اولویت بندی حوضه های آبریز با استفاده از روش جدید فرآیند تحلیل شبکه ای فازی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی فرادکتری/ گروه سازه های آبی دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 استاد / گروه سازه های آبی دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 وزارت نیرو / معاونت آب و آبفا

چکیده

منابع آب و خاک هر کشور از مهمترین منابع و زیربنای توسعه پایدار می‌باشند. حوضه آبریز نه تنها یک بخش هیدرولوژیکی است بلکه یک بخش اجتماعی، اقتصادی و زیست‌ محیطی نیز می‌باشد که نقش مهمی در توسعه پایدار یک کشور دارد. در این راستا و بر اساس اهداف سند چشم‌انداز کشور در صنعت آب، راهبردهای مختلف مدیریت جامع نظام آب کشور تدوین شده‌اند. یکی از مسائل مهم برنامه جامع آب به‌ ویژه در بخش تخصیص آب، مدیریت حوضه‌ های آبریز و اولویت ‌بندی آنها بر اساس راهبردهای بخش آب می‌باشد که با توجه به تعدد و تنوع راهبردها و همچنین ارتباطات پیچیده بین آنها، انجام این امر بسیار دشوار است. از جمله راهکارهای مؤثر در این زمینه، استفاده از روش‌های مختلف تصمیم‌گیری چندشاخص ه‌ای فازی می‌باشد. بنابراین، با توجه به اهمیت مسأله اولویت‌بندی حوضه‌ های آبریز بحرانی کشور در بخش تخصیص آب در برنامه کلان ملی، در این تحقیق یک الگوریتم جدید بر اساس روش فرآیند تحلیل شبکه ‌ای فازی و روش TOPSIS فازی ارائه شده است که شامل استفاده از اعداد فازی مثلثی در الگوریتم تصمیم‌ گیری می‌باشد. بر این اساس، 38 راهبرد بخش آب (S1, S2, …, S38) به ‌عنوان زیر معیار در 10 بخش (C1, C2, …, C10) که به آنها خوشه گفته می‌شود، تقسیم ‌بندی شدند. خوشه‌ ها نیز زیر مجموع ه‌ای از معیارهای اصلی (اقتصادی، اجتماعی و زیست‌محیطی) می‌باشند. گزینه‌ های مورد بررسی در این مقاله عبارتند از: حوضه‌ های‌ آبریز دریاچه ارومیه، اترک، سفیدرود، دریاچه نمک و زاینده‌ رود. از آنجا که ورودی‌های مدل شامل عبارات بیانی تصمیم‌ گیرنده می‌باشد، لذا استفاده از ریاضیات فازی امکان مدل کردن عدم قطعیت‌ها را فراهم می‌کند. یکی از مزایای مهم الگوریتم پیشنهادی جدید، استفاده از اعداد فازی مثلثی در تمام مراحل تصمیم‌گیری است. برای بررسی نحوه عملکرد مدل ارائه شده، نتایج بدست آمده از روش پیشنهادی با نتایج بدست آمده از روش ANP مقایسه شدند. بر این اساس حوضه آبریز دریاچه ارومیه در رتبه اول و حوضه آبریز اترک در رتبه آخر قرار دارد. همچنین تحلیل حساسیت بر روی وزن خوشه ‌ها انجام و چگونگی تأثیر آن در اولویت‌ بندی حوضه‌ های آبریز بررسی شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A New Fuzzy Analytical Network Process Method for Watershed Ranking

نویسندگان [English]

  • S. L. Razavi Toosi 1
  • J. M. Valey Samani 2
  • H. Fahmi 3
1 Postdoctoral Researcher, Department of Water Structures, Faculty of Agriculture, University of Tarbiat Modares, Tehran, Iran.
2 Professor, Department of Water Structures, Faculty of Agriculture, University of Tarbiat Modares, Tehran, Iran.
3 Senior Expert, Ministry of Energy, Water and Wastewater Deputy, Iran
چکیده [English]

Water and soil resources are most important for sustainability development. A watershed is not only simply the hydrological unit but also a social, economical, and environmental devision which plays crucial role in development of the country. Based on the national long term goals in water industry, different strategies are determined for the integrated water resources management in the national level. One of the most important problems in water management planning, especially in water allocation, is ranking the watersheds with respect to this various complexively related water strategies. A new method is proposed in this study based on ANP and fuzzy TOPSIS methods. This model is used to evaluate 5 critical watersheds in Iran named Urmia Lake, Atrak, Sefidrood, Namak, and Zayandehroud. In this decision making model, 38 water strategies (S1, S2,…,S38) are defined as sub criteria in 10 clusters (C1, C2,…, C10). These clusters are categorized according to economic, social, and environmental criteria. Also, the fuzzy arithmetic is applied to overcome the uncertainty in decision makers’ judgments. The important advantage of the proposed method is using triangular fuzzy numbers in all steps of the algorithm. The results are compared with ANP method to validate the proposed model. It is indicates that among different watersheds, Urmia Lake and Atrak show the highest and the lowest scores, respectively. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Watersheds
  • Water strategies
  • FANP

رضوی طوسی س ل، محمدولی سامانی ج و کوره­پزان دزفولی ا (1386) اولویت­بندی پروژه­های انتقال آب بین­حوضه­ای با استفاده از روش تصمیم­گیری چندشاخصه­ای فازی. مجله تحقیقات منابع آب ایران، سال سوم، شماره 2، 9-1.

رضوی طوسی س ل، محمدولی سامانی ج و کوره­پزان دزفولی ا (1390) مقایسه روش‌های تصمیم‌گیری چندشاخصه‌ای گروهی فازی در اولویت بندی پروژه‌های انتقال آب. مجله تحقیقات منابع آب ایران، جلد 7، شماره 3، 12-1.

Abrishamchi A, Ebrahimian A and Tajrishi M (2005) Case study: application of multicriteria decision making to urban water supply. J Water Res PI-ASCE 131: 326- 335.

Afshar A, Marino MA, Saadatpour M and Afshar A (2011) Fuzzy TOPSIS multi-criteria decision analysis applied to Karun reservoirs system. Water Resour Manage 25: 545- 563.

Ayağ Z and Özdemir RG (2012) Evaluating machine tool alternatives through modified TOPSIS and alpha-cut based fuzzy ANP. Int. J. Production Economics 140: 630- 636.

Boran S, Goztepe K and Yavuz E (2007) A study on election of personnel based on performance measurement by using Analytic Network Process (ANP). IJCSNS International Journal of Computer Science and Network Security 8:333- 338.

Chang YF and Ishii H (2013) Fuzzy Multiple Criteria Decision Making Approach to assess the Project Quality Management in Project. Procedia Computer Science 22: 928- 936.

Chen TC (2000) Extensions of the TOPSIS for group decision-making under fuzzy environment. Fuzzy sets and systems 114:1- 9.

Connell EO, Bathurst J, Kilsby C, Parkin G, Quinn P, Younger P, Anderson S and Riley M (2000) Integrating mesoscale catchments experiments with modeling: The potential for sustainable water resources management, Fifth IHP/IAHS George Kovacs Colloquium, HELP, International Hydrological Programme, UNESCO, Paris.

Huang JJ, Tzeng GH and Ong CS (2005) Multidimensional data in multidimensional scaling using the analytic network process. Pattern Recogn Lett  26:755- 767.

Kang HY, Hung MC, Pearn WL, Lee AH I and Kang MS (2011) An integrated multi-criteria decision making model for evaluating wind farm performance Energies 4: 2002-2026.

Karnib A (2004) An approach to elaborate priority preorders of water resources projects based on multi-criteria evaluation and fuzzy sets analysis. Water Resources Management 18:13- 33.

Lee JW and Kim SH (2000) Using analytic network process and goal programming for interdependent information system project selection, Computers and Operations Research 27:367- 382.

Lee HI, Hung MC, Kang HY, Pearn WL (2012) A wind turbine evaluation model under a multi-criteria decision making environment. Energy Conversion and Management 64:289- 300.

Liu H and Kong F (2005) A new MADM algorithm based on fuzzy subjective and objective integrated weights. International journal of information and system sciences 1:420- 427.

Minatour Y, Khazaei J and Ataei M (2013) Earth dam site selection using the analytical hierarchy process (AHP): a case study in the west of Iran. Arabian journal of geosciences 6 (9):3417- 3426.

Montazar A and Behbahani SM (2007) Development of an optimized irrigation system selection model using analytical hierarchy process. Biosyst Eng 98:155- 165.

Montazar A and Zadbagher E (2010) An analytical hierarchy model for assessing global water productivity of irrigation network in Iran. Water Resour Manag 24:2817- 2832.

Niemiraa MP and Saaty TL (2004) An analytic network process model for financial-crisis forecasting. International Journal of Forecasting 20: 573- 587.

Raj PA (1995) Multicriteria methods in river basin planning- A case study. Water science and technology 31:61- 272.

Raj AP and Kumar ND (1998) Ranking multi-criterion river basin planning alternatives using fuzzy numbers. Fuzzy sets and systems 100:89- 99.

Raju SK, Duckstien L and Arondel C (2000) Multicreterion Analysis for Sustainable Water Resources planning: A Case Study in Spain. Water Resources Managemen 14:435- 456.

Razavi Toosi SL and Samani JMV (2012) Evaluating water transfer projects using Analytic Network Process (ANP). Water Resources Management 26:1999- 2014.

Razavi Toosi SL, Samani JMV and Koorehpazan Dezfuli A (2009) Ranking water transfer projects using fuzzy methods. Proceedings of Institution Civil Engineers. Water management. WM4 (163):189- 197.

Rezaeiniya N, Ghadikolaei AS, Mehri-Tekmeh J, Rezaeiniya H (2014) Fuzzy ANP Approach for New Application: Greenhouse Location Selection; a Case in Iran. Journal of mathematics and computer science 8:1- 20.

Rouyendegh BD and Can GF (2012) Selection of working area for industrial engineering students. Procedia - Social and Behavioral Sciences 31:15- 19.

Saaty TL (1996) Decision Making with Dependence and Feedback: The Analytic Network Process, RWS Publications, Pittsburgh.

Saaty TL (2005) Theory and applications of the Analytic Network Process. Pittsburgh, PA: RWS Publications, 4922 Ellsworth Avenue, Pittsburgh, PA 15213.

Saaty TL (2006) Applications of Analytic Network Process in entertainment. Iranian Journal of Operations Research 1:41- 55.

Saaty TL (2008) Decision making with the analytic hierarchy process. Int. J. Services Sciences 1(1):83- 98.

Saaty TL and Vargas LG (2006) Decision making with the Analytic Network Process. Economic, Political, Social and Technological. Applications with Benefits, Opportunities, Costs and Risks. Springer Science and Business medi, LLC.

Safari M, Ataei M, Khalokakaie R, Karamozian M (2010) Mineral processing plant location using the analyeical hierarchy process- a case study: the Sangan iron ore mine (phase1). Min Sci Technol 20:0691- 0695.

Simonovic SP and  Prodanovic P (2002) Comparison of Fuzzy Ranking Methods  for Implementation in Water resources decision-making. Canada Journal of Civil Engineering 29:692- 701.

Srdjevic B, Medeiros YDP and Faria AS (2004) An Objective Multi-Criteria Evaluation of Water Management Scenarios. Water Resources Management 18:35- 54.

Srdjevic B and Medeiros YDP (2008) Fuzzy AHP Assessment of Water Management Plans. Water Resour Manage 22: 877- 894.

Tavana M, Zandi F, Katehakis MNA hybrid fuzzy group ANP–TOPSIS framework for assessment of e-government readiness from a CiRM perspective. Information & Management 50:383- 397.

Wu WW and Lee YT (2007) Selecting knowledge management strategies by using the analytic network process.  Expert Syst. Appl. 32:841- 847.

Yaccob AMB (2007) Management of Melana watershed using multicriteria decision making approaches. Master of engineering thesis. Faculty of Civil Engineering. University Teknologi Malaysia.

Zarghaami M (2005) Uncertain criteria in ranking inter- basin water transfer projects in Iran. 73rd Annual Meeting of ICOLD. Tehran, IRAN. Paper No.: 180-S1.

Zarghaami M, Ardakanian R and Memariani A (2007) Fuzzy Multiple Attribute Decision Making on Water Resources Projects Case Study: Ranking Water Transfers to Zayanderud Basin in Iran. J. Water International 32(2):280-  293.

Zarghami M, Abrishamchi A and Ardakanian R (2008) Multi-criteria Decision Making for Integrated Urban Water Management. J. Water Resour Manage 22:1017- 1029.

Zarghami M, Szidarovszky F and R Ardakanian (2009) Multi-attribute decision making on inter-basin water transfer projects. J: Transaction E: Industrial Engineering 16(1):73- 80.