تخصیص آب در شبکه‌های آبیاری به‌کمک سیستم پشتیبانی تصمیم‌گیری مبتنی بر سیستم اطلاعات مکانی (GIS) و الگوریتم ازدحام ذرات (PSO) (نمونة موردی: اراضی کشاورزی قورتان)

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی

2 استادیار، دانشکدة مهندسی آب و محیط زیست، پردیس فنی مهندسی (شهید عباسپور) دانشگاه شهید بهشتی

چکیده

محدودیت منابع آب در کرة زمین، آب را به کالای اقتصادی باارزشی بدل کرده است. بخش کشاورزی که براساس تحقیقات، بیشترین هدررفت آب را دارد، باید مدیریت شود. ازاین‌رو بهتر است روش‌ها و مدل‌های مختلف برنامه­ریزی همچون مدل سیستم پشتیبانی تصمیم­گیری، در ملازمت با قابلیت­ها و توانایی­های سیستم اطلاعات مکانی (GIS)‌ به‌منظور مدیریت منابع آب، به‌کار گرفته شود. کاربرد همزمان و ترکیبی این دو سیستم، سبب مدیریت منسجم و تصمیم­گیری درست در امور تخصیص و توزیع آب خواهد شد. محققان در تحقیقات پیشین درصدد بررسی و مدیریت تخصیص آب به‌صورت آماری و توصیفی بوده‌اند. ازاین‌رو در این تحقیق، با استفاده از سیستم پشتیبانی تصمیم‌گیری به‌همراه قابلیت­های GIS، راهکار تخصیص درست و استفادة صحیح و بهینه از آب اراضی کشاورزی بر مبنای مکان‌مند بودن معرفی شده است. بدین منظور، با استفاده از روش الگوریتم ازدحام ذرات (PSO)، فرایند برنامة زمانی کشت به‌صورت اولیه در شبکه‌های آبیاری بهینه‌ شده و سپس داده‌های توصیفی در محیط GIS مدلسازی شده و به‌تبع آن مراحل اجرای الگوریتم بهینه­سازی مکانی و تخصیص آب به‌صورت خودکار ارائه شده است. نتایج این تحقیق پس از بهینه‌سازی تخصیص آب در اراضی مورد مطالعه، نشان می‌دهد که مقدار کمبود و همچنین هدررفت آب در حالت تخصیص بهینه در مقایسه با تخصیص سنتی و غیربهینه تا حد چشمگیری کاهش داشته است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Water Allocation in Irrigation Networks by using of Decision Support System Based on the Geospatial Information System (GIS) and Particle Swarm Optimization (PSO)

نویسندگان [English]

  • Naser Mohamadi Varzaneh 1
  • Alireza Vafaeinejad 2
1 M.Sc. in Remote Sensing and GIS
2 Assistant Professor, Faculty of Water and Environmental Engineering, College of Technology (Shahid Abbaspour), Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Limitation of water resources in the earth has turned it as a valuable economic commodity. Accordingly, the agricultural sector of which according to studies has the largest wasted water should be managed. Therefore, it is advisable to use the application of methods and programming models such as the decision support system along with the abilities of GIS in order to management of the water resources. The simultaneous use and the combination of these two modern systems will bring into existence integrated management and correct decision in the allocation and distribution of water.
In the previous researches the investigators studied water allocation management in its statistical and descriptive field. Therefore, in this study by use of decision support system along with the capabilities of GIS has been presented a strategy for correct allocate, proper and optimization use from water in agricultural lands on the basis of spatiality. For this purpose, process of the temporal program of cultivation has been optimized primarily in irrigation networks by using of the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm. Then, descriptive data has been modeled in GIS and consequently, the procedures of performing spatial optimization algorithm and water allocation has been provided, automatically.
The results of this study, after the optimizing of water allocation on the studied lands, indicates that the amount of water shortage has reduced in the optimal allocation in comparison with the allocation as traditional and non-optimal, considerably.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Geospatial Information Systems (GIS)
  • Decision Support Systems (DSS)
  • water allocation
  • Particle Swarm Algorithm (PSO)
نجفی، معصومه؛ عظیمی، وحید؛ شایان‌نژاد، محمد، 1393، ارزیابی دقت رو‌ش‌های هوشمند و آنالیز حساسیت تبخیر – تعرق گیاه مرحع به پارامترهای هواشناسی در دو اقلیم مختلف، مجلة اکوهیدرولوژی، شمارة 1: 17-24
منعم، محمدجواد؛ نوری، محمدعلی، 1389، کاربرد الگوریتم بهینه‌سازی PSO در توزیع و تحویل بهینة آب در شبکه‌های آبیاری، مجلة آبیاری و زهکشی ایران، دورة 4، شمارة 1: 73-82.
علیزاده، امین؛ کمالی، غلامعلی؛ کشاورز، عباس؛ وظیفه‌دوست، مجید، 1387، نیاز آبی گیاهان در ایران، انتشارات دانشگاه امام رضا (ع)، چاپ اول
منعم، محمدجواد؛ نجفی، محمدرضا؛ خوش‌نواز، صائب، 1386، برنامه‌ریزی بهینة تحویل آب در کانال‌های آبیاری با استفاده از الگوریتم ژنتیک. مجلة تحقیقات منابع آب ایران، دورة 3، شمارة 1: 11-1.
رنگزن،کاظم؛ مرادزاده، محسن، 1387، کاربرد سنجش از دور در بهبود مدیریت و مصرف بهینة کشاورزی در شبکة آبیاری گتوند. همایش ژئوماتیک، تهران، ایران
صباخ‌زاده، هادی، 1381، طراحی و ساخت نمونة مهندسی و صنفی سیستم اندازه‌گیری جریان‌های حجمی در کانال‌های روباز سازه‌های استاندارد و غیراستاندارد هیدرولیکی و زهکشی لوله‌های نیمه‌پر و کانال‌های انتقال فاضلاب با استفاده از پدیدة آکوستیک تاپلر به‌صورت اتوماتیک، سمینار آب و برق خوزستان، اهواز، ایران
علیزاده، امین، 1391، اصول هیدرولوژی کاربردی، انتشارات دانشگاه امام رضا (ع)، چاپ 34.
یقینی، مسعود؛ اخوان کاظم‌زاده، محمدرحیم، 1390، الگوریتم‌های بهینه‌سازی فراابتکاری، انتشارات واحد صنعتی امیرکبیر، چاپ اول
مالچفسکی، یاچک، 1385. سامانه اطلاعات جغرافیایی و تحلیل تصمیم چند معیاری. ترجمه اکبر پرهیزکار و عطا غفاری گیلانده، تهران، نشر سمت.
Yingchun, Ge, XinLi, Chunlin Huang, Zhuotong Nan,2013, A Decision Support System for irrigation water allocation along the middle reaches of the Heihe River Basin, Northwest China, Environmental Modelling & Software, vol 47, pp.182-192
White, C. Davina, Lewis, M. Megan,2011, A new approach to monitoring spatial distribution and dynamics of wetlands and associated flows of Australian Great Artesian Basin springs using QuickBird satellite imagery, Journal of Hydrology, vol 408, pp.140–152
 
Poli, R,2008, Analysis of the publications on the applications of particle swarm optimization, Journal of Artificial Evolution and Applications , pp.1–10
Fortes, P.S, 2005,GISAREG-A GIS based irrigation scheduling simulation model to support improved water use .Agricultural Water Management, vol 77, pp. 159–179