ارائه مدلی برای تخصیص آب شبکه آبیاری و زهکشی با استفاده از روش های هوشمند تکاملی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد آبیاری و زهکشی، گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

2 دانشجوی دکتری سازه های آبی، گروه علوم مهندسی آب، دانشگاه تبریز

چکیده

با توجه به وضعیت آبی کشور و از طرف دیگر افزایش نیاز به آب، مدیریت منابع آبی اهمیت فراوانی دارد. از آنجا که سهم عمده مصرف آب به بخش کشاورزی اختصاص یافته، از این‌رو مدیریت آب در دسترس و تخصیص بهینه آب از مسائلی است که باید موردتوجه قرار سساست‌گذاران قرار گیرد. در همین راستا، در پژوهش حاضر، از روشی فراابتکاری مبتنی بر الگوریتم وال (WOA)، جهت تخصیص بهینه منابع آب شبکه آبیاری و زهکشی صوفی‌چای واقع در استان آذربایجان‌شرقی در بخش کشاورزی طی سال‌های آماری 92-1382 استفاده شد. نتایج حاصل از این روش با نتایج الگوریتم رقابت استعماری (ICA) مورد مقایسه قرار گرفت. تابع هدف بر اساس هر یک از محصولات و عملکرد آن‌ها و درآمد حاصله از هر محصول مشخص و سپس حداکثرسازی تابع هدف و تخصیص بهینه منابع آب توسط الگوریتم‌های WOA و ICA انجام شد. نتایج پژوهش نشان داد با افزایش ضریب اعمالی به 9/0، سود حاصل از تخصیص بهینه آب با 30% افزایش سود اقتصادی همراه است. این در حالی است که الگوریتم WOA در مقایسه با الگوریتم ICA با تخصیص 720/1 میلیون متر مکعب حجم در سال دارای 90/8 % استفاده از منابع آب در حالت بهینه در بخش کشاورزی است. در مجموع می‌توان بیان کرد استفاده از روش‌های هوشمند تکاملی می‌تواند راه‌حل مناسبی در راستای تخصیص بهینه آب در بخش کشاورزی باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Presenting a model for water allocation of irrigation and drainage networks using intelligent evolutionary methods

نویسندگان [English]

  • Omid Jahandideh 1
  • Somayeh Emami 2
1 MSc. of Irrigation and Drainage, Department of Water Science and Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources
2 Ph.D. Candidate of Hydraulic Structures, Department of Water Science and Engineering, University Tabriz
چکیده [English]

Due to the water situation in the country and on the other hand the increase in water needs, water resources management is important. Since the major share of water consumption is allocated to the agricultural sector, water allocation is one of the issues that should be considered. In the present study, a new and at the same time high-performance method based on the Whale algorithm (WOA), for the optimal allocation of water resources of Sufi-chai irrigation and drainage network located in East Azerbaijan province in the agricultural sector during the statistical year data were used from 2005 to 2013. The whale algorithm is one of the newest meta-heuristic algorithms inspired by the bubble net hunting method performed by humpback whales. The results were compared with the results of the ICA algorithm. The objective function was determined based on each of the products and their performance and the income from each product, and then the maximization of the objective function and the optimal allocation of water resources was performed by WOA and ICA algorithms. The results showed that by increasing the application coefficient to 0.9, the profit from the optimal water allocation is associated with a 30% increase in economic profit. Meanwhile, the WOA algorithm, compared to the ICA algorithm with an allocation of 1720 MCM per year, has 8.90% of the optimal use of water resources in agriculture. In general, the use of intelligent evolutionary methods can be a good solution for optimal water allocation in the agricultural sector.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Whale algorithm
  • Imperialist competitive algorithm
  • Optimization
  • Water allocation
  • Sufi chai network

مراجع

امیدوار، م.، هنر، ت.، نیکو، م. ر . و سپاسخواه، ع.1395. تدوین یک مدل فازی بهینه‌سازی الگوی کشت و تخصیص آب بر مبنای تئوری بازی­های مطالعه موردی: کانال اردیبهشت شبکه آبیاری درودزن فارس. نشریه علوم آب و خاک. 13: 20-1.
امامی، س. و چوپان، ی. 1399. تخصیص بهینه اقتصادی آب با به‌کارگیری خوارزمی‌های فرا ابتکاری انتخابات و رقابت استعماری. مهندسی عمران امیرکبیر. 52(3): 601-612.
امامی، س.، چوپان، ی.، خیری قوجه بیگلو، م. و حسام، م. 1399. تخصیص بهینه و اقتصادی آب در شبکه آبیاری و زهکشی با استفاده از الگوریتم فرا ابتکاری(ICA)  مطالعه موردی: شبکه صوفی چای). مهندسی آب و آبیاری و ایران. 10(3).
پرهیزگاری، ا.، صبوحی، م.، احمدپور، م. و بدیع برزین، ح. 1395. ارزیابی اثرات کم آبیاری و کاهش تخصیص آب بر تولید بخش کشاورزی استان قزوین. نشریه پژوهش آب در کشاورزی. 2(30): 173-185.
حبیبی داویجانی، م.، بنی‌حبیب، م. ا. و هاشمی، س. ر. 1392. مدل بهینه‌سازی تخصیص منابع آب در بخش‌های کشاورزی، صنعت و خدمات با استفاده از الگوریتم پیشرفته GAPSO. نشریه آب و خاک (مشهد). 27(4): 680-691.
خاشعی سیوکی، ع.، قهرمان، ب. و کوچک­زاده، م. 1392. کاربرد تخصیص و مدیریت آب کشاورزی با استفاده از تکنیک بهینه‌سازی PSO (مطالعه موردی: دشت نیشابور). نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی). 27(2): 292-303.
خیراندیش، ع.، فرزین، س.، کرمی، ح. و بوستانی، م. 1395. مدل‌سازی تخصیص آب سد کمال صالح با استفاده از نرم‌افزار  WEAP. ششمین کنفرانس ملی مدیریت منابع آب ایران، سنندج.
کاشفی‌نژاد، پ. 1396. تخصیص بهینه آب به الگوی کشت شبکه آبیاری حمیدیه به روش الگوریتم ژنتیک با رتبه‌بندی نامغلوب. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی علوم آب، گروه آبیاری و زهکشی، دانشگاه شهید چمران اهواز.
کیافر، ح.، صدرالدینی، ا.، ناظمی، ا. ح. و ثانی خانی، ه. 1390. تخصیص بهینه آب در شبکه آبیاری و زهکشی صوفی چای در استان آذربایجان‌شرقی با استفاده از الگوریتم ژنتیک. مهندسی آب و آبیاری و ایران. 2(1): 52-61.
محمدی ورزنه، ن. و وفایی­نژاد، ع. 1394. تخصیص آب در شبکه‌های آبیاری به کمک سیستم پشتیبانی تصمیم‌گیری مبتنی بر سیستم اطلاعات مکانی (GIS) و الگوریتم ازدحام ذرات (PSO) (مطالعه­ی موردی: اراضی کشاورزی قورتان). اکوهیدرولوژی. 2(1): 49-39.
Ahmad, L., Zhang, F., Liu, J. and U. F. Farid. 2018. A linear bi-level multi-objective program for optimal allocation of water resources. PLoS ONE. 13(2): e0192294.
Emami, S., Parsa, J., Emami, H., A. Abbaspour. 2021. An ISaDE algorithm combined with support vector regression for estimating discharge coefficient of W-planform weirs. Water Supply. 21(7): 3459-3476.
Hosseini, N. 2005. Effects of alternate furrow irrigation with different level of Nitrogen on the yield of wheat in the region of Badjgah and Koshksk. M. Sc. Thesis. Irrigation Dept. Shiraz University, Iran.
Isik, S. and L. Kalin. 2014. Optimal Dynamic Water Allocation for Irrigation of Multiple Crops. World Environmental and Water Resources Congress 2014: Water without Borders, June 1-5, Portland, USA.
Jalilian, A., Shirvani, A.R., Neamati, A., and Basati J. 2001. Effects of Deficit Irrigation on Production and Economy of Sugar beet in Kermanshah region. Journal of Sugar Beet. 17(1): 1-14.
Mirjalili, S. A. and A. Lewis. 2016. The Whale Optimization Algorithm. Advances in Engineering Software. 95: 51-67.
Parand, A. R. and Sepaskhah A. R. 2006. Effects of alternate furrow irrigation with supplemental every-furrow irrigation at different growth stages on the yield of maize (Zea mays L.). Plant Production Science. 9: 415-421.
Sardarshahraki, A. and S. Emami. 2020. The Economic Evaluation of Optimal Water Allocation Using Artificial Neural Network (Case Study: Moghan Plain). Iranian Economic Review. 24(3): 833-851.
Sepaskhah, A. R. and Kamgar-Haghighi A. A. 1994. Effects of every –other furrow irrigation on water use efficiency of sugar beet. Sugar beet Seminar, 1-3 August, Isfahan University, Iran.
Zhuo, L., Cheng, J., and Z. Gong. 2021. Optimal water allocation method based on the genetic algorithm for a system of a reservoir and two pumping stations. Water Supply. 22(1): 549-859

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار