مقایسه کارآیی الگوریتم های فرا ابتکاری گرگ خاکستری و رقابت استعماری در حوزه تخصیص بهینه آب در شبکه آبیاری و زهکشی (مطالعه موردی: شبکه صوفی چای)

کمبود منابع آب یکی از مهمترین مساله ها در قرن بیست و یکم می باشد که جوامع بشری با آن روبرو هستند. رشد جمعیت، فعالیت های تولیدی صنعتی و کشاورزی، توسعه سریع شهرنشینی و تغییرهای شدید شرایط آب و هوایی، تاثیر زیادی بر منابع آب محدود و محیط زیست در حوضه های رودخانه ها به همراه داشته است. تخصیص منطقی و بهینه منبع های آب در بین مصرف کنندگان، نیازمند اندازه گیری موثر منابع آب و مدیریت یکپارچه آن جهت برقراری عدالت انسانی و محیط زیستی می باشد. بهینه سازی تخصیص منبع های آب یک مساله تصمیم گیری بسیار پیچیده در چندین سطح، مرحله، موضوع، هدف و ارتباطات غیر خطی می باشد. با پیچیده تر شدن مساله های مربوط به تخصیص منبع های آب، الگوریتم های حل آن نیز به تدریج بهبود یافته و استفاده از الگوریتم های فراکاوشی هوشمند در بهینه سازی تخصیص منبع های آب از برنامه ریزی سنتی ریاضی، پیشی گرفته اند. با این حال، اثربخشی الگوریتم های بهینه سازی متعارف از دیدگاه های مختلف ایده آل نیست، و مواردی همچون همگرایی، سرعت محاسبه، حساسیت اولیه، و غیره، به دلیل پیچیدگی و چند هدف بودن بهینه سازی تخصیص منبع های آب، نیازمند مطالعات بیشتری برای بهبود کارایی الگوریتم، و به دست آوردن راه حل مطلوب کلی، می باشد.

الگوریتم گرگ خاکستری از سلسله مراتب رهبری و ساز وکار شکار گرگ های خاکستری در طبیعت تقلید می نماید. در این الگوریتم از چهار نوع گرگ خاکستری شامل آلفا، بتا، دلتا و امگا برای شبیه سازی سلسله مراتب رهبری استفاده شده است. همچنین الگوریتم رقابت استعماری، نیز با تعدادی جمعیت اولیه تصادفی که هر کدام از آن ها یک "کشور" نامیده می شوند، آغاز می گردد. تعدادی از بهترین عنصرهای جمعیت (معادل نخبه ها در الگوریتم ژنتیک) به عنوان امپریالیست انتخاب می شوند. باقی مانده جمعیت نیز به عنوان مستعمره، در نظر گرفته می شوند. استعمارگران بسته به قدرتشان، این مستعمرات را با یک روند خاص، به سمت خود می کشند. در این تحقیق از الگوریتم های گرگ خاکستری و رقابت استعماری برای بهینه سازی مقادیر منبع های آب در طی سال های زراعی 92 - 1380 در مورد شبکه آبیاری و زهکشی صوفی چای و سد علویان برای رسیدن به بهینه ترین سیاست استفاده شد. سد علویان در استان آذربایجان شرقی در سه کیلومتری شمال شهر مراغه و در نزدیکی روستای علویان، روی رودخانه صوفی چای احداث شده است، و آب آشامیدنی شهرستان های مراغه، میاندوآب، بناب، عجب شیر و ملکان را تامین می نماید.

نتایج حاصل از اجرای الگوریتم گرگ خاکستری، در مقایسه با الگوریتم رقابت استعماری بسیار نزدیک به مقدار اندازه گیری شده مقدار آب تخصیص یافته می باشد و این مساله بیانگر هم گرایی، کارآیی و راندمان بالای الگوریتم گرگ خاکستری در سیستم های منبع های آب می باشد. بر این اساس مقادیر معیارهای ارزیابی، در همه منطقه های چهارگانه مقادیر RMSE الگوریتم گرگ خاکستری نسبت به الگوریتم رقابت استعماری 44% کمتر بوده و مقادیر ضریب نش - ساتکلیف نیز 64% بالاتر می باشد.

نتایج این تحقیق نشان داد که الگوریتم گرگ خاکستری سرعت مناسبی در یافتن جواب بهینه دارد، به عبارت دیگر نرخ هم گرایی بالایی دارد و می تواند بهینه سراسری را در یک مساله بهینه سازی پیدا نماید. در تحقیق حاضر نتایج حاصل از اجرا و بکارگیری الگوریتم گرگ خاکستری با الگوریتم رقابت استعماری مقایسه گردید. نتایج نشان داد که در مورد مساله تخصیص آب در بهره برداری تلفیقی از منبع های آب سطحی و زیرزمینی، الگوریتم گرگ خاکستری نتایج بهتر و قابل قبول تری بیان می نماید.