Комплексный инженерно-управленческий подход к торговле виртуальной водой и приоритизации сельскохозяйственных культур в условиях климатических ограничений в Иране

Вода является одним из важнейших элементов, необходимых для поддержания жизни. Чрезмерное и нерациональное потребление водных ресурсов приводит к серьёзным и порой необратимым последствиям, особенно в странах с ограниченными запасами пресной воды. Сельское хозяйство, потребляющее более 90% всех водных ресурсов Ирана, находится в центре водного кризиса, вызванного неэффективными методами орошения, устаревшими посевными структурами и климатическими изменениями [1,2].

Влияние изменения климата проявляется в снижении уровня осадков и повышении температуры, особенно в засушливых и полузасушливых регионах, таких как Исфахан, Мешхед и Тегеран [3]. Согласно оценкам, повышение температуры на 1 °C может снизить урожайность пшеницы на 6,0%, риса на 3,2%, кукурузы на 7,4% и сои на 3,1% [3,4].

Традиционные подходы к управлению водными ресурсами в таких условиях становятся недостаточными, что требует внедрения интегрированных инженерных и аналитических решений на основе научных данных и цифровых инструментов. Одним из таких подходов является анализ виртуальной воды, включающий как синюю воду (поверхностные и подземные источники), так и зелёную воду (влага почвы от осадков) [5].

Несмотря на то, что в ряде исследований проводилась оценка водного следа отдельных культур или регионов, системный подход, объединяющий гидрологическое моделирование (например, CROPWAT) и многокритериальный анализ (MCDA), до сих пор применяется редко. Такое сочетание позволяет более эффективно планировать распределение культур с учетом устойчивости водных ресурсов и климатических особенностей [1,6].

Настоящее исследование предлагает инженерно-менеджериальную модель, объединяющую:

• .    расчёт потребности в воде и виртуальной воды с использованием формулы Пенмана–Монтей-та и ПО CROPWAT 8.0;

• .    анализ распределения зелёной и синей воды для основных культур (рис, пшеница, ячмень, цитрусовые);

• .    разработку индекса давления виртуальной воды (VWPI);

• .    применение многокритериального анализа (MCDA) для ранжирования культур и регионов по водной устойчивости.

Махмуди Нилуфар, аспирант. E-mail: ,

Объектом исследования являются четыре ключевые провинции Ирана с различными климатическими и аграрными характеристиками:

• .    Мазандаран (влажный север), включая города Амоль, Амирабад, Бабольсар, Рамсар, Сари, Ка-емшехр и Ношехр;

• .    Тегеран (полузасушливый климат);

• .    Исфахан (засушливая центральная часть);

• .    Хорасан-Резави, включая город Мешхед (аридный северо-восток).

На основе метеорологических и агрономических данных за период 2007–2016 гг. рассчитываются зелёные и синие водные следы культур, а также значения VWPI. Анализ позволяет выявить регионы с наибольшим водным напряжением, оценить возможности изменения посевной структуры и предложить практические рекомендации по оптимизации водопользования.

Данное исследование направлено на:

• .    количественную оценку виртуального водопотребления сельскохозяйственных культур в различных регионах Ирана;

• .    разработку индекса VWPI как инструмента оценки водного давления;

• .    формирование управленческой модели для оптимизации структуры посевов с учётом доступности водных ресурсов;

• .    практическое применение в рамках диссертационного проекта: “Методология моделирования управления организационными проектами в области экологической устойчивости в Иране и Турции”.

• 2.    МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

  • 2.1    Район исследования и климатическая характеристика

• 2.2    Агрономические и климатические факторы водопотребления

• 2.3    Методология оценки водопотребления

Таким образом, исследование предлагает прикладную научную модель, связывающую гидрологический анализ, цифровые инструменты и стратегическое экологическое управление в условиях усиливающегося водного дефицита.

В данном исследовании рассматриваются четыре провинции Ирана — Мазандаран, Тегеран, Исфахан и Хорасан-Резави — охватывающие широкий спектр климатических условий: от влажного умеренного климата на севере до засушливых зон в центральной и восточной частях страны. Такой выбор обусловлен как разнообразием агроклиматических параметров, так и значением этих регионов для обеспечения продовольственной безопасности страны [1]. Провинция Мазандаран была выбрана в качестве основной зоны детального анализа ввиду её ведущей роли в агропромышленном комплексе Ирана. Она отличается высоким уровнем аграрной активности, разнообразием культур и чувствительностью к водным рискам. В качестве районов исследования были отобраны города: Амоль, Амирабад, Бабольсар, Рамсар, Сари, Каемшехр и Ношехр [2]. Географически Мазан-даран расположен между 35°46’ и 36°58’ северной широты и 50°21’–54°08’ восточной долготы, и занимает территорию, простирающуюся вдоль южного побережья Каспийского моря [3]. Визуализация пространственного расположения агрометеостанций в провинции Мазандаран представлена на рисунке 1.

Климат региона классифицируется как влажный субтропический с умеренными зимами и тёплым летом. Среднегодовое количество осадков составляет около 977 мм, а средняя относительная влажность воздуха — около 80% [5,6]. Такие климатические условия создают благоприятную среду для выращивания риса, цитрусовых, пшеницы и других водоемких культур [7,8]. Однако в последние годы наблюдаются изменения в режимах осадков и температуры, что требует пересмотра существующих агроэкологических стратегий [9].

Потребность сельскохозяйственных культур в воде зависит от множества факторов, включая климат, тип растения, плодородие почвы, продолжительность вегетационного периода и особенности агротехники [3,10].

В настоящем исследовании применяются основные агрометеорологические формулы, рекомендованные ФАО [10], для расчёта водных параметров сельскохозяйственных культур. Расчёты основываются на модели CROPWAT и методике FAO-56 [11], включая следующие формулы:

Рисунок 1 – Географическое распределение агрометеорологических станций в провинции Мазандаран

Расчет эталонной испаряемости (ET 0 ):

по формуле Пенмана–Монтейта [11]:

ET 0 = [0.408 × ∆ × (Rn - G) + γ × (900 / (T + 273)) × U₂ × (es - ea)] / [∆ + γ × (1 + 0.34 × U₂)].

Расчет испаряемости конкретной культуры

(ETc): ETc = Kc × ET 0 .

Расчет суммарной потребности в воде (CWR):

CWR = Σ (ETc × n), где:

ET 0 — эталонная испаряемость, мм/день;

ETc — испаряемость культуры, мм/день;

Kc — коэффициент культуры;

CWR — водная потребность, мм;

∆ — наклон кривой давления пара, кПа/°C;

Rn — чистая радиация, МДж/м²/день;

G — поток тепла в почве, МДж/м²/день;

γ — психрометрическая константа, кПа/°C;

T — средняя температура воздуха, °C;

U₂ — скорость ветра на высоте 2 м, м/с;

es — давление насыщенного пара, кПа;

ea — текущее давление пара, кПа;

n — количество дней в каждом этапе роста.

• 2.4    Используемые модели и программное обеспечение

• 3.    РЕЗУЛЬТАТЫ

  • 3.1    Общее водопотребление по культурам

• 4.    ОБСУЖДЕНИЕ

Для всех расчётов использовалась программа CROPWAT 8.0, разработанная отделом земельных и водных ресурсов ФАО. Она применяется специалистами по ирригации, агрономами и экологами более чем в 144 странах. Для стратегического анализа применялась модель многокритериального анализа (MCDA), включающая следующие критерии: VWPI (35%), соотношение синий/зелёный воды (25%), экономическая продуктивность (25%) и климатическая совместимость (15%).

Согласно расчётам, выполненным с использованием модели CROPWAT и отчётных данных ФАО [13], рис демонстрирует наивысший уровень водопотребления среди исследуемых культур. Индекс давления виртуальной воды (VWPI) для риса составляет 17.99, что указывает на его критическую зависимость от водных ресурсов. Для сравнения, цитрусовые имеют минимальный VWPI = 0.40, а ячмень и пшеница — промежуточные значения (2.15 и 4.20 соответственно). Детализированная информация представлена в )таблице 1(. Как показано на ) рисунке 2(, структура водопотребления риса состоит преимущественно из синей воды (72%), в то время как зелёная вода составляет лишь 28%. Это подчёркивает специфику орошаемого земледелия в регионе и потенциальные риски при дефиците поверхностных и подземных водных ресурсов.

Среднее водопотребление по городам провинции Мазандаран представлено на )рисунке 3(. Наблюдается выраженная пространственная вариативность: наибольшие значения зафиксированы в Амирабаде и Каэмшехре, в то время как наименьшие в Ношехре и Баболь-саре. Это может быть связано как с различиями в агроклиматических условиях, так и с интенсивностью ведения сельского хозяйства. Годовая динамика водопотребления для риса в период 2008–2016 гг. представлена на )рисунке 4(. Наблюдается умеренная тенденция к снижению — с 1300 до 1220 мм, особенно в последние годы. Такая динамика может быть результатом климатических изменений, внедрения более эффективных систем орошения и корректировки агротехнических практик. Эти данные играют ключевую роль при планировании адаптивных стратегий управления водными ресурсами и выбора культур в условиях ограниченного водоснабжения.

Таблица 1 – Индекс VWPI и структура водопотребления по культурам

Культура	VWPI	Синяя вода (%)	Зелёная вода (%)
Рис	17.99	72	28
Цитрусовые	0.4	3	97
Пшеница	4.2	38	62
Ячмень	2.15	30	70

Настоящее исследование демонстрирует значимость инженерно-аналитического подхода к оценке устойчивости сельскохозяйственного водопользования, особенно в контексте климатических ограничений. В центре внимания — не просто объёмы водопотре-бления, а их структура, пространственное распределение и последствия для аграрной политики.

Согласно результатам VWPI (таблица 1), рис остаётся самой уязвимой культурой из-за высокой зависимости от синей воды (более 70%), что подчёркивает её чувствительность к изменению доступности оросительных ресурсов (рис. 2). Эта структура водопотребления должна учитываться при разработке стратегий модернизации систем орошения. На противоположном полюсе — цитрусовые и ячмень, использующие преимущественно зелёную воду (80% и 70% соответственно), что делает их предпочтительными в регионах с ограниченными запасами орошаемых вод. Пшеница занимает промежуточную позицию, сохраняя потенциал для экспорта виртуальной воды при умеренной нагрузке на ресурсы.

Пространственный анализ (рис. 3) подтвердил вариативность потребления между городами провинции Мазандаран, а также выявил климатическое преимущество западных районов, где осадки используются более эффективно. Такая неоднородность требует территориально адаптированных стратегий. Динамика годовой потребности в воде для риса (рис. 4) демонстрирует не только снижение объёмов, но и возможное влияние управленческих решений в агротехнике, что требует дальнейшего изучения.

Сопоставление этих результатов с данными Hoekstra и Chapagain [2,16] подчеркивает необходимость перехода к системной аграрной политике, ориентированной на культуры с низким VWPI и устойчивым водным следом. Таким образом, разработанная методология синтез VWPI, CROPWAT и MCDA служит прочной основой для принятия стратегических решений на региональном уровне, объединяя технический, экологический и управленческий подход. Это особенно актуально для стран, сталкивающихся с водными вызовами, подобными иранским и турецким реалиям.

Распределение потребности в воде для риса по типу воды (2008-2016 гг.)

Рисунок 2 – Распределение потребности в воде для риса по типу воды (зелёная и синяя) в провинции Мазандаран (2008–2016 гг.)

Рисунок 3 – Динамика годовой потребности в воде для риса в провинции Мазандаран (2008–2016 гг.)

Сельскохозяйственные культуры

Рисунок 4 – Индекс давления виртуальной воды (VWPI) по культурам

• 5.    ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведённое исследование подчёркивает важность комплексного инженерно-управленческого подхода к управлению водными ресурсами в аграрных регионах с климатической уязвимостью. Использование модели CROPWAT, индекса VWPI и многокритериального анализа (MCDA) позволило оценить не только общий объём водопотребления, но и его структуру, пространственную дифференциацию и устойчивость ключевых культур. Установлено, что рис оказывает наибольшее водное давление (VWPI = 17.99) и в основном зависит от синей воды, что делает его уязвимым к снижению доступности ирригационных ресурсов. В отличие от этого, цитрусовые, пшеница и ячмень демонстрируют более устойчивый водный профиль за счёт высокой доли зелёной воды и низких значений VWPI. Эти культуры могут быть приоритетными с точки зрения устойчивого аграрного развития. Анализ годовой динамики и региональных различий (рис. 3 и 4) показал необходимость адаптивного планирования посевных структур с учётом климатических и географических особенностей. На западе Мазандарана наблюдается лучшая осадочная эффективность, что открывает возможности для выращивания влаголюбивых культур при меньшей нагрузке на водные ресурсы. Оптимизация агропроизводства с учётом пространственно-временных факторов и внедрение технологий бережливого земледелия, в том числе цифровых инструментов моделирования, может существенно повысить водную и продовольственную безопасность региона. Разработанная модель может быть масштабирована и применена в других регионах Ирана и Турции, а также использоваться в качестве практического инструмента в рамках межгосударственных проектов устойчивого агропромышленного развития.