simulation-optimization model
در نشریات گروه آب و خاک-
نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، سال بیست و پنجم شماره 3 (پیاپی 97، پاییز 1400)، صص 177 -189
استفاده از مدل های شبیه سازی- بهینه سازی ابزار ارزشمندی برای انتخاب الگوی کشت مناسب هستند. هدف اصلی این تحقیق، توسعه یک مدل شبیه سازی- بهینه سازی دوهدفه برای تعیین الگوی کشت و تخصیص آب است. این مدل پس از شبیه سازی حالات مختلف الگوی کشت، بهینه سازی را با الگوریتم فراابتکاری چندهدف شیرمورچه MOALO)) انجام می دهد. بر این اساس متغیرهای تصمیم شامل زمین و آب تخصیص یافته به دوره های ده روزه رشد گیاهان به گونه ای طراحی شدند که حداقل بهره برداری از منابع آب و حداکثرسازی اقتصادی به عنوان توابع هدف مشخص شدند. مدل توسعه یافته برای شبیه سازی و بهینه سازی الگوی کشت با سطح زیرکشت 5500هکتار و تخصیص آب دشت سمنان با آب تجدیدپذیر به میزان 60/8 میلیون مترمکعب استفاده شد. سناریوی های برداشت 80 (GW80) و 100 (GW100) درصد از آب تجدیدپذیر زیرزمینی و سناریوهای تغییر در الگوی کشت موجود 30 (AC30) و 60 (AC60) درصد در نظر گرفته که هر یک از این 4 سناریو با الگوریتم MOALO شبیه سازی شدند. بهینه سازی با استفاده از مدل پیشنهادی در چهار سناریو، باعث بهبود توابع هدف آبی و اقتصادی نسبت به عملکرد اولیه شبیه سازی شد. نتایج نشان داد که چهار سناریوی پیشنهادی با کمینه سازی تابع هدف آبی و بیشینه سازی تابع هدف اقتصادی نسبت به وضع موجود(شبیه سازی) بدست آمده است. در مجموع مدل پیشنهادی که ابزاری تخصصی برای بهینه سازی الگوی کشت زراعی با تخصیص آب است، با وجود سادگی کارایی بسیار مناسبی داشت.
کلید واژگان: مدل شبیه سازی- بهینه سازی، الگوی کشت، تخصیص آب، الگوریتم MOALOThe application of simulation-optimization models is a valuable tool for selecting the appropriate cropping pattern. The main objective of this research is to develop a two-objective simulation-optimization model to determine the pattern of cultivation and water allocation. The model performs the optimization with the multi-objective metamorphic algorithm (MOALO) after simulating different states of the cultivation pattern. The decision variables including land and water allocated to ten-day periods of plant growth were designed in a way that the minimum utilization of water resources and economic maximization were identified as target functions. The developed model was used to simulate and optimize the cultivation pattern with an area of 5500 hectares and water allocation of Semnan plain with renewable water at the rate of 60.8 million cubic meters. Harvesting scenarios of 80 (GW80) and 100 (GW100) percent of renewable groundwater and scenarios of change in existing cropping pattern of 30 (AC30) and 60 (AC60) percent were considered and each scenario was simulated with the MOALO algorithm. Optimization using the proposed model in four scenarios improved the water and economic objective functions compared to the initial simulation performance. The results showed that the four proposed scenarios were obtained by minimizing the water objective function and maximizing the economic objective function relative to the current situation (simulation). In general, the proposed model had a good performance despite its simplicity, which is a specialized tool to optimize the crop pattern with water allocation.
Keywords: Simulation-optimization model, Cropping pattern, Water allocation, MOALO algorithm -
نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، سال بیست و چهارم شماره 4 (پیاپی 94، زمستان 1399)، صص 313 -326
هدف این پژوهش، توسعه یک مدل شبیه سازی- بهینه سازی هیدرولیکی- اقتصادی برای طراحی آبیاری کرتی بود. این مدل شبیه سازی هیدرولیکی (طراحی آبیاری کرتی) را با معادله بیلان حجم، شبیه سازی اقتصادی را از طریق محاسبه مجموع 4 هزینه در طول فصل و بهینه سازی را با الگوریتم فرا ابتکاری چندهدفه NSGAII انجام می دهد. به منظور برنامه نویسی، از نرم افزار برنامه نویسی MATLAB استفاده شد. برای بهینه سازی توابع هدف، از بهینه سازی تابعی، چندبعدی، ایستا، مقید، پیوسته، چندهدفه و فرا ابتکاری استفاده شد. متغیرهای تصمیم که از بین ورودی های شبیه سازی انتخاب شدند، به گونه ای محاسبه شدند که توابع هدف هیدرولیکی (کمینه سازی ترکیب خطی هفت شاخص عملکرد) و اقتصادی (کل هزینه فصل آبیاری بر اساس مجموع هزینه های آب، کارگر، آماده سازی کرت و حفر نهر) کمینه شود. برای شبیه سازی از اطلاعات یک مزرعه آزمایشی استفاده شد. پس از شبیه سازی اولیه، بهینه سازی مزرعه آزمایشی به وسیله الگوریتم فرا ابتکاری چندهدفه NSGAII با پارامترهای تنظیم شده انجام شد. بهینه سازی با استفاده از مدل پیشنهادی باعث کاهش (بهبود) توابع هدف نسبت به عملکرد اولیه شبیه سازی شد. در مجموع مدل پیشنهادی که ابزاری تخصصی برای آبیاری کرتی است، با وجود سادگی کارایی مناسبی داشت.
کلید واژگان: مدل شبیه سازی- بهینه سازی، آبیاری کرتی، معادله بیلان حجم، الگوریتم NSGAIIThe objective of this research was the development of a hydraulic-economic simulation-optimization model for the design of basin irrigation. This model performed hydraulic simulation (design of basin irrigation), using Volume Balance model, economic simulation through calculating sum of four seasonal costs and optimization using NSGAII multi-objective meta-heuristic algorithm. For programming, MATLAB programming software was applied. The optimizations of functional, multi-dimensional, static, constraint, continuous, multi-objective and meta-heuristic were applied for the optimization of the objective functions. Decision variables selected from simulation inputs were calculated in such a way that the hydraulic objective function (minimizing linear combination of seven performance indicators) and economic objective function (total seasonal cost based on sum of water cost, labor cost, basin preparing cost and channel drilling cost) were minimized. Data of one the experimental field was used for the purpose of simulation. After initial simulation, optimization of the experimental field was done using NSGAII multi-objective meta-heuristic algorithm with tuned parameters. Optimization using the suggested model shoed the decrease (improvement) of objective functions rather than initial simulation performance. As a result, the suggested model could be regarded as is a specialized tool for basin irrigation, showing a good performance, despite its simplicity.
Keywords: Simulation-optimization model, Basin irrigation, Volume balance model, NSGAII algorithm -
به منظور عبور ایمن جریان سیلاب از بالادست به پایین دست سدها از سازه سرریز استفاده می شود. در بین انواع سرریز، در سرریزهای پلکانی جریان حین عبور از روی سازه نیز مستهلک می گردد. این امر موجب کاهش هزینه تاسیسات مستهلک کننده انرژی در پایین دست آن مانند حوضچه آرامش خواهد شد. علاوه بر استهلاک انرژی، عامل تاثیرگذار دیگر در طراحی سرریز پلکانی که در تحقیقات انجام شده کمتر بدان پرداخته شده است، حجم و هزینه سرریز پلکانی می باشد. بهترین حالت طراحی سرریز پلکانی آنست که انرژی باقیمانده حداقل و حجم و هزینه اجرای سرریز نیز حداقل گردد. بنابراین طراحی سرریزهای پلکانی یک مساله بهینه سازی چندهدفه است. در تحقیق حاضر از یک مدل شبیه ساز-بهینه ساز دوهدفه مبتنی بر الگوریتم NSGA-II به منظور رسیدن به کمترین انرژی باقی مانده در پنجه سرریز و حصول کمترین حجم سرریز استفاده شد. نتایج حاصله بیانگر آن بود که با افزایش ارتفاع نسبی پله های سرریز، مقدار انرژی باقیمانده در پنجه سرریز ابتدا افزایش و بعد از رسیدن به یک نقطه اوج، کاهش می یابد تا به یک مقدار ثابت برسد. از منظر حجم و هزینه سرریز نیز، با افزایش ارتفاع نسبی پله های سرریز، حجم آن بصورت تابع خطی افزایش و با افزایش زاویه سرریز حجم آن کاهش می یابد. نتایج بهینه سازی چند هدفه نشان داد که در طرحی فعلی سرریز سد سیاه بیشه بالا، هم معیار انرژی باقیمانده و هم معیار هزینه و حجم سرریز به خوبی لحاظ گردیده اند. بطوری که 7/83 درصد انرژی جریان عبوری از روی سرریز مستهلک می شود.کلید واژگان: الگوریتم NSGA-II، بهینه سازی دوهدفه، سد ساه بیشه بالا، سرریز پلکانی، مدل شبیه ساز - بهینه سازFor safe pass of flood flow from upstream to downstream of dams, the spillways are used. Among the various spillways, in stepped spillways, the flow is dissipated when passing through the structure. This will reduce the cost of downstream energy-dissipaters structures such as stilling basin. In addition to energy dissipation, the volume and cost of stepped spillways can affect its design. The best design of the stepped spillway is that the remaining energy and the volume and cost of the spillway will be minimized. Therefore, the stepped spillway design is a multi-objective optimization problem. In the present study, a two-objective simulation-optimization model based on the NSGA-II algorithm was used to minimize the possible remaining energy and spillway volume. The results showed with increasing the relative height of spillway stairs, the amount of remaining energy is increased initially and after reaching a peak point, it would be reduced to a constant value. From the perspective of volume and cost of spillway, by increasing the relative height of the spillway stairs, its volume is increased linearly and by increasing the spillway angle, its volume decreased. The results of multi-objective optimization model showed that in the current plan of Siah-Bisheh Dam spillway, the remaining energy and the volume of spillway criteria were considered well. So that 83.7 percent of the flow energy is dissipated.Keywords: NSGA-II Algorithm, Two Objective Optimization, Upstream Siah-Bisheh Dam, Stepped Spillway, Simulation-Optimization Model
- 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.