مدیریت توزیع آب در شبکه ‏های آبیاری و زهکشی با رویکردی ترکیبی به سامانه‏ های اطلاعات مکانی، الگوریتم کلونی مورچگان و مسئلۀ فروشندۀ دوره‏گرد

عبداله زاده, اردلان; وفائی نژاد, علیرضا

doi:10.22059/ije.2021.328600.1535

مدیریت توزیع آب در شبکه ‏های آبیاری و زهکشی با رویکردی ترکیبی به سامانه‏ های اطلاعات مکانی، الگوریتم کلونی مورچگان و مسئلۀ فروشندۀ دوره‏گرد

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

اردلان عبداله زاده ¹

علیرضا وفائی نژاد ²

¹ دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکدۀ مهندسی عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران‌

² دانشیار، دانشکدۀ مهندسی عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران

10.22059/ije.2021.328600.1535

چکیده

افزایش جمعیت، مصرف بی‏رویه، توسعۀ کشاورزی و تغییرات آب‌و‌هوایی باعث شده تا منابع آب موجود روند کاهشی داشته باشند و به مرحلۀ بحرانی برسند. این معضل در کشورهای در حال توسعه نظیر ایران، ملموس‏تر است. به این منظور، باید سیاست‏های مهمی اتخاذ شوند تا مدیریت منابع آب بهبود یابد و هدررفت آب به حداقل برسد. هدف از انجام این پژوهش، کمک به بهبود مدیریت توزیع آب در شبکۀ آبیاری شهرستان قره ضیاء‏‏الدین با استفاده از سیستم اطلاعات مکانی و بهره‏گیری از الگوریتم کلونی مورچه است. در این مقاله، ابتدا مساحت بهینه به منظور کاشت هر محصول با طراحی یک تابع هدف و اعمال قیودی نظیر بیشترین و کمترین مساحت کشت برای هر محصول در زمین کشاورزی مورد نظر، محاسبه شد. سپس، محصولات با رویکردی ترکیبی به الگوریتم کلونی مورچه و روش حل مسئلۀ فروشندۀ دوره‏گرد اولویت‏بندی شدند تا محصولات با دورۀ آبیاری طولانی‌تر و نیاز آبی بیشتر در ابتدای کانال انتقال آب قرار گیرند تا به این وسیله، بتوان به جلوگیری از هدررفت آب در خط لولۀ انتقال آب کمک کرد. در پایان پژوهش، مساحت‏های بهینۀ به‌دست‌آمده به عنوان داده‏های ورودی به محیط GIS منتقل شدند تا نتایج به‌دست‌آمده در منطقۀ مطالعه‌شده به صورت مکانی، ‌تحلیل و ارزیابی شوند. نتایج پژوهش حاضر نشان داد رویکرد ترکیبی استفاده از الگوریتم کلونی مورچه و بهره‏گیری از مسئلۀ فروشندۀ دوره‏گرد، می‏تواند مدیریت توزیع آب در شبکه‏ها‏ی آبیاری را بهبود بخشد. همچنین، با اعمال روش یادشده، علاوه بر کمک به جلوگیری از هدررفت آب در خطوط لولۀ انتقال، سود سالیانۀ حاصل در اراضی کشاورزی مورد تحقیق 10 درصد افزایش یافته است.

کلیدواژه‌ها

توزیع آب

سیستم اطلاعات مکانی

شبکه‏های آبیاری و زهکشی

کلونی مورچگان

مسئلۀ فروشندۀ دوره‏گرد

موضوعات

مدیریت منابع آب در اکوسیستم های طبیعی

Abbasi, F, Sohrab F. Evaluation of Irrigation Efficiencies in Iran. Irrigation and Drainage Structures Engineering‏ 2017;17 (67):113 - 128. [Persian].
Davari K, Salarian M. Basics of Irrigation and Drainage Management. 1^st ed, Mashhad University: Publication of University Jihad; 2014 [Persian].
Biniaz A, Ahmadpour Borazjani M, Ziaei S, Mohammadi H. The Impact of Agricultural Water Pricing on Sustainability of Its Resources. Eco Hydrology. 2020; 7(1): 195- 207 [Persian].
Mostofi N, Saberian J. Using GIS for Optimization the Irrigation Program from Repository Dams. Geospatial Engineering Journal. 2016; 7 (3): 117-125 [Persian].
Mahmoudi Jam S, Ghoreyshi Najaf Abadi H, Vafaeinejad A, Moridi A, Khazaee S. Potential Evaluation of Underground Water Resource with the Hybrid Approach to Particle Swarm Optimization Algorithm and Geospatial Information Systems. 2017; 4(4): 1199-1213. [Persian].
Goodarzi Z, Vafaeinejad A. Using Shuffled Frog-Leaping Algorithm (SFLA) And Geospatial Information System (GIS) To Help Optimally Operation of The Dam Reservoir. Eco Hydrology. 2019; 6(4): 983-991. [Persian].
Karamouz M, Krachian R. Planning and Management of Water Resources Systems. 7^th Tehran: Publication of Amirkabir University. 2018. [Persian].
Rajabi M, Mansourian A, Talei M, Alimohammadi A. A New Innovative Method for Solving Traveling Salesman Problem. Remote Sensing and GIS. 2013; 4(4): 1-20. [Persian].
Kosari M,Ekhtesasi M,Malekinejad H. Investigation of Long Term Drought Trend in Semi-arid, Arid and Hyper-arid regions of the World. Desert Management. 2017; 4 (8): 36 - 53. [Persian].
Masoumi F, Salimi N, Zafari N. Evaluation of Grasshopper Optimization Algorithm for Optimal Operation of Surface Water Reservoirs with Reliability Constraints. Iranian Journal of Irrigation and Drainage. 2020; 14(2): 579 - 592. [Persian].
Kord M, Asghari A, Nakhaei M. Numerical Modeling of the Ardabil Plain Aquifer and its Management Using Optimization of Groundwater Extraction. 2019; 4(1): 153-167. [Persian]
Javan Salehi M, Zarghami M, Keighobadi J. Utilization of Model Predictive Control to Improve Optimization – Simulation Models for Managing Water Transfer Systems: Case Study of Zarinehrood Water Transfer Line to Tabriz. Water Resources Research. 2019; 15(4):18-34. [Persian]
Naghdi S, Haddad O, Khorsandi M , Chu X. Multi-objective optimization for allocation of surface water and ground water resources. Science of the Total Environment. 2021; 776(1): 1-12.
Cong D, Ascough J, Mayer H, Dandy, G, Andales A. Optimization of irrigation scheduling using ant colony algorithms and an advanced cropping system model. Environmental modeling & system. 2017; 97(3): 32-45.
Dehghanipour A , Schoups G, Zahabiyoun B, Babazadeh H. Meeting Agricultural and Environmental Water Demand in Endorheic Irrigated River Basins: A Simulation-Optimization Approach Applied to the Urmia Lake Basin in Iran. Agricultural Water Management. 2020; 241(1): 1-15.
Jiang Y, Xiong L, Yao F, Xu Z. Optimizing regional irrigation water allocation for multi-stage pumping-water irrigation system based on multi-level optimization-coordination model. Journal of Hydrology. 2019; 4(1): 1-66.
Vafaeinejad A. Cropping Pattern Optimization by Using of TOPSIS and Genetic Algorithm Based on the Capabilities of GIS. Eco Hydrology. 2016; 3(1): 69-82. [Persian].
Yousefzadeh J, Yousofi H, Mohammadi Varzaneh N, Vafaeinejad A. Using GIS and Linear Programming to Manage Water Distribution in Irrigation Networks and Cropping Pattern Allocation. Eco Hydrology. 2014;1 (2): 123-132. [Persian].
Mohamadi Varzaneh N, Vafaeinejad A. Water Allocation in Irrigation Networks by using of Decision Support System Based on the Geospatial Information System (GIS) and Particle Swarm Optimization (PSO). Eco Hydrology. 2015; 2(1): 39-49. [Persian].