مرحله اول: جمع­آوری داده ­ها و بررسی عدم­قطعیت
مرحله دوم: تدوین مدل تخصیص کمی و کیفی اولیه
مرحله سوم: تدوین مدل غیرقطعی بر مبنای بهینه‌سازی سناریوها
مرحله چهارم: تدوین مدل همکارانه کمی و کیفی و تخصیص سود هر ائتلاف
تدوین مدل همکارانه غیرقطعی تخصیص کمی و کیفی
شکل 5-1: ساختار مدل پیشنهادی
داده ­های مورد نیاز در مدل ارائه شده مواردی از قبیل مقدار و کیفیت ماهیانه­ آورد رودخانه در محل احداث مخزن (سد)، مقدار تبخیر و بارش بر سطح مخزن، منحنی سطح-حجم-ارتفاع مخزن، آببران و مقدار ماهیانه نیاز آبی آن­ها، مقدار فاضلاب یا زه‌آب بازگشتی به رودخانه وکیفیت آن، الگوی کشت و مساحت اراضی کشاورزی، تابع سود ناشی از مصرف آب برای آببران کشاورزی و مشخصات خروجی­ها و دریچه­های سد می­باشند. در مرحله دوم، مدل کمی و کیفی تخصیص اولیه آب تدوین می­ شود. این مدل براساس سه شاخص عدالت، کارایی و پایداری، آب را بگونه­ای میان آببران توزیع می­ کند که علاوه بر رعایت این شاخص ­ها، جریان در رودخانه، در تمامی مسیر دارای استاندارد کیفی لازم باشد. جزئیات بیشتر مدل تخصیص اولیه در بخش 5-3 آمده است.

در مرحله بعد، مدل غیرقطعی تخصیص کمی و کیفی اولیه با بهره گرفتن از روش بهینه­سازی سناریوها تدوین شده است. بدین ترتیب که براساس پارامترهای دارای عدم­قطعیت که در مرحله اول شناسایی شده ­اند، روش سناریوسازی انتخاب و سناریوها ساخته می­شوند. پس از اجرای مدل تخصیص قطعی برای هر یک از سناریوها، مدل ردیاب ساخته و تخصیص کمی و کیفی با لحاظ عدم­قطعیت صورت می­پذیرد. در بخش 5-4 جزئیات مدل بهینه­سازی سناریو تخصیص کمی و کیفی اولیه ارائه شده است.
پس از تخصیص اولیه غیرقطعی، جهت رسیدن به سود بیشتر، ائتلاف­های ممکن بین آببران تشکیل می­ شود. بدین منظور، یک مدل بهینه­سازی با تابع هدف اقتصادی جهت تخصیص کمی و کیفی آب تدوین گردیده و به ازای هر ائتلاف ممکن، اجرا می­گردد. در ادامه با در نظر گرفتن عدم­قطعیت ناشی از تورم یا رکود اقتصادی، سود حاصل برای هر ائتلاف را به صورت فازی درآورده و ضمن تدوین مدل بازی FVLC سود هر ائتلاف، بین آببران آن ائتلاف به صورت عادلانه بازتوزیع می‌شود. توضیحات این مراحل نیز به ترتیب در بخش­های 5-5 و 5-6 ارائه شده است.

5-3- تدوین مدل بهینه­سازی تخصیص اولیه کمی وکیفی آب

هدف از اين مدل تعيين مقادير تخصیص اوليه آب به آببران بر پايه رعایت سه شاخص عدالت، کارایی و پایداری با توجه به استانداردهاي زيست محيطي مي‌باشد. این شاخص ­ها سه جنبه اصلی در سیاست تخصیص منابع آب می­باشند که اعمال این معیارها به صورت مستقیم در عمل سخت است. کشورهای مختلف این معیارها را به روش­های مختلف تعریف کرده ­اند (Zheng et al., 2011). در اینجا نیز سعی شده است با توجه به تحقیقات اخیر و با در نظر گرفتن شرایط منطقه مورد مطالعه، شاخص­ های یادشده تعریف شوند. در ادامه پس از توضیح نحوه تعریف شاخص­ های یادشده به تشریح سایر بخش­های مدل پرداخته می­ شود.

5-3-1- عدالت

عدالت معیاری اساسی در تخصیص آب می­باشد (Richard, 2002; Syme et al., 2008). معیار عدالت در تخصیص آب بیان­کننده رضایت­مندی هر یک از آببران از لحاظ اقتصادی و اجتماعی از میزان آب تخصیصی می­باشد. برای مثال آب تخصیصی به هر آببر باید بتواند نیازهای اولیه و بهداشتی آببران را تأمین کند (United Nation, 2002). در ضمن باید مقدار معقولی آب برای بخش کشاورزی با سود اقتصادی مناسب برای کشاورزان در نظر گرفته شود
(Richard, 2002; Syme et al., 2008). با توجه به تعریفی که برای عدالت در مقوله تخصیص منابع آب موجود است، محققان زیادی برای محاسبه شاخص عدالت فرمول­هایی ارائه داده­اند. در اکثر این تعاریف سه عامل جمعیت، سود اقتصادی و سطح اراضی کشاورزی در نظر گرفته شده است (Zheng et al., 2011).
در این تحقیق با توجه به اهمیت مسئله کارآفرینی و تأمین نیازهای آبی، اهمیت هر بخش­، از نظر جمعیت ساکن در آن یکسان در نظر گرفته شده است. بنابراین عامل جمعیت را در تعریف شاخص عدالت منظور نشد و براساس آنچه Zheng et al. (2011) توصیه نموده ­اند شاخص عدالت به شکل زیر تعریف شده است:
(1)
تعيين آببرها در منطقه مورد مطالعه
مرحله پنجم: بازتوزیع سود ائتلاف میان آببران براساس بازی همکارانه
شروع
جمع­آوری داده‌هاي مربوط به کمیت و کیفیت آب، شامل جریان‌ در دسترس و كيفيت آب بالادست، نيازهای آبي آب‌برهاي مختلف، كميت و كيفيت بارهاي آلودگي
تدوین مدل قطعی بهره ­برداری از سیستم مخزن-رودخانه براساس سه معیار عدالت، بهره­وری و پایداری
شناسایی پارامترهای دارای عدم­قطعیت
ساخت سناریوها براساس پارامتر دارای عدم­قطعیت
تخصیص اولیه حقابه به آببران در هر سناریو به وسیله مدل قطعی
تدوین مدل ردیاب و تعیین تخصیص به هر یک از آببران در شرایط عدم‌قطعیت
تدوین مدل بازی همکارانه فازی به منظور بازتوزیع سود حاصل از همکاری در هر ائتلاف، بین آببران ائتلاف
تشكيل ائتلاف‌هاي ممكن بين آب‌برها
تخصیص همکارانه به هر ائتلاف با هدف افزایش سود کل سیستم
پایان
مرحله اول: جمع­آوری داده ­ها و بررسی عدم­قطعیت
مرحله دوم: تدوین مدل تخصیص کمی و کیفی اولیه
مرحله سوم: تدوین مدل غیرقطعی بر مبنای بهینه‌سازی سناریوها
مرحله چهارم: تدوین مدل همکارانه کمی و کیفی و تخصیص سود هر ائتلاف
تدوین مدل همکارانه غیرقطعی تخصیص کمی و کیفی
شکل 5-1: ساختار مدل بهینه­سازی سناریو تخصیص کمی و کیفی آب در سیستم مخزن-رودخانه
در این معادله  و  ، به ترتیب مقدارنیاز و آب تخصیص یافته به آببر  ام در ماه  ام می­باشد.  و  نیز به ترتیب مساحت زمین کشاورزی و سود حاصل از برداشت محصول به ازای هر مترمکعب آب در واحد زمین کشاورزی آببر  ام، هستند.  نشان دهنده شاخص عدالت برای کشاورز  ام در ماه  ام می­باشد.

5-3-2- کارایی

کارایی، نشان دهنده بهره­وری اقتصادی است که در این پایان نامه از رابطه زیر برای محاسبه آن در سیستم تخصیص آب استفاده شده است (Zheng et al., 2011).
(2)
که در معادله بالا  ، شاخص کارایی است.  و  به ترتیب حداکثر و حداقل سود حاصل از برداشت محصول به ازای تأمین نیاز آبی در واحد زمین کشاورزی بین آببرهای مختلف است.

5-3-3- پایداری

در سال 1987، کمیسیون برانتلند با انتشار گزارش آینده مشترک ما، بحث پایداری را در سیاستگزاری­های بین المللی وارد نمود. براساس این گزارش، در توسعه پایدار یک جامعه، لازم است احتیاجات نسل امروز تأمین گردد؛ بدون اینکه توانایی نسل­های آتی برای رسیدن به احتیاجاتشان کاهش یابد.
توجه به امر پایداری در مدیریت منابع به عنوان یک منبع بسیار حیاتی، در سالهای اخیر از موضوعی فرعی، به مسأله­ای محوری و پر­اهمیت تبدیل شده است. واقعیت این است که منابع طبیعی چون آب، هوا، انرژی، خاک و گونه­ های زیستی محدودند و تولید دوباره و احیای این منابع، بسیار پرهزینه­تر و زمانبر­تر از حفاظت آن­ها است. حال آنکه انسان از مدت­ها پیش به جای استفاده از درآمدهای حاصل از سرمایه ­های طبیعی، اصل سرمایه را مصرف کرده است. در این پایان نامه، شاخص پایداری با توجه به اهمیت حقابه زیست­محیطی، به شکل زیر در نظر گرفته شده است.
(3)
تعيين آببرها در منطقه مورد مطالعه
مرحله پنجم: بازتوزیع سود ائتلاف میان آببران براساس بازی همکارانه
شروع
جمع­آوری داده‌هاي مربوط به کمیت و کیفیت آب، شامل جریان‌ در دسترس و كيفيت آب بالادست، نيازهای آبي آب‌برهاي مختلف، كميت و كيفيت بارهاي آلودگي
تدوین مدل قطعی بهره ­برداری از سیستم مخزن-رودخانه براساس سه معیار عدالت، بهره­وری و پایداری
شناسایی پارامترهای دارای عدم­قطعیت
ساخت سناریوها براساس پارامتر دارای عدم­قطعیت
تخصیص اولیه حقابه به آببران در هر سناریو به وسیله مدل قطعی
تدوین مدل ردیاب و تعیین تخصیص به هر یک از آببران در شرایط عدم‌قطعیت