توسعه مدل شبیه‌سازی- بهینه‌سازی طراحی آبیاری جویچه‌ای: تلفیق روش SCS و الگوریتم‌های فراابتکاری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی و محیط زیست، دانشگاه اراک، اراک، ایران.

2 گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی و محیط زیست، دانشگاه اراک، اراک، ایران

10.22034/nawee.2025.531231.1166
چکیده
هدف: تعیین عملکرد بهینه سامانه­ها با استفاده از مدلهای شبیه­سازی- بهینه­سازی امکان‌پذیر است. آبیاری سطحی که در قالب آبیاری کم‌فشار در زمره روش‌های نوین آبیاری هستند، با دریافت اعتبارات بلاعوض، مورد حمایت دولت قرار می‌گیرند.
مواد و روش‌ها: در این تحقیق یک مدل واسنجی- شبیه­سازی- بهینه­سازی جدید برای آبیاری جویچه‌ای توسعه داده شد. در این مدل برای واسنجی پارامترهای معادله نفوذ SCS از داده‌های آزمایش نفوذ، برای شبیه­سازی هیدرولیک آبیاری سطحی (طراحی جویچه) از روش SCS و برای بهینه­سازی، از حل‌گر الگوریتم فراابتکاری PSO (particleswarm) استفاده شد. درنهایت در این مدل، شبیه‌سازی پس از شبیه‌سازی-بهینه‌سازی آبیاری جویچه‌ای انجام می‌شود. برای بهینه­سازی تابع هدف هیدرولیکی شامل کمینه­سازی ترکیب خطی سه شاخص عملکرد، از متغیرهای تصمیم دبی، طول و شیب استفاده شد.
نتایج و بحث: مقایسه نتایج معادله نفوذ SCS با پارامترهای واسنجی‌شده با مقادیر نفوذ مشاهداتی، با R2=0.99، CRM=-0.002 و NRMSE=0.7%، نشانگر عملکرد مناسب واسنجی بود. نتایج شبیه‌سازی در سه مزرعه آزمایشی بیانگر بیش‌آبیاری با تلفات رواناب بود که منجر به تابع وضع موجود نامناسب شد. گرچه طراحی با کاهش دبی و بستن انتها تلفات را کاهش داد. پس از آن بهینه‌سازی با گزینه‌هایی نظیر کاهش دبی، افزایش طول و افزایش شیب تابع هدف را از 22/1 به 24/0 برای مزرعه 1، از 8/0 به 27/0 برای مزرعه 2 و از 22/0 به 11/0 برای مزرعه 3 کاهش (بهبود) داد.  
نتیجه‌گیری: در مجموع متغیر تصمیم دبی بیشترین تأثیر را بر شاخص‌های عملکرد و تابع هدف نشان داد. درنهایت مدل پیشنهادی قادر به ارائه راهکارهای مدیریتی به‌منظور بهینه‌سازی آبیاری جویچه‌ای می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Development of Simulation- Optimization Model for Design of Furrow Irrigation: Combining the SCS Method and Meta-Heuristic Algorithms

نویسندگان English

Mahmoud Akbari 1
Mohammad Amiri 2
1 Department of Water Science and Engineering, Faculty of Agriculture and Environment, Arak University, Arak, Iran.
2 Department of Water Science and Engineering, Faculty of Agriculture and Environment, Arak University, Arak, Iran.
چکیده English

Objective: It is possible to determine the optimal performance of systems using the simulation-optimization models. The surface irrigation in the form of low-pressure irrigation, is one of the modern irrigation methods, and is supported by the government by receiving free credits.
Methods: In this research, a new calibration- simulation- optimization model was developed for furrow irrigation. In this model, the SCS method was used to calibrate parameters of the SCS infiltration equation from infiltration test data. The SCS method was used for hydraulic simulation of surface irrigation (furrow design). The PSO meta-heuristic algorithm solver (particleswarm) was used for optimization. Finally, in this model, the simulation is done after the simulation-optimization of furrow irrigation. To optimize the hydraulic objective function, including the minimization of the linear combination of three performance indicators, the decision variables of flow rate, length and slope were used.
Results: Comparing the results of the SCS infiltration equation with the calibrated parameters with observed infiltration values, with R2=0.99, CRM=-0.002 and NRMSE=0.7%, indicated the proper performance of the calibration. The simulation results in three experimental fields showed over-irrigation with runoff losses, which led to an inappropriate objective function. Although the design reduced the losses by reducing the flow rate and closing the end. After that, optimization with options such as flow rate reduction, length increase and slope reduction, caused reduction (improvement) of the objective function from 1.22 to 0.24 for field 1, from 0.8 to 0.27 for field 2, and from 0.22 to 0.11 for field 3.

کلیدواژه‌ها English

Surface irrigation
PSO algorithm
Flow reduction
Calibration
دوره 5، شماره 1
فروردین 1405
صفحه 194-208

فایل‌های تکمیلی/اضافی