به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت
جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه

multi-objective optimization

در نشریات گروه آب و خاک
تکرار جستجوی کلیدواژه multi-objective optimization در نشریات گروه کشاورزی
  • عباس راهدان، مریم محمدرضایی*

    کشاورزی رکن اصلی اقتصادی حوضه هیرمند است اما با کمبود شدید آب ناشی از مصرف ناپایدار مواجه است. مطالعات قبلی الگوهای کشت را بر اساس عوامل اقتصادی و آبی در مناطق خشک بهینه کرده اند. با اینحال، شرایط منحصربه فرد هیرمند نیازمند یک رویکرد بهینه سازی چندهدفه متناسب با ادغام عوامل اقتصادی، اکولوژیکی و محیطی است. این مطالعه یک مدل ریاضی چندهدفه را برای تعیین الگوی کشت بهینه برای هیرمند توسعه می دهد تا سود کشاورز را به حداکثر برساند و در عین حال مصرف آب و اثرات زیست محیطی را به حداقل برساند. این مدل مناطق کشت را برای محصولات عمده منطقه ای با استفاده از برنامه ریزی خطی چندهدفه شبیه سازی می کند. در این راستا برای به دست آوردن الگوی کشت بهینه با اهداف موردنظر از الگوریتم ژنیک به عنوان یک روش بهینه سازی تصادفی استفاده شد. اطلاعات مورد نظر از سازمان جهاد کشاورزی و آب منطقه ای استان سیستان و بلوچستان و محاسبات مربوطه درنرم افزار MATLAB وCROPWAT صورت گرفت. سال زراعی تعیین شده در این پژوهش سال 1397-1398 و محصولات منتخب شامل گندم، ذرت، جو، انگور سیاه، خیار بادمجان، پیاز، حبوبات و گیاهان دارویی می باشند.نتایج نشان می دهد که الگوی کشت بهینه، مصرف سالانه آب را 29 درصد شستشوی نیتروژن را تا 14 درصد کاهش می دهد و بازده اقتصادی را 11 درصد در مقایسه با شیوه های فعلی افزایش می دهد. واردات آب مجازی گندم و ذرت مصرف آب محلی را 18 درصد کاهش می دهد و بازده اقتصادی را تا 5 درصد بهبود می بخشد. این رویکرد مدل سازی یکپارچه، پشتیبانی تصمیم گیری مبتنی بر سناریو و داده محور را برای هدایت سیاست گذاری در مورد استراتژی های بهینه کشت فراهم می کند.نتایج نشان دهنده قابلیت بهینه سازی چندهدفه همراه با واردات آب مجازی برای تقویت پایدار کشاورزی با وجود کمبود آب است. این مطالعه می تواند به عنوان یک نقشه راه برای سیاست گذاران و کشاورزان در جهت بهبود و پایداری کشاورزی در حوضه هیرمند مورد استفاده قرار گیرد.

    کلید واژگان: آب مجازی، الگوهای کشت، بهره وری اقتصادی، بهینه سازی چندهدفه، کشاورزی پایدار
    Abbas Rahdan, Maryam Mohammadrezaei *

    Agriculture is the main economic pillar of the Helmand Basin; however, it faces severe water scarcity due to unsustainable consumption. Previous studies have optimized cropping patterns based on economic and water factors in arid regions. However, the unique conditions of Helmand require a multi-objective optimization approach that integrates economic, ecological, and environmental factors. This study develops a multi-objective mathematical model to determine the optimal cropping pattern for Helmand to maximize farmer profits while minimizing water consumption and environmental impacts. The model simulates cropping areas for major regional crops using multi-objective linear programming. In this regard, to obtain the optimal cultivation pattern with the desired objectives, the genetic algorithm was used as a random optimization method. The desired information was obtained from the Agricultural and Jihad Organization and Regional Water of Sistan and Baluchestan Province, and the relevant calculations were performed in MATLAB and CROPWAT software. The crop year determined in this study is 2018-2019 and the selected crops include wheat, corn, barley, black grapes, cucumber, eggplant, onion, legumes, and medicinal plants. Results indicate that the optimal cropping pattern reduces annual water consumption by 29%, nitrogen leaching by up to 14%, and increases economic yield by 11% compared to current practices. Virtual water imports of wheat and corn reduce local water consumption by 18% and improve economic yield by up to 5%. This integrated modeling approach provides data-driven scenario-based decision support for guiding policies on optimal cropping strategies. The findings demonstrate the potential of multi-objective optimization combined with virtual water imports to sustainably enhance agriculture despite water scarcity. This study can be used as a road map for policy makers and farmers to improve and sustain agriculture in the Hirmand basin.

    Keywords: Virtual Water, Cropping Patterns, Economic Efficiency, Multi-Objective Optimization, Sustainable Agriculture
  • محبوبه خورسندی، پریسا سادات آشفته*

    الگوریتم های بهینه سازی فراابتکاری روش های قدرتمند و قابل اعتمادی برای حل مسائل پیچیده از جمله بهینه سازی سامانه های مخازن هستند. در این تحقیق الگوریتم چندهدفه کرم شب تاب (MOFA) با الگوریتم پرکاربرد ژنتیک مرتب سازی نامغلوب (NSGA-II) در دو تابع آزمون] شیفر (SCH) و فونسکا (FON  مقایسه شد. سپس این الگوریتم ها برای حل مساله بهینه سازی بهره برداری چندهدفه از مخزن بکار گرفته شدند. مخزن آیدوغموش واقع در استان آذربایجان شرقی، به عنوان مورد مطالعاتی انتخاب شد. دو تابع هدف متقابل از جمله تابع هدف اول بیشینه سازی ذخیره مخزن و تابع هدف دوم کمینه سازی کمبود درنظر گرفته شدند. برای ارزیابی و مقایسه الگوریتم های مورد بررسی از شاخص های زمان اجرای الگوریتم، فاصله نسلی و معیار فاصله استفاده شد. نتایج نشان داد که الگوریتم MOFA در دو تابع آزمون بررسی شده نسبت به NSGA-II به طور میانگین 22 درصد سریع تر است. در مساله بهره برداری از مخزن، نتایج نشان داد که کیفیت جواب ها از نظر نزدیکی به جبهه پارتو بهینه برای الگوریتم MOFA با بهبود مقادیر پارامترها توانست به میزان 11 درصد نسبت به الگوریتم NSGA-II بهبود یابد. هم چنین زمان اجرای الگوریتم MOFA نسبت به زمان متناظر در الگوریتم NSGA-II به میزان 13 درصد بهبود یافت.

    کلید واژگان: بهره برداری بهینه از مخزن، بهینه سازی چندهدفه، تابع آزمون، MOFA، NSGA-II
    Mahboubeh Khorsandi, Parisa-Sadat Ashofteh *
    Background and Objectives

    Previous researches have often used the Firefly Algorithm (FA) as a single-purpose operation of the reservoir. For example, Garousi-Nejad and Bozorg-haddad (2014) used FA for the first time in water science and reservoir operation, using ten-year statistical data of the Aidoghmoush reservoir located in East Azerbaijan province of Iran. They used it to meet the needs of downstream irrigation. In order to show the efficiency of FA, the results of this algorithm were compared with the global optimum results obtained from the nonlinear programming (NLP) method. The results showed that FA responses differed by less than one percent from NLP. Garousi-Nejad et al. (2016) used the FA to operate the reservoir and used the superiority of this algorithm over GA using five mathematical tests, the problem of reservoir operation for agricultural water supply, and the problem of reservoir operation to generate electricity. The results showed the superiority of FA performance in terms of global optimum convergence rate compared to GA results. Therefore, further investigating the capability and application of the multi-objective of this algorithm in the multi-purpose reservoir operation is necessary.In this study, first, the performance of the MOFA algorithm is compared with the well-known and common NSGA-II algorithm from three perspectives of execution time, generation distance, and distance metric in two mathematical test functions. After ensuring they perform correctly in the test functions, an evaluation is performed for a reservoir operation problem. Then, three reservoir operation policies are selected from the policy set and reviewed.

    Methodology

    Aidoghmoush dam is one of the dams built in East Azerbaijan Province, located at 19 km from Mianeh city. Aydoghmoush dam is located in the Sefidrood catchment area and Aidoghmoush sub-basin on the Aidoghmoush river. The structure of the dam is a clay-core rockfill. In this study, the Aidoghmoush reservoir's operation is examined from 1990 to 1996. The FA algorithm was developed by Yang (2008). This algorithm is based on the idealization of the behavior and flashing patterns of fireflies.The test functions used in the present study are (1) Schaffer test function (SCH) and (2) Fonesca test function (FON) (Coello et al. 2007). The MOFA algorithm was used to solve two multi-objective test functions, and its performance was compared with NSGA-II. The Generational Distance (GD) metric, introduced by Van Veldhuizen and Lamont (1998), was used to measure the proximity of the non-dominated solutions obtained to the true Pareto front (PFtrue) (Coello et al. 2007). The spacing (SP) metric introduced by Schott (1995) was also used to measure the distribution of the obtained non-dominated solutions.

    Findings

    In both test functions, the MOFA with good solution quality has a significant time difference in execution time compared to the NSGA-II algorithm; the MOFA is 30% faster in the SCH test function and 15% more quickly in the FON test function than the NSGA-II. Therefore, the MOFA can be a good algorithm for optimizing complex and time-consuming problems such as reservoir operation. The MOFA algorithm in two groups of parameters compared with the NSGA-II algorithm was evaluated in the problem of reservoir operation to maximize reservoir storage and minimize deficit. Extracted solutions from the MOFA algorithm improved by 11% compared to the NSGA-II algorithm by considering better parameter values in terms of proximity to the PFtrue. Also, the execution time of the MOFA algorithm was improved by 13% compared to the NSGA-II algorithm's execution time.

    Conclusion

    Nature-inspired meta-heuristic algorithms have been considered in recent decades due to their suitable ability to derive optimal reservoir operation policies compared to classical methods. In this research, the Multi-Objective Firefly Algorithm (MOFA) is compared with the widely-used Non-Dominated Genetic Algorithm (NSGA-II) in two test functions [Schaffer (SCH) and Fonseca (FON)]. These algorithms are then used to solve the optimizing the reservoir operation problem. Aidoghmoush reservoir, located in East Azerbaijan province, is used as a case study. Two conflicting objective functions are considered, including the first objective function of maximizing reservoir storage and the second objective function of minimizing deficiency. The algorithm runtime, generation distance, and Spacing matric are used to evaluate and compare the studied algorithms. The results showed that the execution time of the MOFA algorithm in the two test problems examined was, on average, 22% less than the execution time of the NSGA-II algorithm, and the quality of the answers could be better or worse than NSGA-II. The results obtained in the multi-objective operation of the reservoir showed that the set of solutions obtained from the MOFA algorithm became closer to the PFtrue averagely of 13% by considering the parameters α, β, and γ equal to 10, 1, and 0.1, instead of considering the parameters α, β, and γ equivalent to 0.25, 1 and 1, and the average execution time of the algorithm was improved by 3%. This improvement of the solution's quality and runtime was 13 and 11, respectively, compared to the NSGA-II algorithm.Since the MOFA algorithm is fast, the quality of the resulting set of answers can be improved by adjusting parameters, modifying, or integrating with other methods, such as different optimization algorithms or machine learning algorithms, and using it to Optimize real-time problems that are important in terms of computational time and burden. It is further suggested that the MOFA algorithm be developed for more complex models such as multi-purpose reservoir operation with more than two objectives of multi-reservoir systems, and its performance in reservoir operation management problems be compared with other meta-heuristic algorithms.

    Keywords: MOFA, Multi-Objective Optimization, NSGA-II, Optimal Reservoir Operation, Test Function
  • محسن سالکی، محمدرضا نوری امامزاده ئی*، حمیدرضا سالمی، روح الله فتاحی

    طراحی سامانه های آبیاری سطحی نواری یا بر اساس روابط تجربی مندرج در منابع و یا بر اساس نتایج شبیه سازی در مدلهای مختلف انجام می شود که در این روش ها امکان بررسی تاثیر تمامی متغیرهای طراحی بر شاخصهای مختلف آبیاری وجود ندارد. طراحی بر اساس کمینه سازی حجم آب ورودی به همراه بیشینه سازی شاخصهایی چون راندمان کاربرد، یکنواختی توزیع و کفایت آبیاری رویکرد نوینی است که از طریق بهینه سازی چند هدفه می تواند بهترین نتایج را ارائه دهد. بهترین انتخاب برای متغیرهای طراحی شامل طول، عرض، شیب نوار، دبی آب ورودی و زمان قطع جریان آب در یک مزرعه با هدف دستیابی به شاخص های بهینه را می توان از این روش بدست آورد. در این تحقیق با اندازه گیری پیشروی آب در قطعات نمونه در مزرعه ای به مساحت 180 هکتار با کشت گندم در غرب اصفهان و شبیه سازی حرکت آب در نوارهای آبیاری ضرایب نفوذ خاک بدست آمد. بر این اساس برای عمق خالص آبیاری 75 میلیمتر و ضریب زبری 0.15 تعداد 56700 رویداد آبیاری نواری انتها بسته با نرم افزار WinSRFR 5.1 شبیه سازی شد. در بین نتایج بدست آمده با استفاده از روش بهینه سازی چند هدفه تابع هدف مقید شده، با هدف کمینه سازی حجم آب ورودی و راندمان کاربرد بالاتر از 90 درصد، یکنواختی توزیع و کفایت آبیاری بیشتر از 0.8 ،تعداد 515 گزینه بهینه برای طراحی نوار آبیاری تعیین گردید و در بین آنها جبهه اول پارتو، برای طراحی بهینه نوار آبیاری در این مزرعه و مزارع مشابه ارائه شد. نتایج نشان می دهند حجم آب ورودی در گزینه های بهینه سازی شده بین 712.8 تا 757.3 و در مزرعه بین 462 تا 1588 مترمکعب در هکتار می باشد که مقادیر اندازه گیری شده تفاوت قابل ملاحظه ای با مقادیر بهینه دارد. از روش ارائه شده در این تحقیق می توان به عنوان یک راهکار جدید برای طراحی سامانه آبیاری سطحی نواری و افزایش بهره وری آب در کشاورزی استفاده نمود.

    کلید واژگان: طراحی آبیاری سطحی، آبیاری نواری، بهینه سازی چند هدفه، بهره وری آب
    Mohsen Saleki, Mohammadreza Nouri Emamzadei *, Hamidreza Salemi, Roohallah Fatahi

    Surface border irrigation design and variables determination using multi-objective optimizationM. Saleki , M.R. Nouri , H.R. Salemi , R. Fatahi AbstractDesign of surface border irrigation systems is usually performed based on empirical relations presented in the literature or through simulation results in various models. These methods do not allow investigating the impact of all design variables on different irrigation indices.Designing based on minimizing the volume of water input along with maximizing indices such as application efficiency, distribution uniformity, and irrigation adequacy is a new approach that can provide the best results through multi-objective optimization. The best choice for design variables, including length, width, slope, inflow rate, and cut-off time in a field, can be obtained using this method to achieve optimal indices.In this research, by measuring the water advance in sample plots in a field in Isfahan and simulating water movement in the border strips, the soil infiltration coefficients were obtained. Based on this, for a net irrigation depth of 75 mm and a roughness coefficient of 0.15, 56700 closed-end border irrigation events were simulated using WinSRFR 5.1 software. Among the obtained results, using the constrained objective function multi-objective optimization method, with the aim of minimizing the volume of water input and application efficiency higher than 90%, distribution uniformity and irrigation adequacy more than 0.8, 515 optimal options for designing the irrigation border strips were determined, and among them, some options were presented for the optimal design of the irrigation border strips in this field and similar fields.The results show that the volume of water input in the optimized options is between 712.8 and 757.3 cubic meters per hectare, which is significantly different from the measured values in the field. The method presented in this research can be used as a new approach for designing surface border irrigation systems and increasing water productivity in agriculture.

    Keywords: Design Of Surface Irrigation Systems, Border Irrigation, Multi-Objective Optimization, Water Use Efficiency
  • سعید فرخی، محسن نجارچی*، حسین مظاهری، سعید شعبانلو

    در تحقیق حاضر سیستم منابع آب سطحی رودخانه دز حد فاصل سد تنظیمی دز تا بندقیر برای توسعه یک مدل کمی- کیفی که قادر به استخراج سیاست های بهره برداری بهینه باشد انتخاب شد. برای شبیه سازی وضع موجود بهره برداری، تحت عنوان سناریوی مرجع، اتصال دینامیک بین مدل های کمی و کیفی ایجاد شد. طوری که در سیستم کوپل شده، روابط هیدرولیکی بین تمام اجزای سیستم برقرار گردید. در سناریوی بهینه سازی متغیرهای تصمیم شامل نیاز زیست محیطی ماهیانه رودخانه و اهداف شامل حداکثرسازی درصد تامین نیازها و حداقل سازی تخطی از استانداردهای کیفی بودند. اجرای سناریوی بهینه سازی موجب افزایش اطمینان پذیری تامین تمامی نیازهای دشت با هر اولویتی که دارند، گردید. همچنین نتایج سناریوی بهینه سازی نسبت به سناریوی مرجع نشان داد که نه تنها غلظت پارامترهای آلودگی و کیفی بهبود یافته است، بلکه در بسیاری از نقاط رودخانه بخصوص در محل های برداشت آب کشاورزی، حداقل تجاوز از استانداردهای کیفی و آلودگی آب رودخانه وجود دارد. نتایج نشان داد با بهره گیری از روش اتصال دینامیک کمی-کیفی منابع آب و توسعه مدل کوپل شده با استفاده از الگوریتم MOPSO، می توان برنامه ریزی بهتری برای استفاده مناسب از منابع آب موجود با در نظر گرفتن تمامی ذینفعان انجام داد. طوری که علاوه بر تامین نیازها، روند کیفیت و آلودگی رودخانه نیز در طول دوره بهره برداری نزدیک به حدود استاندارد باشد.

    کلید واژگان: بهینه سازی چندهدفه، MOPSO، مدل کمی- کیفی، رودخانه دز
    Saeid Farokhi, Mohsen Najarchi *, Hossein Mazaheri, Saeid Shabanlou

    The Dez-River's surface water resources system between the Dez regulatory dam and Bandar-e-Ghir is the focus of the current study to create a qualitative-quantitative-model that can be used to determine the best operating strategies. for replicate the existing operational state, a dynamic link between quantitative and qualitative models is built under the "reference-scenario" such that hydraulic linkages are generated between all of the system's components in the coupled system. The monthly environmental demands of the river are one of the choice factors in the optimization-scenario. The goals are to maximize the percentage of needs met and minimize quality standard violations. The implementation of the optimization scenario increased the reliability of providing all the needs of the plain with any priority. This problem illustrates how the reservoir should operate in an ideal state. In many places along the river, particularly the agricultural water withdrawal sites, the minimum violation of water quality standards has happened, according to a comparison of the pollution and quality parameters in the optimization scenario and the reference scenario. The amount of pollution and quality parameters has also improved. The findings show that it is possible to plan more effectively for the appropriate use of currently available water resources by taking into account all stakeholders and utilizing the qualitative-quantitative dynamic connection method of water resources to develop a coupled model using the MOPSO-algorithm. This will ensure that, in addition to meeting needs, the quality and pollution of the river remain close to the standard limits during the operation period.

    Keywords: Multi-Objective Optimization, MOPSO, Quantitative-Qualitative Model, Dez River
  • مهدی کماسی*، مهدی لک

    سرریزهای پلکانی به جهت عملکرد همزمان در انتقال و استهلاک انرژی، امروزه مورد توجه ویژه قرار گرفته اند. در طراحی این سرریزها بهترین حالت، دست یابی به طرحی با بیش ترین مقدار استهلاک انرژی در پایین دست و کم ترین هزینه طراحی می باشد. در این مطالعه، از مدل بهینه سازی چندهدفه بر مبنای الگوریتم های علف های هرز (IWO) و چرخه آب (WCA) برای طراحی سرریزهای پلکانی با اهداف کمینه نمودن هزینه های اجرا و بیشینه نمودن میزان استهلاک انرژی استفاده شده است. در این راستا، کارآیی دو الگوریتم بر روی سرریز سد سیاه بیشه پائین مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج پژوهش نشان داد الگوریتم IWO دقت و سرعت همگرایی بهتری نسبت به الگوریتم WCA در حل مسئله بهینه سازی چندهدفه سرریزهای پلکانی دارد. همچنین مشخص گردید استفاده از رویکرد بهینه سازی چندهدفه می تواند مجموعه ای از پاسخ ها را در اختیار طراحان قرار دهد که بتوانند در هر شرایطی بسته به میزان هزینه و استهلاک انرژی مورد نظر طرح مناسبی برای اجرا انتخاب نمایند. مقایسه بین پاسخ های با کمترین حجم بتن ریزی ارائه شده توسط IWO در مقایسه با طرح اجرا شده سرریز، 20 درصد حجم بتن ریزی را کاهش و 12 درصد میزان استهلاک انرژی را افزایش داده است. همچنین برای WCA، حجم بتن ریزی را 10 درصد کاهش و استهلاک انرژی را 4/89 درصد افزایش داده است.

    کلید واژگان: استهلاک انرژی، بهینه سازی چندهدفه، سرریزهای پلکانی، سیاه بیشه، فراکاوشی
    Mehdi Komasi *, Mehdi Lak

    Stepped spillways have received special attention today for their simultaneous operation in energy transfer and dissipation. In designing these spillways, the best way is to achieve a design with the highest amount of energy dissipation in the downstream and the lowest design cost. In this study, a multi-objective optimization model based on weed algorithms (IWO) and water cycle (WCA) is used to design stepped spillways with the aim of minimizing implementation costs and maximizing energy dissipation. The efficiency of the developed model was tested on the spillway of the down Siah Bisheh Dam. The results showed that the IWO algorithm has better accuracy and convergence speed than the WCA algorithm in solving the problem of multi-objective stepped spillway optimization. It was also found that using a multi-objective optimization approach can provide a set of answers to designers who can choose a suitable design for implementation in any situation depending on the amount of cost and energy consumption. Comparison between the responses with the lowest concreting volume provided by the IWO compared to the Spillway plan implemented, reduced the concreting volume by 20% and increased the energy dissipation by 12%. For the WCA, it also reduced the volume of concreting by 10 percent and increased energy dissipation by 4.89 percent.

    Keywords: Energy dissipation, Multi-Objective Optimization, Metaheuristic, Stepped Spillways, Siah Bisheh
  • سید علی کاظمی نژادفرد، اکرم الملوک لاهیجانیان*، محمدرضا نیکو، امیرحسام حسنی
    مقدمه

    کشور ایران از جمله کشورهای خشک و کم آب جهان محسوب می شود که تامین آب شرب در بسیاری از شهرهای آن، یکی از معضلات اصلی مدیریت منابع آب شهری می باشد. در این راستا، یکی از مناسب ترین روش ها برای مبارزه با کم آبی، کاهش و محدودسازی استفاده از آب های با کیفیت بالا در آبیاری فضای سبز می باشد. لذا نیاز به مدیریت موثر در برنامه ریزی های کلان شهری در بخش مدیریت منابع آب فضای سبز شهری، به ویژه در فصل های گرم سال بیش از پیش احساس می شود. هدف از پژوهش حاضر، بهینه سازی چندهدفه و مدیریت تخصیص پساب تصفیه شده با استفاده از مدل های پویایی سیستم (سیستم داینامیک) به منظور آبیاری فضای سبز شهری در کلان شهر شیراز می باشد.

    روش

    بدین منظور، عوامل موثر بر تامین منابع آب و آبیاری فضای سبز شهر شیراز، شبیه سازی شده و با توجه به آن، پیش بینی مصارف و میزان منابع در دسترس و بهینه سازی تخصیص، ارایه شده است. هم چنین، در پژوهش حاضر، عوامل موثر در شرایط فعلی و آینده که می تواند بر مدل پیشنهادی تاثیرگذار باشد، مورد توجه قرار گرفته و دو سناریو افزایش بازده آبیاری فضای سبز و استفاده از پساب تصفیه شده اعمال گردیده است.

    یافته ها

    نتایج نشان دادند که افزایش بازده آبیاری از طریق مدیریت انتقال، ذخیره و توزیع آب و هم چنین آبیاری در ساعات مناسب، تاثیر به مراتب بیش تری در مقایسه با استفاده از پساب تصفیه شده به منظور کاهش برداشت از منابع محدود کنونی خواهد داشت؛ به گونه ای که با افزایش راندمان آبیاری به میزان 40 و 50 درصد به ترتیب مقدار 14 و 39 درصد از کمبودهای آبی برطرف می شود.

    نتیجه گیری

    نتایج شبیه سازی نشان داد که به منظور رسیدن به پایداری سامانه باید ترکیبی از انواع سناریوهای کاهش سرانه مصرف آب فضای سبز، افزایش بازده آبیاری، استفاده از پساب تصفیه شده و فضاهای خشک منظر در توسعه فضاهای شهری مدنظر قرار گیرد.

    کلید واژگان: فضای سبز شهری، مدیریت منابع آب، پساب تصفیه شده، بهینه سازی چندهدفه، پویایی سیستم
    Seyed Ali Kazeminejad Fard, Akramolmolok Lahijanian *, MohammadReza Nikoo, AmirHesam Hasani
    Introduction

    Effective management in metropolitan planning of urban green space water resources is very important due to the rapid growth of urbanization and the limitation of water resources. The purpose of this research is multi-objective optimization and management of treated wastewater allocation using dynamic system models for urban green space irrigation in Shiraz metropolis.

    Methods

    The factors affecting the supply of water resources and irrigation of the green spaces of Shiraz city have been simulated and according to that, the consumption forecast and the number of available resources and the allocation optimization have been presented. Also, in the current research, effective factors in the current and future conditions that can affect the proposed model have been taken into consideration, and two scenarios have been applied, including increasing the efficiency of green space irrigation and the use of treated wastewater.

    Results

    The results showed that increasing the efficiency of irrigation through management of transfer, storage and distribution of water and also irrigation at the right times has a much greater effect compared to the use of purified wastewater in order to reduce the extraction of limited resources. In such a way, by increasing the irrigation efficiency by 40% and 50%, respectively, 14% and 39% of water shortages will be solved.

    Conclusion

    The simulation results showed that in order to achieve the stability of the system, a combination of scenarios of reducing per capita water consumption in green spaces, increasing irrigation efficiency, using purified wastewater and dry landscaped spaces should be considered in the development of urban spaces.

    Keywords: Urban green space, Water resource management, treated wastewater, Multi-Objective Optimization, System Dynamics, Shiraz city
  • مهدی کماسی*، مهدی لک، مسعود احمدی

    سرریزهای پلکانی نمونه ای از این سازه های هیدرولیکی حجیم می باشند که علاوه بر عبور دادن آب اضافی سدها، موجب استهلاک انرژی جریان در پایین دست سدها نیز می شوند. با توجه به هیدرولیک پیچیده جریان بر روی این سرریزها و وجود محدودیت های غیرخطی، طراحی بهینه آن ها یک مسیله بسیار سخت می باشد. در این پژوهش یک چارچوب نوین بر اساس الگوریتم های فراکاوشی، شامل شاهین هریس (HHO)، گرگ خاکستری (GWO)، علف های هرز مهاجم (IWO) و چرخه آب (WCA) با در نظر گرفتن کمینه سازی حجم بتن مصرفی سرریز و بیشینه سازی میزان استهلاک در پنجه سرریز به عنوان توابع هدف، برای طراحی این سرریزها توسعه داده شد. عملکرد الگوریتم ها، ابتدا بروی توابع پایه مورد بررسی و صحت سنجی قرار گرفت. سپس، برای دستیابی به اهداف مطالعه، سرریز سد سیاه بیشه به عنوان سد مورد مطالعه انتخاب شده و کارآیی مدل های توسعه داده شده بر اساس چهار الگوریتم مذکور بر روی آن ارزیابی گردید. نتایج نشان داد، مدل مبتنی بر HHO علاوه بر بهبود طرح سرریز کنونی از نظر هزینه های احداث و انرژی مستهلک شده، در مقایسه با سایر الگوریتم های فراکاوشی نیز از دقت و همگرایی مناسبی برخوردار است. به گونه ای که مقایسه طرح به دست آمده از HHO با طرح اجرا شده سرریز نشان داد، علاوه بر کاهش 35 درصدی حجم بتن مصرفی، میزان استهلاک انرژی 15% افزایش یافت که نشان دهنده موفقیت مدل طراحی توسعه داده شده به صورت چندهدفی و با استفاده از HHO می باشد.

    کلید واژگان: سرریزهای پلکانی، بهینه سازی چندهدفه، الگوریتم های فراکاوشی، استهلاک انرژی، سد سیاه بیشه
    Mahdi Komasi *, Mehdi Lak, Massoud Ahmadi

    Step spillways are an example of these massive hydraulic structures that, in addition to passing the excess water of the dams, also cause the consumption of flow energy downstream of the dams. Considering the complex hydraulics of the flow on these spillways and the presence of nonlinear limitations, their optimal design is a very difficult problem. In this study, a new framework based on Metaheuristic algorithms, including Harris's hawk Optimization (HHO), gray wolf Optimizer (GWO), invasive weeds Optimization (IWO) and water cycle Algorithm (WCA), considering the minimization of the amount of concrete used in spillway and the maximization of energy dissipation in Spillway toe were developed as objective functions to design these spillways. Algorithms' performance was first checked and validated on basic functions. Then, to achieve the objectives of the study, the spillway of the Siah Bisheh dam was selected as the study dam and the efficiency of the developed models based on the four mentioned algorithms was evaluated on it. The results showed that, in addition to improving the current spillway design in terms of construction costs and dissipation energy, the HHO-based model has good accuracy and convergence compared to other Metaheuristic algorithms. As the comparison of the design obtained from HHO with the current spillway design showed, in addition to a 35% reduction in the volume of concrete consumed, the amount of energy dissipation increased by 15%, which indicates the success of the design model developed in a multi-objective manner using HHO.

    Keywords: Stepped spillway, Multi-Objective Optimization, Metaheuristic Algorithms, Energy dissipation
  • زهرا ابراهیمی، محمدرضا غلامیان*، مهسا عربی
    مقدمه

    گسترش شهرنشینی، افزایش جمعیت کره زمین، بهره برداری بی رویه از منابع آبی و رهاسازی فاضلاب در طبیعت تاثیرات منفی و جبران ناپذیری بر محیط زیست برجا گذاشته است. تحقیق حاضر به منظور  بهینه سازی مدل بازطراحی شبکه سبز آب و فاضلاب انجام گرفته است.

    روش

    در این تحقیق یک مدل بهینه سازی دو هدفه جهت بازطراحی سبز شبکه آب و فاضلاب شامل مکان یابی حوضچه های ذخیره و نیز امکان تخصیص بهینه پساب تصفیه شده به مناطق کشاورزی و شهرک های صنعتی با رویکرد کاهش اثرات ویرانگر تخلیه فاضلاب های صنعتی واردشده به تصفیه خانه شهری و درنهایت ورود این گونه آلاینده ها به محیط زیست ارایه شده است. مدل ارایه شده به کمک روش به کمک روش اپسیلون محدودیت حل گردیده است.

    یافته ها

     بر این اساس، هزینه کل سیستم حداقل گردیده، تقاضا پاسخ داده شده و هم زمان مسایل زیست محیطی در طول بازطراحی شبکه رعایت شده و  بار آلودگی زیست محیطی شبکه به حداقل میزان خود می رسد. هم چنین، تحلیل حساسیت بر روی برخی پارامترهای مهم انجام شده است.

    نتیجه گیری

    نتایج نشان داد که مدل پیشنهادی می تواند به طراحان در این حوزه جهت طراحی شبکه توزیع کمک شایانی کند، چراکه علی رغم افزایش هزینه ها با نصب COD متر و انجام گندزدایی، آلودگی محیط زیست کاهش می یابد. ضمن آنکه در این مدل سعی شده بخشی از افزایش هزینه ها را با فروش لجن فعال جبران نمود.

    کلید واژگان: شبکه آب و فاضلاب، زنجیره تامین سبز، بهینه سازی چندهدفه، روش اپسیلون محدودیت، کیفیت بازگشتی ها
    Zahra Ebrahimi, Mohammad Reza Gholamian *, Mahsa Arabi
    Introduction

    Expansion of urbanization, increasing in the population of planet, excessive exploitation of water resources and wastewater release in nature have negative and irreversible impacts on the environment. The present research has been carried out in order to optimize the redesign model of the green water and wastewater network.

    Methods

    In this research, a bi-objective optimization model for the green redesign of the water and wastewater network is proposed. The model includes locating the optimal place of storage ponds and also optimally allocating the treated wastewater to agricultural areas and industrial settlements in order to mitigate the devastating effects of discharging industrial wastewater into the municipal wastewater treatment plants and eventually mitigating the entry of such pollutants into the environment. The proposed model, has been solved using the - constraint method.

    Findings

    Accordingly, the total system cost is minimized, the demand is met and simultaneously the environmental issues are met and the environmental pollution load of the network is minimized, because of network redesign. Also, a sensitivity analysis is performed on some important parameters.

    Conclusion

    The results showed that the proposed model can help the designers in this field to design the distribution network, because despite the increase in costs the environmental pollution is reduced by installing COD meters and performing environmental disinfection. In addition, in this model, it has been tried to compensate part of the increased costs by selling activated sludge.

    Keywords: Water, Wastewater Network, Green Supply Chain, Multi-Objective Optimization, -Constraint Method, Quality of Returns
  • اسلام ذوالفقاری، مهدی ملازاده، جعفر جعفری اصل

    سرریزها برای عبور دادن آب مازاد مخازن سدها در کنار آن ها احداث می شوند. در بسیاری از مواقع خرابی سدها در اثر عبور آب از روی تاج، به سبب ناکافی بودن ظرفیت سرریز، اتفاق می افتد. سرریزهای کنگره ای با هندسه خاص خود توانایی افزایش دبی عبوری را نسبت به سایر سرریزها دارند. موضوع استهلاک انرژی جریان نیز امری مهم تلقی می گردد. استفاده از سرریز پلکانی سبب کاهش سرعت و انرژی آب در پنجه سرریز شده و لذا آبشستگی و خرابی در پایین دست کاهش می یابد. در مطالعه حاضر برای اولین بار به کمک الگوریتم سنجاقک بهبودیافته چارچوبی جدید برای طراحی چندهدفه سرریز ترکیبی پلکانی و کنگره ای ذوزنقه ای ارایه شده است. بدین منظور از عملگر قدم زدن های تصادفی، بجای پرواز لوی در الگوریتم سنجاقک استفاده شده است. ابتدا عملکرد الگوریتم بهبود داده شده بر روی چهار مثال محک از سری ZDT بررسی شد. از مقایسه با پاسخ های الگوریتم سنجاقک، الگوریتم ژنتیک و الگوریتم ازدحام ذرات مشخص شد که رویکرد استفاده شده موثر بوده و سرعت همگرایی و دقت در یافتن پاسخ بهینه بهبود یافته است. سپس یک کد شبیه سازی هیدرولیک جریان به صورت سرریز تکی و ترکیبی توسعه داده شد. نتایج صحت سنجی حاکی از خطای کمتر از 03/0 درصد بود. با اتصال مدل شبیه سازی توسعه داده شده و الگوریتم بهبود داده شده، یک مجموعه طرح بر روی جبهه پارتو سه بعدی ارایه شد. به کارگیری رویکرد پیشنهادی برای سرریز سد ساروق توانسته است حدودا دبی عبوری و استهلاک انرژی را به ترتیب 25 درصد و 81 درصد افزایش و حجم بتن را 9 درصد کاهش دهد.

    کلید واژگان: الگوریتم سنجاقک بهبودیافته، بهینه سازی چندهدفه، سد ساروق، سرریز پلکانی، سرریز کنگره ای
    Eslam Zolfaghari, Mahdi Mollazadeh, jafar jafari-asl
    Introduction

    The cost of implementing spillways includes a large part of the dam construction budget. Optimizing these structures can significantly reduce the cost of building dams. So far, many studies have been done on optimizing the dimensions of spillways in order to reduce the amount of materials used. Among the used optimization methods, the methods based on meta-heuristic algorithms have had stunning results. The review of the studies conducted in the field of stepped and labyrinth spillways shows that the goals of all studies in stepped spillways have been to provide an acceptable plan for energy dissipation and in labyrinth spillways to reach a the largest amount of water passing. The purpose of this study is to combine stepped spillways with labyrinth spillways and optimization in order to increase the water passage coefficient and energy consumption at the same time. For this purpose, the multi-objective optimization approach has been used.

    Methods

    In the present study, the redesign of the spillway of the Sarouk rockfill dam located in West Azarbaijan province has been studied. In the case of labyrinth-stepped spillway, the decision variables, constraints and objective functions of the two spillways are combined and analyzed as a multi-objective optimization problem. In this study, a dynamic coefficient is used to improve the performance of the dragonfly algorithm in the search and exploitation stage. After determining the optimal values of the regulatory parameters of the MODA, NSGA-II, MOPSO and MOIDA algorithms, four benchmark examples were solved with each of them 20 times with an initial population of 50 and a maximum number of iterations equal to 100.

    Results

    After validating the improved dragonfly algorithm on benchmark functions and evaluating its performance in solving multi-objective problems, this algorithm was used to design a combined spillway on the introduced dam. In multi-objective problems, there is a set of optimal solutions rather than a single optimal solution, which appear as a Pareto front. The implementation of the improved dragonfly algorithm with 200 initial population and 500 repetitions has resulted in providing 200 optimal answers on the Pareto chart. After performing the calculations related to the fuzzy decision-making method, a design with the values of the objective functions of concreting volume: 59795.54 cubic meters, dissipated energy: 75.18%, flow rate: 1255.19 cubic meters per second was selected as the optimal answer. In addition, the design with the highest and lowest cost of concrete consumption was selected as two other answers. The flow rate passing over the spillway has increased by 120% in plans A and B, and by 25% in plan C compared to the initial design flow rate. The amount of energy dissipation of plans A and B is about 76 and 75%, respectively. In plan C, where the flow rate has not increased significantly (25%), energy dissipation has reached about 81%, which is more than the other two cases.

    Conclusions

    Among the available answers, according to the priority of the cost, the plans with the lowest (C) and the highest (A) implementation cost based on the volume of concrete were selected. Also, by using the fuzzy decision-making approach, an optimal plan (B) that has a suitable balance between the three objectives was selected. Based on the results, it was found that each of the plans A, B and C can be used based on the needs of the employer. From the economic point of view, according to the project conditions and the needs of the employer, all the proposed plans are suitable options for replacing the actual spillway and reduce the implementation costs. Also, the comparison of plan C with the stepped spillway plan presented by previous researchers showed that with almost the same volume of concrete, using a multi-objective approach in comparison with a single-objective optimization approach, in addition to increasing flow energy consumption, also led to an increase in flow through the spillway.

    Keywords: Improved dragonfly algorithm, Multi-objective optimization, Sarouk dam, Stepped spillway, Labyrinth spillway
  • ایمان رستمی، الهام درویشی

    وجود فشار بالا در شبکه های توزیع آب موجب نشت، هدر رفت آب و متعاقبا افزایش هزینه های بهره برداری خواهد شد. امروزه شیرهای فشارشکن به منظور ایجاد فشار مناسب در شبکه به کار می روند. شبکه توزیع آب شهر جوانرود به دلیل اختلاف ارتفاع زیاد در برخی نقاط دارای فشار بالا است. در این مطالعه با تعریف چهار سناریو و استفاده از الگوریتم جستجوی هماهنگ تک هدفه و دو هدفه موقعیت و تنظیمات شیرهای فشارشکن برای این شبکه تعیین شد. در الگوریتم تک هدفه جستجوی هماهنگ قابلیت اطمینان ترکیبی و در الگوریتم دو هدفه قابلیت اطمینان فشاری و سرعتی به عنوان تابع هدف در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد که الگوریتم تک هدفه 17 درصد و الگوریتم دو هدفه 14 درصد نسبت به وضعیت موجود قابلیت اطمینان شبکه افزایش داشته است. بررسی تغییرات قابلیت اطمینان ترکیبی در 24 ساعت شبانه روز نشان می دهد که مقادیر قابلیت اطمینان ترکیبی حاصل از الگوریتم دو هدفه نوسانات بسیار کمی نسبت به الگوریتم تک هدفه داشته است. به عبارتی در طول شبانه روز قابلیت اطمینان شبکه تقریبا ثابت بوده است. همچنین در نظر گرفتن محل و تنظیمات شیرهای فشارشکن به عنوان متغیر تصمیم نتایج بهتری نسبت به تغییر قطر لوله ارایه می دهد که دلیل آن را می توان در اختلاف ارتفاع زیاد شبکه دانست.

    کلید واژگان: قابلیت اطمینان، تحلیل هیدرولیکی مبتنی بر فشار، الگوریتم جستجوی هماهنگ، بهینه سازی چند هدفه
    Iman Rostami, Elham Darvishi

    Pressure management and reduction of high pressures are necessary to reduce leakage and extend the life of water distribution network equipment. There is a need for a benchmark and indicator to compare the distribution network pressure management. Investigation of the presented indicators shows that the reliability index is a suitable criterion for evaluating pressure management. In this research, using optimization methods, pressure reducing valves and changing the diameter of the pipe, the possibility of increasing the reliability of Javanrood water distribution network was investigated. In this study, using single-objective and two-objective optimization algorithms, the position and settings of pressure relief valves were determined for this network. In the single-objective Harmony Search algorithm, network reliability was considered, and in the two-objective algorithm, pressure and velocity reliability were considered as the objective functions. The results showed that the single-objective algorithm has increased the reliability of the network by 17% and the two-objective algorithm by 14% compared to the current situation. Examining the changes of network reliability in 24 hours of the day shows that the network reliability values obtained from the two-objective algorithm had very little fluctuations compared to the single-objective algorithm. In other words, the reliability of the network has been almost constant throughout the day.

    Keywords: network reliability, Pressure Dependent Analysis, Harmony Search algorithm, multi-objective optimization
  • نگین زارعی، آرش آذری*، محمدمهدی حیدری

    با توجه به محدودیت شدید منابع آب، هزینه بر بودن ساخت و بهره برداری سامانه های آبرسانی و افزایش سریع جمعیت، طراحی بهینه این شبکه ها، از ضروریات می باشد. مسیله کمینه کردن هزینه از طریق کمینه سازی قطر لوله های شبکه انجام می شود که موجب کاهش فشار در شبکه می شود. از آنجایی که تامین فشار مناسب در گره ها از اصول مهم طراحی است، بنابراین در این تحقیق، مسیله بهینه سازی در چند شبکه نمونه با اهداف کمینه سازی هزینه و کمبود فشار در کل شبکه تعریف شد. از نرم افزار EPANET برای تحلیل هیدرولیکی شبکه های نمونه استفاده شد و فرآیند بهینه سازی چندهدفه از طریق کد نویسی الگوریتم های فرا کاوشی PESA-II وSPEA-II  در نرم افزار متلب و  اتصال آن ها به EPANET صورت گرفت. تابع هزینه ابتدا فقط با در نظر گرفتن رابطه بین هزینه، قطر و طول لوله ها تعریف شد. سپس در تعریف بعدی، هزینه ناشی از تعدی از محدوده مجاز فشار که حداقل و حداکثر فشار مجاز به ترتیب 30 و 60 متر در نظر گرفته شده اند، نیز به این تابع افزوده شد و برنامه مجددا با تعداد تکرارهایی که به بهترین جواب ختم شود، اجرا گردید. نتایج نشان داد این الگوریتم ها توانایی بالایی در یافتن جواب های بهینه دارند. در این الگوریتم ها، در نظر گرفتن هزینه تعدی از حدود مجاز فشار سبب می شود، بهترین جوابی که تا به حال سایر محققین برای شبکه های نمونه به دست آورده اند، که برای شبکه دو حلقه ای و لانسی به ترتیب، هزینه 419000 و 1069393 دلار و کمبود فشار صفر بود، حاصل شود و با تعداد تکرار پایین، در شبکه دو حلقه ای برای هر دو الگوریتم با 20 تکرار و در شبکه لانسی برای الگوریتم های PESA-II و SPEA-II به ترتیب با 200 و 140 تکرار، به تعداد جواب بهینه بیشتری دست پیدا کنیم و زمان رسیدن به همگرایی به طور قابل توجهی کاهش یابد، به طوری که در شبکه دو حلقه ای، زمان اجرای الگوریتم های PESA-II و SPEA-II به ترتیب 55/0 و 59/0 دقیقه و در شبکه لانسی به ترتیب 1/8 و 4/7 دقیقه بود.

    کلید واژگان: بهینه سازی چند هدفه، شبکه توزیع آب شهری، PESA-II، SPEA-II
    Negin Zarei, Arash Azari *, MohammadMehdi Heidari

    As for the severe limitation of water resources, costly construction and operation of water supply systems and rapid population growth, the optimal design of these networks is essential. The problem of cost minimization is done by minimizing the diameter of the network pipes, which reduces the pressure in the network. Since providing adequate pressure in the nodes is one of the important design principles, so in this study, the problem of optimization in several sample networks was defined with the objectives of minimizing the cost and lack of pressure in the whole network. EPANET software was used for hydraulic analysis of sample networks and the multi-objective optimization process through coding of PESA-II and SPEA-II algorithms in MATLAB software and their connection to EPANET face Took. The cost function was initially defined only by considering the relationship between cost, diameter, and pipe length. Then, in the next definition, the cost of exceeding the allowable pressure range, where the minimum and maximum allowable pressures are 30 and 60 meters, respectively, was added to this function, and the program again with the number of repetitions that ended in the best answer Was implemented. The results showed that these algorithms have a high ability to find optimal solutions. In these algorithms, considering the cost of exceeding the allowable pressure limits results in the best answer that other researchers have ever obtained for sample networks, which for the two-loop and lansey network, The cost was 419000 and 1069393 $ respectively, and the pressure shortage was zero and with a low number of iterations, in the two-loop network for both algorithms with 20 iterations and in the lansey network for PESA-II and SPEA-II algorithms  with 200 and 140 iterations respectively, to achieve a higher number of optimal answers and the time to achieve convergence is significantly reduced, so that in the two-loop network, the execution time of PESA-II and SPEA-II algorithms are 0.55 and 0.59 minutes respectively, and in the lansey network It was 1/8 and 7.4 minutes respectively.

    Keywords: Multi-Objective Optimization, Urban water distribution network, PESA-II, SPEA-II
  • علی عارفی نیا، خالد احمدآلی*
    افزایش بهره وری منابع به کمک بهینه سازی الگوی کشت محصولات زراعی، یک راهکار مناسب برای توسعه بخش کشاورزی است. در این تحقیق الگوریتم بهینه سازی چندهدفه (NSGAII) برای بهینه سازی الگوی کشت محصولات زراعی عمده شهرستان های استان های شرقی کشور شامل خراسان های شمالی، رضوی و جنوبی و استان سیستان وبلوچستان با اهداف حداکثر کردن ارزش اقتصادی ردپای آب و حداقل کردن ردپای آب آبی با استفاده از شاخص کمیسیون توسعه پایدار سازمان ملل (UN) در قالب چهار سناریو به کار گرفته شده است. نتایج نشان داد در برخی سناریوها امکان تحقق کامل اهداف در الگوی چندهدفه وجود ندارد، همچنین نتایج نشان داد در صورت اجرای الگوی کشت بهینه چنانچه منطقه موردمطالعه از منظر قید امنیت آبی به ترتیب در شرایط بحران متعادل، متوسط و شدید قرار داشته باشد، میزان تولید به ترتیب 50، 75 و 100 درصد میزان فعلی و به طور میانگین باعث صرفه جویی به ترتیب 55، 40 و 30 درصدی منابع آبی منطقه می شود. اجرای این الگو در مناطق موردمطالعه افزایش میزان درآمد، کاهش مصرف آب و به تبع آن پایداری بیشتر محیط زیست را نیز در بردارد.
    کلید واژگان: NSGA II، آب آبی، امنیت آبی، بهینه سازی چندهدفه، الگوی کشت بهینه
    Ali Arefinia, Khaled Ahmadaali *
    Increasing the water productivity by cropping pattern optimization is one of the best ways for development in agriculture. In this study, in order to maximize farmers' income and minimize blue water footprint of wheat, barley, alfalfa, and maize, the NSGA-II multi-objective optimization algorithm and United Nations commission on sustainable development’s indicator has been used in four cropping pattern scenarios in the 56 cities of the eastern provinces of Iran. The results showed that in some scenarios it was not possible to fully achieve these goals in the multi-objective model. The results also showed that the production of 50, 75 and 100% of the current values causes a low, moderate and severe water stress in the study region, that on average, save 55, 40 and 30 % of the region's water resources, respectively. Implementation of this model in the study area would increase revenue, reduce water consumption and, consequently make more environmental sustainability.
    Keywords: NSGA II, Blue water, Water security, Multi-Objective Optimization, Optimum Cropping Pattern
  • مهدی کماسی*، حسام گودرزی

    پژوهش حاضر به توسعه یک مدل بهینه شبکه پایش با دو هدف کمینه کردن هزینه های پایش شبکه و بیشینه نمودن دقت مکانی شبکه پایش بر اساس کمینه کردن مقدار جذر میانگین خطا پرداخته است. به عنوان مطالعه موردی، طراحی بهینه شبکه پایش آب های زیرزمینی در دشت سیلاخور واقع در استان لرستان مورد ارزیابی قرار گرفته است. بدین منظور داده های مورد استفاده در این پژوهش بر اساس روش کریجینگ بیزین تجربی(EBK) در محیط نرم افزار ArcGIS تولید و توابع هدف و فرآیند بهینه سازی در محیط نرم افزار Matlab کد نویسی شد تا بر اساس قیود درنظر گرفته شده در نسخه دوم الگوریتم ژنتیک(NSGA-II) بتوان بهینه ترین حالت شبکه را شناسایی نمود. مدل بهینه، از روش درون یابی وزن دهی معکوس فاصله(IDW) برای تولید سطح آب زیرزمینی استفاده می نماید و سپس با مقادیر داده های مشاهداتی مقایسه می گردد. نتایج بدست آمده از پژوهش کفایت یک شبکه با دوازده ایستگاه پایش را با توزیع مکانی بهینه برای آبخوان دشت سیلاخور مناسب می داند در حالی که شبکه پایش فعلی بیست و نه ایستگاه پایش دارد. همچنین مقدار جذر میانگین مربعات خطا(RMSE) برای شبکه بهینه 605/0 متر برآورد گردید. شبکه پایش بهینه در مقایسه با شبکه مشاهداتی موجود توانسته است تعداد ایستگاه های شبکه پایش به میزان 60 درصد کاهش داده، توزیع مکانی ایستگاه ها را بهبود ببخشد و پهنه بندی مناسبی را نیز برای نقاط فاقد آمار پیش بینی نماید.

    کلید واژگان: شبکه پایش، بهینه سازی چند هدفه، الگوریتم ژنتیک، کریجینگ بیزین تجربی، دشت سیلاخور
    Mahdi Komasi *, Hesam Goudarzi

    Groundwater resource management depended on data obtained from the aquifer. Groundwater monitoring network can provide groundwater levels, but sometimes this information so much and not useful. This study develops a new multi-objective simulation-optimization model involving two objectives minimization of the total sampling cost for monitoring and maximization the spatially monitoring accuracy. Optimal design of groundwater network was considered in the Silakhor plain, regions of Lorestan, Iran. As the first step, a database includes of groundwater elevation in potential wells with use empirical Bayesian kriging (EBK) method in ArcGIS was produced. Inverse distance weighting (IDW) method used as simulation model and objective functions written in MATLAB software. Optimal groundwater monitoring network determines with preset conventions and finds by the non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II). At final, a network with twelve observation stations that shown root mean square error (RMSE) value 0.605 meter. The optimal monitoring network, in comparison with the existing observation network, has been able to reduce the number of monitoring stations by 60%, improve the spatial distribution of stations, and predict appropriate zoning for unpredictable points.

    Keywords: : Monitoring network, Multi-Objective Optimization, Genetic Algorithm, Empirical Bayesian kriging, Silakhor plain
  • جعفر جعفری اصل، غلامرضا عزیزیان*، سید آرمان هاشمی منفرد، محسن راشکی

    امروزه با افزایش هزینه های انرژی، بررسی فرآیندهای پر مصرف انرژی در جهت بهینه سازی آنها بیش از هر زمان دیگر مورد توجه قرار گرفته است. بهره برداری از ایستگاه های پمپاژ متوالی در سامانه های انتقال آب، که از جمله زیر ساخت های اصلی شهری محسوب می شوند، هزینه ی زیادی جهت تامین انرژی و نیز تعمیر و نگهداری به بهره برداران تحمیل می نماید. لذا توسعه روش های بهره برداری بهینه از این ایستگاه ها در راستای کاهش هزینه های مصرف انرژی و جلوگیری از استهلاک پمپ ها امری ضروری است. در این مطالعه، مسئله بهره برداری از ایستگاه های پمپاژ با توابع هدف کمینه کردن هزینه های انرژی و تعمیر و نگهداری به صورت یک مسئله بهینه سازی چندهدفه مورد توجه قرار گرفت. بدین منظور، یک مدل شبیه سازی- بهینه سازی مبتنی بر الگوریتم ژنتیک چندهدفه با مرتب سازی نامغلوب (NSGA-II) در ارتباط با مدل هیدرولیکی EPANET توسعه داده شد و سپس برای تعیین برنامه بهره برداری روزانه از ایستگاه های پمپاژ متوالی سامانه ی انتقال آب از سد درودزن به شهر شیراز استفاده گردید. نتایج نشان داد ضمن رعایت قیود مسیله، هزینه ی انرژی مصرفی در حالت بهره برداری بهینه چندهدفه علاوه بر کاهش اثرات استهلاک پمپ ها ناشی از سوییچ های تک ساعته، حدود 30 درصد نسبت به بهره برداری عادی و 5 درصد نسبت به بهره برداری تک هدفه با الگوریتم های ژنتیک (GA) و جامعه زنبورهای عسل مصنوعی (ABC) داشته است.

    کلید واژگان: برنامه زمان بندی پمپ، سامانه های انتقال آب، بهینه سازی چندهدفه، هزینه های انرژی، سد درودزن
    Jafar Jafari Asl, Gholamreza Azizyan *, Seyed Arman Hashemi Monfared, Mohsen Rashki

    Nowadays, with increasing energy consumption costs, the optimization of energy efficient processes is being more considered than before. The essential part of the operational cost of water conveyance systems is energy consumption and maintenance costs of pumping stations. Therefore, it is necessary to develop an efficient method for optimal operation of these stations in order to reduce energy consumption and pumps maintenance costs. In this study, the optimal operation of pumping stations is considered as a multi-purpose optimization problem with the objective functions: 1- energy costs 2- maintenance costs. In order to resolve this problem, an optimization— simulation model based on Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II) is coupled to the EPANET hydraulic simulation model. The proposed model is applied to find the optimal pump scheduling program of Shiraz water conveyance system from Doroudzan Dam. Results revealed that by considering all different limitations of the problem, the energy costs were 30% and 5% less than the current state of operation and previous studies respectively. Also, the proposed model can decrease the cost of pumps maintenance by controlling the number of pump switches.

    Keywords: Pump scheduling program, water conveyance systems, Multi-Objective Optimization, Energy costs, Droudzan dam
  • یحیی رحیمی، بهرام ثقفیان*، محمدعلی بنی هاشمی

    بهینه سازی سیستم انحراف سیلاب بر پایه ریسک، چارچوبی است که به طراحان اجازه می دهد که عدم قطعیت های عامل بر فرایند تصمیم گیری را در نظر گرفته و سطح اعتمادپذیری این سازه هیدرولیکی را تعیین کنند. این مطالعه به منظور کاربرد عدم قطعیت های هیدرولیکی و هیدرولوژیکی در طراحی احتمالاتی سیستم انحراف سیلاب سد کارون 4 در استان خوزستان واقع در جنوب غربی ایران انجام شده است. تاثیر منابع عدم قطعیت بر مشخصه های سیستم انحراف جریان با استفاده از توسعه یک مدل احتمالاتی چندمتغیره بر پایه توابع مفصل تعیین شده است. برای دستیابی به این هدف، سری های زمانی داده ها شامل دبی حداکثر لحظه ای سالانه و حجم حداکثر سیلاب سالانه برای یک دوره 37 ساله گردآوری شد. دو تابع هدف کمینه سازی ریسک شکست سیستم و کمینه سازی هزینه ساخت به عنوان دو هدف متضاد در ساختار یک مدل شبیه سازی- بهینه سازی با الگوریتم ژنتیک چندهدفه مبتنی بر رتبه بندی نامغلوب تعریف و برای رسیدن به بهترین مقادیر متغیرهای تصمیم اجرا شد. قطر، شیب، پوشش دیواره و ارتفاع ورودی تونل ها، ارتفاع فرازبند، و ارتفاع نشیب بند به عنوان متغیرهای تصمیم در فضای امکان پذیر مساله جستجو شد. نتایج نشان داد دوره بازگشت 25 سال با توجه به دو عامل هزینه و ریسک روگذری پاسخ بهینه به شمار می رود. برای این دوره بازگشت قطر تونل ها 5/10 و 9/9 متر، ارتفاع فرازبند 5/44 متر و ارتفاع نشیب بند 5/12 متر حاصل گردید. همچنین نتایج نشان داد که این مفهوم می تواند با لحاظ نمودن تغییرات اقتصادی، هیدرولوژیکی و هیدرولیکی، برای توسعه ساختار طراحی سیستم های انحراف سیلاب سودمند باشد.

    کلید واژگان: فرازبند، رتبه بندی نامغلوب، بهینه سازی چندهدفه، تحلیل مبتنی بر ریسک
    Yahya Rahimi, Bahram Saghafian *, Mohammadali Banihashemi

    Risk-based optimization in flood diversion system is a framework that allows the designer to involve uncertainties in the decision-making process and determine the reliability of the hydraulic structure. This study was conducted to incorporate hydrological and hydraulic uncertainties in the probabilistic design of Karun-4 diversion system in Khuzestan province, southwestern Iran. The risk-based multivariate probabilistic model was developed for determining the effect of uncertainty sources on the characteristics of the flow diversion system. For this purpose, the time series of annual maximum peak flow and maximum flood volume data for a period of 37 years were prepared and evaluated. Archimedean copula function and non-dominated sorting genetic algorithm were adopted to minimize the overtapping risk and construction cost as objective functions. Diameter, slope, wall covering and tunnel entrance height, cofferdam height at upstream and downstream were searched as decision variables in the possible space of the problem. The results show that optimal values of upstream cofferdam height, downstream cofferdam height and the diameter of the first and second tunnels were estimated as 44.5, 12.5, 10.5 and 9.9 m, respectively, all corresponding to 25-year return period. Moreover, the results suggest that the proposed framework could be valuable for decision makers when economic, hydraulic and hydrological uncertainties are expected.

    Keywords: Upstream cofferdam, Non-dominated sorting, Multi-objective optimization, Risk-based analysis
  • رسول رجب پور*، محمدحسین احمدی، ناصر طالب بیدختی، غلامرضا رخشنده رو

    در این تحقیق با در نظر گرفتن تلمبه دور متغیر ، تاثیر تغییر دور بر عملکرد تلمبه، هیدرولیک شبکه و میزان کارمایه مصرفی در شبکه توزیع آب در دو حالت تک هدفه و چندهدفه با استفاده از الگوریتم جدید G-JPSO بررسی شد. تابع هدف در مسئله ی تک هدفه به حداقل رساندن هزینه ی انرژی مصرفی در طول شبانه روز است و  متغیرهای تصمیم میزان دور تلمبه در ساعات مختلف شبانه روز بود. در مسئله ی بهینه سازی چندهدفه، هدف اول حداقل ساختن هزینه کارمایه مصرفی و هدف دوم حداکثر نمودن قابلیت اطمینان هیدرولیکی تلمبه و گره و یا تلفیقی از آنها بود. جهت تعیین برنامه ی بهره برداری بهینه ی تلمبه ها یک شبیه بهینه یابی- شبیه سازی مبتنی بر الگوریتم بهینه یابی G-JPSO تهیه شد. در این شبیه الگوریتم در محیط MATLAB با بخش هیدرولیکی شبیه EPANET به عنوان مرجعی از فرامین و اطلاعات تلفیق گردید. شبیه پیشنهادی در شبکه ی توزیع ون زیل استفاده شد و دستورالعمل بهره برداری بهینه ی استخراج و نتایج با الگوریتم JPSO و جامعه مورچگان مقایسه گردید. نتایج تحقیق نشان دادند که در مسئله ی تک هدفه جواب حاصله از الگوریتم G-JPSO نسبت به JPSO و ACO به ترتیب 28/3 و 38/0 درصد بهتر شد، و در حالت کلی هزینه ی کارمایه مصرفی تلمبه های دور متغیر نسبت به تلمبه های دور ثابت پایین تر گردید. در مسئله ی چند هدفه در تمام حالات بهینه سازی الگوریتم G-JPSO توانست در مقایسه با الگوریتم ACO به نقاطی دست یابد که علاوه بر کاهش هزینه، قابلیت اطمینان بالاتری را دارا باشند.

    کلید واژگان: بهینه سازی چندهدفه، قابلیت اطمینان، بهره برداری، پمپ دور متغیر، G-JPSO
    Rasoul Rajabpour *, Mohamadhossein Ahmadi, Naser Talebbeydokhti, Gholam Reza Rakhshandehroo

    In this research, by considering the variable-speed pump, the effect of speed on pump performance, network hydraulics and energy consumption in a water distribution network in both single-objective and multi-objective models was investigated by using the new G-JPSO algorithm. The objective function in the single-objective problem is to minimize the amount of energy consumption throughout the day, and the decision variables are the amount of pump rounds in different hours of the day and night. In the multiobjective optimization problem, the first goal was to minimize the cost of consuming energy and the second goal was to maximize the hydraulic reliability. In order to determine optimal pump operation program, an optimization-simulation model based on G-JPSO optimization algorithm was developed. In this model, the algorithm was integrated into the MATLAB environment with the hydraulic part of the EPANET model as the reference of the commands and information. The proposed model was used in the Vanzyl distribution network and the optimal exploitation instructions were extracted and the results were compared with the JPSO algorithm and the ACO. The results of the paper showed that in the single-objective problem, the G-JPSO algorithm's results are 3.28 and 0.38 percent better than JPSO and ACO, respectively. In general, the energy consumption of variable-speed pumps was lowers the constant- speed pumps. In a multi-objective problem, in all optimization scenarios, the G-JPSO algorithm was able to achieve points in comparison with the ACO algorithm, which, in addition to cost reduction, has higher reliability.

    Keywords: Multi-Objective Optimization, Reliability, Operation, Variable-Speed Pump, G-JPSO
  • سید یونس حسینی*، مهدی ناصری، صادق صادقی طبس
    سابقه و هدف
    مسائل بهره برداری از مخزن دارای اهداف مختلف و متنوع هستند که به ندرت منتهی به یک جواب بهینه می شوند و معمولا در آن ها مجموعه ای از جواب های بهینه (پارتو) موجود است. حل مسائل فوق در گذشته تنها با کاربرد روش های ساده کننده میسر بوده است که از آن جمله می توان به استفاده از ضرایب وزنی برای اهداف مختلف و تبدیل آن ها به یک تابع هدف استفاده کرد. اما در سال های اخیر با توسعه الگوریتم های چند هدفه تکامل-گرا، ابزار مناسبی برای حل آن ها فراهم شده است. در این راستا، هدف پژوهش حاضر، بررسی کارایی الگوریتم های بهینه سازی چندهدفه MOPSO، SPEA-II و NSGA-II در مسئله بهره برداری بهینه از مخزن با استفاده از مدل-های بهره برداری LDR، N-LDR جهت تولید پاسخ های بهینه پارتو در راستای توسعه پایدار و مقایسه نتایج با سیاست بهره برداری SOP است.
    مواد و روش ها
    جهت نیل به هدف مذکور، ابتدا روش های بهینه سازیNSGA-II , MOPSO و SPEA-II برای هر یک از توابع استاندارد خانواده ZDT با شرایط یکسان (تعداد جمعیت و تعداد اجرا برابر) مورد ارزیابی قرار گرفتند. پس از ارزیابی روش های بهینه سازی چندهدفه با استفاده از توابع استاندارد خانواده ZDT، مدل های بهره-برداری از مخزن LDR ،NLDR و SOP در محیط برنامه نویسی MATLAB کدنویسی شده و با روش های بهینه-سازی چندهدفه تلفیق گردیدند. برای هر یک از دو مدل شبیه سازی-بهینه سازی (LDR و NLDR) دو تابع هدف بدین شرح تعریف گردید، تابع هدف اول کمینه سازی مجموع درصد کمبودهای برآورد نشده و تابع هدف دوم بیشینه سازی اعتمادپذیری که بیشینه آن در شرایط بهره برداری SOP حاصل می گردد. مدل های بهره برداری از مخزن برای یک دوره 37 ساله از سال 1356 تا 1392، جهت یافتن ضرایب مربوطه در هر دو مدل خطی و غیر خطی، در شرایط یکسان برای هر یک از الگوریتم های بهینه سازی چند هدفه به تعداد 5000 تکرار اجرا گردید و جبهه پارتو بهینه حاصل شد.
    یافته ها
    با بررسی نتایج حاصله مشاهده شد روش SPEA-II در مدل بهره برداری NLDR به نتایج مناسب تری دست یافته است لذا از میان پاسخ های جبهه پارتوی بهینه حاصله از این روش، سه پاسخ به عنوان نمونه (با استفاده از معیارهای مختلف) انتخاب گردید و شاخص های اعتمادپذیری، برگشت پذیری، آسیب پذیری و MSI برای سه پاسخ مذکور محاسبه شد. با مقایسه مقادیر توابع هدف و سایر معیارهای توسعه پایدار در پاسخ NLDR-C و شرایط SOP می توان مشاهده نمود با بکارگیری مدل بهینه سازی چندهدفه می توان با میزان کمبود کمتر (MSI 76/21 نسبت به 32/26) تقریبا به ماکزیمم اعتمادپذیری (اعتماد پذیری در شرایط SOP) دست یافت. حال آن که در پاسخ NLDR-A کمترین میزان کمبود (MSI برابر 02/13) به نسبت سایر پاسخ های نمونه و سیاست SOP به چشم می خورد.
    نتیجه گیری
    با توجه به یافته های تحقیق مشاهده شد روش بهینه سازی SPEA-II در تمامی توابع استاندارد خانواده ZDT به جبهه پارتوی مطلوب تری نسبت به سایر روش های بهینه سازی دست یافته است. همچنین این روش در مقایسه با سایر روش های بهینه سازی دارای جبهه کامل تری از جواب های پارتو می باشد که این امر نشان از کارایی این روش بهینه سازی در مسائل بهینه سازی چند هدفه دارد. همچنین در رابطه با مدل های بهره برداری LDR و NLDR با تعداد تکرار یکسان، مشاهده شد مدل بهره برداری غیرخطی نتایج بهتری از خود نشان داده است که این امر می تواند به دلیل درجه آزادی بیشتر رابطه غیرخطی در تعیین منحنی فرمان رهاسازی مخزن سد باشد. در این تحقیق مجموعه ای از جواب های بهینه (بهینه پارتو) جهت برآورده نمودن اهداف مذکور ارائه گردید.
    کلید واژگان: سیاست بهینه بهره برداری، بهینه سازی چندهدفه، سد نهرین طبس، توسعه پایدار
    Seyyed younes hosini *, mehdi naseri, sadegh sadeghi tabas
    Background and Objectives
    Reservoirs operation problems have various and diverse objectives that rarely lead to a global optimized answer, and usually there are a set of optimal answers (Pareto Front). Solving these problems in the past has been possible only with the use of simpler methods, including the use of weight coefficients for various purposes and the conversion of them into a just one objective function. But in recent years, with the development of multi-objective methods, there is a good way to solve them. In this regard, the purpose of the present study was to investigate the efficiency of multi-objective optimization algorithms MOPSO, SPEA-II and NSGA-II in the reservoir operation problem using LDR, N-LDR operation models to generate the optimal Pareto front in order to sustainable development.
    Materials and Methods
    In order to obtain the mentioned purpose, First, the NSGA-II, MOPSO, and SPEA-II optimization methods were evaluated using some benchmark problems such as standard ZDT family functions with identical conditions (equal population number and number of runs). After evaluating multi-objective optimization methods using standard ZDT family functions, NLDR, LDR and SOP operation models were coded in MATLAB programming environment and linked with multi-objective optimization methods. For each of the two optimization-simulation models (LDR and NLDR), the two objective functions were defined as follows: the first objective function was to minimize the sum of the MSI and the second objective function was the reliability maximization that the maximum of which is usually obtained under the SOP operation conditions. It turns out the two aforementioned objective functions are have a reverse relationship with each other and by increasing one of them, the other one will decrease. Reservoir operation models for a 37-year period from 1356 to 1392 were executed to find the coefficients in both linear and nonlinear models in the same conditions for each multi-objective optimization algorithm with 5000 itrations. The optimal Pareto front was obtained.
    Results
    By addressing obtained results, It was observed the SPEA-II optimization method in NLDR operation model, has reached to the best optimal Pareto front among others. So from its three answers were selected (by using various criteria) as sample and then sustainability indices such as reliability, resilience, vulnerability and MSI were computed for those three answers. By comparing the values of objective functions and other sustainable development criteria in SOP conditions and the NLDR-C response, it can be seen that using the multi-objective optimization model, we can by less shortages (less MSI 21, 79 compared to 32, 29), reach to approximately maximum reliability (reliability in SOP conditions). However in NLDR-A solution, the least shortage (MSI equal to 13.02) can be seen compare to other sample solutions and SOP policy.
    Conclusion
    Due to research findings, it was observed the SPEA-II optimization method in all of the standard ZDT family functions has reached to a more optimal Pareto front than other optimization methods. Also this method compared to other optimization methods, has a more complete front of Pareto's solutions, which indicates the efficiency of this optimization method in multi-objective optimization problems. In the case of LDR and NLDR models with the same number of iterations, also It was observed that the NLDR model has shown better results, which can be due to the higher degree of freedom of nonlinear relationship in determining the operation policy of the reservoir releasing. In this research, a series of optimal (Pareto optimal) solutions was presented to meet the stated objectives.
    Keywords: Optimal operation policy, Multi Objective Optimization, Nahrain Dam, Sustainable development
  • امید نصیری قیداری، صفر معروفی
    با عنایت به رشد سریع جمعیت، طی سالیان اخیر مباحث منابع آبی بیشتر متاثر از مولفه های اقتصادی و اجتماعی بوده ولیکن روز به روز بر اهمیت و نقش ملاحظات زیست محیطی در اینگونه طرح ها افزوده می شود. این تحقیق با هدف به تعادل رساندن نگرانی های زیست محیطی موجود در مباحث تخصیص منابع آب با مسائل درآمد اقتصادی، صورت پذیرفت. بدین منظور از مدل چانه زنی چندهدفه و رویکرد برنامه ریزی فازی به عنوان ابزاری جهت تحلیل استراتژی اثرات متقابل بین درآمد اقتصادی و حفاظت زیست محیطی استفاده شد. دو گروه از بازیگران، شامل بازیگر زیست محیطی با هدف به کمینه سازی بار آلودگی تخلیه شده به رودخانه و بازیگر اقتصادی با هدف به بیشینه سازی سود اقتصادی کل آب بران به عنوان توابع هدف در نظر گرفته شدند. جهت لحاظ نمودن اثرات کم آبیاری، فرم خطی تابع تولید گیاه در تابع درآمد اقتصادی به کار گرفته شد. به منظور حصول توافق، بازیگران به تدریج در هر دور چانه زنی از مقدار هدف مورد انتظارشان کاستتند. رویه توسعه یافته در این تحقیق در سیستم رودخانه ای دز-کارون به عنوان مطالعه موردی به کار گرفته شد. نتایج بیانگر آن بود که با کاهش انتظارات اقتصادی از 553636 به 496216 هزار دلار در سال و همینطور کاهش نگرانی های زیست محیطی از 68264 به 87251 تن در سال، می توان به توازن میان اهداف اقتصادی و زیست محیطی دست یافت. همچنین نتایج رویکرد برنامه ریزی فازی نشان داد که آب تخصیصی به زیربخش های کشاورزی و کشت و صنعت سیستم به ترتیب 763 و 5591 میلیون مترمکعب در سال خواهد بود. مقایسه نتایج دو رویکرد بیانگر انطباق میان آنها بود. یافته های تحقیق حاکی از آن است که چارچوب تدوین شده در این تحقیق می تواند موجب سهولت تصمیم گیری در شرایط وجود اهداف متضاد گردیده و به عنوان ابزار مدیریتی کارآ با کاربری ساده در مسائل کلان تخصیص آب با نگرش توسعه پایدار، مورد استفاده قرار گیرد.
    کلید واژگان: بهینه سازی چندهدفه، تابع تولید گیاه، تخصیص آب، تعادل نش، کیفیت آب
    Omid Nasiri-Gheidari, Safar Marofi
    Introduction
    Due to the rapid rate of population growth, water resource topics wasmainly affected by the economic and social components, however, the importance of environmental issues in such projects has gained more attention. As pollution loads are increasing, it has become more essential to incorporate water quality in water resource management issues. Under this condition, optimal water allocation by considering multiple objectives of water quality and quantity issues can lead to sustainable and optimal benefit of stakeholders. This study was done in order to balance environmental and economic concerns in water resource allocation.
    Materials And Methods
    Based on game theory concepts and fuzzy programming procedure, two new methodologies were developed for sustainable water resource allocation in river systems. The proposed methods which include a multi-objective bargaining and fuzzy programming approaches were utilized to analysis strategies of interaction between environmental protection and economical income. Two groups of players, consists of player 1 for environmental and player 2 for economic issues were considered in order to apply the developed models. As players will not be satisfied with the outcome of each other, they will begin the bargaining process. Throughout the bargaining rounds, players will reduce their expectations. After several negotiations, the interval between the reset goal values and outcomes will be decreased. The bargaining process will be finished if final solutions reach to the determined goals. In the study, the Total Dissolved Solids (TDS) were considered as water quality indicators of environmental objective function, since salinity is the important problem of the study area. Using crop production function in economic income objective function makes it possible to incorporate deficit irrigation in different crop growth stages. Since allocation problems include many decision variables, conventional (non-linear) crop production function will have high computational costs and linear form of it can reduce the complexity of the optimization model. Therefore,additive (linear) form of crop production function was taken into consideration instead of multiplicative form. Total pollution load discharged into the river (ton per year) and economical income of the system (thousand dollars per year) wasconsidered as environmental and economic values, respectively. During the fuzzy programming procedure, the purpose is to achieve a compromise solution. In this approach, the individual maximum and minimum values of objectives is used to define the membership function. This procedure will maximize the satisfaction degree of the constructed membership functions of the objectives. The presented methodology was illustrated in a part of Karoon-Dez river system between Gotvand dam, Dez dam and Ahvaz city, as a case study. The area of Karoon-Dez river basin is about 67000 square kilometers and it is located in the southwestern part of Iran. The selected area includes 8 agro-industrial and 3 traditional agricultural sub-sectors.
    Results And Discussion
    Using a linear form of crop production function for calculating the total benefit of the system leads to significant reduction in run-time of the optimization model and make irrigation programming possible by regarding crop growth stages and the available water amount. The results of this study showed that Nash equilibrium, which provides a base for decision makers to choose a strategy, was reached at the fourth round of bargaining process. Moreover, balance between economic and environmental objectives is available by reducing economical expectation and environmental concerns from 553636 to 496216 thousand dollars per year and from 68264 to 87251 tons per year, respectively. In these cases, the annual allocated water to environmental and economical player will be 6123 MCM (5318 to agro-industrial sub-sectors and 805 to agricultural sub-sectors) and 6453 MCM (5730 to agro-industrial sub-sectors and 723 to agricultural sub-sectors) respectively. The results of the fuzzy programming approach demonstrated that at optimal condition, environmental and economic objective function was 85999 tons per year 500422 thousand dollars per year, respectively and allocated water to water users are 6354 MCM per year (agricultural and agro-industrial sub-sectors of the system will be (763 and 5591 MCM per year). Agro-Industrial sub-sector 3 will take the maximum allocated annual water (1789 MCM per year) and Agro-Industrial sub-sector 5 will receive the minimum annual allocated water (151 MCM per year). Comparison of two investigated approaches showed that their results are in agreement with each other.
    Conclusions
    Results of applying the developed methodology to the Karoon-Dez river system demonstrated that it is effective and applicable to determine sustainable water allocation policies. Finding of this study reveals that the proposed framework can facilitate decision-making process and optimize allocated water to different water users under conflicting objectives. Therefore, the developed procedure can be used as a managerial tool for optimal water allocation strategies, which is in accordance with sustainable development approach. It is easy to apply the presented methodology to other river systems with high pollution loads of agricultural return flows.
    Keywords: Crop response function, Multi-objective optimization, Nash equilibrium, Water allocation, Water quality
  • افشین نجفی، ابراهیم امیری تکلدانی*، حامد ابراهیمیان، سید هادی میرابولقاسمی
    بزرگ ترین مصرف کننده ی آب در جهان، بخش کشاورزی است. در نتیجه بهینه سازی مصرف آب کشاورزی از اهمیت فراوانی برخوردار است. در این پژوهش، بهینه سازی برنامه ریزی آبیاری در واحد های زراعی تحت پوشش یک کانال درجه ی سه در شبکه آبیاری و زهکشی با استفاده از مدل AquaCropو بهینه سازی چند هدفه در مدل الگوریتم ژنتیک انجام گرفت. بدین منظور دو نوع برنامه ریزی آبیاری عمق ثابت- دور ثابت و عمق متغیر- دور متغیر متناسب با دو نوع بافت خاک (سبک و سنگین) در واحد های زراعی تحت مطالعه، برای محصول ذرت دانه ای (گیاه پرمصرف الگوی کشت) بررسی شده و حالت بهینه برای دو برنامه ریزی پیشنهاد گردید. توابع هدف در نظر گرفته شده در مدل بهینه سازیدر خاک با بافت سبک عبارت از بهره وری آب، کسر آبشویی، عملکرد و تعداد نوبت آبیاری و در خاک با بافت سنگین، بهره وری آب، شوری عصاره اشباع خاک، عملکرد و تعداد نوبت آبیاری بود. نتایج حاصل از بهینه سازی،نشان دهنده کاهش تقریبا 50 درصد در مصرف آب، افزایش 94 درصد در مقدار بهره وری آب، کاهش 62 درصد در کسر آبشویی و کاهش سه نوبت آبیاری در برنامه ی عمق ثابت- دور ثابت و کاهش 50 درصد در مصرف آب، افزایش111 درصد در مقدار بهره وری آب، کاهش 66 درصد در کسر آبشویی و کاهش سه نوبت آبیاری در برنامه ی عمق متغیر- دور متغیر در خاک سبک، نسبت به برنامه پیشنهادی موجود می باشد. برای خاک با بافت سنگین نیز نتایج نشان دهنده کاهش 35 درصد در مصرف آب، افزایش 63 درصد در مقدار بهره وری آب، کاهش 52 درصد در کسر آبشویی و کاهش یک نوبت آبیاری در برنامه ی عمق ثابت- دور ثابت و کاهش 35 درصد در مصرف آب، افزایش70 درصد در بهره وری آب، افزایش11 درصد در عملکرد محصول و کاهش یک نوبت آبیاری در برنامه ی عمق متغیر- دور متغیرنسبت به برنامه پیشنهادی است.
    کلید واژگان: برنامه ریزی آبیاری، بهینه سازی چند هدفه، تابع هدف، ذرت، مدلAquaCrop
    A. Najafi, E.Amiri Tokaldany*, H. Ebrahimian, H. Mirabolghasemi
    The biggest consumer of water in the world is agricultural sector. So¡ optimization of agricultural water usage is considered of a great importance. In this research¡ optimization of irrigation scheduling in ShahidChamran irrigation and drainage network has been investigated at the scale of farm channels using a combined model including AquaCrop simulation model¡ a multi-objective classic optimization algorithm (weighted sum)¡ and genetic algorithm. Two types of irrigation scheduling methods of constant depth-interval and variable depth- interval proportionate with soil type in maize farm units (cropping pattern plant with high demand) were proposed. Objective functions were developed to optimize soil type 1 (coarse-textured) water productivity¡ leaching fraction¡ yield and the number of irrigation events while for soil type 2 (fine-textured) the objective functions were water productivity¡ soil saturated extract salinity¡ crop yield and the number of irrigation events. Each objective function component contains concepts of water resources sustainable development¡ control on drainage volume and environment¡ lands stability and utilization issues. For soil type 1¡ optimization results showed a reduction about 50% in water consumption¡ an increase up to 94 % in water productivity¡ a reduction of 62% in leaching fraction¡ three times reduction in irrigation events in constant depthinterval schedule. The results also showed a reduction of 50% in water consumption¡ 111% increase in water quantities efficiency¡ a reduction of 66% in leaching fraction¡ and three times reduction in irrigation events in variable depth-interval method in soil type 1. Furthermore¡ the results for soil type 2¡ were a reduction of 35% in water consumption¡ an increase of 63% in water productivity¡ 52% reduction in leaching fraction¡ reducing an irrigation event in constant depth-interval schedule. For variable depth-interval method¡ the results indicate a reduction of 35% in water concumption¡ an increase of 70% of water usage efficiency¡ 11% increase in crop yield and a reduction of an irrigation event¡ compared with the proposed irrigation scheduling.
    Keywords: Irrigation schedule, Multi objective optimization, AquaCrop model, Objective function, Maize
نکته
  • 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.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال