geographic information system model. Ecological Indicators, 11(5), 1333-1344. [DOI:10.1016/j.ecolind.2011.02.007]
14. Hatam, A., Monem, M.J. & Bagheri A. (2013). System dynamic model development for irrigation network rehabilitation, cosidering farmers participation personnel promotion. Journal of Agricultural Engineering Research, 13(4), 1-24 (In Persian).
15. Hjorth, P., & Bagheri, A. (2006). Navigating towards sustainable development: A system dynamics approach. Futures, 38(1), 74-92. [DOI:10.1016/j.futures.2005.04.005]
16. Hoff, H., Iceland, C., Kuylenstierna, J., & Te Velde, D. W. (2012). Managing the water-land-energy nexus for sustainable development. UN Chronicle, 49(1-2), 4. [DOI:10.18356/7eda0998-en]
17. Hosseinzadeh, Z., Monem, M. J., Nahavandi, N., & Tehrani, M. V. (2017). Development of a conceptual model for application of hydro‐mechanical gates in irrigation networks by a system dynamic approach. Irrigation and Drainage, 66(5), 808-819. [DOI:10.1002/ird.2150]
18. Jobbins, G., Kalpakian, J., Chriyaa, A., Legrouri, A., & El Mzouri, E. H. (2015). To what end? Drip irrigation and the water-energy-food nexus in Morocco. International Journal of Water Resources Development, 31(3), 393-406. [DOI:10.1080/07900627.2015.1020146]
19. Karamian, F., Mirakzadeh, A. A., & Azari, A. (2021). The water-energy-food nexus in farming: Managerial insights for a more efficient consumption of agricultural inputs. Sustainable Production and Consumption, 27, 1357-1371. [DOI:10.1016/j.spc.2021.03.008]
20. Keairns, D., Darton, R., & Irabien, A. (2016). The energy-water-food nexus. Annual review of chemical and biomolecular engineering, 7, 239-262. [DOI:10.1146/annurev-chembioeng-080615-033539]
21. Khacheba, R., Cherfaoui, M., Hartani, T., & Drouiche, N. (2018). The nexus approach to water-energy-food security: an option for adaptation to climate change in Algeria. Desalination and Water Treatment, 131, 30-33. [DOI:10.5004/dwt.2018.22950]
22. Khan, S., Yufeng, L., & Ahmad, A. (2009). Analysing complex behaviour of hydrological systems through a system dynamics approach. Environmental Modelling & Software, 24(12), 1363-1372. [DOI:10.1016/j.envsoft.2007.06.006]
23. Kolahzari Moghadam, F. & Ketabchi, H. (2020). Feasibility of applying a simulation-optimization model for assessment of decisions based on water-energy-food nexus considering the environmental damages. Iranian Journal of Eco Hydrology. 7(2), 313-329. (In Persian).
24. Li, F. J., Dong, S. C., & Li, F. (2012). A system dynamics model for analyzing the eco-agriculture system with policy recommendations. Ecological Modelling, 227, 34-45. [DOI:10.1016/j.ecolmodel.2011.12.005]
25. Madani, K., & Khatami, S. (2015). Water for energy: Inconsistent assessment standards and inability to judge properly. Current Sustainable/Renewable Energy Reports, 2, 10-16. [DOI:10.1007/s40518-014-0022-5]
26. Medina Vásquez, J. E., & Ortegón, E. (2006). Manual for strategic planning and decision-making: theoretical bases and instruments for Latin America and the Caribbean. repositorio.cepal.org‌. United Nations. (In Spanish).
27. Mielke, E., Anadon, L. D., & Narayanamurti, V. (2010). Water consumption of energy resource extraction, processing, and conversion. Energy Technology Innovation Policy Discussion Paper No. 2010-15, Belfer Center for Science and International Affairs, Harvard Kennedy School, Harvard University, October 2010: 13-22
28. Mitigation, C. C. (2011). IPCC special report on renewable energy sources and climate change mitigation. Renewable Energy, 20(11).
29. Molajou, A., Pouladi, P., & Afshar, A. (2021). Incorporating social system into water-food-energy nexus. Water resources management, 35, 4561-4580. [DOI:10.1007/s11269-021-02967-4]
30. Molden, D. J., & Gates, T. K. (1990). Performance measures for evaluation of irrigation-water-delivery systems. Journal of irrigation and drainage engineering, 116(6), 804-823. [DOI:10.1061/(ASCE)0733-9437(1990)116:6(804)]
31. Nhamo, L., Ndlela, B., Nhemachena, C., Mabhaudhi, T., Mpandeli, S., & Matchaya, G. (2018). The water-energy-food nexus: Climate risks and opportunities in southern Africa. Water, 10(5), 567. [DOI:10.3390/w10050567]
32. Qudrat-Ullah, H. (2015). Modelling and simulation in service of energy policy. Energy Procedia, 75, 2819-2825. [DOI:10.1016/j.egypro.2015.07.558]
33. Rasul, G. (2014). Food, water, and energy security in South Asia: A nexus perspective from the Hindu Kush Himalayan region☆. Environmental Science & Policy, 39, 35-48. [DOI:10.1016/j.envsci.2014.01.010]
34. Rasul, G. (2016). Managing the food, water, and energy nexus for achieving the Sustainable Development Goals in South Asia. Environmental Development, 18, 14-25. [DOI:10.1016/j.envdev.2015.12.001]
35. Rasul, G., & Sharma, B. (2015). Water, Food, and energy nexus in South Asia: Implications for adaption to climate change. Handbook of climate change adaptation, 1329-1350. [DOI:10.1007/978-3-642-38670-1_81]
36. Rasul, G., & Sharma, B. (2016). The nexus approach to water-energy-food security: an option for adaptation to climate change. Climate Policy, 16(6), 682-702. [DOI:10.1080/14693062.2015.1029865]
37. Ringler, C., Bhaduri, A., & Lawford, R. (2013). The nexus across water, energy, land and food (WELF): potential for improved resource use efficiency? Current Opinion in Environmental Sustainability, 5(6), 617-624. [DOI:10.1016/j.cosust.2013.11.002]
38. Robalino-López, A., Mena-Nieto, A., & García-Ramos, J. E. (2014). System dynamics modeling for renewable energy and CO2 emissions: A case study of Ecuador. Energy for Sustainable Development, 20, 11-20. [DOI:10.1016/j.esd.2014.02.001]
39. Rozman, Č., Škraba, A., Kljajić, M., Pažek, K., Bavec, M., & Bavec, F. (2008). The system dynamics model for development of organic agriculture. Paper presented at the AIP Conference Proceedings. [DOI:10.1063/1.3020677]
40. Sahin, O., Stewart, R. A., & Porter, M. G. (2015). Water security through scarcity pricing and reverse osmosis: a system dynamics approach. Journal of cleaner production, 88, 160-171. [DOI:10.1016/j.jclepro.2014.05.009]
41. Sarkodie, S. A., & Owusu, P. A. (2020). Bibliometric analysis of water-energy-food nexus: Sustainability assessment of renewable energy. Current Opinion in Environmental Science & Health, 13, 29-34. [DOI:10.1016/j.coesh.2019.10.008]
42. Senge, P. M. (1990). The Fifth Discipline: The Art and Practice of the Learning Organization, Journal of Human Resource Management, 26(3), 343-348. https://doi.org/10.1002/hrm.3930290308 [DOI:10.1002/hrm.3930290308.]
43. Senge, P. M. (2005). The Fifth Discipline in Practice: Granica Editions SA. books.google.com, 608 P, Argentina.
44. Senge, P. M. (2006).: The Fifth Discipline: The Art and Practice of the Learning Organization. Broadway Business. ‎pocketbook4‌you. Avalable at: https://www.pocketbook4you.com/en/read/the-fifth-discipline, Scientific Research, An Academic Publisher. New York.
45. Shabani, S., Monem, M.J. & Bagheri A. (2014).. Dynamic model of Fumanat irrigation network improvement system from the perspective of adequacy and equability indices. Journal of Iran's Irrigation and Drainage. Tehran. Iran. (In Persian).
46. Shahabi Far, J. & Nourinia, H. (2010). Studying fertilizer challenges in Qazvin province, The first congress of fertilizer challenges in Iran. Tehran, Iran, (In Persian).
47. Shi, T., & Gill, R. (2005). Developing effective policies for the sustainable development of ecological agriculture in China: the case study of Jinshan County with a systems dynamics model. Ecological economics, 53(2), 223-246. [DOI:10.1016/j.ecolecon.2004.08.006]
48. Siddiqi, A., & Fletcher, S. (2015). Energy intensity of water end-uses. Current Sustainable/Renewable Energy Reports, 2, 25-31. [DOI:10.1007/s40518-014-0024-3]
49. Sohofi, S., Melkonyan, A., Karl, C., & Krumme, K. (2016). System archetypes in the conceptualization phase of water-energy-food nexus modeling. Paper presented at the Proceedings of the 34th International Conference of the System Dynamics Society.
50. Stave, K. A. (2003). A system dynamics model to facilitate public understanding of water management options in Las Vegas, Nevada. Journal of Environmental Management, 67(4), 303-313. [DOI:10.1016/S0301-4797(02)00205-0]
51. Sterman, J. (2000). Business dynamics systems thinking and modeling for a complex world. published by Irwin McGraw-Hill. In: USA.
52. Stuardo-Ruiz, G., Peña-Cortes, F., & Ther-Rios, F. (2014). The perception of public actors respecting the processes and imbalances in the management of the Maullín river estuary, Los Lagos Region, Chile: a conceptual model for the political and technical decision making processes. Revista de Gestão Costeira Integrada-Journal of Integrated Coastal Zone Management, 14(1), 27-40. [DOI:10.5894/rgci413]
53. Sušnik, J., Vamvakeridou-Lyroudia, L. S., Savić, D. A., & Kapelan, Z. (2012). Integrated System Dynamics Modelling for water scarcity assessment: Case study of the Kairouan region. Science of the total environment, 440, 290-306. [DOI:10.1016/j.scitotenv.2012.05.085]
54. Terrapon-Pfaff, J., Ersoy, S. R., Fink, T., Amroune, S., Jamea, E. M., Zgou, H., & Viebahn, P. (2020). Localizing the water-energy nexus: the relationship between solar thermal power plants and future developments in local water demand. Sustainability, 13(1), 108. [DOI:10.3390/su13010108]
55. Vaez Tehrani, M., Monem, M. J., & Bagheri, A. (2013). A system dynamics approach to model rehabilitation of irrigation networks case study: Qazvin irrigation network, Iran. Irrigation and Drainage, 62(2), 193-207. [DOI:10.1002/ird.1729]
56. Vlachos, D., Georgiadis, P., & Iakovou, E. (2007). A system dynamics model for dynamic capacity planning of remanufacturing in closed-loop supply chains. Computers & operations research, 34(2), 367-394. [DOI:10.1016/j.cor.2005.03.005]
57. Winz, I., Brierley, G., & Trowsdale, S. (2009). The use of system dynamics simulation in water resources management. Water resources management, 23, 1301-1323. [DOI:10.1007/s11269-008-9328-7]
58. Xi, X., & Poh, K. L. (2013). Using system dynamics for sustainable water resources management in Singapore. Procedia Computer Science, 16, 157-166. [DOI:10.1016/j.procs.2013.01.017]
59. Zarghami, M., & Akbariyeh, S. (2012). System dynamics modeling for complex urban water systems: Application to the city of Tabriz, Iran. Resources, Conservation and Recycling, 60, 99-106. [DOI:10.1016/j.resconrec.2011.11.008]

ارسال نظر درباره این مقاله : نام کاربری یا پست الکترونیک شما:
CAPTCHA

ارسال پیام به نویسنده مسئول


بازنشر اطلاعات
Creative Commons License این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است.

کلیه حقوق این وب سایت متعلق به (پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز (علمی-پژوهشی می باشد.

طراحی و برنامه نویسی : یکتاوب افزار شرق

© 2024 CC BY-NC 4.0 | Journal of Watershed Management Research

Designed & Developed by : Yektaweb