خطوط اتلاف‌گر

منابع آبی سال‌هاست به واسطه تغییرات اقلیمی تهدید می‌شود؛ تهدیدی روزافزون که امنیت غذایی جهان را نیز به چالش می‌کشد. دانشمندان و سیاستگذاران معتقدند برای رسیدگی به پیامدهای کمبود آب، تلاش‌ها برای حفظ منابع آبی ضروری است. ادبیات این حوزه تاکنون بر معیارهای خرد سطح کشتزار در رسیدن به اهداف حفاظت منابع آبی متمرکز بوده است؛ نظیر افزایش کارایی آبیاری مزارع. در این‌باره سه اقتصاددان از بخش تحقیقات اقتصادی وزارت کشاورزی آمریکا به نام‌های آرون هروزنسیک، نیکلاس پاتر و استیون والاندر در مقاله‌ای که به‌ تازگی در کمیته ملی تحقیقات اقتصادی این کشور به چاپ رسیده است به اقدامات خارج از مزرعه حفظ منابع آبی -شامل زیرساخت‌های خطوط انتقال آب- پرداخته‌اند.

در سطح جهانی، بسیاری از تولیدات کشاورزی متکی به خطوط انتقال برای رساندن آب از سرچشمه‌های طبیعی به مزارع قابل‌ کشت هستند. با‌این‌حال این انتقال به خاطر عواملی همچون نشتی یا تبخیر ممکن است با اتلاف‌هایی همراه باشد. در عمده موارد، از دست رفتن آب طی مسیر انتقال با هزینه‌های اقتصادی هنگفتی برای بخش کشاورزی همراه است. در پی تشدید تغییرات آب‌ و هوایی و تهدید منابع آبی به نظر می‌رسد هزینه اقتصادی این هدررفت‌ها در خطوط انتقال آب روزافزون باشد. با وجود این هزینه‌های هنگفت، اما در ادبیات حوزه به‌طور شایسته به آن پرداخته نشده است. بررسی‌ای که به تازگی از 230 پژوهش مربوط به سرمایه‌گذاری‌های حفاظت منابع آبی صورت گرفته است نشان می‌دهد تنها 10 مورد از آنها به موضوع حفاظت‌های بالقوه کانال‌ها و خطوط انتقال منابع آبی پرداخته‌اند.

یکی از دلایل این کمبود، ساختار و منابع اطلاعاتی مرتبط با کانال‌ها و خطوط لوله انتقال آب است. به‌طور کلی آبیاری از منبع آب‌های سطحی سه سطح از تصمیم‌گیری را در بردارد:

1- کشاورز در مزرعه؛ 2- سازمان آب محلی که مسوولیت مدیریت زیرساخت‌های انتقال آب نظیر جوی‌ها، کانال‌ها و لوله‌ها را برعهده دارد و 3- پروژه‌های عظیم کنترل و ذخیره‌سازی آب که معمولاً در سطح دولت مرکزی مدیریت می‌شود و مسوولیت رساندن آب به سازمان‌های محلی را برعهده دارد. بخش عمده تحقیقات و اطلاعات جمع‌آوری‌شده مربوط به حوزه تصمیم‌گیری‌های سطح مزرعه یا پروژه‌های دولت مرکزی است، و تعداد معدودی نقش سازمان‌های محلی را مورد توجه قرار داده‌اند. بر این اساس در این مقاله برای اولین‌بار از مجموعه آمارهای مربوط به سازمان‌های آب محلی سراسر آمریکا برای یک دوره 40‌ساله استفاده می‌شود.

در غرب آمریکا، سازمان‌های متولی انتقال آب نقشی مهم دارند، جایی که عمده فعالیت‌های کشاورزی به منابع آب سطحی خارج از مزرعه و انتقال آنها وابسته هستند. سازمان‌های آب محلی مالکیت و مدیریت عملیاتی بسیاری از زیرساخت‌های انتقال آب را برعهده دارند، جایی که عمدتاً مقصر اصلی هدررفت‌های آب به حساب می‌آیند. در سال 2019، بیش از 15 درصد از آب‌هایی که وارد سیستم انتقال این سازمان‌ها شدند هدر رفتند. البته میزان اتلاف برای 700 سازمان مورد بررسی مشابه نیست، چرا‌که برخی سرمایه‌گذاری‌هایی در راستای کاهش هدررفت و بهسازی خطوط و لوله‌های انتقال آب خود داشته‌اند.

سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌های انتقال آب می‌تواند در کاهش هدررفت آب و دستیابی به اهداف حفاظت از منابع آبی کمک‌کننده باشد. به‌خصوص ارتقای رودهای انتقال سنتی (خاکی) به مسیرهای کانال‌کشی و لوله‌کشی‌شده از طریق کاهش نشتی و تبخیر آب، از هدررفت‌ها در طی مسیر انتقال جلوگیری می‌کند. با‌این‌حال از آنجا‌که بهسازی کانال‌ها هزینه‌بر است، شبکه‌های انتقال آب لوله‌کشی‌شده در آمریکا سهم اندکی از زیرساخت‌های انتقال آب دارند. بخش خدمات حفاظت از منابع طبیعی وزارت کشاورزی آمریکا برآورد می‌کند کانال‌کشی یک‌چهارم مایل (حدود 400 متر) از جوی‌های طبیعی هزینه‌ای بالغ بر 10 تا 58 هزار دلار (بسته به اندازه کانال و مواد به‌کار‌رفته) دارد. هزینه برای کانال‌های آبیاری بزرگ‌تر، قابل‌توجه‌تر است. به عنوان مثال، کانال‌کشی یک مسیر انتقال آب در جنوب شرقی ایالت کالیفرنیا آمریکا -که به طول 132 کیلومتر یکی از بزرگ‌ترین پروژه‌ها در این کشور است‌- بیش از 8 /1 میلیون دلار در هر یک‌چهارم مایل (400 متر) هزینه‌زاست. هزینه لوله‌کشی حتی بیش از اینهاست. طبق گزارش وزارت کشاورزی آمریکا، پروژه اخیر لوله‌کشی زیرساخت‌های آبیاری این وزارتخانه هزینه‌ای بین 6 /0 تا 3 دلار در هر مایل دارد. البته زیرساخت‌های لوله‌کشی‌شده نسبت به کانال‌کشی نیاز به نگهداری کمتر و طول عمر بیشتری دارند.

منافع کانال‌کشی و لوله‌کشی زیرساخت‌های انتقال آب هنوز به‌طور کامل روشن نیست. عمده مطالعات این حوزه در جاهایی انجام گرفته که میزان هدررفت آب آنها پیش از بهینه‌سازی زیرساخت‌ها بالا بود. بنابراین نتایج به‌دست‌آمده ممکن است برآوردی بیش از حد از منافع اقدامات حفاظت از منابع آبی ارائه کنند. بر این اساس در روش تجربی این مقاله به منظور شناسایی اثرگذاری سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌ها، هدررفت آب و کانال‌کشی و لوله‌کشی زیرساخت‌ها در سطح سازمان‌های مختلف مورد بررسی قرار می‌گیرد. البته اگر با افزایش هدررفت‌ها، احتمال سرمایه‌گذاری سازمان‌ها در بهسازی زیرساخت انتقال آب نیز افزایش یابد، تصمیمات در مورد این‌گونه سرمایه‌گذاری‌ها می‌تواند با میزان هدررفت‌ها درون‌زایی داشته باشد. برای رسیدگی به این مشکل در مقاله از روش کنترل متغیرهای ابزاری استفاده می‌شود؛ جایی که مجموعه‌ای از متغیرهای ابزاری سطح سازمانی مرتبط با منافع و هزینه بهبود زیرساخت‌ها و مستقل از هدررفت‌های آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. بر این اساس یافته‌های مقاله حاکی از آن است که یک درصد افزایش در سهم خطوط لوله‌کشی‌شده به‌طور میانگین هدررفت‌های انتقال آب را 1 /0 تا 19 /0 درصد کاهش می‌دهد. کانال‌کشی مسیرهای انتقال آب نیز اثرگذاری مشابهی دارد، هر چند اندازه آن کوچک‌تر است.

تاریخچه

منابع آب سطحی در آمریکا، آبیاری بیش از 50 درصد از مزارع را به دوش می‌کشد. در غرب آمریکا، بخش عمده کشاورزی به منابع آب‌های سطحی خارج از مزرعه وابسته هستند. از طرفی تعریف حقوق آبی توسط نهادهای قانونی در غرب این کشور رواج کشاورزی آبیاری‌شده با آب‌های سطح خارج از مزرعه را تسهیل کرده است.

آبی که از طریق زیرساخت‌های انتقال برای استفاده به مزارع می‌رسد در بخش‌های مختلف به خاطر نشتی یا تبخیر هدر می‌رود. این هدررفت‌ها می‌تواند ناشی از ناکارآمدی‌های فنی باشد و اغلب به سه دسته تقسیم می‌شوند: 1- ناکارایی در توزیع؛ 2- ناکارایی در انتقال و 3- ناکارایی در استفاده (در مزارع). ناکارایی در انتقال عمدتاً مربوط به سازمان‌های محلی می‌شود که مدیریت زیرساخت‌های انتقال آب مزارع را برعهده دارند. زیرساخت‌های انتقال نیز خود سه دسته کلی دارند: انتقال، ذخیره‌سازی و آبگیرها. زیرساخت‌های انتقال شامل کانال‌ها و لوله‌هایی است که آب را به مزارع می‌رسانند. بخش عمده هدررفت‌ها نیز در همین زیرساخت‌های انتقال اتفاق می‌افتد، جایی که نشتی‌ها بخش قابل‌توجهی از آب در دسترس برای آبیاری را از بین می‌برند. بنابراین توسعه و نگهداری زیرساخت‌ها در رساندن آب‌های مورد نیاز برای آبیاری مزارع تعیین‌کننده است.

مدل و آمارها

در مدل اقتصادسنجی مقاله، برای شبکه انتقال تحت مدیریت هر سازمان، هدررفت آب به عنوان تابعی از مسیرهای کانال‌کشی و لوله‌کشی‌شده در نظر گرفته می‌شود تا مشخص شود بهبودها در مسیر انتقال چه آثاری بر هدررفت آب می‌گذارد. همان‌طور که اشاره شد نکته‌ای که وجود دارد این است که با توجه به درون‌زایی و همبستگی میان هدررفت آب و تصمیم به لوله‌کشی کانال‌های انتقال، برآورد ضریب‌های مدل قدری پیچیده است. به‌طور معمول سازمان‌هایی که در شبکه تحت نظارتشان هدررفت آب بیشتر است، انگیزه بیشتری برای سرمایه‌گذاری در ارتقای مسیرهای انتقال آب از طریق کانال‌کشی و لوله‌کشی دارند. این امر می‌تواند به تخمین کمتر از حد ضرایب اقدامات حفاظتی از منابع آبی منتج شود. برای رسیدگی به این موضوع درون‌زایی، در مقاله از روش کنترل متغیرهای ابزاری استفاده می‌شود. برای برآورد مدل‌ها، از آمارهای نظرسنجی سازمان‌های آبیاری سال 2019 بهره گرفته می‌شود. نظرسنجی سازمان‌های آبیاری سال 2019 اولین آمارهای جمع‌آوری‌شده سطح ملی از سازمان‌های آب آمریکاست. این آمارها از سوی وزارت کشاورزی این کشور و از طریق ارسال پرسشنامه و مصاحبه جمع‌آوری شده است. این آمارها دربردارنده اطلاعاتی از فرآیندهای عملیاتی 673 سازمان تامین‌کننده آب کشاورزی 24 ایالت آمریکاست.

در این نظرسنجی به سازمان‌های مشارکت‌کننده گفته می‌شود که اتلاف‌های خطوط انتقال خود را به دو شکل گزارش کنند. ابتدا از آنها خواسته می‌شود کل جریان ورودی و خروجی سیستم آبیاری را که اتلاف هم بخشی از جریان خروجی است (بر مبنای واحد جریب-فوت) گزارش کنند. دوم، گزارش سهم اتلاف‌های سیستم انتقال به صورت درصد است. طبق پاسخ‌ها، در سال 2019 سازمان‌های انتقال آب کشاورزی آمریکا در مجموع بالغ بر 1 /70 میلیون جریب-فوت آب ورودی به سیستم‌های انتقال خود داشتند که حدود 7 /10 میلیون جریب-فوت از آن به هدر رفت. این موضوع بیانگر نرخ میانگین اتلاف 3 /15‌درصدی در آمریکاست. جالب این است که حجم خروجی، شامل اتلاف‌ها، تنها 3 /76 جریب-فوت گزارش شده است. بنابراین به نظر می‌رسد چهار درصد از جریان ورودی یا برگشت خورده یا گزارشی کمتر از حد در آمارهای اتلاف داشته است.

بخش دیگر آمارها، مربوط به ساختار انتقال سازمان‌هاست. طبق پاسخ‌های دریافتی از سازمان‌های مشارکت‌کننده در نظرسنجی، بخش عمده آنها (77 درصد) به‌طور کلی خطوط انتقال کانال‌کشی‌شده ندارند. تعداد بسیار اندکی از سازمان‌ها (سه درصد) 100 درصد از خطوط انتقال آنها کانال‌کشی ‌شده است. در میان سازمان‌هایی که بخشی از شبکه آنها کانال‌کشی است، توزیع به سمت درصدهای کمتر متمایل است. به‌طور میانگین نیز سازمان‌ها 10 درصد از مسیر انتقال آب خود را کانال‌کشی کرده‌اند. البته لوله‌کشی‌شده مسیرهای انتقال متداول‌تر است. به‌طور میانگین سازمان‌ها 31 درصد از شبکه خود را لوله‌کشی کرده‌اند. در مقایسه با کانال‌کشی، سهم کوچک‌تری از سازمان‌ها به‌طور کلی سیستم لوله‌کشی ندارند (51 درصد). حدود 22 درصد هم کل سیستم انتقالشان لوله‌کشی شده است. در‌نهایت شبکه انتقال 14 درصد از سازمان‌ها ترکیبی از کانال‌کشی و لوله‌کشی است، که البته تنها یک‌چهارم از آنها (23 تا از 93 سازمان) به‌طور کامل مسیر انتقال خود را محافظت کرده‌اند.

برآورد مدل‌ها

در مدل‌های مختلفی که در آنها اتلاف آب شبکه انتقال به عنوان تابعی از مسیر کانال‌کشی‌شده و لوله‌کشی‌شده در نظر گرفته شده است، تقریباً تمام برآوردها ضریب منفی و از لحاظ آماری معناداری را برای متغیرهای مستقل اثرگذار (لوله‌کشی و کانال‌کشی) نشان می‌دهند. به عنوان مثال برآورد یک مدل بدون متغیرهای ابزاری تعدیل‌گر نشان می‌دهد یک درصد افزایش در کانال‌کشی خطوط انتقال، به کاهش حدود 07 /0درصدی در هدرفت آب منجر می‌شود. نتایج برای لوله‌کشی مسیرها قابل‌توجه‌تر است. طبق برآوردها، یک درصد افزایش لوله‌کشی خطوط انتقال آب به کاهش 11 /0 تا 19 /0 درصد در اتلاف‌های مسیر انتقال منجر می‌شود. این یافته پیرامون کارایی بیشتر لوله‌کشی نسبت به کانال‌کشی عمدتاً ناشی از این است که با توجه به رو‌باز ‌بودن مسیرهای کانال‌کشی، علاوه بر نشتی‌ها، اتلاف‌هایی نیز به خاطر تبخیر اتفاق می‌افتد. اینکه چه سهمی از شبکه موجود لوله‌کشی یا کانال‌کشی است در نتایج به‌دست‌آمده تاثیر دارد. برای مثال لوله‌کشی شبکه انتقالی که تاکنون 50 درصد خطوط آن لوله‌کشی شده است با شبکه‌ای که هیچ مسیر لوله‌کشی‌ای ندارد متفاوت است. طبق برآوردها، یک درصد افزایش لوله‌کشی شبکه‌ای که هیچ خطوط بهینه‌ای ندارد باعث کاهش 15درصدی در هدررفت آب می‌شود. در مقابل برای شبکه‌ای که تاکنون 75 درصد از خطوط آن لوله‌کشی شده است این اقدام 07 /0 درصد اتلاف آب را کاهش می‌دهد. با وارد کردن متغیرهای توضیحی دیگر به مدل‌ها، نتایجی جدید نیز به دست می‌آید. برای مثال ورود متغیر زمین‌های قابل آبیاری در مدل‌ها، هدررفت مسیرهای انتقال را افزایش می‌دهد، نتیجه‌ای که در تمام مدل‌ها از لحاظ آماری معنادار است. برای سازمان‌هایی که مساحت تحت پوشش بیشتری دارند و شبکه‌های انتقال آنها طولانی‌تر است -که با متغیر تراکم شبکه کنترل می‌شود- نیز هدررفت آب بیشتر اتفاق می‌افتد.

درنهایت با استفاده از نتایج برآوردها، یک منحی عرضه برای اقدامات حفاظت منابع آبی شبیه‌سازی شده است. طبق این منحنی، در جاهایی که هزینه بهینه‌سازی خطوط انتقال آب از طریق لوله‌کشی و کانال‌کشی پایین‌تر است، تلاش برای حفاظت منابع باعث دردسترس قرار گرفتن حجم بیشتری از منابع آبی می‌شود.

کلام پایانی

در این تحلیل، مقاله‌ای مورد بررسی قرار گرفت که سعی دارد با تبیین رابطه زیرساخت‌های انتقال و هدررفت‌های انتقال آب، سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌های انتقال آب را هزینه-فایده کند. مبنای مقاله هم ادبیات فنی پیشین این حوزه بود که با جمع‌آوری و بهره‌گیری از آمارهای نوین سازمان‌های انتقال آب غرب آمریکا، منافع سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌های انتقال آب را به‌طور تجربی در بوته آزمون گذاشت. در واقع نتایج مقاله شامل برآوردهایی از اثرگذاری کانال‌کشی و لوله‌کشی مسیرهای انتقال آب روی کاهش هدررفت منابع آبی است. بر این اساس یافته‌ها حاکی از آن است که یک درصد توسعه مسیرهای لوله‌کشی انتقال آب به کاهش 1 /0 تا 19 /0‌درصدی در هدررفت مسیرهای انتقال منجر می‌شود. کانال‌کشی مسیرها نیز اثرگذاری مشابه در کاهش اتلاف‌ها دارد، هرچند اندازه و معناداری آماری آن کمتر است. درنهایت با یک تمرین شبیه‌سازی نشان داده شد که با بهبود زیرساخت‌های انتقال آب می‌توان به اندازه عرضه منابع آبی جدید در هزینه‌ها کارایی ایجاد کرد.