multi-objective optimization
در نشریات گروه آبخیزداری، بیابان، محیط زیست، مرتع-
مقدمه و هدف
بهره برداری بی رویه از آب های زیرزمینی در دشت دامغان موجب شده است که ضمن کاهش تراز سطح آب زیرزمینی و از بین رفتن بخشی از آبخوان و کاهش آبدهی ویژه سفره آب زیرزمینی مشکلات عدیده ای مانند فرونشست زمین در منطقه ایجاد گردد. لذا جهت کنترل برداشت از سفره آب زیرزمینی و در نتیجه کاهش افت سطح آب زیرزمینی مدل سازی ریاضی دشت دامغان جهت مدیریت بهینه بهره برداری و ارایه الگوی کشت بهینه به منظور صرفه جویی در مصرف آب با محوریت کنترل سطح آب زیرزمینی و محدود نمودن فرونشست زمین انجام گرفت.
مواد و روش هادر این تحقیق ابتدا آبخوان دشت دامغان با استفاده از مدل ریاضیMODFLOW شبیه سازی گردید. سپس با در نظر گرفتن سناریوهای مختلف بهره برداری از آبخوان، با استفاده از الگوریتم ژنتیک NSGAII به بهینه سازی بهره برداری چندهدفه از منابع آب و مدیریت بهینه عرضه و تقاضای آب در بخش کشاورزی پرداخته شد. نتایج مدل بر اساس پارامترهای آماری خطا جهت پیش بینی سطح تراز آب زمینی مورد ارزیابی قرار گرفت.
یافته هانتایج این تحقیق نشان داد که مدل ریاضی MODFLOW توانسته است سطح آب زیرزمینی دشت مورد مطالعه را در شرایط پایدار و غیر پایدار در مراحل واسنجی و صحت سنجی به خوبی شبیه سازی کند. همچنین نتایج حاصل از الگوریتم شبیه سازی - بهینه سازی نشان داد که می توان با تغییر الگوی کشت و همچنین با تغییر نوع سیستم آبیاری از سنتی به آبیاری نوین و درنتیجه افزایش راندمان آبیاری (90 درصد)، مقدار میانگین افت تراز سطح آب زیرزمینی دشت مورد مطالعه را از 0/49 متر در شرایط موجود به 0/07 متر در شرایط بهینه کاهش داد. این امر موجب جبران میزان کسری مخزن از 31/90 به 5/1 میلیون مترمکعب در سال خواهد گردید.
نتیجه گیریاستفاده از راهکارهای مدیریتی مانند تغییر الگوی کشت، افزایش راندمان آبیاری و همچنین با کنترل آب های سطحی و تزریق آن به آب زیرزمینی می توان روند کاهش سطح آب زیرزمینی را در دشت مورد مطالعه به طور کامل مهار کرد و تامین نیاز آبی دشت را به صورت 100 درصد تامین نمود.
کلید واژگان: الگوریتم ژنتیک، الگوی کشت بهینه، بهینه سازی چندهدفه، تراز سطح آب زیرزمینی، شبیه سازیIntroduction and ObjectiveExcessive exploitation of groundwater in Damghan plain has caused many problems such as land subsidence in the study area, along with the reduction of the groundwater level and the loss of a part of the aquifer and the reduction of the specific yield of aquifer. Therefore, in order to control the withdrawal from the aquifer and as a result to reduce the drop in the groundwater level in that plain, it was investigated. For this purpose, in this research, the mathematical modeling of Damghan Plain was done for the optimal management of exploitation and providing the optimal cultivation pattern in order to save water consumption with the focus on controlling the groundwater level and limiting land subsidence.
Material and MethodsIn this research, Damghan plain aquifer was first simulated using MODFLOW mathematical model. Then, taking into account different scenarios of aquifer exploitation, using the NSGAII genetic algorithm, optimization of multi-objective exploitation of water resources and optimal management of water supply and demand in the agricultural sector was done. The results of the model were evaluated based on statistical error parameters to predict the ground water level.
ResultsThe results of this research showed that the MODFLOW numerical model was able to simulate the groundwater level of the studied plain well in steady and unsteady conditions in the calibration and validation stages. Also, the results of the simulation-optimization algorithm showed that by changing the cultivation pattern and also by changing the type of irrigation system from traditional to modern irrigation and as a result of increasing the irrigation efficiency (90 percent), the average drop of the groundwater level of the plain can be reduced. It reduced the groundwater level of the study area from 0.49 m in existing conditions to 0.07 m in optimal conditions. This will compensate the deficit of the aquifer from 31.90 to 5.1 million cubic meters per year.
ConclusionUsing management strategies such as changing the cultivation pattern, increasing irrigation efficiency, and also by controlling surface water and injecting it into groundwater, the process of reducing the groundwater level in the studied plain can be completely controlled and provided 100% of the water needs of the plain.
Keywords: Genetic algorithm, Groundwater level, Multi-objective optimization, Optimal cultivation pattern, Simulation -
در این پژوهش مدلی برای بهینه سازی خطی چندهدفی تهیه شد که برای تخصیص دادن آب و سطح کشت در دو شبکه ی آبیاری و زه کشی درودزن و کربال (دربرگیرنده ی پنج ناحیه ی زراعی) به کار رفت. این مدل براساس چهار قاعده ی ورشکستگی کم کردن نسبی (PC)، دریافتی های برابر محدودشده (CEA)، ضررهای برابر محدودشده (CEL) و تناسب تعدیل شده (APR) با لحاظ کردن قطعیت و عدم قطعیت در موجودی آب تدوین شد. مدل توسعه یافته چهار تابع هدف برای انعکاس دادن مطلوبیت های مختلف بخش کشاورزی و محیط زیست دارد، که برای دو وضعیت خشک و غیرخشک با روی کرد سازش فازی حل شد. به طور کلی خروجی مدل نشان داد که ناحیه های با سهم آب بیش تر، در شرایط خشک و غیرخشک به ترتیب براساس قواعد ورشکستگی PC و CEL مجموع آب تخصیص یافته ی بیش تری دریافت می کنند. از طرفی، بیش ترین آب تخصیص یافته برای ناحیه های با سهم آب کم تر، در هر دو حالت آبی-اقلیمی براساس قاعده ی ورشکستگی CEA اتفاق می افتد. برون داد فرآیند ارزیابی پایداری با شاخص پایداری ورشکستگی (BASI) نشان داد که این معیار نمی تواند برای ارزیابی پایداری در تمام حالت های ورشکستگی به کار رود. بنابراین، تصمیم گیری بر اساس خروجی آن باید با احتیاط باشد.
کلید واژگان: بهینه سازی چندهدفی، عدم قطعیت، مدیریت آب کشاورزی، نیاز آبی زیست محیطی، ورشکستگی آبیA multi-objective linear optimization model has been formulated, which is used for water and crop area allocation in two irrigation and drainage networks of Dorudzan and Karbal, including five farming regions. The developed model is based on four bankruptcy rules of proportional cutback (PC), constrained equal awards (CEL), constrained equal losses (CEL), and adjusted proportional (APR) in terms of the certainty and uncertainty in the water availability. The developed model has four objective functions to reflect the various agricultural and environmental consumptions and is solved for two dry and non-dry conditions using a fuzzy compromise approach. The outputs of the model showed that the regions with higher shares of water receives the most allocated water through the bankruptcy rules of the PC and CEL in dry and non-dry condition, respectively. On the other hand, the most allocated water for the regions with lower shares of water occurs through the bankruptcy rule of the CEA in both hydro climatic conditions. The outcome of the stability evaluation using the bankruptcy stability index (BASI) indicated that this criterion could not be used to evaluate stability under all bankruptcy situations; thus, one should take the necessary precaution for making a decision according to its output
Keywords: Agricultural water management, Environmental water need, Multi-objective Optimization, Uncertainty, Water bankruptcy -
Allocation is the number-one cause of conflict in water resources, whether between sovereign nations, different user groups or neighboring basins. The inter-basin water transfer is a remedy to the negative issues of water shortage in drought-stricken regions. In a water transfer project, the receiving basin always benefits while the donor basin may suffer. In this work, to define an operating policy, a multi-reservoir multi-purpose system is simulated and optimized for a set of long-term historical records. A multi-objective optimization model is developed based on Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II). The optimization results define the best possible performance set for a twobasin system with the objectives of supplied water shortage minimization during droughts. In a multi-objective optimization problem, there is not a single solution that simultaneously optimizes all objectives. However, decision makers are concerned with finding a unique compromise solution that balances conflicting objectives in a socially acceptable manner. The game theory can identify and interpret the behaviors of parties in water resource problems and describe interactions of different parties who give priority to their own objectives, rather than systems objective. Using the strategic form description for different moves or actions available in the optimum trade-off front, Nash equilibrium outcomes predicted by game theory narrow the results suggested by optimization method. In this study, the inter-basin water transfer project from Zohreh multi-reservoir multi-purpose system in southwestern Iran to the Persian Gulf coastal district is investigated using the proposed methodology.Keywords: Inter-Basin Water Transfer, Conflict Resolution, Rule-Curve, Multi-Objective Optimization, Nash Equilibrium, Quantal Response Equilibrium
- 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.