علوم آب و خاک

---

عملکرد ضعیف کانال‌های آبیاری و تأثیر آن در کاهش بهره‌وری آب کشاورزی ضرورت ارائه روش‌های مؤثر در بهره برداری بهینه از کانال‌های آبیاری را ایجاب نموده است. در این مقاله مدل ریاضی جدیدی معرفی می‌شود که قادر است عملکرد موجود کانال را ارزیابی نموده و براساس نیاز پایین دست دریچه‌های آبگیر، تنظیم بهینه سازه‌های آبگیر و کنترل را به‌منظور نیل به عملکرد بهینه در شرایط و محدودیت‌های واقعی طرح ارائه نماید. در این مدل تابع هدف به‌صورت ترکیبی خطی از شاخص‌های راندمان، کفایت، عدالت و پایداری در تحویل آب در نظر گرفته شده است. رابطه تابع هدف و مقادیر تنظیم سازه‌ها رابطه غیر صریحی است که از طریق شبیه سازی هیدرودینامیک میسر بوده و برای بهینه سازی آن بایستی از روش‌های بهینه سازی عددی سود جست. در این مدل از روش بهینه سازی (SA(Simulated Annealing که یک روش عددی با ساختار تصادفی هوشمند است در ترکیب با مدل هیدرودینامیک شبیه سازی سیستم انتقال آب آبیاری (ICSS) (Irrigation Conveyance System Simulation) استفاده شده است. قابلیت انعطاف در کوچک گرفتن طول گام‌های تصادفی در الگوریتم SA مانع از بروز هرگونه ناپایداری و ناهمگرایی در ترکیب با مدل هیدرودینامیک است. علاوه بر آن توانایی SA در خروج از بهینه‌های محلی و همگرایی به سوی بهینه سراسری از جنبه نظری و در کاربردهای عملی به اثبات رسیده است. هم‌چنین در مدل توسعه یافته ICSS برای بهینه سازی تحویل (ICSS-DOM) (ICSS-Delivery Optimization Model) تمهیدات لازم برای تحلیل حساسیت ضرایب وزنی شاخص‌ها در تابع هدف نیز در نظر گرفته شده است. به‌منظور آزمون و ارزیابی مدل تهیه شده از داده‌های واقعی یک کانال توزیع‌کننده از شبکه آبیاری دز استفاده شده و برای اعتبار سنجی نتایج مدل، علاوه بر مقایسه با وضع موجود از روش‌های ریاضی نیز استفاده به عمل آمده است. نتایج حاصل حاکی از آن است که مدل مورد نظر قادر است پاسخ‌های معتبری را با صحت و دقت کافی در زمان نسبتاً کوتاهی ارائه نماید. این مدل می‌تواند به عنوان ابزاری کارآمد و سودمند برای ارزیابی و بهینه سازی عملکرد کانال‌های آبیاری مورد استفاده قرار گیرد.

---

چون همیشه نمی‌توان از آبیاری تحت فشار استفاده کرد، استفاده از روش‌های مدرن آبیاری سطحی ضروری است. در این مقاله ضمن معرفی مدل جدید BISEDOM برای طراحی و ارزیابی بهینه آبیاری نواری، تأثیر ضریب وزنی شاخص‌ها (راندمان‌ها) در فرآیند بهینه-سازی مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته و مناسب‌ترین الگوی وزنی که براساس پتانسیل بهبود است، معرفی می‌شود. در مدل BISEDOM برای شبیه‌سازی هیدرولیکی از مدل موازنه حجم و برای بهینه‌سازی از روش SA استفاده شده است. هم‌چنین بررسی ترکیب‌های متفاوت متغیرهای تصمیم‌گیری (دبی ورودی، طول، عرض و شیب نوار)، و نتیجتاً راندمان‌های معرف عملکرد آبیاری نواری در یک تابع هدف امکان‌پذیر شده است. ضمن این‌که به سبب ماهیت روش SA، باید پارامترهای این روش در مدل، پس‌بهینگی شوند. در این تحقیق نهایتاً مشخص شد شاخص‌های موزون مطابق الگوی پیشنهادی در بهبود عملکرد آبیاری نواری تأثیر معنی‌داری خواهد داشت. هم‌چنین اعتبارسنجی نتایج مدل، در سه بخش طراحی، ارزیابی و بهینه‌سازی با مدل SIRMOD و روش ریاضی مجانب نشان داد نتایج حاصل بسیار نزدیک به هم می‌باشد. لذا نتایج حاکی از کارایی مدل نسبت به مدل‌های موجود به‌ویژه برای اهداف بهینه‌سازی است.

---

در مدل شبیه‌سازی- بهینه‌سازی ICSSDOM، الگوریتم بهینه‌سازی SA با مدل شبیه‌سازی هیدرودینامیکی ICSS تلفیق شده و قابلیت وزن­دهی به شاخص‌ها نیز درنظر گرفته شده است. در این تحقیق با استفاده از مدل مذکور ارزیابی عملکرد کانال ₅S-L-R  از شبکه آبیاری دز در یک دوره ده روزه انجام گرفت و با ارائه یک روش پیشنهادی برای وزن­دهی به شاخص‌ها و گزینه‌‎های مختلف آن با استفاده از تحلیل حساسیت پارامتری، تنظیم بهینه دریچه‌های آبگیر و کنترل به‌دست آمد و مشخص شد هرگاه ضریب وزنی هر شاخص به‌صورت نسبت مستقیمی از پتانسیل بهبود آرمانی آن شاخص درنظر گرفته شود، درصد بهبود بیشتر از سایر گزینه‌های بررسی شده می‌باشد. ضمناً با آزمون سازگاری، به لحاظ تاثیر متقابل شاخص‌ها در تابع هدف، سازگاری این روش وزن­دهی با مسئله مورد نظر اثبات شده است. از لحاظ آماری نیز کافی بودن داده‌های این ده روز تایید شد. اعتبارسنجی نتایج مدل با روش ریاضی مجانب نشان داد نتایج مدل با 6% خطا معتبر می‌باشند. به‌عنوان مثال در روز اول براساس گزینه سوم (گزینه برتر)، بازشدگی بهینه برای پنج دریچه‌ آبگیر و یک دریچه کنترل بین 9/3 تا 7/14 سانتی‌متر است. در این شرایط، تحویل بهینه بین 46 تا 178 لیتر در ثانیه است.

---

آبیاری کرتی یکی از روش‌های آبیاری سطحی است که برای آبیاری بسیاری از محصولات کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مقاله مدلEDOBASIN  به‌منظور ارزیابی، طراحی و بهینه‌سازی عملکرد آبیاری کرتی معرفی شده است. در این مدل راندمان‌های مورد نظر به‌صورت ترکیبی خطی در یک تابع هدف درنظر گرفته می‌شوند و براساس متغیرهای تصمیم‌گیری که شامل دبی ورودی، طول و عرض کرت و محدودیت‌هایی که برای آنها وجود دارد، طراحی بهینه انجام می‌شود. این مدل یک مدل شبیه‌سازی- بهینه‌سازی است که در آن از معادله موازنه حجم برای شبیه‌سازی هیدرودینامیک و از روش SA برای بهینه‌سازی استفاده می‌شود. ویژگی این مدل نسبت به مدل‌های قبلی طراحی از طریق بهینه‌سازی همزمان راندمان‌ها با گزینه‌های مختلف وزن‌دهی می‌باشد. مقایسه زمان پیشروی جبهه آب در مدل مورد نظر با مدل شناخته شده SIRMOD حاکی از دقت مدل در مرحله ارزیابی است. همچنین بهبود راندمان‌ها و تابع هدف در طراحی بهینه بیانگر قابلیت وکارایی مدل ارائه شده در مرحله بهینه‌سازی است به‌طوری که استفاده از مدل برای داده‌های یک کرت آزمایشی، توانست راندمان کاربرد و نسبت نفوذ عمقی را 20‌% ارتقاء داده و راندمان‌های نیاز آبی و یکنواختی توزیع را در حد 100‌% نگهدارد.