بهینه‌سازی چندهدفه عملکرد آبیاری نواری انتها بسته با مدل WinSRFR و الگوریتم ژنتیک (مطالعه موردی: شبکه آبیاری و زهکشی رامشیر)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

3 پژوهشگر پسادکتری، گروه مهندسی منابع آب، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تهران، تهران، ایران

4 دانش آموخته دکتری، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

مشکل اصلی سامانه­های آبیاری سطحی پایین بودن راندمان آبیاری است که عمدتاً از ضعف مدیریتی و تخمین نادرست پارامترهای طراحی ناشی می­شود. تلفات در آبیاری سطحی شامل نفوذ عمقی و رواناب است که یکی از راهکارهای افزایش راندمان آبیاری نواری، استفاده از حالت انتهابسته در سامانه­های آبیاری می­باشد. این مطالعه به منظور ارزیابی اثرات متغیرهای هندسی (شیب و طول نوار) و کنترل جریان (دبی جریان ورودی و زمان قطع جریان) بر راندمان کاربرد و یکنواختی توزیع آب در سامانه آبیاری نواری انتها بسته انجام شده است. بهینه­سازی طول، شیب، دبی ورودی و زمان قطع جریان به عنوان متغیرهای تصمیم الگوریتم ژنتیک چندهدفه مبتنی بر رتبه­بندی نامغلوب در نظر گرفته شده است. برای این منظور سه نوار آبیاری با سامانه انتها بسته در محدوده شبکه رامشیر در نظر گرفته شد. الگوریتم بهینه­سازی برای محاسبه توابع هدف شامل بیشینه­سازی حداقل عمق آب دریافتی و کمینه­سازی نفوذ عمقی در یک حلقه مدل­سازی می­باشد. الگوریتم بهینه­سازی برای محاسبه توابع هدف به مدل آبیاری سطحیWinSRFR  که برای شبیه­سازی هیدرولیک جریان در نوارهای آبیاری بکار گرفته می­شود لینک شد. نتایج نشان داد بهترین ترکیب دبی ورودی و زمان قطع جریان برای 75 میلی­متر عمق آب مورد نیاز به ترتیب 9/1 لیتر بر ثانیه در واحد عرض نوار و 150 دقیقه است که راندمان کاربرد و یکنواختی توزیع را به ترتیب تا 79 و 78 درصد افزایش می­دهد. به علاوه، راندمان کاربرد در آبیاری نواری انتها بسته بین 30 تا 50 درصد در سناریوهای مختلف، بیش از روش انتهاباز است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Multiobjective Optimization of Closed-End Border Irrigation Performance Using WinSRFR and Genetic Algorithm (Case Study: Ramshir Irrigation and Drainage Network)

نویسندگان [English]

  • Hamidreza Garemohamadlou 1
  • Vahid Rezaverdinejad 2
  • Reza Lalehzari 3
  • Nasrin Azad 4
1 Ph.D. Student, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, Iran
2 Associate Professor, Dept. of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, IRAN
3 Postdoctoral researcher, Dept of Water Resources Engineering, Faculty of Civil Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran.
4 Ph.D., Dept of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, Iran
چکیده [English]

The main problem in surface irrigation systems is the low irrigation efficiency due to poor management, inaccurate estimation of design parameters and inadequate design. Losses in surface irrigation include deep infiltration and runoff, which is one of the ways to increase the efficiency of border irrigation, using closed-end mode in irrigation systems. This research was conducted to evaluate the effects of geometrical variables (slope and length of border) and flow control (inlet flow rate and cut-off time) on application efficiency and uniformity of water distribution in closed-end border irrigation system. The length, slope, inflow rate, and cut-off time are considered as the decision-making variables for developing the multi-objective genetic algorithm based on the non-dominated sorting. For this purpose, three irrigation borders with closed-end system were considered in the Ramshir network. The optimization algorithm for calculating the objective functions involves maximizing the minimum water depth and minimizing the infiltration depth in a modeling loop. The optimization algorithm was linked to WinSRFR 4.1.3 software to calculate the objective functions. The results showed that the best combination of inflow rate and the cut-off time for 75 mm of required water depth was 1.9 lit/s/m and 150 min, respectively, which increased application efficiency and distribution uniformity to 79 and 78 percent. Furthermore, the application efficiency in the closed-end border irrigation system is higher (30% to 50%) than the open end method in different scenarios.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Application efficiency
  • Distribution uniformity
  • Non-dominated sorting
  • Deep percolation

مراجع

Abbasi, F. (2012). Principles of Flow in Surface Irrigation. Publications of the National Committee on Irrigation and Drainage of Iran (In Farsi)
Al-Khamisi, S. A., Prathapar, S. A. and Ahmed, M. (2013). Conjunctive use of reclaimed water and groundwater in crop rotations. Agricultural Water Management, 116:228–234.
Bo, C., Zhu, O., and Shaohui, Z. (2012).  Evaluation of hydraulic process and performance of border irrigation with different regular bottom confiurations. Journal of Resources and Ecology, 3(2): 151-160.
Chen, B., Ouyang, Z., Sun, Z., Wu, L. and Li, F. (2013). Evaluation on the potential of improving border irrigation performance through border dimensions optimization: a case study on the irrigation districts along the lower Yellow River. Irrigation science, 31(4): 715-728.
Deb, K., Pratap, A., Agarwal, S. and Meyarivan, T. (2002). A fast and elitist multi-objective genetic algorithm: NSGA-II. IEEE Transaction on Evolutionary Computation, 6:181-197.
Ebrahimian, H., and Liaghat, A.M. (2011). Field evaluation of various mathematical models for furrow and border irrigation systems. Soil and Water Research, 6(2): 91–101.
Fotakis, D.G., Sidiropoulos, E., Myronidis, D. and Ioannou, K. (2012). Spatial genetic algorithm for multi-objective forest planning. Forest Policy and Economics, 21:12-19.
Gonzalez, C., Cervera, L., and Fernández, D. M. (2011). Basin irrigation design with longitudinal slope. Agricultural Water Management, 98: 1516–1522.
Khashei Siuki, A., Ghahraman, B., and Kuchakzadeh, M. (2013). Application of Agricultur Water Allocation and Management by PSO Optimization Technic (Case study: Nayshabur Plaine). Journal of Water and Soil, 27 (2): 292-303. (In Farsi)
Koulaian, A., Gholami Sefidkouhi, M.A., Ziatabar Ahmadi, M., and Dadashzadeh, H. 2015. Modelling and numerical analysis of flow under furrow irrigation. Journal of Irrigation and Drainage, 4(9):665-667. (In Farsi)
Lalehzari, R., and Boroomand-Nasab, S. (2017). Improved volume balance using upstream flow depth for advance time estimation. Agricultural Water Management, 186: 120-126.
Lalehzari, R., Boroomand-Nasab, S., Moazed, H. and Haghighi, A. (2016). Multi-objective management of water allocation to sustainable irrigation planning and optimal cropping pattern. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, ASCE, 142(1).
Lalehzari1, R., Ansari Samani, F. and Boroomand-Nasab, S. (2015). Analysis of evaluation indicators for furrow irrigation system using opportunity time. Irrigation and Drainage, 64(1): 85-92.
Morris, M. R., Hussain, A., Gillies, M. H. and O’Halloran, N.J. (2015). Inflow rate and border irrigation performance. Agricultural Water Management, 155: 76-86.
Rezaverdinejad, V., Sohrabi, T., Eraghinejad, S., and Heydari, N. (2010). Optimization of crop pattern and water allocation under water constraint conditions. PhD Thesis on Irrigation and Drainage Engineering, Faculty of Agricultural Engineering and Technology, University of Tehran, 193 (In Farsi)
Rezaverdinejad, V., Jonoobi, R., Besharat, S., and Abbasi, F. (2015). Investigation and analysis of flow and geometrical variables on optimal border irrigation performance using WinSRFR model. Iranian Journal of Soil and Water Research, 46(4): 695-706 (In Farsi)
Srinivas, N. and Deb, K. (1994). Muiltiobjective optimization using nondominated sorting in genetic algorithms. Evolutionary computation, 2(3):221-248.
Tafteh, A., Emdad M. R., and Ghalebi, S. (2017a). Investigation of effective factors on water use efficiency of border irrigation at actual and extensible root zone depth of weat in hamidieh (Khuzestan). Journal of Conservation of Soil and Water Resources, 6(4): 75-89. (In Farsi)
Tafteh, A., Emdad M. R., and Ghalebi, S. (2017b). Determination of the most suitable border irrigation conditions to increase water use efficiency using SRFR model. Journal of Irrigation and Water Engineering, 8(30): 200-210 (In Farsi)
Taghizadeh, Z., Rezaverdinejad, V., Ebrahimian, H., and Khanmohammadi, N. (2012). Field evaluation and analysis of surface irrigation system with WinSRFR (Case study furrow irrigation). Journal of Water and Soil, 26 (6): 1450-1459 (In Farsi)
Zebardast, S., Riahi Farsani, H., and Tabatabaei, S. H. (2014). Accuracy assessment of volume balance model solution methods in estimation of advance phase of furrow irrigation. Journal of water and soil resources conservation, 4(1):1-12 (In Farsi)
تحقیقات آب و خاک ایران
دوره 51، شماره 2
اردیبهشت 1399
صفحه 427-440

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار