linear programming
در نشریات گروه کشاورزی-
سابقه و هدفاضافه برداشت آب در کشور ایران، مانند سرطانی است که در جان طبیعت کشور ریشه دوانده و هر روز فشار بیشتری بر آن وارد می کند. بنابراین بایستی برای کاهش این اضافه برداشت آب، برنامه ریزی و اقدامات موثری در سطح کشور صورت پذیرد. به همین منظور در مطالعه حاضر فرض شده است که برداشت آب از منابع سطحی و زیرزمینی برای کشاورزی در کشور از مقدار فعلی 86 میلیارد متر مکعب در سال به 62 میلیارد متر مکعب در سال (حجم قابل برنامه ریزی اعلام شده وزارت نیرو) کاهش پیدا کند. سپس با استفاده از برنامه ریزی خطی، الگوی کشت فعلی با هدف حداکثرسازی درآمد کشاورزان بهینه سازی شد.مواد و روش هادر این مطالعه برای هر استان به صورت جداگانه اطلاعات سطح زیر کشت، عملکرد در واحد سطح، قیمت و هزینه ی تولید (1396-1392) بیش از 30 گونه گیاهی مهم جمع آوری گردید. برای برآورد آب مصرفی کشاورزان از یک مدل شبیه سازی گیاهی (SSM-iCrop2) که برای شبیه سازی رشد، عملکرد و بیلان آب مزرعه برای بیش از 30 گونه گیاهی در کل کشور آزمون و برپا (ست آپ) شده بود، استفاده گردید. حل مدل ریاضی با استفاده از نرم افزار LINGO انجام گردید.یافته هانتایج نشان داد که کاهش برداشت آب از 86 به 62 میلیارد متر مکعب در سال بدون تغییر الگوی کشت باعث می شود سطح زیر کشت آبی کشور 29 درصد کاهش یابد (از 8409 به 5949 هزار هکتار) و درآمد کشاورزان نیز 30 درصد (از 173 به 121 هزار میلیارد ریال) کاهش پیدا کند. اما بهینه سازی الگوی کشت باعث شد که کاهش سطح زیر کشت آبی به 18 درصد تخفیف یابد (از 8409 به 6907 هزار هکتار) و درآمد کشاورزان به میزان 9 درصد (از 173 به 190 هزار میلیارد ریال) افزایش پیدا کند؛ یعنی درحالی که برداشت آب 28 درصد کاهش یافته است، می توان با بهینه سازی الگوی کشت از کاهش درآمد کشاورزان جلوگیری کرد. همچنین الگوی کشت بهینه شده، صرفه جویی قابل توجهی در مصرف کود و انرژی ایجاد می کند که در شرایط محدودیت منابع انرژی اهمیت زیادی دارد. مهم ترین تغییرات در الگوی کشت بهینه شده عبارت بودند از افزایش سطح زیر کشت و تولید سیب زمینی و سبزی-صیفی (به ترتیب 104 و 76 درصد بیش از نیاز کشور) که باید صادر شوند و کاهش سطح زیر کشت، تولید و در نتیجه افزایش وابستگی به واردات در گیاهان قندی، جو، ذرت سیلویی و یونجه. در الگوی بهینه شده وابستگی بالا (بیش از 50 درصد) به دانه های روغنی، ذرت دانه ای و کنجاله مثل شرایط فعلی (الگوی کشت فعلی) ادامه خواهد داشت.نتیجه گیریبهینه سازی الگوی کشت این امکان را فراهم می سازد که بدون کاهش درآمد کشاورزان کاهش برداشت آب به سطح قابل برنامه ریزی وزارت نیرو ممکن شود. اما کماکان تا حدودی مقداری کاهش سطح زیرکشت آبی و در نتیجه کاهش در خودکفایی برخی محصولات رخ خواهد داد و باید انتظارات از توان تولید گیاهی کشور معقول سازی شده و کاهش یابد.کلید واژگان: الگوی کشت، سازگاری به کم آبی، برنامه ریزی خطی، آب قابل برنامه ریزی، بازده اقتصادیBackground and Objectivewater over-withdrawal in Iran is like a cancer that has taken root in the country's nature and is making its conditions difficult every day. Therefore, planning and effective measures must be taken at the country level to reduce this over- withdrawal. For this purpose, in the present study, it was assumed that withdrawal water for agriculture in the country would decrease from 86 billion m3 per year to 62 billion m3 per year (the allocable volume of water for agriculture as announced by the Ministry of Energy). Then, using linear programming, the current cropping pattern was optimized with the aim of maximizing farmers' income.Materials and MethodsIn this study, information on the cultivated area, yield per unit area, price and production cost (2013-2017) of more than 30 important plant species was collected separately for each province of the country. To estimate the irrigation water volumes under farmers’ conditions, a crop simulation model (SSM-iCrop2) was used, which has been tested and set up to simulate the growth, yield and field water balance for more than 30 plant species throughout the country. The economic mathematical programming model was solved using LINGO software.ResultsThe results showed that reducing water withdrawal from 86 to 62 billion m3 per year without changing the cropping pattern would cause the country's irrigated area to decrease by 29 percent (from 8,409 to 5,949 thousand hectares) and farmers' income would also decrease by 30 percent (from 173 to 121 thousand billion rials). However, the optimization of the cropping pattern resulted in an 18% reduction in the cultivated area (from 8,409 to 6,907 thousand hectares) and an increase in farmers' income by 9% (from 173 to 190 thousand billion rials); that is, while water withdrawal decreased by 28%, farmers' income not only did not decrease but also increased with the optimization of the cropping pattern. The optimized cropping pattern also created significant savings in fertilizer and energy consumption, which is of great importance in conditions of limited energy resources. The most important changes in the optimized cropping pattern were the increase in the cultivated area and production of potato and summer vegetables (104 and 76 percent more than the country's needs, respectively) that must be exported, and the decrease in the cultivated area, production, and consequently increased dependence on imports in sugar-beet, barley, silage corn, and alfalfa. In the optimized cropping pattern, high dependency (more than 50%) to import of oilseeds, grain corn, and meal will continue as in the current conditions (current cropping pattern).ConclusionOptimization of the cropping pattern makes it possible to reduce water withdrawal to the level that the Ministry of Energy without reducing farmers' income. However, there will still be some reduction in the area under irrigated cultivation and, as a result, a decrease in the self-sufficiency of some crops. Thus, the expectations of the country's crop production capacity must be rationalized and reduced.Keywords: Cropping Pattern, Adaptation To Water Scarcity, Linear Programming, Farmers’ Income, Agriculture
-
مقدمه
این پژوهش پیشنهاد دهنده الگویی بهینه سازی برای بررسی حوزه های غذایی در ایران است. این الگو در استان تهران به کار گرفته شد. در کشور ما تاکنون پژوهشی با موضوع بهینه سازی حوزه های غذایی انجام نشده است. هدف از عمل بهینه سازی در این پژوهش، تخصیص سبد غذایی مطلوب تولید شده از مبدا (چهار منطقه تولیدی استان تهران) به مقصد (16 شهرستان مصرف کننده استان تهران) با اعمال حداقل فاصله است.
مواد و روش هاعمل بهینه سازی به کمک نرم افزار لینگو، برای تخصیص مواد غذایی تولیدی منطقه مورد بررسی در راستای تامین نیاز های غذایی جمعیت مربوطه در کمترین فاصله ممکن صورت گرفت. هم چنین فاصله متوسط بین تولید کننده و مصرف کننده مواد غذایی با توجه به میزان تخصیص برآورد گردید.
نتایجنرم افزار لینگو با توجه به تابع هدف (حداقل سازی فاصله) و داده های ورودی (میزان عرضه و تقاضا)، کل تولید موجود استان که از چهار منطقه تامین می شوند را به مناطق تقاضا کننده اختصاص داده (جمع مقادیر تخصیص بهینه در خروجی نرم افزار، برابر با کل میزان تولید است)، البته همه ی نیاز ها برآورده نشده چون تولید کمتر از میزان تقاضا بود و دیگر تولیدی نبوده که به بقیه مناطق اختصاص پیدا کند. عمل تخصیص-دهی با توجه به فاصله کمتر و تقاضای بیشتر صورت گرفته است، یعنی تخصیص به نقاطی صورت گرفته که حداقل فاصله را با نقاط عرضه کننده داشته (نزدیکتر بوده و درنتیجه هزینه کاهش پیدا می کند) و هم چنین نیازشان بیشتر بوده است.
نتیجه گیریبنابراین با بررسی مسیر های حمل و نقلی از تولید کننده به مصرف کننده، میزان تخصیص مواد غذایی (با حداقل فاصله) و فاصله متوسط بین تولید کننده و مصرف کننده سیاست گذاری های حوزه غذا، کشاورزی و هم چنین محیط زیست با دیدی وسیع تر صورت خواهد گرفت.
کلید واژگان: امنیت غذایی، برنامه ریزی خطی، بومی سازی، بهینه سازی، سبد غذایی، کشاورزی پایدار، معادل سازی گیاهی.This research proposes an optimization model for investigating foodsheds in Iran. This model was used in Tehran province. In our country, no research has been done on the optimization of foodsheds. The purpose of the optimization process in this research is to allocate the optimal food basket produced from the origin (four production areas of Tehran province) to the destination (16 consuming cities of Tehran province) by applying the minimum distance. optimization was done with the help of Lingo software to allocate the food produced in the studied area in order to meet food needs of the relevant population in the shortest possible distance. Also, the average distance between food producer and consumer was estimated according to the amount of allocation. According to the objective function (minimization of the distance) and the input data (supply and demand), the Lingo software has allocated the entire production of the province, which is supplied from four regions, to the demand regions. The act of allocation has been done according to the smaller distance and more demand, that is, the allocation has been made to the points that have the least distance to the supply points (they are closer and as a result the cost is reduced) and also their needs are more. Therefore, by examining the transportation routes from the producer to the consumer, the amount of food allocation (with the minimum distance) and the average distance between the producer and the consumer, the policies of the Food, agriculture and also the environment will be done with a broader view.
Keywords: Food Security, Linear Programming, Localization, Optimization, Food Basket, Sustainable Agriculture, Plant Equalization -
در سال های اخیر، تضاد منافع زیست محیطی با معیشت کشاورزان به یکی از مهمترین مسائل حکمرانی محیط زیست و کشاورزی در حوضه آبریز زاینده رود تبدیل شده است. بنابراین، دستیابی به نقطه تعادل میان سود اقتصادی با استفاده از الگوی کشت بهینه و جلوگیری از برداشت بی رویه منابع آب زیر زمینی از اهمیت زیادی برای سیاست گذاران این حوزه برخوردار است. در این پژوهش، تابع محیط زیست با استفاده از محدودیت منابع آب و تابع اقتصادی با استفاده از سود اقتصادی محصولاتی که در دشت کوهپایه- سگزی کشت می گردد در بازه زمانی 1376 - 1390 مدل سازی گردید. تابع نش با استفاده از بهینه سازی غیرخطی مقید با توجه به محدودیت منابع آب در هر سال بهینه شد. پس از آن، الگوی کشت محصولات با روش تئوری بازی ها و روش برنامه ریزی خطی محاسبه شد. نتایج نشان داد که کاهش مصرف آب در روش تئوری بازی ها 31% و برای روش برنامه ریزی خطی 17% است. در این حالت، میزان کاهش سود برای این دو روش به ترتیب 17% و 4% نسبت به حالت مبنا است. نتایج نشان داد که افت سطح آب زیر زمینی برای هیدروگراف معرف دشت و روش برنامه ریزی خطی به ترتیب برابر با 3/69 و 2/04 متر است. در حالی که در روش تئوری بازی های بهینه شده با وزن تابع اقتصادی 0/5، تراز آب زیرزمینی دشت افزایش 7/45 متری دارد. با توجه به میزان کاهش مصرف آب، میزان کاهش سود و افزایش تراز آب زیر زمینی، روش تئوری بازی های بهینه شده با وزن 0/5 نسبت به روش برنامه ریزی خطی برتری دارد.کلید واژگان: افت سطح آب زیر زمینی، برنامه ریزی خطی، تابع زیست محیطی، تابع اقتصادی، هیدروگراف معرف دشتIn recent years, the conflict between environmental interests and farmers' livelihoods has emerged as one of the most crucial issues in the environmental and agricultural governance of the Zayandeh-Rood watershed. Hence, achieving a balance between economic profitability through the use of an optimal cropping pattern and preventing the excessive extraction of groundwater resources holds great importance for policymakers in this field. In this study, the environmental function was modeled by considering water resources limitation, while the economic function was modeled based on the economic profit derived from the cultivated crops in Kohpayeh-Segzi Plain in 1996-2011. The Nash function was optimized by using constrained nonlinear optimization by taking into account the limitation of water resources in each year. After optimizing the Nash function, the cropping pattern was determined using both game theory (GT) method and linear programming (LP) method. Results indicated 30% reduction in water consumption with the GT and 17% reduction with the LP method. Additionally, the profit reductions for these two methods were 16% and 3%, respectively, compared to the base case. Furthermore, the results revealed that the groundwater level in the representative hydrograph of the plain decreased by 3.94 and 2.23 m in the GT and LP methods, respectively. Conversely, in the optimized GT method with an economic function weight of 0.5, the groundwater level of the plain increased by 8.67 m. Considering the reduction of water consumption, profit reduction, and the increase in groundwater level, the optimized GT method with a weight of 0.5 was superior to the LP method.Keywords: Groundwater Table Drop, Linear Programming, Environmental Function, Economical Function, Representative Hydrograph Of The Plain
-
انتخاب الگوی بهینه کشت که هم از نظر محیط زیستی پایدار و هم مناسب برای شرایط خاص اقلیمی در هر منطقه جغرافیایی باشد ، می تواند به عنوان یکی از راهکارهای کارآمد برای رفع چالش ها و افزایش سوددهی فعالیت های کشاورزی در نظر گرفته شود . بدین منظور در این مطالعه تلاش شده است تا الگوی بهینه کشت محصولات زراعی در دشت میاندوآب به عنوان چهارمین دشت مهم کشور واقع در استان آذربایجان غربی طراحی شود . بهینه سازی الگوی کشت در قالب دو هدف جداگانه حداکثرسازی سود و حداقل سازی مصرف آب صورت پذیرفت . بدین منظور داده های مورد نیاز برای سه سال 1396 الی 1398 از دستگاه های مختلف استانی و ملی جمع آوری شد و از میانگین داده های سه سال ذکر شده برای پیشنهاد الگوی بهینه کشت محصولات زراعی در قالب هر یک از اهداف مورد اشاره ، استفاده شد . در این پژوهش از 12 محصول مهم زراعی تحت کشت در این دشت استفاده شده است . نتایج نشان داد که دو محصول نخود دیم و آفتابگردان آجیلی با زیر کشت رفتن کل زمین های زراعی دشت به ترتیب حدودا با 57 هزار هکتار و 5500 هکتار و سود ناخالص 1614 میلیارد ریالی به عنوان الگوی بهینه پیشنهادی با هدف حداکثر سازی سود ناخالص معرفی شد . در الگوی کشت پیشنهادی با هدف حداقل سازی مصرف آب نیز دوباره کشت نخود دیم و آفتابگردان آجیلی در سطحی معادل57/600 هکتار و 5300 هکتار سبب بهینه سازی مصرف آب می شود . به عبارت دیگر با زیرکشت بردن نخود دیم و آفتابگردان آجیلی دو هدف حدکثرسازی سود و حداقل سازی مصرف آب تحقق می یابد .
کلید واژگان: برنامه ریزی خطی، بهینه سازی، کشاورزی پایدار، الگوی کشتChoosing the optimal cultivation model that is both environmentally sustainable and suitable for specific climatic conditions in each geographical region can be considered as one of the efficient solutions to solve the challenges and increase the profitability of agricultural activities.For this purpose, in this study, an attempt has been made to design the optimal pattern of crop cultivation in Miandoab plain, which is the fourth most important plain of the country, located in West Azarbaijan province.Optimizing the cultivation pattern was done in the form of two separate goals of maximizing profit and minimizing water consumption.For this purpose, the required data for the three years 2016-2018 were collected from various provincial and national institutions, and the average data of the mentioned three years were used to propose the optimal pattern of crop cultivation in the form of each of the mentioned goals.In this research, 12 important crops cultivated in this plain have been used.The results showed that the two crops of rainfed chickpeas and nut sunflowers, with the cultivation of the entire agricultural lands of the plain with approximately 57 thousand hectares and 5500 hectares, respectively, and a gross profit of 1614 billion rials, were introduced as the optimal model proposed with the aim of maximizing the gross profit.became.In the proposed cultivation model with the aim of minimizing water consumption, the re-cultivation of rainfed chickpeas and nut sunflowers on an area equal to 57.600 hectares and 5300 hectares will result in the optimization of water consumption.In other words, two goals of profit maximization and water consumption minimization will be achieved by sub-cultivating dry peas and sunflower seeds.
Keywords: linear programming, Optimization, Cropping Pattern, Sustainable agriculture -
مقدمه و هدف
سیلاب یکی از مهمترین بلای طبیعی بوده که بیشترین خسارت را به بخش های زیرساختی وارد می کند و تا حد زیادی بر فعالیت های اقتصادی و اجتماعی افراد تاثیر می گذارد. از وقوع این پدیده نمی توان جلوگیری کرد ولی با انجام اقداماتی می توان اثرات ناشی از آن را تا حد زیادی کاهش داد. یکی از روش های مدیریتی برای کاهش خسارت ناشی از سیلاب، شناسایی مناطق آسیب پذیر می باشد. هدف از این پژوهش تعیین مناطق آسیب پذیر حوزه آبخیز تجن با استفاده از یک رویکرد جدید می باشد.
مواد و روش هااز این رو، در این پژوهش با هدف شناسایی مناطق آسیب پذیر از سیلاب در چهار بعد اقتصادی، اجتماعی-فرهنگی، ساختاری-فیزیکی و سیاست گذاری-نهادی از "روش بهترین بدترین (BWM)" که مبتنی بر برنامه ریزی خطی است، برای وزن دهی شاخص ها استفاده شد.به منظور رتبه دهی معیارها، آزمون فریدمن بکار گرفته شد. جامعه آماری تحقیق، روستاهای در معرض خطر سیل در حوزه آبخیز تجن در استان مازندران می باشند. برای این کار 208 پرسشنامه به صورت تصادفی توسط ساکنین 40 روستا تکمیل گردید. برای انجام تحقیق حاضر به منظور تجزیه تحلیل پرسشنامه ها و اجرای روش BWM به ترتیب از نرم افزار SPSS16 و مدل بهینه سازی Lingo18 استفاده شده است.
یافته هانتایج آزمون آماری فریدمن نشان داد که از نظر پاسخگویان تفاوت معناداری (Sig = 0.00) بین معیارهای مورد بررسی در این پژوهش وجود دارد و معیار اقتصادی با رتبه 2/85 دارای بالاترین اهمیت نسبت به سه معیار دیگر می باشد. همچنین نتایج وزن دهی شاخص ها با استفاده از روش BWM که مبتنی بر ارجحیت بهترین و بدترین می باشند نیز نشان داد که در بعد اقتصادی شاخص وابستگی به درآمد کشاورزی (0/284)، در بعد ساختاری-فیزیکی شاخص وجود راه های ارتباطی (جاده و پل) مناسب (0/243)، در بعد سیاست گذاری نیز شاخص تخریب منابع طبیعی (0/379) و در بعد اجتماعی-فرهنگی شاخص دسترسی به مراکز بهداشتی و درمانی (0/391) دارای بالاترین وزن بوده و از لحاظ پاسخگویان تاثیر زیادی در آسیب پذیری ساکنین به سیلاب دارد. همچنین، در این پژوهش مقدار شاخص ناسازگاری نیز کمتر از 0/1 بوده است که نشان دهنده دقت خوب مدل BWM در وزن دهی شاخص های آسیب پذیری می باشد.
نتیجه گیری:
به منظور کاهش هزینه ها و نیز کاهش پیچیدگی ناشی از تعداد زیاد معیار و زیرمعیار موثر بر آسیب پذیری یک منطقه به سیلاب استفاده از روش های تصمیم گیری چند معیاره جدید مبتنی بر برنامه ریزی خطی تاکید می شود.
کلید واژگان: برنامه ریزی خطی، حوزه آبخیز تجن، خطر سیل، روش تصمیم گیری چندمعیاره، مدیریت سیلابIntroduction and ObjectiveFloods are one of the most important natural disasters that cause the most damage to infrastructure sectors and greatly affect people's economic and social activities. The occurrence of this phenomenon cannot be prevented, but by taking measures, its effects can be reduced to a great extent. One of the management methods to reduce damage caused by floods is to identify vulnerable areas. The purpose of this research is to determine the vulnerable areas of Tajen watershed using a new approach.
Materials and MethodsTherefore, in this study, with the aim of identifying flood vulnerable areas in four economic, socio-cultural, structural-physical and policy-institutional dimensions, the "Best of the Worst Method (BWM)" which is based on linear planning, for Index weighting was used. In order to rank the criteria, Friedman test was used. The statistical population of the study is the villages at risk of flooding in Tajan watershed in Mazandaran province. To do this, 208 questionnaires were randomly completed by residents of 40 villages. In this study, in order to analyze the questionnaires and implement the BWM method, SPSS16 software and Lingo18 optimization model were used, respectively.
ResultsThe results of Friedman statistical test showed that there was a significant difference (Sig = 0.00) between the criteria studied in this study. The economic criterion with a rank of 2.85 has the highest importance compared to the other three criteria. Also, the results of weighting the indicators using the BWM method, which are based on the preference of the best and the worst, also showed that in the economic dimension of the agricultural income dependence index (0.284), in the structural-physical dimension of the index, there are appropriate communication channels (road and bright) (0.243), in the policy dimension, the index of destruction of natural resources (0.379) and in the socio-cultural dimension, the index of access to health centers (0.391) have the highest weight and have a great impact on vulnerability in terms of respondents. Residents are flooded. Also, in this study, the value of incompatibility index was less than 0.1, which indicates the good accuracy of the BWM model in weighting vulnerability indices.
ConclusionIn order to reduce costs and reduce the complexity caused by the large number of criteria and sub-criteria affecting the vulnerability of an area to floods, the use of new multi-criteria decision-making methods based on linear programming is emphasized.
Keywords: Flood hazard, Flood management, Linear programming, Multi-criteria decision making, Tajan watershed -
این مطالعه با هدف تعیین الگوی کشت بهینه و در عین حال حداقل سازی آب مجازی مصرفی و حداکثرسازی سود اقتصادی محصولات کشاورزی در منطقه دشت عمرانی گناباد واقع در استان خراسان رضوی انجام شد. در ابتدا برای تمامی اهداف مسیله تابع هدف مناسب ارایه و محدودیت های مسیله نیز براساس منابع در دسترس و سیاستهای محلی و منطقه ای مشخص شد. سپس با استفاده از برنامه ریزی خطی و چندهدفه، الگوی کشت بهینه متناظر با هر هدف شناسایی شد. در ادامه با توجه به نتایج به دست آمده و در محیط GIS، تخصیص محصولات به قطعات زمین با در نظر داشتن حداقل سازی تغییر الگوی کشت موجود انجام شد. بررسی نتایج نشان داد که در بهترین سیاست شامل ترکیب دو هدف حداقل سازی آب مجازی و حداکثرسازی سود می توان، میزان آب مجازی مصرفی را بیش از 57 درصد کاهش داد که بسیار قابل توجه است و حتی با همین مقدار آب مجازی می توان با تغییر در الگوی کشت به سود بالاتری دست یافت. بنابراین باید زمینه تغییر الگوی کشت محصولات از الگوی کشت جاری به الگوهای کشت بهتر فراهم شود. به هر میزان که به الگوی کشت بهینه نزدیک شویم، اهداف مطالعه نیز به طور موثرتری محقق خواهند شد.
کلید واژگان: آب مجازی، الگوی کشت، سود اقتصادی، برنامه ریزی خطی، بهینه سازیThis study is conducted with the aim of determining the optimal cultivation pattern based on the concept of virtual water and considering the objectives of minimizing virtual water consumption and maximizing economic profit of the products in Omrani plain of Gonabad as a case study. At first, the optimization problems are defined by defining appropriate objective equations, and limitations based on different constrains such as available water or local and regional policies. Then, by using linear and multi-objective programming in MATLAB software, the appropriate cultivation pattern was determined. Next, using GIS, the optimal crops were allocated to different farmland in the region. Results showed that the best policy was a combination of the two-objective including minimizing virtual water and maximizing economic profits. In this case, the amount of virtual water consumption in the region was reduced by more than 57% which is considerable. Also, even with this consumption of virtual water, the higher economic benefit is achievable if the pattern of cultivation is changed.
Keywords: virtual water, Optimal cultivation pattern, Economic Benefits, Linear Programming -
بهره برداری بهینه از مخزن سد ها یکی از مسایل مهم در حوزه مدیریت منابع آب است. این تحقیق باهدف بهره برداری بهینه از سد به منظور تامین حداکثری نیازهای پایاب سد، در حالت قطعی و همچنین احتمالاتی موردبررسی قرارگرفته است. با احتمالاتی نمودن جریان ورودی و بررسی اثر تابع توزیع تجمعی جریان احتمالاتی بر تامین نیازها، شرایط تخصیص بهینه سیستم بررسی گردید. در رویکرد غیرقطعی جریان ورودی به مخزن از روش برنامه ریزی خطی با استفاده از قیود احتمالاتی استفاده شده است. منطقه موردمطالعه سد قشلاق واقع بر رودخانه مریم نگار در استان کرمانشاه در نظر گرفته شده است. بهینه سازی تامین نیازهای پایاب سد با استفاده از کد نویسی در محیط نرم افزار LINGO در دو حالت مختلف ارایه شده است. نتایج بهینه سازی با رویکرد قطعی نشان داد که تامین در بخش کشاورزی، شرب و زیست محیطی به ترتیب 92 ، 95 و 95 درصد می باشد. در رویکرد احتمالاتی با لحاظ نمودن عدم قطعیت در جریان ورودی به مخزن با دو شیوه متفاوت، نتایج نشان داد که نه تنها نیازی به انتخاب بهترین مدل توزیع آماری دبی ورودی به مخزن سد نیست و توزیع تجربی ویبول برای این منظور کفایت می کند، بلکه با توجه به کاهش حجم جریان ورودی به مخزن، حجم بهینه مخزن سد با سطح اطمینان 60 درصد معادل MCM 3/27 برآورد گردید. در این حجم، مخزن سد به طور کامل قادر به تامین نیازهای پایاب سد قشلاق است. لذا با توجه به غیرقطعی بودن پدیده بارش و به تبع آن دبی ورودی به مخزن سد و نتایج به دست آمده، این رویکرد امری ضروری در طراحی و بهره برداری بهینه از مخازن سدها است.کلید واژگان: برنامه ریزی خطی، بهینه سازی، توزیع ویبول، لینگو، قیود احتمالاتیOptimal operation of dam reservoirs is one of the important issues in the field of water resources management. In this study, optimal operation of dam has been investigated in a deterministic and probabilistic manner in order to supply maximum water demands of the dam downstream. The optimal allocation conditions of the system are examined by considering the probabilistic inflow and investigating the effect of cumulative distribution function on meeting the water demands. The chance constrained linear programming method has been used in the uncertainty approach for reservoir inflow. The study area is considered in Gheshlagh Dam located on Maryam-Negar River in Kermanshah province. Water supply optimization of water demands on downstream has been presented by using coding in LINGO software environment in two different modes. The results of optimization by deterministic approach show that the supply in the agricultural, domestic, and environmental water demands are 92%, 95% and 95%., respectively. In the probabilistic approach, considering the uncertainty in the inflow to the reservoir in two different ways, the results showed that not only is it not necessary to choose the best statistical distribution model of the inflow to the reservoir and the experimental distribution of Weibull is sufficient for this purpose, but also due to the reduction of the inflow volume to the reservoir, the optimal volume of the dam reservoir with a confidence level of 60% was estimated to be equal to 27.3 MCM. In this volume, the dam reservoir is fully able to supply the downstream demands of Gheshlagh Dam. Therefore, due to the uncertainty of the precipitation phenomenon, consequently the inflow to the dam reservoir and the obtained results, this approach is essential in the design and optimal use of dam reservoirs.Keywords: Linear Programming, optimization, Weibull distribution, lingo, Chance-Constrained
-
مقدمه و هدف
عدم وجود مدیریت صحیح استفاده از اراضی در یک حوزه آبخیز، تاثیرات نامناسبی بر منابع موجود در آن دارد. بهینه سازی کاربری اراضی یکی از راه کارهای مناسب برای دست یابی به توسعه پایدار و کاهش هدررفت منابع می باشد. تحقیق حاضر در حوزه آبخیز کسیلیان واقع در شهرستان سوادکوه به منظور تعیین مناسب ترین ترکیب کاربری اراضی برای کاهش وقوع سیلاب و بیشینه سازی سود صورت گرفته است.
مواد و روش هادر ابتدا کلیه مطالعات موجود شامل مطالعات فیزیوگرافی، خاکشناسی، پوشش گیاهی، هیدرولوژی، اقتصادی- اجتماعی از شرکت آب منطقه ای و اداره کل منابع طبیعی و آبخیزداری استان مازندران جمع آوری و طی بازدیدهای صحرایی تکمیل شد. بدین منظور با استفاده از پرسش نامه هزینه و درآمد هر یک از کاربری های اراضی حوضه به دست آمده و همچنین میزان سیلاب در کاربری های مختلف با استفاده از نرم افزار HEC-HMS و استفاده از اطلاعات سه واقع بارش در سال های 75-1370 مربوط به ایستگاه باران نگاری سنگده و هیدروگراف سیلاب همین وقایع در ایستگاه هیدرومتری ولیک بن واقع در خروجی حوضه انجام گردید. همچنین نقشه های شیب و عمق خاک طبق استانداردهای استفاده از اراضی به عنوان ورودی توابع هدف و محدودیت های مدل بهینه سازی کاربری اراضی تهیه شد. مدل برنامه ریزی خطی چند هدفی، با استفاده از روش سیمپلکس در نرم افزار ADBASE نوشته و حل شد.
یافته هانتایج نشان داد به طور کلی، میزان سیلاب از 0/89 متر مکعب در ثانیه قبل از بهینه سازی کاربری اراضی، به 0/74 متر مکعب در ثانیه، بعد از بهینه سازی کاربری اراضی کاهش یافته و این بیانگر کاهش 24/49% میزان سیلاب است. همچنین میزان سودآوری کاربری های اراضی مختلف در حوزه آبخیز مورد مطالعه از 25085/102 میلیون ریال در سال، قبل از بهینه سازی کاربری اراضی، به 14692/902 میلیون ریال بعد از بهینه سازی کاربری اراضی کاهش یافته و این بیانگر کاهش 56/58% میزان سودآوری حوزه آبخیز پس از بهینه سازی کاربری اراضی طبق معیارهای استاندارد است.
نتیجه گیریاز میان کاربری های اراضی مختلف، کاهش اراضی کشت دیم و افزایش اراضی جنگل حساس ترین کاربری های اراضی در حوزه آبخیز کسیلیان می باشند که بیشترین تاثیر را در کاهش سود و مقدار سیلاب دارند.
کلید واژگان: برنامه ریزی خطی، بهینه سازی، حوزه آبخیز کسیلیان، کاربری اراضی، کاهش سیلابIntroduction and ObjectiveLack of proper management of land use in a watershed, has negative impacts on the available resources. Land use optimization is one of the suitable solutions for achieving a sustainable development and reducing wasted resources. The present study was carried out in the Kasilian watershed located in the Savadkoh County to determine the most appropriate composition of land use to reduce flood occurrence and maximize benefit.
Material and MethodsAt first, all available studies including physiographic, soil science, vegetation, hydrology, socio-economic studies from Mazandaran Regional Water Company and Natural Resources and Watershed Management office were collected and completed during field visits. The costs and benefit for each land uses was obtained using a questionnaire. The amount of flood in different land uses was also obtained using HEC-HMS software and the use of information on three rainfall events in the years 1991-95 related to Sangdeh synoptic station and flood hydrograph of the same events in Valikbon hydrometric station located in the watershed outlet. The slope and soil depth maps based on land use standard as input to objective functions and constraints land use optimization model was prepared. Multi-objective linear programming model using the simplex method in ADBASE software was written and solved.
ResultsThe results showed that flood amount reduced from 0.89 m3 s-1 before optimization to 0.74 m3 s-1 after land use optimization in general and this indicates 24.49% reduction in flood amount. The benefit of different land uses in the studied watershed has also increased from 2505.102.285 million Rails per year, before land use optimization, to 14692.902 million Rails after land use optimization, and this indicates a decrease of 58.56% of benefit of the watershed after land use optimization according to the standard criteria.
ConclusionThe most sensitive factor is the reduction of rainfed land use and the increase of forest land uses in the Kasilian watershed, which have the greatest impact on reducing benefit and flood amount.
Keywords: Flood reduction, Kasilian watershed, Land use, Linear programming, Optimization -
سوسک توتون Lasioderma serricorneبه بسیاری از محصولات انباری خسارت می زند. علیرغم تلاش ها و تحقیقات مختلف، کنترل این آفت هنوز متکی به استفاده از قرص فستوکسین است که با توسعه مقاومت بسیاری از آفات انباری در برابر آن به یک ترکیب کمتر موثر تبدیل شده است. در این تحقیق اثر حشره کشی گازهای دی اکسید کربن و نیتروژن به تنهایی و در تلفیق با هم علیه حشرات کامل سوسک توتون مورد ارزیابی قرار گرفت. تلفات بعد از 24 ساعت ثبت گردید. نتایج نشان داد که گاز نیتروژن به تنهایی فاقد اثر کشندگی قابل توجه و معنی دار روی حشرات کامل آفت است. مقدار LC50 گاز دی اکسید کربن نیز برابر با 59/2498 پی پی ام به دست آمد. در تلفیق گازهای مذکور نیز غلظت های 254، 381 و 508 پی پی ام از گاز نیتروژن با مقدار LC50 گاز دی اکسید کربن تلفیق داده شد. نتایج حاصل از اختلاط این دو گاز نشان داد بیشترین مقدار کشندگی گاز دی اکسید کربن در غلظت های پایین از گاز نیتروژن حاصل می شود. طبق نتایح حاصل از تحقیق، هزینه استفاده از قرص فستوکسین در مقایسه با گاز دی اکسید کربن برای کنترل سوسک توتون بسیار بیشتر بود. می توان روش برنامه ریزی خطی را به عنوان یک روش مفید برای بهینه سازی مدیریت کنترل این آفت معرفی کرد و با در نظر گرفتن هزینه پایین و اثر حشره کشی بالای دی اکسید کربن و با بررسی کردن دیگر جوانب استفاده از آن، این فومیگانت را یک جایگزین مناسب برای فستوکسین در نظر گرفت.
کلید واژگان: آفت انباری، برنامه ریزی خطی، قرص فستوکسین، گاز دی اکسید کربن، گاز نیتروژنThe cigarette beetle, Lasioderma serricorne damages a wide range of stored products. Despite a great deal of research, control of this pest still relies on the use of phostoxin tablets, which is becoming less effective as the insect develops resistance to this compound. In this research mortality effect of carbon dioxide and nitrogen gases evaluated individually and in combination, against adults of L. serricorne. Mortality was recorded after 24 h. Results indicated that nitrogen did not have a significant lethal effect on adults of pest. The LC50 value of carbon dioxide was estimated 2498.59 ppm. In combination tests of these gases, concentrations of 254, 381 and 508 ppm of nitrogen were combined with the LC50 value of carbon dioxide. Results showed that insect mortality was increased by decreasing the concentration of nitrogen or by increasing that of carbon dioxide. According to the results of this study, the cost of using phostoxin tablets was much higher than that of carbon dioxide. Linear programming can be introduced as a useful method for optimizing control managing of this pest. Also, by considering the low cost control and high insecticidal effect of carbon dioxide and evaluating other aspects, this fumigant can be introduced as a suitable alternative to phostoxin.
Keywords: Carbon dioxide, Linear programming, Phosphine tablet, Nitrogen, Stored-product pests -
سابقه و هدف:
سطح آب های زیرزمینی دشت سیلاخور هم زمان با رخداد خشکسالی های پی درپی، رشد صنعت و افزایش نیازهای آبی کاهش چشمگیری داشته است. علاوه بر این الگوی کشت منطقه نیز در سال های اخیر به سمت کشت محصولات آب بر میل کرده است که مجموعه این رویدادها ضرورت مدیریت کارآمد در تخصیص منابع محدود آب این منطقه را می رساند. در این پژوهش به منظور مدیریت پایدار منابع آب های زیرزمینی، به تعیین الگوی کشت بهینه محصولات عمده زراعی دشت سیلاخور، باهدف حداکثرسازی درآمد خالص کشاورزان و محدودیت های آب و زمین در دسترس پرداخته شده است. در این راستا دو رویکرد استفاده از برنامه ریزی خطی و استفاده از الگوریتم های فرا اکتشافی چندهدفه در سناریوهای مختلف برداشت بررسی شده و عملکرد توابع جریمه مختلف در الگوریتم ها نیز مورد ارزیابی قرار گرفته است. همچنین نحوه تغییر الگوی کشت بهینه با افزایش برداشت از آب های زیرزمینی نیز مورد بررسی قرار گرفته است.
مواد و روش هادر گام نخست پس از مدل سازی بارش 10 سال گذشته با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی و برنامه ریزی ژنتیکی و انتخاب مدل بهتر از نظر دقت، بارندگی سه سال آینده پیش بینی شده و تغذیه آب های زیرزمینی ناشی از آن تخمین زده شد. سپس برای هرسال زراعی 100 سناریو برداشت مختلف باتوجه به میزان تغذیه آبخوان ها و میزان برداشت آب در سال های گذشته، در نظر گرفته شد. در گام دوم با استفاده از برنامه ریزی خطی باهدف حداکثرسازی درآمد کشاورزان و محدودیت های آب و زمین در دسترس، الگوی کشت بهینه در سناریوهای برداشت تعیین شده، به دست آمد. در نهایت به منظور نامقیدسازی مسیله، محدودیت های ذکر شده به صورت توابع جریمه ساکن، پویا و پویای طبقه بندی شده در نرم افزار MATLAB، پیاده سازی شدند. سپس عملکرد سه الگوریتم NSGA-II، SPEA-II و PESA-II با توابع هدف حداکثرسازی درآمد کشاورزان و حداقل سازی میزان جریمه، برای رسیدن به الگوی کشت بهینه حاصل از برنامه-ریزی خطی مورد بررسی قرار گرفت.
یافته هانتایج این پژوهش حاکی از آن است که هرچند با افزایش برداشت از آب های زیرزمینی، در الگوی کشت بهینه درآمد کشاورزان افزایش می یابد؛ اما به دلیل محدودیت کل زمین در دسترس برای کشاورزی در دشت سیلاخور، در برداشت های بیشتر از 5/223، 2/225 و 1/225 میلیون مترمکعب به ترتیب برای سال های زراعی 1400-1399، 1401-1400 و 1402-1401، سطح زیر کشت محصولات ثابت مانده و به دنبال آن درآمد کشاورزان نیز تغییر نمی کند. نتایج بررسی الگوریتم ها و توابع جریمه نیز نشان می دهند که در این مسئله بهترین عملکرد در میان الگوریتم ها به ترتیب متعلق به الگوریتم های SPEA-II، PESA-II و NSGA-II با میانگین تعداد تکرارهای 1/12، 5/14 و 8/17 است. در میان توابع جریمه نیز در هر سه الگوریتم، بهترین عملکرد به ترتیب متعلق به توابع جریمه پویای طبقه بندی شده، پویا و ساکن با میانگین تعداد تکرارهای 1/13، 7/13 و 5/17 می باشد.
نتیجه گیریبه طورکلی می توان دریافت که بهینه سازی الگوی کشت در سناریوهای برداشت مختلف، نگاهی جامع در اختیار مسیولان برای مدیریت پایدار منابع ارزشمند و محدود آب و تخصیص بهینه آن قرار می دهد. در همین راستا استفاده از الگوریتم SPEA-II با تابع جریمه پویای طبقه بندی شده در تعین الگوی کشت بهینه نتایج مطلوبی به دنبال دارد.
کلید واژگان: بهینه سازی، برنامه ریزی خطی، NSGA-II، SPEA-II، PESA-IIBackground and objectivesThe groundwater level of Silakhor plain has decreased significantly with the occurrence of successive droughts, industrial growth and increasing water needs. In addition, the cultivation pattern of the region in recent years has tended to cultivate water crops, and the combination of these events raises the need for efficient management in the allocation of limited water resources in the region. In this study, in order to sustainable management of groundwater resources, the optimal cultivation pattern of major crops in Silakhor plain has been determined, with the aim of maximizing farmers' net income and available water and land constraints. In this regard, two approaches to using Linear Programming (LP) and using Multi-Objective Meta Heuristic Algorithms in different exploitation scenarios have been investigated and the performance of different penalty functions in algorithms has been evaluated. Also, how to change the optimal cultivation pattern by increasing groundwater exploitation has been studied.
Materials and methodsIn the first step, after modeling the rainfall of the last 10 years using Artificial Neural Network (ANN) and Genetic Programming (GP) and selecting a better model in terms of accuracy, rainfall for the next three years was forecasted and groundwater recharge was estimated. Then, for each crop year, 100 different exploitation scenarios were considered according to the groundwater recharge and water exploitation in previous years. In the second step, using LP with the aim of maximizing farmers' incomes and available water and land constraints, the optimal cultivation pattern was obtained in the determined exploitation scenarios. Finally, in order to unbound the problem, the mentioned constraints were implemented as static, dynamic and classified dynamic penalty functions in MATLAB software. Then, the performance of three algorithms NSGA-Ⅱ, SPEA-Ⅱ and PESA-Ⅱ with the objective functions of maximizing farmers' incomes and minimizing penalty functions, to achieve the optimal cultivation pattern obtained from LP was examined.
ResultsThe results of this study indicate that although with the increase of groundwater exploitation, farmers' incomes increase in the optimal cultivation pattern; However, in the exploitation of more than 223.5, 222.2 and 225.1 million m3 for the cropping years 2020-2021, 2021-2022 and 2022-2023, respectively, the limitation of the total arable land in Silakhor plain prevents the increase of crop cultivation and the area under cultivation of crops remains constant and consequently the income of farmers does not change. The results of the study of algorithms and penalty functions also show that in this problem, the best performance among the algorithms belongs to SPEA-Ⅱ, PESA-Ⅱ and NSGA-Ⅱ algorithms, respectively, with an average number of iterations of 12.1, 14.5 And is 17.8. Among the penalty functions in all three algorithms, the best performance belongs to the classified dynamic, dynamic and static penalty functions with an average number of repetitions of 13.1, 13.7 and 17.5, respectively.
ConclusionIn general, it can be seen that the optimization of the cultivation pattern in different exploitation scenarios provides a comprehensive view to the authorities for the sustainable management of valuable and limited water resources and its optimal allocation. In this regard, the use of SPEA-Ⅱ algorithm with classified dynamic penalty function in determining the optimal cultivation pattern leads to desirable results.
Keywords: Optimization, Linear programming, NSGA-Ⅱ, SPEA-Ⅱ, PESA-Ⅱ -
پایش های میدانی بیانگر کاهش تراز آبخوان های دشت سیلاخور در سال های اخیر هستند که این موضوع لزوم بهره برداری بهینه از منابع محدود آب های زیرزمینی را می رساند. در همین راستا باتوجه به سهم عمده کشاورزی در مصرف آب، بهینه سازی الگوی کشت از مهم ترین عوامل مدیریت منابع آب و مقابله با کم آبی محسوب می شود. در این پژوهش عملکرد توابع جریمه مختلف به منظور تعیین الگوی کشت بهینه در دو الگوریتم تکامل تفاضلی و ازدحام ذرات بررسی شده است. در این راستا در گام نخست بارندگی سال های زراعی 1400-1399، 1401-1400 و 1402-1401 در دشت سیلاخور با استفاده از برنامه ریزی ژنتیکی و مدل میانگین متحرک خود هم بسته یکپارچه فصلی پیش بینی شده و باتوجه به تغذیه ناشی از بارندگی و میزان برداشت در سال های گذشته، برای هرسال زراعی 100 سناریو برداشت تعیین شد. سپس الگوی کشت بهینه متناسب با هر سناریو برداشت با بهره گیری از برنامه ریزی خطی به دست آمد. حداکثرسازی درآمد کشاورزان به عنوان تابع هدف، و آب و زمین در دسترس به عنوان محدودیت های برنامه ریزی خطی در نظر گرفته شدند. در گام دوم عملکرد توابع جریمه مختلف در دو الگوریتم تکامل تفاضلی و ازدحام ذرات برای رسیدن به پاسخ های حاصل از برنامه ریزی خطی مورد بررسی قرار گرفت. طبق نتایج این بررسی به طور میانگین الگوریتم ازدحام ذرات در %84 سناریوها سریع تر به الگوی کشت بهینه می رسد. همچنین اعمال تابع جریمه پویای طبقه بندی شده تعداد تکرارهای الگوریتم تکامل تفاضلی را %11 و الگوریتم ازدحام ذرات را %3 نسبت به استفاده از جریمه ساکن کاهش می دهد. در مجموع می توان دریافت که با میزان برداشت فعلی، در صورت پیروی از الگوی کشت بهینه پیشنهاد شده برای چهار محصول عمده زراعی دشت سیلاخور، یعنی گندم، جو، شلتوک و ذرت علوفه ای، درآمد کشاورزان منطقه %18 افزایش می یابد. همچنین به کارگیری تابع جریمه پویای طبقه بندی شده در الگوریتم ازدحام ذرات به منظور بهینه سازی الگوی کشت پیشنهاد می شود.
کلید واژگان: آب های زیرزمینی، الگوریتم های فرا کاوشی، برنامه ریزی خطی، بهینه سازی، دشت سیلاخورIntroductionThe occurrence of successive droughts, along with increasing water needs and lack of proper management of water resources has caused a water crisis that has various environmental and economic consequences. In addition to the drought, the change in the cropping pattern towards water crops has also made the water crisis the first critical phenomenon in recent years in the community, which has a direct impact on the agricultural sector as the largest consumer of water. Therefore, optimizing the cropping pattern is one of the most important factors in managing water resources and coping with water shortages. In this study, to determine the optimal cropping pattern of major crops in Silakhor plain in the next three years using two approaches using Linear Programming and Meta-Heuristic Algorithms.
Materials and MethodsIn the first step, in order to determine the optimal cropping pattern with the aim of maximizing farmers' incomes in the next three years and the limited water and land available, the amount of rainfall recharge is used as a criterion to determine the water exploitation interval and determine the minimum and maximum exploitation each year. In order to forecast rainfall, SARIMA time series models and Genetic Programming were used considering the data of the last 10 years in both seasonal and monthly modes, and according to RMSE and D.C. criteria, a better model was selected. Then, for each crop year, 100 exploitation scenarios were determined according to the amount of groundwater recharge caused by rainfall and the amount of exploitation in previous years. In the second step, Linear Programming was used to determine the optimal cropping pattern with the aim of maximizing farmers' incomes and limitations of exploitable water in each scenario and arable land. The price of each product is projected according to the average long-term inflation of the country, i.e., 20%, and the profit from the cultivation of each product was calculated as a proportion of the price of the product in each year by examining the previous years. Finally, the performance of three types of Static, Dynamic, and Classified Dynamics Penalty Functions into two algorithms, Differential Evolution and PSO was investigated to achieve the results obtained from Linear Programming. Static penalty functions use a constant value during the optimization process, whereas in dynamic penalty functions, the fines are modified during the process and depend on the number of generations. In the classified dynamics penalty, groups of violations are also determined, and the penalty of each response is determined according to the amount of violation of the restrictions and the generation number.
Results and DiscussionThe results show that with increasing groundwater exploitation, farmers' incomes also increase; However, in the exploitation of more than 223.5, 222.2, and 225.1 million cubic meters for the cropping years 2020-2021, 2021-2022, and 2022-2023, respectively, the limitation of the total arable land has prevented the increase of the area under cultivation, and by increasing exploitation, farmers' incomes remain stable. Also, in order to cultivate four crops of wheat, barley, rice, and corn with the current area under cultivation in Silakhor plain, 142 million cubic meters of water is harvested annually from underground sources. By optimizing the cropping pattern for the four crops studied, with the current water exploitation, the income of farmers in the region will increase by 18%. In general, the PSO algorithm answers this problem much faster. The average number of iterations of the PSO algorithm to solve each scenario in this problem is 38% of the number of iterations of the Differential Evolution algorithm. Overall, in solving this problem, the PSO algorithm has performed better in 84% of the scenarios. In penalty functions, the best performance in both algorithms belongs to the classified dynamics, dynamic, and static penalty functions, respectively. By changing the penalty function from static to classified dynamics penalty function, the number of iterations of the Differential Evolution algorithm to achieve the Linear Programming solution is reduced by an average of 11%; In contrast, the PSO algorithm did not react significantly to the change in the penalty function, and its repetitions decreased by an average of only 3%.
ConclusionThe results show that the cropping pattern of the region is not optimal, and with the increase of water exploitation, it will move towards the cultivation of water products. Also, by optimizing the cultivation pattern of the region, farmers' incomes can be increased. Examination of Differential Evolution and PSO algorithms with three types of penalty functions also show that using the classified dynamics penalty function in the PSO algorithm can have good results.
Keywords: Groundwater, Linear Programming, Metaheuristic algorithms, Optimization, Silakhor plain -
مقدمه و هدف
بانک ها اصلی ترین تامین کننده منابع مالی بخش های واقعی اقتصاد (کشاورزی، صنعت و خدمات) محسوب شده و درکنار کارکرد اصلی خود، انگیزه اصلی بانک ها در تجهیز و تخصیص بهینه منابع و ارایه خدمات متنوع به مشتریان، درآمدزایی و کسب سود همانند سایر موسسات اقتصادی می باشد. هدف این مطالعه ارایه مدلی ریاضی بر اساس مدل های برنامه ریزی ریاضی جهت یافتن بهترین ترکیب تسهیلات و سپرده های بانک کشاورزی می باشد که بیشترین سود را برای بانک به دنبال داشته باشند.
مواد و روش هادر این مطالعه، مدل با استفاده از دو روش برنامه ریزی خطی و برنامه ریزی فازی برآورد گردیده است و برای جمع آوری داده ها از اطلاعات موجود در مدیریت بانک کشاورزی استان کرمان استفاده شده است.
یافته هابر اساس نتایج، برنامه ریزی خطی نسبت به برنامه ریزی فازی و تخصیص فعلی بانک بیشترین سود را به دنبال خواهد داشت. بطوریکه سود حاصل از تسهیلات پرداختی با استفاده از برنامه ریزی خطی نسبت به برنامه ریزی فازی معادل دو درصد (45462 میلیون ریال) و نسبت به تخصیص فعلی بانک 11 درصد (288790 میلیون ریال) افزایش داشته است.
بحث و نتیجه گیرینتایج حاکی از این است که استفاده از مدل برنامه ریزی خطی می تواند مدیران را در جهت تخصیص بهینه منابع به منظور بازدهی بالاتر یاری رساند.
کلید واژگان: بانک کشاورزی، برنامه ریزی خطی، برنامه ریزی فازی، تسهیلات، سپرده هاIntroduction:
Banks are the main suppliers of financial resources to the real sectors of the economy (agriculture, industry and services) and in addition to their main function, the main motivation of banks is to equip and allocate resources and provide diverse services to customers, generating income and profit as other economic institutions. The purpose of this study is to present a mathematical model based on mathematical planning models to find the best combination of facilities and deposits of Keshavarzi Bank that will bring the most profit for the bank.
Materials and MethodsIn this paper, the model is estimated by using of 2 programming
methodslinear and fuzzy linear. To collect data, we used the available information in Agricultural (keshavarzi) bank of Kerman province.
FindingsDue to the results, linear programming is more appropriate. So that the profit from payment of facilities using linear planning has increased by two percent (45462 million Rials) compared to fuzzy planning and by 11 percent (288790 million Rials) compared to the current allocation of the bank.
ConclusionThe results suggest that using linear programming could help the managers for allocating resources so that higher yields would be achieved. Linear programming methods are top priority compared to other method.
Keywords: Agricultural (Keshavarzi) bank, Linear programming, Fuzzy Programming, Facilities, Deposits -
امروزه پایداری زیست محیطی یکی از مهم ترین ملاحظات در برنامه ریزی و مدیریت کشاورزی هرکشوری است. کشاورزی نقش مهمی در اقتصاد و اشتغال افغانستان دارد و ولایت هرات یکی از ولایت های مهم تولید کشاورزی در افغانستان به شمار می آید. هدف از انجام این پژوهش، توسعه یک الگوی بهینه کشت برای محصولات افغانستان با توجه ملاحظات زیست محیطی است تا به وسیله آن علاوه بر سودآوری به پایداری زیست محیطی نیز دست یافت. محصولات مورد مطالعه عبارتند از: گندم، جو، کنجد، زیره و زعفران که بیش از 70 درصد سطح زیرکشت محصولات را در ولایت هرات در برمی گیرد. برای تعیین این الگوی کشت بهینه از مدل برنامه ریزی خطی و آرمانی استفاده شد. در مدل برنامه ریزی آرمانی به منظور دستیابی به پایداری زیست محیطی از اهداف کاهش مصرف کود شیمیایی و آفت کش به همراه هدف حداکثرسازی سود ناخالص استفاده شد. نتایج حاصل از کاربرد مدل برنامه ریزی خطی با هدف حداکثر سازی سود ناخالص نشان داد که در الگوی بهینه منطقه در مقایسه با الگوی فعلی، سطح زیر کشت محصولات کنجد، جو و زعفران افزایش می یابد و سطح زیرکشت محصولات گندم و زیره کاهش می یابد. هم چنین نتایج حاصل از مدل های برنامه ریزی آرمانی در سناریوهای مختلف نشان دهنده تغییرات نسبتا زیادی در الگوی کشت بهینه در مقایسه با الگوی کشت فعلی منطقه است.
کلید واژگان: آفت-کشها، الگوی بهینه کشت، برنامه ریزی آرمانی، برنامه ریزی خطی، کودهای شیمیاییInternational Journal of Agricultural Management and Development, Volume:10 Issue: 4, Dec 2020, PP 333 -346Environmental sustainability is one of the most important considerations in planning and managing agriculture in any country nowadays. Agriculture plays an important role in Afghanistan's economy and employment. Herat province is rich in agricultural production in Afghanistan. To achieve environmental sustainability along with profitability, the present research aimed to develop an optimal cropping pattern for Afghanistan with environmental considerations. The crops studied include wheat, barley, sesame, cumin, and saffron, which accounted for more than 70 percent of the cropping area in Herat province. The goal and linear programming model were used to determine the optimal cropping pattern. The goals of reducing the use of chemical fertilizers and pesticides along with maximizing gross margins were used in the goal model with the aim of achieving environmental sustainability. The results of the linear model, aimed at maximizing gross margins, showed that in the optimal pattern of the region, the cultivated area of sesame, barley, and saffron should be increased and the cultivated area of wheat and cumin should be decreased versus the status quo. In addition, the results of goal models in different scenarios showed significant changes in comparison to the current cropping pattern.
Keywords: chemical fertilizers, goal programming, linear programming, Optimal cropping pattern, Pesticides -
حفظ تعادل مناسب بین مسایل زیست محیطی و تقاضاهای انسانی و بهره برداری بهینه از منابع، تحت تقاضاهای پیچیده در یک حوزه آبخیز و یا یک آبخوان نیازمند استفاده از تکنیک های ریاضی است. در این راستا ترکیبی از دو تکنیک قدرتمند تجزیه و تحلیل، شامل شبیه سازی و بهینه سازی در فرآیند تصمیم گیری و مدیریت جامع، پایدار و بهینه اقتصادی پروژه ها بسیار موثر و راهگشاست. در این تحقیق، شبیه سازی سیستم منابع آب حوزه آبخیز ارازکوسه با استفاده از مدل پویایی سیستم در محیط نرم افزار VENSIMبر اساس روابط علی و معلولی انجام شد و بر اساس معادله بیلان آب حوزه، میزان آب در دسترس حاصل از منابع آب سطحی و زیرزمینی تخمین زده شد. محاسبه نیاز آبی در مصارف مختلف شرب، محیط زیست، کشاورزی و صنعت انجام و بر اساس نیازها و آب در دسترس، مقدار عرضه آب به مصارف مختلف محاسبه شد. با استفاده از تکنیک برنامه ریزی خطی، بهینه سازی منابع آب با دو هدف حداکثرسازی سود اقتصادی حاصل از سطح زیرکشت و حداقل سازی آب مصرفی در بخش کشاورزی، انجام شد. نتایج حاصل نشان داد که 75 درصد تامین آب مورد نیاز در مصارف مختلف به ویژه کشاورزی در حوزه آبخیز از آب زیرزمینی تامین می-شود. در حالی که آب در دسترس حاصل از منابع آب سطحی تقریبا دو برابر بیشتر از آب زیرزمینی است. این موضوع نشان می دهد که علیرغم اینکه بخشی از آب تغذیه شده ممکن است زمانی نقش رواناب داشته باشد اما حجم زیادی از آب در دسترس حوزه به شکل رواناب از دسترس خارج می شود. لذا تامین آب مورد نیاز مصارف مختلف به استفاده بیش از حد از ذخایر آب زیرزمینی منجر می شود.همچنین بررسی اثر بهینه سازی مصرف آب در بخش کشاورزی بر شاخص پایداری آب زیرزمینی نشان داد که این شاخص از مقدار 14/4 در شرایط فعلی به مقدار 1/9 در شرایط بهینه آب مورد نیاز کشاورزی تغییر می-کند.
کلید واژگان: رویکرد پویایی سیستم، برنامه ریزی خطی، شاخص پایداری آب زیرزمینی، حوزه آبخیز ارازکوسهIncreasing water demand has become inevitable due to population growth, industrial development and agriculture. On the contrary, water resources limitation and observing sustainability have restricted water allocation. Therefore, supply of water for all demands is impossible. Overuse of groundwater and surface resources, rainfall reduction, drought in most parts of the world, as well as pollution of ground and surface water have severely lessened available water resources. So, using these vital resources, with sustainable manner, requires proper management. Demand management and water production are two effective approaches. But, water production projects are time-consuming and high-cost. So, water management models are appropriate tools for decision making to predict the future situation, with low time and cost. Mathematical techniques are useful tools for keeping the balance between environmental requirements and human demands, specifically for optimal utilization of water resources in complex applications such as watershed or aquifer management. Aiming to more comprehensive decision making, a combination of two powerful operational and research techniques, including simulation and optimization could lead to a possible sustainable and optimal economic management. This study was aimed to the simulate water policy in the Arazkuse watershed, Golestan province, Iran. In this regard, both system dynamics model and water balance relationships were applied. VENSIM as a system dynamics software was used to capture causal and consultative relationship among controlling factors, while water balance was applied to estimate availability of surface and subsurface water. As four sectors of water consumption (urban, industrial, environmental and agricultural) were considered in the current study, the data about landuse, cultivated crops in the watershed, hydrological information and drinking water consumption were gathered. Then, the water consumption was optimized in the agricultural sector, using linear programming technique with the two objectives of maximizing economic benefits and minimizing water consumption, by Lingo software. Finally, the effect of water optimization in the agricultural sector on the groundwater sustainability index of Arazkuse basin was investigated. The groundwater sustainability index represents the portion withdrawn water from the whole of aquifer reservoir.The infiltrated water volume and deep storage coefficient variables were used to evaluate available groundwater from the total groundwater and the total discharge of the basin during the simulation period. Accounting for as much as 75% of the water consumption in the basin is supplied from groundwater while for surface water this portion was 25%. In general, the total volume of annual available groundwater in the Arazkuse basin was about 75 million cubic meters whereas the total volume of available surface water equaled 155 million cubic meters. These values indicated that a large volume of surface water flows out of reach, which puts extra pressure on groundwater to meet the needs and may endanger the stability of the aquifer. Due to the amount of water supply and requirements by various sectors (including the drinking water, environment, agriculture and industry) the available water to each sector was calculated. A linear programming technique was used to optimize the allocation of water resources with an objective function of maximizing economic profit while minimizing water consumption in the agricultural sector. Flood irrigation is a common strategy for rice cultivation. Hence, irrigation efficiency in the studied watershed is lower than other watersheds which applied the irrigation methods such as drip and sprinkler systems. Considering the fact that about 32% of agricultural lands in Arazkuse watershed are dedicated for rice cultivation, to some extent could be concluded that it would be possible to increase irrigation efficiency, by improving conveyance and distribution coefficients. The results showed that although the available surface water was approximately double, provided water by groundwater supplied about 75% of the required water, especially for the case of agricultural needs. Despite the fact that runoff may be the source for a part of recharged water, a considerable amount of the available water exits in the form of runoff. Therefore, the supplied water for various sectors was linked to the excessive use of groundwater resources. Hence, the agricultural sector was the main water consumption that needed to be optimized. The assessment of the effect of optimization of agricultural water use on groundwater sustainability index showed under optimal condition of water required for agriculture the index shifted from 14.4 in the present condition to 1.9 for the new scenario.
Keywords: dynamic system approach, linear programming, groundwater sustainability index, Arazkoose watershed -
آگاهی از نیازهای بیولوژیکی موجودات آبزی در رودخانه های دایمی برای حفاظت از تنوع زیستی در اکوسیستم های رودخانه ای ضروری است. دانش زیستگاه شامل استفاده از مدل هایی برای برآورد ویژگی های خاص از ساختار بدنی رودخانه ها با روش های ساده و دقیق است. مدل رگرسیون فازی برای دو ماهی بومی ، Paracobitis hircanica و Neogobius fluviatilis در رودخانه زرین گل در شمال ایران مورد بررسی قرار گرفت. P.hircanica و N.fluviatilis در استفاده از mesohabitat با هم همپوشانی داشتند ، هر دو ماهی خیزاب را به بخش عمیق ترجیح دادند. تجزیه و تحلیل های بیشتر بر اساس رگرسیون چند گانه نشان داد که فراوانی ماهی به طور قابل توجهی با پوشش گیاهی ساحلی و بستر برای P.hircanica در ارتباط بود ، اما عمق آب ، عرض جریان ، سرعت ، و دبی برای N.fluviatilis در ارتباط است. نتایج به دست آمده نشان داد که رگرسیون فازی می تواند یک روش مکمل یا جایگزین مناسب برای رگرسیون آماری باشد هنگامی که رابطه بین متغیرها مبهم باشد یا به دلیل خطاهایی در ساختار معادله رگرسیون وجود داشته باشد. نتیجه نشان داد که ترکیب بسترهای مختلف برای همزیستی این دو ماهی کفزی مناسب است. همچنین اطلاعات مهمی برای مدیریت زیستگاه و مهندسی اکولوژیک رودخانه های کوهستان در ایران ارایه می دهد.
کلید واژگان: اعداد فازی، برنامه نویسی خطی، رگرسیون فازی، ماهیان کفزیKnowledge of biological requirements of aquatic organisms in perennial rivers is necessary for protection of biological diversity in riverine ecosystems. Habitat knowledge includes using models for estimating specific properties from physical structure of rivers by simple and accurate methods. Fuzzy regression model was investigated for two common endemic and benthic fishes, Paracobitis hircanica and Neogobius fluviatilis, in Zarin Gol River of northern Iran. P.hircanica and N.fluviatilis overlapped in mesohabitat use, both fish preferred riffle to pools. Further analyses based on stepwise multiple regressions showed that fish abundance was significantly correlated with riparian vegetation and substrate for P.hircanica, but correlated with water depth, stream width, velocity, and discharge for N.fluviatilis. The obtained results showed that fuzzy regression can be an appropriate complementary or alternative method for statistical regression when the relationship between the variables is vague or there are errors due to vagueness in regression equation structure. The result recommends that the various substratum compositions may have accounted for the co-existence of these two benthic fishes. It would also provide important information for habitat management and ecological engineering of mountain rivers in Iran.
Keywords: Fuzzy numbers, linear programming, Fuzzy regression, Benthic fishes -
سابقه و هدف
با توجه به رشد روزافزون تقاضای آب در بخش های مختلف از یک طرف و کاهش نزولات جوی و عدم توازن مکانی و زمانی آن از طرف دیگر باعث شده که کمبود آب یکی از مشکلات اساسی کشاورزان مناطق مختلف باشد که برداشت بی رویه از منابع آب زیرزمینی و خطر افت سطح سفره های آب زیرزمینی را در پی خواهد داشت. بر این اساس برنامه ریزی جهت استفاده بهینه از منابع آب موجود با معرفی الگوی کشت مناسب با در نظر گرفتن سود حداکثری و مصرف حداقلی آب ضروری است. لذا در این پژوهش ضمن مقایسه دو روش برنامه ریزی خطی معمولی و برنامه ریزی آرمانی، الگوی کشت بهینه و میزان برداشت بهینه از منابع آب زیرزمینی در شهرستان های گرگان و کردکوی واقع در استان گلستان که بخش اعظمی از آن ها در حوضه آبریز قره سو قرار گرفته است، معرفی می-گردد.
مواد و روشحوضه آبریز قره سو واقع در استان گلستان به علت دارا بودن بخش مهمی از اراضی کشاورزی و همچنین قطب مهم کشاورزی استان، به عنوان منطقه مطالعاتی در این پژوهش در نظر گرفته شده اند. پس از تهیه اطلاعات مربوط به سطح زیرکشت، هزینه تولید و قیمت فروش محصولات عمده کشاورزی، نیاز خالص آبیاری با لحاظ راندمان آبیاری و با استفاده از نرم افزار NETWAT محاسبه شد. با جمع آوری اطلاعات مربوط به پتانسیل برداشت آب زیرزمینی، الگوی کشت بهینه و میزان برداشت بهینه آب زیرزمینی با دو روش برنامه ریزی خطی متعارف و آرمانی با در نظر گرفتن محدودیت بازار فروش و همچنین لحاظ کردن آرمان های افزایش سود و کاهش مصرف آب تعیین و با یکدیگر مقایسه گردید.
یافته هانتایج نشان داد که با لحاظ الگوی کشت بهینه پیشنهادی حاصل از مدل برنامه ریزی خطی متعارف می توان مصرف آب را در دو شهرستان گرگان و کردکوی به ترتیب 6/19 و 8/8 درصد کاهش و سود حاصل از تولید محصولات کشاورزی را در شهرستان های گرگان و کردکوی به ترتیب 6/12 و 4/10 درصد افزایش داد. مدل برنامه ریزی خطی متعارف کاشت محصولاتی از قبیل گندم، برنج، سیب زمینی و ذرت علوفه ای را در شهرستان گرگان و محصولات گندم، برنج، سویای بهاره دیم و پنبه تابستانه در شهرستان کردکوی را پیشنهاد می دهد در صورتیکه مدل برنامه ریزی آرمانی الگوی کشت بهینه را با افزایش 5 درصد سود در هر دو شهرستان، همراه با کاهش 46 و 47 درصد مصرف آب به ترتیب در دو شهرستان گرگان و کرکوی ارایه می دهد. نتایج مدل برنامه ریزی آرمانی نشان داد که بیشترین کشت در شهرستان گرگان می بایست گندم، برنج، گوجه فرنگی، کلزا و در شهرستان کردکوی گندم، برنج و سویای بهاره دیم باشد.
نتیجه گیرینتایج مدل برنامه ریزی خطی به کار رفته در این تحقیق متعارف و آرمانی جهت معرفی الگوی کشت بهینه در شهرستان های گرگان و کردکوی نشان داد که الگوی فعلی کشت در وضعیت بهینه نیست ولی می توان با استفاده از نتایج این پژوهش مصرف آب را که یک کالای ارزشمند در این منطقه است تا 46 درصد در شهرستان گرگان و 47 درصد در شهرستان کردکوی کاهش داد و این کاهش مصرف آب نه تنها با کاهش سود بلکه با افزایش سود 5 درصدی در هر دو شهرستان نیز همراه خواهد بود.
کلید واژگان: برنامه ریزی خطی، برنامه ریزی آرمانی، الگوی کشت بهینهBackground and objectiveWater scarcity is one of the major problems for farmers in arid and semi-arid areas, and theexcessive groundwater resources harvesting cause a decrease in groundwater level in aquifers. Therefore, planning for the optimal use of water resources by introducing appropriate cropping patterns, taking into account the maximum profit and minimum water consumption, is necessary. In this study, two methods of conventional linear and goal programming for the ideal planning of appropriate cropping pattern and the optimal harvesting of groundwater resources is presented in Gogan and Kordkuy cites located in Golestan province.
Materials and methodsThe cities of Gorgan and Kordkuy located in Golestan province, which are important agricultural sites, are considered as a study area in this research. After providing information on the area of cultivation, the cost of production and the price of sales of major agricultural products, net irrigation demand was calculated considering irrigation efficiency using NETWAT software. The mentioned data besides information on the potential of groundwater harvesting in both linear and goal programming were compared considering market constraints and the goals of increasing profits and reducing water use to optimize the cropping pattern and groundwater harvesting values.
ResultsThe results showed that by using linear programming, water consumption in Gorgan and Kordkuycould be reduced by 19.6 and 8.8 percent, respectively, and the profit from agricultural production in Gorgan and Kordkuy cities will experience increase equal to 12.6 and 10.4 percent. Linear planning suggests that the products such as wheat, rice, potatoes and forage corn in Gorgan city and wheat, rice, rainfed spring soybean and summer cotton in Kordkuy while the goal programming suggests the optimized cropping pattern with an increase of 5 percent in profit and with a 45 percent reduction in water consumption. The results of goal programming showed that the cropping pattern in Gorgan city should be wheat, rice, tomato, and rapeseed while it should be wheat, rice and rainfed spring soybean in Kordkuy.
ConclusionThe outcomes of linear and goal programming hn this study for determination of optimal cropping pattern in Gorgan and Kordkuy cities show there is no optimal cropping pattern in the current condition. The results of this study indicate the possibility of a reduction in water consumption, as a valuable item in the study area, equal to 46 and 47 percent in Gorgan and Kordluy cities respectively with 5 percent increase in of profit in both cities.
Keywords: Linear programming, Goal programming, optimum crop pattern -
طراحی و اجرای الگوی کشت مناسب به منظور کنترل هر چه بیشتر عوامل محدود کننده و بهره برداری بهینه از منابع آب ضروری است. در این مطالعه بهینه سازی الگوی کشت در شبکه آبیاری و زهکشی قزوین در پنج سطح آبیاری شامل I1، I2، I3، I4 و I5 (به ترتیب تخصیص آب 100، 90، 80، 70 و 65 درصد نیاز آبی گیاه) و سه سطح مختلف کشت شامل S1، S2 و S3 (به ترتیب برابر سطح کشت موجود، 10 درصد افزایش سطح زیر کشت و 10 درصد کاهش سطح زیر کشت نسبت به شرایط موجود) انجام گرفت. مقادیر سطح زیر کشت و میزان آب تخصیصی برای گیاهان با استفاده از مدل برنامه ریزی خطی بهینه شد و تابع هدف، حداکثرسازی سود بود. نتایج بهینه سازی نشان داد که در حالت S2 بیشترین سطح مربوط به گیاهان استراتژیک و در حالت S3 بیشترین سطح به گیاهان با سود بالاتر اختصاص یافت. در حالت S3I1 حداکثر درآمد کل (315 میلیون ریال) در میان تمامی سناریوها را داشت. اختصاص آب در سطح I2ضمن حفظ درآمد، بهره وری اقتصادی را در سطوح مختلف به طور متوسط 82/0 میلیون ریال در مترمکعب آب افزایش داده است. لذا می توان با مصرف آب کم تر و اختصاص سطح زیر کشت کم تر درآمد بیشتری داشت. همچنین تخصیص آب I4 و I5 با توجه به کاهش درآمد و عملکرد توصیه نمی شود. مدل در شرایط کم آبی سطح زیر کشت گیاهان آب بر مثل گوجه، چغندر و یونجه را محدود کرد.
کلید واژگان: برنامه ریزی خطی، بهره وری اقتصادی، تحلیل سلسله مراتبی، تخصیص آب، چغندرقندDesigning and implementing suitable cropping patterns are necessary to control the limiting factors and optimal utilization of available water resources. In the present study, cropping pattern optimization in Qazvin irrigation and drainage district has conducted considering the five levels of irrigation including I1, I2, I3, I4, and I5 (representing water allocation of 100, 90, 80, 70, and 65 percents of the crop evapotranspiration) and three different levels of cultivated areas including S1, S2, and S3 (representing, current cultivated area, 10 percents increase and 10 percents decrease in the crop cultivated area compared to the current conditions). Crops cultivation areas and water allocation were optimized using a linear programming method and the objective function was to maximize the benefit. The results indicated that the model in condition S2 allocated the most cultivation area to strategic crops and in condition S3 allocated the most cultivation area to economic crops. The condition S3I1 had the highest income (315 million rials) among the all scenarios. Water allocation alternative named I2, increased the economic productivity by average 0.82 million rials per cubic meter of water at all the cultivation area alternatives while maintaining income. Therefore, it was possible to allocate less cultivation area and a lower amount of water while earning more income. Also, water allocation alternatives named I4 and I5 were not recommended due to reduced income and yield. Model had a limited cultivation area of water-consuming crops such as tomato, sugar beet, and the alfalfa under water shortage condition.
Keywords: Analytic Hierarchy Process, Productivity, Linear programming, Sugar beet, Economic, Water allocation -
بهره برداری بهینه از مخازن یکی از موضوعات مهم در مدیریت منابع آب سطحی بوده و روش های بهینه سازی مختلفی در این زمینه استفاده شده اندکه پرکاربردترین آنها الگوریتم های فراکاوشی می باشند. در تحقیق حاضر الگوریتم جستجوی هارمونی (HSA) برای تعیین بهره برداری بهینه از سیستم های چندمخزنه مورد ارزیابی قرار گرفت. مقدار بهینه مطلق با استفاده از یک مدل برنامه ریزی خطی (لینگو) به دست آمد. HSA ابتدا برای بهینه سازی یک سیستم چهار مخزنه به کار گرفته شد. مقدار تابع هدف با استفاده از لینگو برابر 308.2915 و با استفاده از HSA برابر 308.2900 محاسبه شد که 0.0005 درصد با بهینه مطلق اختلاف داشت. پس از موفقیت الگوریتم HS در حل سیستم چهار مخزنه، یک سیستم ده مخزنه در نظر گرفته شد. مقدار تابع هدف با استفاده از لینگو برابر 1194.4 و با استفاده از HSA برابر 1193.1 محاسبه شد که 0.1 درصد با بهینه مطلق اختلاف داشت. پس از موفقیت الگوریتم در حل مسائل چندمخزنه بهره برداری از مخزن سد دز برای یک دوره میان مدت (10 سال آماری) مدنظر قرار گرفت که جواب الگوریتم %1.31 با جواب بهینه مطلق اختلاف داشت. بنابراین می توان نتیجه گرفت که این الگوریتم توانایی حل مسائل بهینه سازی سیستم های واقعی را نیز دارد.
کلید واژگان: الگوریتم جستجوی هارمونی، الگوریتم فراکاوشی، برنامه ریزی خطی، بهره برداری چند مخزنه، بهینه سازیExistence periods of drought in the past decade, increasing growth of population, limitation surface water resources, cause the proper management of the reservoirs of dams. Operation of reservoirs is influenced by a lot of goals and generally many of these goals are incompatible with each other. The inflows to the reservoir and the storage volumes are uncertain which increases the operation of the complexity of the reservoir. The main challenge is to find the best release of the reservoir and hydrosystems optimization. Various optimization methods have been introduced for the operation of the reservoir. But some of these methods have disadvantages that use of them are not possible for all issues. Bozorg Haddad (2005) used Honey Bees Mating optimization for solving design problems and o The ant colony algorithm was also used to exploit a four-reservoir system in a discrete space that was able to optimize the problem with greater accuracy and less computing time than the genetic algorithm (Jalali et al 2007). Mousavi et al (2017) used the Harmony Search Algorithm to the optimization of water powerhouse storage projects and reported satisfactory results. Harmony search algorithm was presented by Geem et al for the first time in 2000. In this research Harmony Search Algorithm (HSA) is evaluated to determine the optimal operation of multi-reservoir systems. Then in order to evaluate the ability of the algorithm to solve real problems, the optimal operation of Dez Dam reservoir in Khuzestan province has been considered for a period of 10 years (1990-1992) with 120 months. In the single- reservoir issue of Dez Dam, the goal is to provide of agricultural demand of downstream or to determine the optimal monthly release for 10 years operation. The optimum value was obtained by using a linear programming model (Lingo). Lingo model has the ability to solve nonlinear models and provides the global optimum in some cases such as the intended problem where the objective function is convex. Therefore, the solutions obtained from the HSA model were compared with the solutions obtained from Lingo software program. A new heuristic algorithm derived from an artificial phenomenon found in musical performance namely the process of searching for better harmony can be introduced. Music harmony is a combination of sounds considered pleasing from an aesthetic point of view. Harmony in nature is a special relationship between several sound waves that have different frequencies. Musical performances seek the best state (fantastic harmony) determined by aesthetic estimation, as the optimization algorithms seek the best state (global optimum-minimum cost or maximum benefit or efficiency) determined by objective function evaluation. Aesthetic estimation find by the set of the sounds played by joined instruments, just as objective function evaluation find by the set of the values produced by component variables; the sounds for better aesthetic estimation can be improved through practice after practice, just as the values for better objective function evaluation can be improved iteration by iteration. The new algorithm is named Harmony Search (HS) and the steps in the procedure of HS are as follows: Step 1) Initialize a Harmony Memory (HM). Step 2) Improvise a new harmony from HM. Step 3) If the new harmony is better than least harmony in HM, include the new harmony in HM, and exclude the minimum harmony from HM. Step 4) If stopping criteria are not satisfied, go to Step 2. Harmony Memory Considering Rate (HMCR), which ranges from 0 to 1. If a uniformly generated value between 0 -1 occurs above the current value of the HMCR, then HS finds notes randomly within the possible playable range without considering HM. An HMCR of 0.85 means that at the next step, the algorithm chooses a variable value from HM with an 85% probability. For improving solutions and escaping local optima, yet another option may be introduced. This option mimics the pitch adjustment of each instrument for tuning the ensemble. For computation, the pitch adjustment mechanism is devised as shifting to neighboring values within a range of possible values. A Pitch Adjusting Rate (PAR) of 0.10 means that the algorithm chooses a neighboring value with 10% probability (an upper value with 5% or lower value with 5%. In the present study, first HSA was used to the optimization of a four-reservoir system. The objective function was calculated to equal to 308.2915 by using Lingo software, and this amount was calculated to equal to 308.2900 by using HSA that had a different of 0.0005 percent with the global optimum. After the success of HSA in solving the four-reservoir system, a ten-reservoir system was considered. The Objective function was calculated to equal to 1194.4 by using Lingo software, and this value was calculated to equal to 1193.1 by using HSA that had a different of 0.1 percent with the global optimum. In the single- reservoir issue of Dez Dam, the value of global optimum of the objective function was calculated by using software Lingo 1.9188 and by using HSA 1.944 that had a different of 1.31% with the global optimum. So it can be concluded that this algorithm has the ability to solve optimization problems of the real system
Keywords: Harmony Search Algorithm, Linear programming, Meta, heuristic algorithm, Multi dam operation, Optimization -
برای مدیریت بهتر آب موجود در مخازن سدها با توجه به ذخیره مخزن و جریان های ورودی به آن، منحنی فرمان بهره برداری باید توسط مدل های بهره برداری تهیه شود. در این مقاله منحنی فرمان برای بهره برداری از سیستم تک مخزنه سد درودزن واقع در استان فارس، با استفاده از روش های سیاست بهره برداری استاندارد، جیره بندی و برنامه ریزی خطی، استخراج شده است. تابع هدف کمینه سازی کمبود آب طی دوره آماری 60 ماهه از سال آبی 88 تا 92 در نظرگرفته شده است. روش سیاست بهره برداری استاندارد در مواقع خشکسالی کمبودهای شدیدی به وجود می آورد. به منظور تعدیل نمودن این کمبودهای شدید، قوانین جیره بندی برقرار می شود تا ذخیره مخزن را برای مصارف آینده حفظ نماید. در روش جیره بندی برای رسیدن به بهترین مقدار تابع هدف، مقادیر فاکتورهای بهینه جیره بندی با روش الگوریتم ژنتیک به دست آمده است. در نهایت نتایج به دست آمده از این دو روش با نتایج به دست آمده از برنامه ریزی خطی مبتنی بر جیره بندی مقایسه شدند. مقدار کمبودکل در روش برنامه ریزی خطیجیره بندی، 56/219 و در روش سیاست بهره برداری استاندارد، 57/216 و در روش جیره بندی-الگوریتم ژنتیک 19/84 میلیون مترمکعب محاسبه شده است. مدل جیره بندی الگوریتم ژنتیک با درصد تامین 33/83% نیازها، شدت کمبود را نیز کنترل می کند. همچنین متوسط حجم ذخیره مخزن در این روش دارای بیشترین مقدار است. مقایسه سه روش مزبور با استفاده از معیارهای ارزیابی شامل قابلیت اعتماد زمانی، حجمی و آسیب پذیری نشان می دهد که روش جیره بندی-الگوریتم ژنتیک آسیب پذیری کمتر و اعتماد پذیری زمانی و حجمی بالاتری دارد و نسبت به دو روش دیگر مناسب تر عمل کرده است.
کلید واژگان: الگوریتم ژنتیک، برنامه ریزی خطی، بهره برداری بهینه، جیره بندی، منحنی فرمانDam rule curves should be derived using operation models and considering reservoir storage as well as input flows, which results in better management of reservoir water. In this paper rule curves of Doroudzan dam in Fars province, has been derived, using standard operating policy (SOP), hedging rules and linear programming. The objective function is water deficit minimization during 88-92. Standard operating policies result in severe water shortage. To mitigate the severe water shortage in SOP; the hedging policy has been used, which accept some present delivery deficit to reduce greater shortage in the future. The Genetic algorithm has been used to find the hedging optimal factors. Finally, the results of SOP and hedging-GA are compared with a model linear programming based on hedging rules model. Total shortage in hedging-GA is 84.19 MCM, hedging-LP is 219.5 MCM and in SOP is 216.57 MCM. The GA-hedging model by supplying 88.33% of demands control the amount of shortage as well as the shortage severity. In addition, the average reservoir storage is the biggest amount among the three methods. Comparison of the mentioned models using assessment criteria including time reliability, volume reliability and vulnerability shows the hedging-GA model is less vulnerable and more reliable; therefor this model performance is better than the two other models.
Keywords: Genetic Algorithm, Linear Programming, Optimal Operation, Hedging, Rule curve -
در مطالعه حاضر، الگوی بهینه کشت محصولات زراعی شهرستان ری با استفاده از مدل برنامه ریزی خطی (متعارف) و همچنین، با لحاظ درجات مختلف مخاطره با استفاده از مدل های مخاطره ای موتاد، تارگت موتاد و موتاد پیشرفته تعیین شد. داده های مورد نیاز به روش میدانی و از طریق تکمیل 149 پرسشنامه از بهره برداران شهرستان ری و آمار و اطلاعات مدیریت جهاد کشاورزی، سازمان و ادارات ذی ربط در این شهرستان طی پنج سال زراعی 1389 تا 1394 جمع آوری شد. نتایج حاصل از مدل برنامه ریزی خطی نشان داد که در مقایسه با وضعیت فعلی، به کارگیری الگوی بهینه کشت بازده برنامه ای را 6/69 درصد افزایش می دهد. همچنین نتایج حاصل از برآورد مدل های مخاطره ای موید آن بود که بین مخاطره و بازده برنامه ای رابطه مثبت وجود دارد؛ علاوه بر این، مدل های مخاطره ای در بالاترین سطح مخاطره، نتایجی مشابه با برنامه ریزی خطی دارند و الگوی ارائه شده از طریق مدل برنامه ریزی خطی در بالاترین حد ممکن از مخاطره است.
کلید واژگان: الگوی بهینه کشت، برنامه ریزی خطی، مخاطره، ری (شهرستان)In this study, the optimum cropping pattern in Rey County of Iran was determined using Linear Programming model (conventional), considering various degrees of risk using risk models of MOTAD, Target MOTAD and Advanced MOTAD. The required data were collected through field study and filling out 149 questionnaires from beneficiaries of the county as well as the concerned Agricultural-Jehad Management and subordinate organizations and offices in five farming years of 2010-15. The results from linear programming model showed that compared to the present status, applying the optimized cropping pattern made 6.69 percent increase in programmed output. Also, the results from estimation of risky models suggested that there was a positive relationship between risk and the farm’s programmed output. Again, risky models in highest possible level of risk indicated results similar to those of linear programming, and the pattern presented by linear model was placed at maximum possible level of risk.
Keywords: Optimum Cropping Pattern, Linear programming, risk, Rey (County)
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.