علوم آب و خاک

استفاده از مدل¬های شبیه¬سازی- بهینه¬سازی ابزار ارزشمندی برای انتخاب الگوی کشت مناسب هستند. هدف اصلی این تحقیق، توسعه یک مدل شبیه¬سازی- بهینه¬سازی دوهدفه برای تعیین الگوی کشت و تخصیص آب است. این مدل پس از شبیه¬سازی حالات مختلف الگوی کشت، بهینه‌سازی را با الگوریتم فراابتکاری چندهدف شیرمورچه MOALO)) انجام می‌دهد. بر این اساس متغیرهای تصمیم شامل زمین و آب تخصیص‌یافته به دوره‌های ده روزه رشد گیاهان به¬گونه ای طراحی شدند که حداقل بهره‌برداری از منابع آب و حداکثرسازی اقتصادی به عنوان توابع هدف مشخص شدند. مدل توسعه‌یافته برای شبیه¬سازی و بهینه¬سازی الگوی کشت با سطح زیرکشت 5500هکتار و تخصیص آب دشت سمنان با آب تجدیدپذیر به میزان 60/8 میلیون‌مترمکعب استفاده شد. سناریوی‌های برداشت 80 (GW80) و 100 (GW100) درصد از آب تجدیدپذیر زیرزمینی و سناریوهای تغییر در الگوی کشت موجود 30 (AC30) و 60 (AC60) درصد در نظر گرفته که هر یک از این 4 سناریو با الگوریتم MOALO شبیه‌سازی شدند. بهینه¬سازی با استفاده از مدل پیشنهادی در چهار سناریو، باعث بهبود توابع هدف آبی و اقتصادی نسبت به عملکرد اولیه شبیه¬سازی شد. نتایج نشان داد که چهار سناریوی پیشنهادی با کمینه‌سازی تابع هدف آبی و بیشینه سازی تابع هدف اقتصادی نسبت به وضع موجود(شبیه سازی) بدست آمده است. در مجموع مدل پیشنهادی که ابزاری تخصصی برای بهینه¬سازی الگوی کشت زراعی با تخصیص آب است، با وجود سادگی کارایی بسیار مناسبی داشت.

در این مطالعه، یک مدل مفهومی مبتنی بر سیستم پویا برای بهینه‌سازی مدیریت آب، زمین و تولید محصولات کشاورزی (چای و برنج) در نواحی آبیاری شبکه آبیاری و زهکشی سفیدرود توسعه داده شد. به‌منظور شناخت رفتار شبکه و تهیه مدل شبیه‌سازی سیستم از یک مدل مفهومی مبتنی بر مدل پویایی سیستم استفاده شد که در محیط MATLAB/Simulink شبیه‌سازی مدل انجام شد. در ادامه با استفاده از روش بهینه‌سازی الگوریتم ژنتیک مدل بهینه‌سازی سیستم مورد مطالعه به‌صورت یک مدل چندهدفه توسعه داده شد و سپس با استفاده از روش وزن‌دهی توابع هدف، شرایط مختلف مدیریتی اجرا شد. نتایج نشان داد که انتخاب بهترین پاسخ از مدل‌های بهینه‌سازی چندهدفه به مقادیر وزنی توابع هدف وابسته است و با تغییر این مقادیر، تصمیم‌گیرندگان می‌توانند پاسخ‌های متنوعی برای مسائل پیچیده بهینه‌سازی ارائه دهند. مدل بهینه‌سازی با ترکیب وزنی مختلف، سطح زیر کشت و تخصیص آب را به‌گونه‌ای تعیین می‌کند که کمبود آب کمینه و عملکرد محصولات بیشینه شود. علاوه بر این، یافته‌ها حاکی از آن است که کانال‌های شبکه آبیاری نقش حیاتی در تأمین نیاز آبی دارند و تخصیص عادلانه آب برای جلوگیری از برداشت بی‌رویه و پیامدهای منفی مانند پیشروی آب شور و فرونشست زمین ضروری است. مطالعه نشان می‌دهد که بهترین راهکار به شرایط محلی و سیاست‌های تصمیم‌گیرندگان بستگی دارد. برای دستیابی به بیشترین سود اقتصادی و پاسخگویی به نیازهای آب، پیشنهاد می‌شود از ترکیب وزنی نزدیک به   استفاده شود. درنهایت، این مدل به مدیران و تصمیم‌گیرندگان کمک می‌کند تا با تغییر سطح زیر کشت و بهره‌برداری بهینه از منابع آب، کمترین میزان کمبود آبی را در منطقه ایجاد کنند.