آمار
| تعداد نشریات | 14 |
| تعداد شمارهها | 678 |
| تعداد مقالات | 7,064 |
| تعداد مشاهده مقاله | 10,606,971 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 9,703,910 |
بهکارگیری نظریه بازی همکارانه - یادگیری تقویتی برای توزیع عادلانه مزایای ناشی از همکاری میان ذینفعان حوضه آبریز | ||
| مجله پژوهشهای حفاظت آب و خاک | ||
| مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 09 تیر 1405 | ||
| نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/jwsc.2026.23707.3808 | ||
| نویسندگان | ||
| شاهین سلیم پور ناغانی1؛ سید آرمان هاشمی منفرد* 2؛ عباسعلی قادری3؛ مهدی اژدری مقدم2؛ سروش ابوالفتحی4 | ||
| 1گروه مهندسی عمران، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران. | ||
| 2گروه مهندسی عمران دانشگاه سیستان و بلوچستان | ||
| 3گروه مهندسی عمران، دانشگاه سیستان و بلوچستان | ||
| 4دانشکده مهندسی دانشگاه وارویک، کاونتری، انگلستان | ||
| چکیده | ||
| سابقه و هدف: در حوضههای آبریز با ذینفعان گوناگون، تضمین توزیع عادلانه منابع آب و مزایای حاصل از آن، جنبهای اساسی از مدیریت یکپارچه منابع آب است. این مسئله زمانی پیچیدهتر میشود که یکی از طرفین، باوجودآنکه منبع اصلی حوضه آبریز است، به دلیل نابرابری در توزیع ثروت، کمتر از دیگری توسعهیافته باشد. در چنین مواردی، دستیابی به توزیع عادلانه منافع بین ذینفعان بسیار مهم است، بهویژه هنگامی که طرفین پتانسیل همکاری پایدار را داشته باشند که این امر میتواند منجر به منافع جمعی بیشتری شود. نظریه بازیهای همکارانه (CGT) چارچوب مناسبی را برای پرداختن به تخصیص عادلانه منافع در چنین محیطهای رقابتی فراهم میکند. بااینحال، تعیین مقادیر منافع در تابع هدف، با درنظرگرفتن ائتلافهای گوناگون ذینفعان، میتواند بسیار چالشبرانگیز باشد. یادگیری تقویتی (RL) ابزاری ارزشمند برای تعیین مزایای سطوح مختلف همکاری شامل همکاری کامل، همکاری جزئی و عدم همکاری بین ذینفعان فراهم میکند. این مطالعه از رویکرد نظریه بازیها همکارانه - یادگیری تقویتی (CGT-RL) برای بررسی دو حوضه آبریز مجاور کارون شمالی و زایندهرود استفاده میکند. سه استان ذینفع اصلی در این دو حوضه، شامل استان چهارمحال بختیاری، اصفهان و خوزستان، در مورد تخصیص آب و نیز توزیع (تقسیم) عادلانه و کارآمد مزایای حاصل از مصرف آن اختلافنظر دارند که این اختلافات در چند سال گذشته افزایشیافته است. در این مقاله برای نخستینبار از روش CGT-RL برای پرداختن به این چالش دنیای واقعی در یک سیستم آبی بزرگ استفاده شد. هدف از این پژوهش استفاده از چارچوب مذکور برای تخصیص عادلانه و کارای مزایای ناشی از مصارف آب در حالت ایجاد ائتلاف بزرگ و همکاری کامل میان این سه ذینفع است. این چارچوب پیشنهادی، RL و CGT را ترکیب میکند تا به دو ضعف اصلی رویکردهای غالب در پژوهشهای پیشین برای به حداکثر رساندن و توزیع مزایا در سیستمهای منابع آب دارای چند ذینفع بپردازد. نخستین ضعف کاربرد روشهای بهینهسازی مرسوم، بیشینهسازی کل مزایای سیستم بدون توجه به نحوه توزیع (تقسیم) آن بین ذینفعان است. این روشها فرض میکنند که بین ذینفعان یک سیستم همکاری کاملی وجود دارد و پویایی تصمیمگیری افراد و منفعت هر یک از آنها را نادیده میگیرد. راهحلهای بازیهای همکارانه میتواند باعث فراهمشدن انگیزههای قوی در تصمیمگیران فردی و نیز تسهیل همکاری جهت دستیابی به راهحل بهینه گردد. بااینحال، بهدستآوردن اطلاعات موردنیاز برای استفاده از آنها بسیار چالشبرانگیز و از نظر محاسباتی پیچیده است. این منجر به دومین ضعف کاربردهای نظریه بازی در مطالعات قبلی منابع آب شده که فرضیات سادهکنندهای را در مورد مزایای دستیافتنی طرفین تحت سطوح مختلف همکاری ایجاد میکردند. بهطورکلی هدف پژوهش حاضر توانمندسازی ذینفعان گوناگون از طریق ایجاد ائتلاف و همکاری گروهی (عقلانیت جمعی) برای دستیابی به منافع فردی (عقلانیت فردی) بیشتر است. مواد و روشها: بر اساس روش CGT-RL ابتدا مزایای قابلدستیابی تحت هر ائتلاف ممکن، شامل ائتلاف بزرگ (همکاری کامل)، ائتلافهای کوچک (همکاری جزئی) و عدم تشکیل ائتلاف (عدم همکاری)، با بهکارگیری الگوریتم یادگیری Q به دست میآید. در مرحله دوم، از روشهای حل بازی مشارکتی شامل چانهزنی نش - هارسانی، ارزش شپلی و نکلئولوس برای توزیع عادلانه مزایای حاصل از همکاری کامل بین ذینفعان، با درنظرگرفتن مفاهیم مختلف انصاف، استفاده میشود. ذینفعان (بازیکنان) شامل استانهای اصفهان، چهارمحال بختیاری و خوزستان هستند. سطوح مختلف همکاری شامل همکاری کامل، همکاری جزئی و عدم همکاری است. در همکاری کامل، سیستم توسط یک عامل مدیریت میشود که سعی در بهینهسازی تابع هدف برای کل سیستم دارد. در همکاری جزئی، سیستم یک سیستم دوعاملی است که یک عامل مسئول ائتلاف دو استان همکار و دیگری مسئول بهینهسازی تابع هدف برای استان غیر همکار است. در عدم همکاری، سیستم سه عامل دارد که هر کدام به طور جداگانه مسئول یک استان هستند و هر عامل سعی میکند تابع هدف را برای استانی که مسئول آن است، به حداکثر برساند. تابع هدف یک تابع خطی شامل میزان برداشت آب از رودخانهها توسط هر استان و میانگین بهرهوری اقتصادی ماهانه استانها بهازای هر مترمکعب برداشت آب است. دادههای ورودی برای بهینهسازی شامل میانگین بهرهوری اقتصادی ماهانه هر استان بهازای هر مترمکعب برداشت آب، حجم برداشت ماهانه آب توسط استانها، میانگین حجم تخلیه رودخانه در هر استان، حداکثر و حداقل مقادیر برداشت و ذخیره سالانه آب توسط هر استان است. یافتهها: یافتههای پژوهش نشان میدهد که در صورت همکاری کامل میان ذینفعان (ایجاد ائتلاف بزرگ)، منافع طرفین در مقایسه با سایر سطوح همکاری افزایش مییابد. در حالت عدم همکاری یعنی با ادامه وضع موجود سهم هر استان از مزایای حاصل از برداشت و مصارف آب رودخانههای کارون شمالی و زایندهرود (متوسط درآمد سالانه کل) برای اصفهان 72/478765، خوزستان 33/421791 و برای چهارمحال بختیاری 39/156881 میلیارد ریال برآورد میگردد. در صورت همکاری کامل و ایجاد ائتلاف بین تمام استانهای ذینفع مقادیر درآمد سالانه محاسبهشده با استفاده از روش بهینه سازی کل سیستم (الگوریتم یادگیری Q) برای استانهای اصفهان، خوزستان و چهارمحال بختیاری بهترتیب 17/1641776، 94/503201 و 8/179054 میلیارد ریال افزایش مییابد. این مقادیر 54 درصد بیشتر از حالت عدم همکاری (وضع موجود) و حدود 30 تا 40 درصد بیشتر از حالت همکاری جزئی (ایجاد ائتلافهای کوچک) است. بازتوزیع درآمدهای حاصل از همکاری کامل بین ذینفعان بر اساس راهحل چانهزنی نش - هارسانی برای سه استان اصفهان، خوزستان و چهارمحال بختیاری به ترتیب 88/900963، 49/843989 و 55/579079 میلیارد ریال است. بر اساس روش ارزش شپلی، این مقادیر برای سه استان اصفهان، خوزستان و چهارمحال بختیاری به ترتیب 48/1006962، 57/798112 و 86/518957 میلیارد ریال و در روش نوکلولئوس، درآمدهای توزیعیافته میان سه استان اصفهان، چهارمحال بختیاری و خوزستان به ترتیب 26/886626، 96/847094 و 69/590311 میلیارد ریال در سال است. اصفهان (ESF) با داشتن درآمد بیشتر به دلیل مزیت صنعتی بودن و توسعه یافتگی، بالاترین سهم از بازتوزیع درآمد (حدود ۳۸-۴۳٪) را به خود اختصاص میدهد. چهارمحال بختیاری (CHB) تحت روش نوکلولئوس، ثبات بیشتری کسب میکند، زیرا این روش تخصیص خود را کمی افزایش میدهد تا نارضایتی را کاهش دهد. سهم خوزستان (KHZ) در تمام روشها از بازتوزیع درآمد بهینه سازی کل سیستم ۳۴-۳۶٪ است. نتیجهگیری: رویکرد CGT-RL برای توزیع درآمد حاصل از برداشت و مصرف آب از رودخانههای کارون شمالی و زایندهرود بین سه استان اصلی ذینفع به کار گرفته شد. نتایج این مطالعه نشان میدهد که با ظرفیت محاسباتی و امکان پیادهسازی الگوریتم یادگیری Q، روش CGT-RL میتواند مسائل بسیار پیچیدهتری را در مدتزمان معقولی حل کند. ترکیب RL و CGT فرصتی را برای بررسی سیاستهای هماهنگ فراهم میکند که علاوه بر به حداکثر رساندن منافع کل سیستم، تخصیص عادلانه و کارای منافع را نیز در نظر میگیرد. طبق نتایج، ذینفعان میتوانند با همکاری کامل و هماهنگی سیاستهای بهرهبرداری، منافع خود را از برداشت مشارکتی آب از رودخانههای زایندهرود و کارون شمالی افزایش دهند. یافتههای پژوهش نشان میدهد که در صورت همکاری کامل بین استانها، درآمد طرفین نسبت به سایر سطوح همکاری افزایش مییابد که میتوان با استفاده از روشهای حل بازیهای همکارانه این مزایای افزایشی را میان آنها تقسیم نمود. | ||
| کلیدواژهها | ||
| واژههای کلیدی: الگوریتم یادگیری Q؛ روش نش - هارسانی؛ ارزش شپلی؛ حوضه کارون شمالی؛ حوضه زایندهرود | ||
| مراجع | ||
|
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1 |
||
سامانه مدیریت نشریات علمی. طراحی و پیاده سازی از سیناوب