تخصيص بار آلودگي در رودخانه زرجوب: كاربرد روش گزينش اجتماعي بردا و تابع چانه زني نش

Waste Load Allocation in Zarjub River: Application of Borda Scoring Social Choice and Nash Bargaining Methods

هدف اين مقاله، ارائه يك رويكرد جديد براي تخصيص بار آلودگي به منابع تخليه كننده بار آلودگي در رودخانه زرجوب در استان گيلان است. در تخصيص بار آلودگي به منابع تخليه كننده، علاوه بر رعايت استانداردهاي زيست محيطي، كاهش هزينه هاي تصفيه بارهاي آلودگي منابع آلاينده نيز مطرح مي باشد. در اين مقاله، با شبيه سازي فضاي مذاكره بين تخليه كنندگان بار آلودگي با كاربرد تئوري چانه زني بازگشتي، تئوري تعادل نش، تابع چانه زني نش و روش گزينش اجتماعي بردا، مطلوب ترين سياست تخصيص بار آلودگي تدوين مي شود. در اين متدولوژي، چندين سناريوي تصفيه براي هر منبع تخليه كننده بار آلودگي در نظر گرفته مي شود به طوري كه تركيب اين سناريوها براي منابع آلاينده، گزينه هاي مذاكره را تشكيل مي دهند. هر يك از گزينه هاي مذاكره دربردارنده درصدهاي تصفيه و به عبارتي، ميزان بار آلودگي ورودي هر يك از تخليه كننده گان بار آلودگي هستند. به منظور بررسي كيفيت آب رودخانه، به ازاي هر گزينه، از ضرايب انتقال استفاده مي شود. اين ضرايب، با اجراي مدل شبيه سازي كيفي رودخانه به دست مي آيند. در صورتي كه به ازاي يك گزينه، غلظت متغير كيفي شاخص در نقطه كنترل از استانداردهاي كيفي رودخانه تخطي كند، جريمه اي به آن گزينه تخصيص مي يابد كه با استفاده از يك تابع جريمه محاسبه مي شود. در ساختار پيشنهادي، ابتدا با استفاده از روش چانه زني بازگشتي، يك مجموعه توافق از گزينه هاي مذاكره تشكيل مي شود. سپس در حالت اول گزينه برتر با استفاده از قانون گزينش اجتماعي بردا و در حالت دوم تعادل نش بين اعضاي مجموعه توافق بررسي شده، گزينه(ها)ي داراي تعادل نش انتخاب مي شود(ند) و در صورت يكتا نبودن تعداد اعضاي داراي تعادل نش، گزينه برتر با استفاده از تابع چانه زني نش انتخاب مي شود. در ادامه، گزينه انتخاب شده توسط اين دو روش مقايسه شده، گزينه برتر با توجه به هزينه هاي تخصيص يافته به تخليه كنندگان و مقدار تخطي شاخص كيفي از استاندارد، به عنوان مجوزهاي تخليه اوليه به هريك از مذاكره كنندگان اختصاص مي يابد. در نهايت، به منظور كاهش هزينه هاي كل سيستم و در نتيجه، تحميل هزينه هاي كمتر به تخليه كنندگان بار آلودگي، تجارت مجوزهاي تخليه بين آنها انجام مي گيرد. به اين منظور، از روش نسبت - تجارت توسعه يافته استفاده مي شود. نتايج نشان دهنده كارايي روش پيشنهادي در يافتن گزينه اي است كه بتواند مورد توافق نسبي حداكثري همه طرف هاي درگير باشد و علاوه بر حفظ كيفيت رودخانه، هزينه هاي كل سيستم را به ميزان قابل قبولي كاهش دهد.

This papers aims at developing a new methodology for Waste Load Allocation (WLA) to the effluent dischargers in Zarjub river basin in Gilan Province, Iran. In waste load allocation problems, besides maintaining the river water quality, minimizing the effluent treatment costs should also be taken into account. The concept of Nash Bargaining Equilibrium and Borda scoring social choice Method are utilized for finding the best solution among a number of alternatives. Each alternative is a combination of treatment scenarios for the dischargers. These alternatives form a compromise set which are obtained using the Fallback Bargaining Procedure. The methodology introduced in this paper can be considered as a substitute for the methodology developed in Mahjouri and Bijani-Manzar (2013). To investigate the impact of each alternative on river water quality, the concentration of Dissolved Oxygen in a control point is determined using Transfer Coefficients which are derived from a water quality simulation model. A penalty function is used to calculate the amount of penalty cost assigned to the violations from the standards in the control point. In this research compromise sets were primarily selected among alternatives, using the Borda scoring social choice method. Then, all alternatives in the compromise set were investigated to find out whether they are Nash Equilibriums. If the number of Nash Equilibrium alternatives was more than unity, the Nash Bargaining Function was used for finding the best solution among them. The results of the two mentioned procedures were then compared to select the final alternative based on the allocated costs to the total dischargers and the amount of violation from the river water quality standards resulted from the selected alternative. In the final step, the Extended Trading Ratio System (ETRS) is utilized for exchanging the allocated amount of discharges to the dischargers which decreased the total allocated cost to dischargers. On the whole, the proposed methodology can find a final solution among a set of alternatives which in addition to maintaining the river water quality condition, can lessen the total treatment costs.