multi-stage stochastic programming
در نشریات گروه کشاورزی-
هدف این تحقیق تهیه مدل بهینه سازی تخصیص آب آبیاری و الگوی کشت در شرایط عدم قطعیت با تاکید بر بررسی شاخص های کارایی مصرف آب و عرضه نسبی آب و مقایسه با مدیریت سنتی در شبکه آبیاری مارون می باشد. داده های هیدرومتری از ایستگاه شبکه مارون و داده های هواشناسی از ایستگاه ایدنک بهبهان برای سالهای 85 الی 95 تهیه گردید. بدین منظور مدلی با هدف ماکزیمم کردن کل سود ناخالص شبکه های آبیاری و زهکشی مارون توسعه داده شده است. این مدل قادر است توزیع بهینه آب بین شبکه ها، محصولات و مراحل مختلف رشد، میزان کمبود آب، مازاد آب تخصیص داده شده، و مقدار سود ناخالص سیستم در طی چهار فصل رشد تحت سه سناریو خشکسالی، نرمال و ترسالی با استفاده از روش برنامه ریزی تصادفی چند مرحله ای درشرایط عدم قطعیت را تعیین نماید. نتایج نشان دهنده مصرف بهینه تر آب با توجه به افزایش سطح کشت بین (26-2) درصد و به تبع آن افزایش سود بین (92-25) درصد و همچنین افزایش شاخص کارایی مصرف آب در مدل توسعه یافته نسبت به مدیریت سنتی می باشد.در مدیریت سنتی، میزان شاخص عرضه نسبی آب آبیاری نزدیک به یک می باشد.در مدل بهینه سازی اختلاف بین عرضه و تخصیص آبیاری به علت برآورد نیاز آبی واقعی گیاه، سطح کشت بهینه و ذخیره سازی آب نسبت به مدیریت سنتی زیادتر می گردد.(در اکثر حالات کمتر از یک می باشد).
کلید واژگان: بهینه سازی، تخصیص آب آبیاری، عدم قطعیت، کارایی مصرف آب، برنامه ریزی تصادفی چندمرحله ایMoghaddasi et al. (2010a,b) did a research on optimization of water allocation and distribution in irrigation network of Zayandeh Rud catchment by the use of non-linear methods of collective intelligence and genetic algorithm. In the above mentioned study, optimization has done by 4 sub-models of water distribution optimization during crop growth periods, water allocation optimization among network crops, water distribution optimization among different networks, and annual optimization of agricultural water proportion of Zayandeh Rud. Comparing the results, it can be assumed that nonlinear programming )NLP) and consequently particle swarm optimization )PSO) methods have priority to the others.in addition the study confirmed that the optimization method associates 36% more income. Management of irrigation water resources in the agricultural sector, as the most important renewable but limited resource, has been the most important challenge of the current century and has resulted in major concerns around the world. The aim of this study was to allocation irrigation water and cropping area under uncertainty with emphasis on water use efficiency (WUE) and relative irrigation supply (RIS) indices and the results were compared to the actual management in Marun Irrigation Network.
Keywords: Optimization, Irrigation Water Allocation, Uncertainty, Water Use Efficiency, Multi-Stage Stochastic Programming -
مقدمه و هدف
با توجه به محدودیت منابع آب، مسایل مربوط به مناقشات تخصیص آب از جمله نگرانی های مهم برنامه ریزان و مصرف کنندگان آب است. عدم قطعیت موجود در سیستم منابع آب و تغییرات آب و هوایی نیز تخصیص بهینه منابع آب در بخش کشاورزی را پیچیده تر کرده است. بنابراین، در مطالعه حاضر سعی می گردد که با توسعه مدل برنامه ریزی ریاضی که قادر به لحاظ پویایی و شرایط عدم حتمیت هم در پارامترهای توابع هدف و هم در محدودیت ها باشد، به تخصیص بهینه منابع آب در آبخیز مرند پرداخته شود.
مواد و روش هادر این مطالعه یک مدل برنامه ریزی تصادفی چندمرحله ای تعاملی مبتنی بر عدم قطعیت (UIMSP) از طریق تلفیق روش معیار کاتااوکا و برنامه ریزی محدودیت شانس در یک چارچوب تصمیم گیری چند مرحله ای برای مدیریت منابع آب کشاورزی آبخیز مرند در دوره های مختلف برنامه ریزی توسعه داده شده است. یک درخت سناریوی دو دوره ای با ترکیبات مختلف احتمال نقض محدودیت ها (α) و سطوح مختلف معیار فرکتایل برای تابع هدف (β) انتخاب شدند.
یافته هانتایج نشان می دهد که مینیمم سود خالص سیستم، زمانی که α= 0/01 و β= 0/9 باشند 1010×[983/6، 46/6] ریال حاصل می شود و ماکزیمم آن زمانی که و باشند 1010×[1483/1، 699/7] ریال می باشد. همچنین به ازاء هر احتمال تخطی از محدودیت (α)، با افزایش سطح رضایت تابع هدف (β)، هر دو کران بالا و پایین سود خالص سیستم به تدریج کاهش می یابد، درحالی که اختلاف بین سود خالص سیستم تحت سطوح مختلف تخطی از محدودیت (α) قابل توجه است. همچنین نتایج حاصل از مدل UIMSP نشان می دهد کمبود آب در سناریوهای مختلف به دلیل ناکافی بودن منابع آب در آبخیز مرند مشاهده می شود. با این حال بر اساس نتایج مدل، در دوره دوم علیرغم کاهش در مقدار آب موجود، میزان کمبود آب با افزایش کارایی آبیاری کاهش یافته است. به عنوان مثال، تحت شدت جریان متوسط مقدار کمبود آب سطحی و زیرزمینی آبخیز در دوره اول به ترتیب برابر با 43/6 درصد و 32/5 درصد می باشد که در دوره دوم به میزان [36/9، 24/5] درصد و [24/5، 0] درصد کاهش می یابد.
نتیجه گیرینتایج حاصل از مدل توسعه یافته به تصمیم گیرندگان کمک می کند تا تعاملات بالقوه بین ریسک های مربوط به تابع هدف تصادفی و محدودیت های موجود را بررسی کنند. همچنین افزایش بهره وری آبیاری و به روزرسانی سیستم های آبیاری از اصلی ترین استراتژی هایی هستند که می توانند ضمن کاهش آسیب های زیست محیطی ، یک مزیت اقتصادی برای کشاورزان فراهم کنند.
کلید واژگان: برنامه ریزی تصادفی چندمرحله ای، برنامه ریزی محدودیت شانس، کران تصادفی، مدیریت منابع آب، معیار کاتااوکاIntroduction and ObjectiveGiven the limited available water resources, the conflict-laden issues of water allocation have become a challenging issue for planners and water consumers. The existence of different types of uncertainties and climate change conditions in the water resources systems intensify the complexity of the optimal allocation process of water resources in the agricultural field. Therefore, In the present study, it is tried to optimally allocate water resources in Marand watershed by developing a mathematical planning model that is capable of dynamics and uncertainty conditions both in the parameters of objective functions and in constraints.
Material and MethodsIn this study, an uncertainty-based interactive multi-stage stochastic programming (UIMSP) approach is proposed by incorporating the fractile criterion method and chance-constrained programming within a multi-stage decision-making framework for agricultural water resource management in various planning horizon. A two-period scenario tree with different probabilities for violating constraints (α) and various satisfactory levels of the objective function (β) were selected.
ResultsThe results indicates that the minimum and maximum benefits of the system are [46.6, 983.6] × 1010 (Rials) and [699.7, 1483.1] × 1010 (Rials) when α=0.01 and , β=0.9 , respectively. In addition, an increase in satisfactory levels of the objective function (β) led to a gradual decrease in both upper and lower bound of the total net benefits at each given probability level of violating constraint (α), while any change in probability of constraint violation (α) resulted in creating a significant change in the system profits. Also, the results of the UIMSP model show that water scarcity is observed in different scenarios due to insufficient water resources in Marand watershed. However, according to the results, in the second period, despite the decrease in the amount of water available, the amount of water shortage has decreased with increasing irrigation efficiency. For example, under medium flow level, the amount of surface and groundwater shortages in the first period is 43.6% and 32.5%, respectively, while it is reduced by [36.9, 24.5] and [24.5, 0] percent in the second period.
ConclusionThe results can help decision-makers examine potential interactions between risks related to the stochastic objective function and constraints. Also, increasing irrigation efficiency and upgrading irrigation systems are among the main strategies that can provide an economic benefit to farmers while reducing environmental damage.
Keywords: Chance constraint programming, Kataoka’s criterion, Multi-stage Stochastic programming, Random Interval, Water Resources Allocation
- 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.