مدل‌سازی اقتصادی مدیریت منابع آب کشاورزی استان تهران با تأکید بر نقش بازار ‌آب

مدلسازی اقتصادی

مقاله 6، دوره 10، شماره 35، آبان 1395، صفحه 121-139   

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

ابوالفضل محمودی^{* 1}؛ ابوذر پرهیزکاری²

¹استادیار اقتصاد کشاورزی دانشگاه پیام نور

²دانشجوی دکتری اقتصاد کشاورزی دانشگاه پیام نور تهران

چکیده

در این مقاله اثرات تشکیل بازارهای آب محلی و منطقه‌ای در استان تهران مورد بررسی قرارگرفت و پتانسیل انتقال آب تحت شرایط کم‌آبی در سطح این استان ارزیابی شد. بدین منظور از یک سیستم مدل‌سازی اقتصادی مشتمل بر مدل برنامه‌ریزی ریاضی مثبت (PMP) و توابع تولید منطقه‌ای محصولات کشاورزی (SWAP) استفاده شد. نتایج نشان داد که با برقراری بازارهای آب محلی و منطقه‌ای در سطح استان تهران، افزون بر ایجاد تعادل بین عرضه و تقاضای آب آبیاری و متعادل شدن داد و ستد آب بین مناطق مورد مطالعه، مجموع اراضی آبی 41/7 درصد و مجموع سود ناخالص کشاورزان 27/9 درصد افزایش می‌یابد. در پایان با توجه به نقش حمایتی و سازنده بازارهای آب محلی و منطقه‌ای، مهیا کردن زمینه لازم برای برقراری و استفاده بهینه از این نوع مکانیسم‌ها در سطح استان تهران و سایر مناطقی از کشور که دارای منابع آبی مشترک هستند، پیشنهاد می‌شود.

کلیدواژه‌ها

طبقه‌بندی JEL: C61 O13؛ Q13؛ Q21؛ واژگان کلیدی: مدل‌سازی اقتصادی، بازار آب، مدیریت منابع آب، عرضه و تقاضای آب

اصل مقاله

1. مقدمه

بازار آب به عنوان ابزاری اقتصادی سبب توسعه­ تمرکززدایی، تخصیص بهینه منابع آب بین مصرف­کنندگان و کاهش آثار کمبود آب می­شود. بر این اساس، ویژگی اصلی­ای که موجب معرفی بازار آب می­شود، توانایی آن در تخصیص مجدد آب بین مصارف گوناگون است؛ به گونه‌ای که این تخصیص متوجه­ مصارفی خواهد بود که ارزش­های بالقوه بالاتری از آب ایجاد می‌کنند و مطلوبیت منطقی بیشتری از منابع آب در مصارف خود به دست می­آورند (گومز لیمون و مارتینز[1]، 2006؛ پرهیزکاری و همکاران، 1392).

بازار آب می­تواند همانند هر نهاد دیگری، با حفظ حقوق مالکیت و در پی آن، برقراری بعضی ضوابط برای بهره­برداران، اجازه­ مبادله­ داوطلبانه آب در مقابل یک مقدار اقتصادی (قیمت) را بدهد. براساس این تعریف، بازار آب در دنیای واقعی یک بازار همگن نیست و زنجیره­ای از ساختارهای تشکیلاتی مختلف در آن پیدا می­شود که امکان دستیابی به کارایی بیشتر در تخصیص آب و حداکثرشدن رفاه اجتماعی را فراهم می­کند (ایاستر و هیارن[2]، 1995؛ پرهیزکاری، 1392).

ایجاد بازارهای آب در بخش کشاورزی، راه‌حل امید­بخشی برای افزایش کارایی اقتصادی آب است که کشاورزان با فرصت‌های ایجاد شده در آن، از طریق بهبود شیوه­های مدیریت تأمین آب، برای اجاره و فروش آب اقدام نموده و در جهت تبدیل جریان­های سطحی و نفوذهای عمیق آن در راستای تأمین آب قابل فروش در بازار تلاش خواهند نمود که این امر منجر به کاهش مصرف کشاورزان از منابع آب­های زیرزمینی می­شود (ویچلنز[3]، 1999؛ پرهیزکاری و همکاران، 1392). مکانیسم بازار برخلاف سابقه طولانی آن در تخصیص منابع، در حوزه مدیریت و تخصیص نهاده آب کمتر مورد توجه برنامه­ریزان بخش کشاورزی قرارگرفته است (بهلول­وند و همکاران، 1393). بهره‌برداری از منابع آب در کشور به گونه‌ای شکل گرفته که باعث شده است، بازار مناسبی برای این نهاده توسعه پیدا نکند که بتواند قیمت اقتصادی آب را تعیین و مبنای معامله قرار دهد (کرامت­زاده و همکاران، 1390).

استان تهران با در اختیار داشتن 4/3 درصد از اراضی قابل کشت کشور، حدود 6/7 درصد از کل تولیدات زراعی کشور را به خود اختصاص داده است (سازمان جهاد کشاورزی استان تهران، 1393). سالانه بیش از 150 میلیون مترمکعب اضافه برداشت از منابع آب زیرزمینی این استان صورت می‌پذیرد. در واقع، مجموع تغذیه آبخوان­های این استان حدود 5/1480 میلیون مترمکعب است؛ در‌حالی که مجموع تخلیه از آن­ها به 2/1630 میلیون متر­مکعب نیز می‌رسد. نظر به این که در این استان، آب­های سطحی از طریق بارندگی و تشکیل رودخانه‌های فصلی حاصل می‌شوند، در فصول گرم سال کاهش بارندگی و نبودن این منابع موقت (رودخانه‌های فصلی) سبب شده تا آب مورد­نیاز برای کشاورزان از طریق برداشت آب‌های زیر­زمینی تأمین شود. این عامل در طول زمان باعث افت سطح آب­های زیر­زمینی (به میزان 9/1 متر) و منفی شدن بیلان آب در اغلب نقاط این استان، به­ویژه در بخش‌های جنوبی آن (دشت­های­ ملارد و ورامین) شده است (شرکت سهامی آب منطقه­ای استان تهران، 1393).

به طور کلی، عدم وجود بازارهای آب محلی و منطقه­ای در حوزه جریانات فصلی این استان سبب شده که در فصول پرآب، حجم زیادی از آب آبیاری بدون استفاده از دسترس کشاورزان خارج شود؛ در حالی­ که، در فصول گرم سال به علت کاهش جریانات آب سطحی، اغلب کشاورزان با مسئله کمبود آب مواجه می­باشند. با توجه به مطالب یاد شده، لزوم برقراری ابزارهای سیاستی و نهادهای غیرساختاری همچون تشکیل بازارهای آب محلی و منطقه­ای با ویژگی­های یاد شده در جهت تخصیص بهینه منابع آب بین مصرف‌کنندگان بخش کشاورزی و کاهش آثار کمبود آن در استان تهران احساس می­گردد.

 

2. ادبیات موضوع

در زمینه تشکیل بازارهای آب محلی یا منطقه­ای در بخش کشاورزی و نقش تعیین­کننده آن­ها در ایجاد تعادل بین عرضه و تقاضای آب، مطالعات متعددی در داخل کشور صورت گرفته است. کرامت‌زاده و همکاران (1390) با بهره­گیری از مدل برنامه­ریزی ریاضی مثبت نقش بازار آب را در تعیین ارزش اقتصادی نهاده آب در اراضی پایین دست سد شیرین دره بجنورد مورد بررسی قرار دادند. نتایج مطالعه آن­ها نشان داد که ارزش اقتصادی نهاده آب در سناریوهای مختلف، نرمال و خشکسالی معادل 416 و 571 ریال می‌باشد. نیکویی و نجفی (1390) در مطالعه­ای با عنوان «آثار رفاهی بازار آب کشاورزی در ایران به شبیه‌سازی یک بازار آب برای تحلیل جنبه­های اقتصادی و رفاهی متأثر از کاربرد آن در شهرستان اصفهان» پرداختند. نتایج نشان داد که پس از برقراری بازار آب و امکان کاهش محدودیت آب، کشاورزان با تخصیص زمین بین محصولات مختلف، بازده برنامه­ای خود را افزایش داده و به فروش آب مازاد و خرید آب مورد نیاز خود می‌پردازند. در این شرایط، رفاه کشاورزان به طور معناداری افزایش خواهد یافت. پرهیزکاری و همکاران (1392) به شبیه­سازی بازار آب و تحلیل اثرات سیاست اشتراک­گذاری آب آبیاری بر الگوی کشت در حوزه رودخانه شاهرود پرداختند. نتایج نشان داد که با تشکیل بازارهای آب محلی و انجام معاملات بین مناطق مورد مطالعه، منافع یا سود اقتصادی کشاورزان نسبت به شرایط سال پایه بیشتر شده و مجموع سطح زیر‌کشت محصولات آبی از  9 تا 37 درصد افزایش می­یابد. یوسفی و همکاران (1393) با استفاده از مدل تعادل عمومی به بررسی آثار رفاهی تخصیص بازاری منابع آب در اقتصاد ایران پرداختند. نتایج ایجاد بازار آب در شرایط کم­آبی نشان داد که میزان رفاه خانوارهای شهری و روستایی به ترتیب کاهش و افزایش می­یابد.

همچنین، رفاه دهک­های بالای روستایی در مقایسه با دهک­های پایین، افزایش چشم­گیری دارد که بیانگر آن است که دهک­های بالاتر، دارای سهم بیشتری از مالکیت زمین­های دارای حقابه هستند. پرهیزکاری و همکاران (1394) با بهره­گیری از یک سیستم مدل­سازی اقتصادی- هیدرولوژیکی به بررسی اثرات تشکیل بازار آب آبیاری و انتقال بین حوزه‌‌ای آب از سرشاخه‌های الموت­رود به دشت قزوین پرداختند. نتایج نشان داد که انتقال آب بین حوزه‌ای از سرشاخه­های الموت­رود به دشت قزوین با ایجاد محدودیت 10 تا 40 درصد در عرضه آب آبیاری منجر به کاهش مجموع سطح زیرکشت محصولات در الگوی کشت، کاهش مجموع سود ناخالص کشاورزان و افزایش ارزش اقتصادی آب آبیاری در مناطق الموت شرقی و الموت غربی می‌شود.

لواو و وان اسچالکویک[4] (2002) با انجام مطالعه­ای در کشور آفریقای جنوبی نشان دادند که هزینه­های حاصل از انتقال مالکیت یا هزینه­های معامله و هزینه­های نقل و انتقال آب می‌تواند به طور معنادار و موثری بر ظرفیت هر بازار در ارتباط با کارایی عملکرد آن موثر باشد؛ در‌ صورتی که بازارهای آب بخواهند توانمندی­های بالقوه خود را بروز دهند، باید به حداقل کردن این هزینه­ها بپردازند.

گومز لیمون و مارتینز (2006) با انجام تحقیقی در اسپانیا نتیجه گرفتند که دستیابی به جنبه‌های مثبت برقراری بازار آب، نیاز به یک ساختار اجتماعی و قانونی مناسب دارد. در این زمینه، استقرار بنگاه‌های نقل و انتقال آب می­تواند مفید باشد. علاوه بر تغییرات ساختاری که برای برقراری یک بازار آب لازم است، تغییر تدریجی دیدگاه‌های کشاورزان ضروری است. تنها زمانی که این شرایط فراهم گردد، می­توان گفت که بازار آب به صورت «کارا» عمل خواهد کرد.

زمان و همکاران[5] (2009) در ناحیه ویکوتوریای شمالی کشور استرالیا منافع اقتصادی بالقوه­ای را در مبادله آب بین بهره­برداران کشاورزی پیش­بینی کردند. نتایج نشان داد که این مبادلات در بلندمدت آثار ارزشمندی در غلبه بر بحران­هایی مانند خشکسالی شدید برای مصرف‌کنندگان آب از جمله بهره‌برداران کشاورزی در بر­خواهد داشت. هاویت و همکاران[6] (2012) با استفاده از مدل برنامه­ریزی ریاضی مثبت^[7] (PMP) به بررسی نقش بازارهای انتقال آب در کالیفرنیا پرداختند. آن‌ها در مدل PMP خود از تابع هزینه نمایی^[8] (ECF) و تابع تولید با کشش‌های جانشینی ثابت^[9] (CES) بهره گرفتند. استفاده از این نوع مدل برای تحلیل سیاست ارزیابی انتقال آب بالقوه تحت شرایط خشکسالی بود. نتایج به دست آمده نشان داد که با تخصیص آب بر‌اساس مکانیزم بازار می‌توان زیان‌های درآمدی حاصل از خشکسالی را تا 30 درصد کاهش داد.

هاویت و همکاران (2015) در مطالعه­ای به بررسی اثرات خشکسالی بر تولیدات بخش کشاورزی در مناطق مختلفی از کالیفرنیا پرداختند و نقش تشکیل بازارهای آب محلی را در این زمینه مورد ارزیابی قرار دادند. نتایج نشان داد که خشکسالی، اثرات منفی بر حجم منابع آب سطحی و عمق یا سطح قرارگیری منابع آب زیرزمینی داشته و کشاورزان را با محدودیت نهاده آب مواجه نموده است. در این راستا، تشکیل بازارهای آب محلی و منطقه‌ای به دلیل برقراری توازن بین عرضه و تقاضای آب تا حد زیادی اثرات خشکسالی را کاهش می­دهد.

مطالعات بررسی شده نشان می­دهند که تشکیل بازارهای آب محلی و منطقه­ای علاوه بر ایجاد تعادل بین عرضه و تقاضای آب آبیاری سبب افزایش بازده برنامه­ای کشاورزان شده و از هدر­رفتن آب­های اضافی در سطح اراضی ممانعت می­کند. به همین منظور، هدف اصلی مقاله حاضر، بررسی اثرات تشکیل بازارهای آب محلی و منطقه­ای در استان تهران و ارزیابی پتانسیل انتقال آب آبیاری در سطح شهرستان‌های این استان (به عنوان مناطق انتقال‌دهنده آب) است.

 

3. روش­شناسی

3-1. مدل­سازی اقتصادی مبتنی بر مدل­های PMPو SWAP

نتیجه اعمال یک سیاست و اثرگذاری آن تا حد زیادی وابسته به نحوه عکس­العمل بهره­برداران نسبت به سیاست­های اعمال شده می­باشد. عکس­العمل بهره­برداران نیز تحت تأثیر شرایط مزرعه، نگرش و ویژگی­های فردی آن­ها قرار­ دارد. با توجه به این که امکان آزمون سیاست‌های مختلف در محیط آزمایشگاهی وجود ندارد، هر فرد سیاست­گذار در بخش کشاورزی به دنبال آن است که بتواند با اطمینان زیادی از نتایج اجرای سیاست­های مورد‌نظر و عکس­العمل بهره­برداران نسبت به آن­ها آگاه شود (هی و همکاران[10]، 2006).

امروزه این امر به کمک مدل برنامه­ریزی ریاضی مثبت (PMP) فراهم شده است. در واقع، پیش از آن که تصمیم به سیاست­گذاری گرفته شود، شبیه‌سازی عکس‌العمل احتمالی کشاورزان از طریق برنامه­ریزی ریاضی مثبت (PMP) می­تواند کمک مؤثری در جهت اتخاذ تصمیمات صحیح­تر قلمداد شود (هاویت، 2005؛ پرهیزکاری و همکاران، 1392). ایده کلی در این مدل، استفاده از اطلاعات متغیرهای دوگان محدودیت‌های واسنجی یا صحت­یابی[11] (محدودیت­های کالیبره شده) است که جواب مسئله برنامه‌ریزی خطی را به سطح فعالیت‌های موجود محدود می‌کنند. مقادیر دوگان برای تصریح تابع هدف غیر‌خطی‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند که سطح فعالیت‌های مشاهده شده را مجدداً از طریق جواب بهینه‌ مسئله برنامه‌ریزی جدیدی که فاقد محدودیت‌های واسنجی یا صحت­یابی است، بازسازی می‌کند (هاویت و همکاران، 2012؛ پرهیزکاری و همکاران، 1394).

تعیین سطح تجمیع مکانی (فضایی)[12] برای تعریف دامنه کاری مدل PMP و تجزیه و تحلیل سیاست‌های کشاورزی حائز اهمیت است. در واقع، تعیین این سطح به جای تحلیل سیاست‌ها در یک بعد وسیع، ترکیبی از ویژگی‌های محلی یا منطقه­ای را با مجموعه داده­های کوچک‌تر لحاظ نموده و سیاست‌های مورد نظر را در سطح مناطق تعیین شده مورد بررسی قرار می‌دهد (مدلین آزورا و همکاران[13]، 2010؛ پرهیزکاری و همکاران، 1392).

رهیافت مناسب برای تعیین سطح تجمیع مکانی، استفاده از مدل­ تولید محصولات کشاورزی ایالتی یا منطقه­ای[14] (SWAP) است. مدل SWAP به عنوان زیرساخت مدل­های شبکه آبی، برای ایجاد ارتباط بین متغیرهای اقتصادی و هیدرولوژیکی (مدل­های آبی)، بهینه‌سازی میزان مصرف آب در بخش کشاورزی و تشکیل بازارهای آب محلی و منطقه­ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. این مدل، برای تجزیه و تحلیل سیاست­ها در سطح خرد (یا منطقه‌ای) بر منابع ناهمگون و یا نهاده‌های خاص تمرکز دارد و در برآورد توابع تولید محصولات کشاورزی، به جای استفاده از داده‌های خام، از نتایج بهینه‌سازی اقتصادی استفاده می­کند. با توجه به اینکه در مدل SWAP  از داده­های صریح و واقعی استفاده می‌شود، این مدل می­تواند در تحلیل سیاست­ها علاوه بر محدودیت­های سرمایه‌ای و مالی، محدودیت­های فیزیکی را نیز در خود بگنجاند. به طور کلی، در مدل SWAP فرض می‌شود که رفتار حداکثرسازی سود ناخالص کشاورزان در سطح منطقه­ای و در یک شرایط تعادلی کوتاه­مدت، منجر به تخصیص منابع (مطابق آنچه که در سال پایه مشاهده شده) می‌شود (هاویت و همکاران، 2012؛ پرهیزکاری و همکاران، 1394).

 

 

3-1-1. مرحله اول: تقسیم­بندی مناطق و جمع­آوری داده­های سال پایه

استان تهران منطقه مورد مطالعه در تحقیق حاضر است که بر­اساس آخرین تقسیمات کشوری شامل شانزده شهرستان‌ است. با توجه به هم­جواری اغلب شهرستان­های فوق و داشتن شرایط اقلیمی و توپوگرافی مشابه و منابع تامین آب مشترک، در این مطالعه به تقسیم­بندی شهرستان­ها در پنج منطقه کلی پرداخته شد و این مناطق به عنوان محدوده مطالعاتی در نظر گرفته شدند. منطقه یک شامل شهرستان­های فیروزکوه، دماوند و پردیس؛ منطقه دو شامل شهرستان­های تهران و شمیرانات؛ منطقه سه شامل شهرستان­های پاکدشت، ورامین، پیشوا و قرچک؛ منطقه چهار شامل شهرستان­های اسلام­شهر، شهرری و بهارستان و منطقه پنج شامل شهرستان­های شهریار، رباط کریم، ملارد و قدس است. داده­های موردنیاز مربوط به دو بخش کشاورزی (سطح زیرکشت، عملکرد، قیمت و هزینه تولید محصولات) و منابع آب (نیاز آبی، منابع آب دردسترس و منابع آب انتقال‌یافته بین مناطق) هستند که برای سال 93-1392 و با مراجعه مستقیم به ادارات ذیربط در استان تهران (شرکت آب منطقه­ای و سازمان جهاد کشاورزی) جمع­آوری شدند.

3-1-2. مرحله دوم: حل مدل برنامه­ریزی خطی کمکی و تعیین قیمت­های سایه­ای

این مرحله شامل حل یک مدل برنامه‌ریزی خطی در جهت حداکثر­نمودن سود ناخالص کشاورزان با توجه به محدودیت‌های منابع و محدودیت‌های واسنجی است. در این مرحله پس از حل مدل برنامه­ریزی خطی مقادیر قیمت‌های سایه‌ای برای محدودیت‌های منابع و واسنجی به دست می­آیند (هاویت و همکاران، 2009؛ هاویت و همکاران، 2012؛ پرهیزکاری و همکاران، 1394).شکل ریاضی این مرحله از واسنجی مدل PMP برای مناطق مورد مطالعه به صورت زیر است:

(1)             

Subject to:

(2)                                                             

(3)                                                  

(4)                                                                      

رابطه (1) به عنوان تابع هدف مدل برنامه­ریزی خطی، شامل حداکثر­کردن مجموع سود منطقه‌ای کشاورزان است. در این رابطه سود کشاورزان،مناطق مورد مطالعه، محصولات، عوامل تولید،  سطح زیرکشت محصول در منطقهوبیانگر ضرایب لئونتیف است که نسبت استفاده­ هر عامل تولید به زمین را نشان می‌دهد و از رابطه                              () به دست می­آید. قیمت محصول در منطقه،عملکرد محصول در منطقه، هزینه نهادهبرای تولید محصول در منطقه،حجم آب مصرفی در منطقهو هزینه استحصال و یا قیمت هر مترمکعب آب آبیاری در منطقه است. رابطه (2) محدودیت منابع را نشان می‌دهد و برای نهاده­های آب، زمین، سرمایه (شامل بذر، کود و سموم شیمیایی) و نیروی­ کار تعریف می‌شود. در این رابطه کل منابع در­دسترس نهادهدر منطقهاست. رابطه (3) محدودیت مدل را نشان می‌دهد که در آن مقدار مشاهده شده فعالیت مورد استفاده در سال پایه و مقدار مثبت کوچکی را نشان می­دهد. در رابطه (2) ارزش دوگان یا قیمت سایه­ای محدودیت سیستمی ودر رابطه (3) قیمت سایه­ای محدودیت واسنجی را نشان می‌دهد. رابطه (4) نیز بیانگر محدودیت غیرمنفی بودن سطح فعالیت‌های زراعی است (هاویت و همکاران، 2009؛ هاویت و همکاران، 2012؛ پرهیزکاری و همکاران، 1394).

3-1-3. مرحله سوم: برآورد تابع تولید منطقه­ای و تخمین ضرایب CES

در این مرحله پارامترهای بازده ثابت نسبت به مقیاس تابع تولید CES برای هر منطقه و محصول به کمک روش توسعه‌یافته هاویت و همکاران (2012) برآورد می‌شوند. تابع تولید CES این امکان را ایجاد می‌کند که یک نرخ جانشینی ثابت بین نهاده‌های تولید و ضرایب لئونتیف (با نسبتی ثابت) و به وجود آید. فرم کلی تابع تولید CES  مورد استفاده در این مطالعه با توجه به چهار نهاده زمین، آب، نیروی­ کار و سرمایه به صورت زیر قابل تخمین است:

(5)                             

در رابطه فوق، میزان تولید محصول در منطقه،  عامل تولید برای تولید محصول در منطقه ،  پارامتر مقیاس و  پارامتر تولید است که سهم نهاده را برای تولید محصول در منطقه نشان می­دهد. ضریب بازده ثابت نسبت به مقیاس می‌باشد و تابع تولید CES با ضرایب ثابت مستلزم آن است که این ضریب برابر با یک شود. نیز متغیری است که بر حسب کشش جانشینی بین نهاده­ها () تعریف می‌گردد و برای محاسبه مقدار عددی آن از رابطه‌ استفاده می‌شود (مدلین آزورا و همکاران، 2011؛ هاویت و همکاران، 2012؛ پرهیزکاری و همکاران، 1394).

3-1-4. مرحله چهارم: برآورد تابع هزینه متعالی (نمایی) و تخمین پارامترهای آن

مرحله چهارم برآورد مدل PMP شامل تخمین تابع هزینه غیر­خطی و محاسبه پارامترهای آن است. برای این کار از تابع هزینه کل زمین استفاده می‌شود که شکل کلی آن به صورت زیر است:

(6)                                      

در رابطه فوق، هزینه کل زمین برای تولید محصول در منطقه،  پارامتر رهگیری و پارامتر گاما است که تابعی از کشش عرضه محصول در منطقه می‌باشد     (). این پارامترها با رگرس کردن (بازگشت دادن) قیمت‌های سایه‌ای بر مقادیر مشاهده شده سطح فعالیت‌ها به دست می‌آیند (مدلین آزورا و همکاران، 2010؛ پرهیزکاری، 1392).

3-1-5. مرحله پنجم: ساختن مدل برنامه‌ریزی نهایی و تبین مدل  PMPواسنجی شده

در این مرحله، با استفاده از تابع هزینه‌ نمایی واسنجی شده، تابع تولید منطقه­ای برآورد شده و محدودیت‌های منابع، یک مدل برنامه‌ریزی غیرخطی به صورت روابط زیر ساخته می‌شود:

(7)

Subject to:

(8)                                                      

(9)                    (10)                                                             

(11)                                                                     

(12)                                                                  

رابطه (7) تابع هدف غیر­خطی مدل  PMPاست که در آن، و  به ترتیب حجم آب انتقال­یافته، هزینه انتقال آب و فاصله بین مناطقو است. رابطه (8) محدودیت مربوط به نهاده­ها (بجز آب) است که در آن منابع دردسترس هر منطقه را نشان می­دهد. رابطه (9) محدودیت نهاده آب است که  در آن حجم آب مورد استفاده در هر منطقه برای تولید محصولات می­باشد. این محدودیت بیانگر آن است که مجموع میزان آب لازم برای کشت محصولات و میزان آب وارد شده و صادرات شده در یک منطقه، مساوی یا بیشتر از کل حجم آب موجود در آن منطقه است. رابطه (10) محدودیت تبادل آب بین مناطق است و بیانگر آن است که یک منطقه نمی­تواند به خرید و فرش توأم آب بپردازد. رابطه (11) نشان می­دهد که مجموع آب ورودی و خروجی () بین مناطق، کمتر و یا مساوی با حداکثر حجم آب داد و ستد شده () بین مناطق است. رابطه (12) نیز محدودیت غیرمنفی بودن سطح فعالیت­ها و حجم آب داد و ستد شده بین مناطق را نشان می‌دهد. این محدودیت بیانگر آن است که مقادیر سطح زیر کشت محصولات منتخب زراعی و میزان آب داد و ستد شده بین مناطق مورد مطالعه مقادیری مثبت و مساوی یا بیشتر از صفر (غیرمنفی) را شامل می­شوند.

 

4. نتایج

جدول (1) ماتریس قابلیت داد و ستد آب آبیاری بین مناطق مورد مطالعه در استان تهران را نشان می­دهد. این جدول بر مبنای اعداد صحیح صفر و یک تنظیم شده است. عدد صفر، عدم داد و ستد آب و عدد یک، امکان داد و ستد آب را بین مناطق مورد مطالعه نشان می­دهد. جدول (2) حجم آب داد و ستد شده (یا حجم آب صادراتی و وارداتی) در سال پایه را بین مناطق مورد مطالعه در استان تهران نشان می­دهد.

 

 

جدول 1. ماتریس امکان­سنجی داد و ستد آب آبیاری بین مناطق مورد مطالعه در استان تهران

منطقه 5	منطقه 4	منطقه 3	منطقه 2	منطقه 1	واردات/صادرات
0	0	1	1	0	منطقه 1
1	1	1	0	1	منطقه 2
0	1	0	1	1	منطقه 3
1	0	1	1	0	منطقه 4
0	1	0	1	0	منطقه 5

منبع: یافته­های تحقیق

 

جدول 2. حجم آب داد و ستد شده بین مناطق مورد مطالعه در سال پایه (میلیون مترمکعب)

خالص داد و ستد	حجم آب صادر شده	حجم آب وارد شده	مناطق مورد مطالعه
381/28	182/29	563/57	منطقه 1
844/24-	054/87	210/62	منطقه 2
899/61	361/55	26/117	منطقه 3
890/34	519/48	409/83	منطقه 4
217/21-	433/68	216/47	منطقه 5

منبع: یافته­های تحقیق

 

با توجه به نتایج جدول (2) ملاحظه می­شود که در بین مناطق مطالعاتی استان تهران، مناطق 2 و 5 بیش از حجم آب وارداتی خود، آب آبیاری را به سایر مناطق (مناطق 1، 3 و 4) صادر نموده و خالص داد و ستد آن­ها به ترتیب 844/24- و 217/21- میلیون مترمکعب است. مناطق مطالعاتی 1، 3 و 4 نیز با خالص داد و ستد 381/28، 899/61 و 890/34 میلیون مترمکعب، حجم آب وارداتی بیشتری را نسبت به سایر مناطق به خود اختصاص می­دهند. به طور کلی، نتایج جدول (2) نشان می‌دهد که با شکل­گیری بازارهای آب محلی و منطقه­ای، مناطق 2 و 5 در استان تهران نقش صادرکننده یا انتقال‌دهنده و مناطق 1، 3 و 4 نقش واردکننده یا گیرنده آب را دارند.

جدول (3) میزان و درصد تغییرات مجموع اراضی آبی هر منطقه را نسبت به سال پایه یا مبنا (94-1393) در شرایط برقراری داد و ستد آب آبیاری (وجود بازارهای آب محلی و منطقه­ای) و عدم برقراری داد و ستد آب آبیاری (نبود بازارارهای آب محلی و منطقه­ای) نشان می­دهد:

 

جدول 3. اراضی آبی مناطق مورد مطالعه در شرایط وجود و عدم وجود بازارهای­آب محلی (هکتار)

درصد تغییرات در سطح اراضی آبی	میزان تغییرات در سطح اراضی آبی	سطح اراضی با وجود بازار آب	سطح اراضی در نبود بازار آب	مناطق مورد مطالعه
67/5	423	7874	7451	منطقه 1
20/4-	192-	4378	4570	منطقه 2
3/11	6612	65072	58460	منطقه 3
56/8	4265	54067	49802	منطقه 4
08/3-	645-	20246	20891	منطقه 5
41/7	10463	151637	141174	مجموع

منبع: یافته­های تحقیق

 

با توجه به نتایج جدول (3) ملاحظه می­شود با برقراری بازارهای آب، میزان مجموع اراضی آبی در سطح مناطق مطالعاتی 2 و 5 به ترتیب 2/4  و 08/3 درصد کاهش پیدا می­کند؛ در حالی که مجموع اراضی آبی در مناطق 1، 3 و 4 نسبت به شرایط نبودن بازارهای آب محلی و منطقه­ای به ترتیب 67/5، 3/11 و 56/8 درصد افزایش می­یابد. علت افزایش مجموع اراضی آبی در مناطق 1، 3 و 4 واردات بیشر منابع آب به این مناطق پس از شکل­گیری بازارهای آب محلی و منطقه­ای می‌باشد که امکان افزایش سطح زیرکشت محصولات منتخب زراعی را برای کشاورزان در این مناطق به وجود می‌آورد. کاهش مجموع اراضی آبی در مناطق 2 و 5 نیز پس از برقراری بازارهای آب محلی و منطقه­ای، کم شدن منابع آب دردسترس کشاورزان پس از انتقال آب از این مناطق به مناطق همجوار است.

به طور کلی، نتایج جدول (3) نشان می‌دهد با شکل­گیری بازارهای آب محلی و منطقه­ای در سطح استان تهران مجموع سطح زیرکشت محصولات آبی از 141174 به 151637 هکتار می­رسد که افزایشی معادل با 41/7 درصد را برای مجموع اراضی آبی تحت کشت محصولات زراعی در این استان به همراه دارد. نتایج گویای آن است که تشکیل بازارهای آب محلی و منطقه­ای می­تواند نقش بسزایی در توسعه سطح زیرکشت محصولات زراعی و پیشبرد اهداف مسئولان و مدیران کشاورزی استان تهران در جهت افزایش تولیدات زراعی ایفا نماید.

جدول (4) میزان و درصد تغییرات مجموع سطح زیرکشت محصولات منتخب استان تهران را پس از برقراری بازارهای آب محلی و منطقه­ای بین مناطق پنج­گانه این استان نشان می­دهد:

 

جدول 4. سطح زیرکشت محصولات زراعی استان تهران پس از برقراری بازارهای آب محلی (هکتار)

درصد تغییرات در سطح اراضی آبی	میزان تغییرات سطح اراضی آبی	سطح اراضی با وجود بازار آب	سطح اراضی در نبود بازار آب	محصولات آبی
2/25	9923	49223	39300	گندم آبی
9/22	7766	41627	33861	جو آبی
2/13-	4303-	28247	32550	ذرت دانه­ای
6/30	145	618	473	کلزا
14/9-	1208-	12012	13220	نباتات علوفه­ای
54/8-	1860-	19910	21770	صیفی­جات
41/7	10463	151637	141174	مجموع

منبع: یافته­های تحقیق

 

با توجه به نتایج جدول (4) ملاحظه می­شود که پس از برقراری بازار آب بین مناطق مورد مطالعه در استان تهران، مجموع سطح زیرکشت گندم، جو و کلزا به ترتیب 2/25، 9/22 و 6/30 درصد افزایش می­یابد؛ در حالی که مجموع سطح زیرکشت ذرت دانه­ای، نباتات علوفه‌ای و صیفی­جات به ترتیب 2/13، 14/9 و 54/8 درصد کاهش پیدا می­کند. نتایج نشان می‌دهد که تشکیل بازارهای آب منطقه­ای، کشاورزان استان تهران را به سمت توسعه سطح زیرکشت محصولات با نیاز آبی کمتر متمایل می‌سازد. بدین ترتیب، ملاحظه می­شود که کشاورزان مناطق مورد مطالعه در شرایط برقراری بازارهای آب محلی از سطح زیرکشت محصولات زراعی با نیاز آبی بالا مانند ذرت دانه­ای، نباتات علوفه­ای (یونجه، شبدر و ذرت علوفه­ای) و صیفی­جات (هندوانه، خربزه و خیار) می‌کاهند و الگوی کشت را به سمت توسعه سطح زیرکشت محصولات کم­آب­تر مانند گندم آبی، جو آبی و کلزا سوق می­دهند. افزون بر این، نتایج جدول (4) گویای آن است که با شکل­گیری بازارهای آب منطقه­ای مجموع سطح زیرکشت محصولات منتخب زراعی استان تهران از 141174 به 151637 هکتار می­رسد که این میزان، افزایشی معادل با 41/7 درصد را نسبت به شرایط فعلی (یعنی در شرایط نبودن بازارهای آب محلی) برای مجموع اراضی به همراه دارد.

محصول کلزا با توجه به شرایط اقلیمی مساعد در مناطق مورد مطالعه، نسبت به دیگر محصولات منتخب بیشترین تغییرات سطح زیرکشت (به میزان 6/30 درصد) را به خود اختصاص داده است. این امر می­تواند ناشی از نیاز آبی کم و هزینه پایین تولید آن نسبت به دیگر محصولات و توسعه صنایع تولیدی، تکمیلی و فراوری طی سال­های اخیر در استان تهران باشد. به طور کلی، نتایج نشان می‌دهد که استقرار بازارهای آب محلی در سطح استان تهران الگوی کشت را در جهت کاهش سطح زیرکشت محصولات با هزینه تولید و نیاز آبی بالاتر (ذرت دانه­ای، نباتات علوفه­ای و صیفی­جات) و توسعه سطح زیرکشت محصولات با هزینه تولید و نیاز آبی کمتر (گندم آبی، جو آبی و کلزا) پیش می­برد که این امر علاوه بر بهبود وضعیت درآمدی کشاورزان و افزایش سود ناخالص آن­ها، منجر به حفظ و پایداری منابع آب موجود در مناطق مورد مطالعه می­شود.

جدول (5) میزان و درصد تغییرات مجموع بازده ناخالص کشاورزان  را برحسب میلیون ریال در هکتار مناطق پنج­گانه مورد مطالعه در استان­ تهران را در شرایط برقراری و عدم برقراری بازارهای آب محلی و منطقه­ای نشان می‌دهد.

با توجه به نتایج جدول­ (5) ملاحظه می­شود که با برقراری بازارهای آب محلی و منطقه­ای در سطح استان تهران، میزان سود ناخالص کشاورزان مناطق 2 و 5 (که مناطق صادرکننده آب آبیاری محسوب می­شدند) به ترتیب 30/3 و 28/2 درصد نسبت نسبت به حالتی که هیچ­گونه داد و ستدی بین مناطق مورد مطالعه صورت نمی­گیرد، کاهش می­یابد. این در حالی است که تحت شرایط برقراری بازارهای آب محلی و منطقه­ای، میزان بازده ناخالص کشاورزان مناطق 1، 3 و 4 (که مناطق واردکننده ­آب آبیاری محسوب می­شدند) نسبت به شرایط سال پایه (یعنی قبل از تشکیل بازارهای آب محلی و منطقه­ای) به ترتیب 61/18، 53/17 و 92/15 درصد افزایش می­یابد. علت افزایش بازده ناخالص کشاورزان مناطق یاد شده، نقش واردکننده آن­ها در بخش تقاضای منابع آب و توسعه سطح زیرکشت محصولات با صرفه اقتصادی بالا با استفاده از منابع آب وارد شده به این مناطق است. در واقع، پس از برقراری بازارهای آب محلی و منطقه­ای کشاورزان مناطق 1، 3 و 4 با واردات حجم زیادی از منابع آب (از مناطق 2 و 5)، محدودیت آب را در مقایسه با حالت نبودن بازارهای آب محلی، به میزان کمتری احساس می­کنند؛ بنابراین به سمت توسعه سطح زیرکشت محصولات با صرفه اقتصادی بالاتر، ولو آب­بر پیش می­روند. همین این امر سبب افزایش سود ناخالص آن­­ها شده است؛ در حالی که کشاورزان مناطق 2 و 5 پس از صادرات بخشی از منابع آب خود به مناطق 1، 3 و 4 محدودیت نهاده آب را بیشتر احساس می­کنند و بنابراین، در الگوی مناطق یاد شده به سمت کاهش سطح زیرکشت محصولات پرآب و با صرفه اقتصادی بالا (مانند ذرت، نباتات علوفه­ای و صیفی­جات) و افزایش سطح زیرکشت محصولات کم­آب و با صرفه اقتصادی کمتر (مانند گندم و جو آبی) متمایل می­شوند که این امر منجر به کاهش سود ناخالص آن­ها می‌شود.

 

جدول ­5. بازده ناخالص کشاورزان در شرایط وجود و عدم وجود بازارهای­آب­محلی (میلیون­ریال)

درصد تغییرات  بازده ناخالص	میزان تغییرات  بازده ناخالص	بازده ناخالص با وجود بازار آب	بازده ناخالص در نبود بازار آب	مناطق مورد مطالعه
61/18	463/26	674/168	211/142	منطقه 1
30/3-	966/4-	315/145	281/150	منطقه 2
53/17	305/28	760/189	457/161	منطقه 3
92/15	224/24	337/176	113/152	منطقه 4
28/2-	516/3-	914/150	430/154	منطقه 5
27/9	510/70	012/831	192/760	مجموع

منبع: یافته­های تحقیق

 

افزون بر این، نتایج جدول (5) گویای آن است که با تشکیل بازارهای آب محلی و منطقه‌ای در سطح استان تهران، مجموع بازده ناخالص کشاورزان این استان از 10²*192/760 هزار ریال در سال پایه (در شرایط نبودن بازارهای محلی) به10²*012/831 هزار ریال می­رسد که در نهایت افزایشی معادل با 27/9 درصد را در بازده ناخالص کشاورزان به همراه دارد. نتایج به دست آمده گویای آن است که شکل­گیری بازارهای آب محلی و منطقه­ای در سطح استان تهران علاوه بر تغییر الگوی کشت و توسعه مجموع سطح زیرکشت محصولات منتخب زراعی در مناطق مورد مطالعه این استان، بازده ناخالص کشاورزان را نیز تغییر داده و در حالت کلی بهبود وضعیت درآمدی کشاورزان استان تهران را به همراه دارد.

 

5. نتیجه­گیری و پیشنهادها

در مطالعه حاضر اثرات تشکیل بازارهای آب محلی و منطقه­ای در استان تهران مورد بررسی قرار گرفت و پتانسیل انتقال آب تحت شرایط کم­آبی در سطح این استان ارزیابی شد. برای تحقق هدف فوق، از یک سیستم مدل­سازی اقتصادی که شامل مدل برنامه‌ریزی ریاضی مثبت (PMP) و توابع تولید منطقه‌ای محصولات کشاورزی (SWAP) بود، استفاده شد. نتایج نشان داد که با شکل­گیری بازارهای آب محلی و منطقه­ای در سطح استان تهران، کشاورزان از سطح زیرکشت محصولات با نیاز آبی بالا (مانند ذرت، نباتات علوفه­ای و صیفی­جات) کاسته و به سمت توسعه سطح زیرکشت محصولات غله­ای (گندم و جو آبی) و صنعتی یا روغنی (کلزا) که نیاز آبی کمتری دارند، متمایل می­شوند. افزون بر این، نتایج نشان داد که با برقراری بازارهای آب محلی در سطح استان تهران علاوه بر ایجاد تعادل بین عرضه و تقاضای آب آبیاری و داد و ستد متعادل نهاده آب بین مناطق موردبررسی، مجموع اراضی آبی 41/7 درصد و مجموع سود ناخالص کشاورزان 27/9 درصد افزایش می­یابد. به طور کلی، نتایج به دست آمده در این تحقیق با یافته­های حاصل از تحقیقات نیکویی و نجفی (1390) و پرهیزکاری و همکاران (1394) در داخل کشور و همچنین، با نتایج به دست آمده از تحقیقات زمان و همکاران (2009)، هاویت و همکاران (2012) و هاویت و همکاران (2015) در خارج از کشور هم‌جهت و هم­سو می­باشند. در پایان با توجه به نقش حمایتی و سازنده بازارهای آب منطقه­ای، مهیاشدن زمینه لازم برای برقراری و استفاده بهینه از مکانیسم این نوع نهادها نه تنها در سطح استان تهران، بلکه در سایر مناطقی از کشور نیز که دارای منابع آبی مشترک و قابلیت داد و ستد آب آبیاری می­باشند، پیشنهاد می­شود. افزون بر این، در زمینه فنی- مدیریتی نیز پیشنهاد می­شود که به منظور مقایسه هزینه­های برقراری بازارهای آب منطقه­ای با منافعی که پس از برقراری آن­ها برای کشاورزان حاصل می­شود، تحلیل‌های اقتصادی مناسبی توسط محققان در دوره­های آتی صورت گیرد.

---

[1] Gomez-Limon and Martinez

[2] Easter and Hearne

[3] Wichelns

[4] Louw and Van Schalkwyk

[5] Zaman et al.

[6] Howitt

2 Positive Mathematical Programming

3 Constant Elasticity of Substitution

⁴ Exponential Cost Functions

[10] He et al.

[11] Calibration restrictions

[12] Spatial Aggregation

[13] Medellan-Azuara et al.

[14] Statewide Agricultural Production Model

مراجع

-      بهلول­وند، عباس، صدر، کاظم، هاشمی، ابوالقاسم (1393). بررسی نقش بازارهای­آب کشاورزی در قیمت‌گذاری و تخصیص منابع­آب (مطالعه موردی: بازار آب مجن). مجله تحقیقات اقتصاد و توسعه کشاورزی ایران، 45(4): 773-761.

-      پرهیزکاری، ابوذر (1392). تعیین ارزش اقتصادی آب آبیاری و پاسخ کشاورزان به سیاست­های قیمتی و غیرقیمتی در استان­قزوین. پایان­نامه کارشناسی ارشد اقتصاد کشاورزی، دانشگاه زابل، دانشکده کشاورزی.

-      پرهیزکاری، ابوذر، صبوحی، محمود، ضیائی، سامان (1392). شبیه­سازی بازار آب و تحلیل اثرات سیاست اشتراک‌گذاری آب آبیاری بر الگوی کشت تحت شرایط کم­آبی. مجله اقتصاد و توسعه کشاورزی، 27(3): 242-252.

-      پرهیزکاری، ابوذر، تقی­زاده رنجبری، حسین، محمودی، ابوالفضل (1394). ارزیابی خسارت­های اقتصادی انتقال بین حوضه‌ای آب بر الگوی کشت و وضعیت درآمدی کشاورزان در حوضه مبدأ (مطالعه موردی: منطقه الموت). مجله اقتصاد و توسعه کشاورزی، 29(3): 333-319.

-      شرکت سهامی آب منطقه­ای استان تهران (1393). دفتر مطالعات پایه منابع آب.

-      کرامت­زاده، علی، چیذری، امیر، شرزه­ای، غلامرضا (1390). نقش بازار آب در تعیین ارزش اقتصادی آب کشاورزی با رهیافت برنامه‌ریزی­ ریاضی ­مثبت (مطالعه موردی: اراضی پایین­دست سد شیرین دره بجنورد). نشریه تحقیقات و توسعه کشاورزی ایران، 2-42(1): 29-44.

-      نیکوئی، علیرضا، نجفی، بهاء­الدین (1390). آثار رفاهی برقراری بازار آب کشاورزی در ایران، مطالعه موردی: شبکه‌های آبیاری اصفهان. نشریه اقتصاد کشاورزی و توسعه، 19(76): 47-35.

-      یوسفی، علی، حسن­زاده، محمد، کرامت­زاده، علی (1393). بررسی آثار رفاهی تخصیص بازاری منابع آب در اقتصاد ایران. مجله تحقیقات منابع آب ایران، 10(1): 25-15.

-        Easter, K.W. & Hearne, R. (1995). Water Markets and Decentralized Water resources Management International Problems and Opportunities, Water Resources Bulletin, 31(1): 9-20.

-        Gomez-Limon, J.A. & Martinez, Y. (2006). Multi-criteria modeling of irrigation water market at basin level: A Spanish case study, European journal of operational research, 173(1): 313-336.

-        He, L., Tyner, W.E., Doukkali, R. & Siam, G. (2006). Policy options to improve water allocation efficiency: analysis on Egypt and Morocco. Water International, 31: 320-337.

-        Howitt, R.E. (2005). PMP based production models- development and integration. The Future of Rural Europe in the Global Agricultural Food System, No: 23-21.

-        Howitt, R.E., Medellin-Azuara, J. & MacEwan, D. (2009). Estimating the economic impacts of agricultural yield related changes for California. Final Paper, a Paper from California Climate Change Center, No: 29.

-        Howitt, R. E., Medellin-Azuara, J., MacEwan, D. & Lund, R. (2012). Calibrating disaggregate economic models of agricultural production and water management, Science of the Environmental Modeling and Software, 38: 244-258.

-        Howitt, R.E., MacEwan, D., Medellin-Azuara, J., Lund, R. & Sumner, D. (2015). Economic analysis of the 2015 drought for California agriculture. UC Davis Center for Watershed Sciences, ERA Economics, UC Agricultural Issues Center, University of California, Pp: 1-31.

-        Louw, D. & Van Schalkwyk, H. (2002). Efficiency of water allocation in South Africa: water markets as an alternative. Paper presented at the conference irrigation water policies: micro and macro considerations, Agadir, Morocco, June 15-17.

-        Medellan-Azuara, J., Harou, J.J. & Howitt, R.E. (2010). Estimating economic value of agricultural water under changing conditions and the effects of spatial aggregation, Environmental Modeling and Software, 408(3): 5639- 5648.

-        Medellan-Azuara, J., Harou, J.J. & Howitt, R.E. (2011). Predicting farmer responses to water pricing, rationing and subsidies assuming profit maximizing investment in irrigation technology. Science of the Agricultural Water Management, 108(1): 73-82.

-        Wichelns, D. (1999). An economic model of water logging and salinization in arid regions, Ecological Economics, 30(2): 475-491.

-        Zaman, A.M., Malano, H.M. & Avidson, B.D. (2009). An integrated water trading–allocation model, applied to a water market in Australia, Agricultural Water Management, 96: 149-159.