برآورد حداقل تلفات بهره برداری و نشت کانال های خاکی با استفاده از الگوریتم بهینه ساز جامعه مورچگان

سابقه و هدف:

 در شبکه های آبیاری، بخش قابل توجهی از آب در طی فرآیند توزیع به علت تلفات ناشی از نشت و بهره برداری هدر می رود. با توجه به محدودیت های منابع آب لازم است تا به منظور رفع این مشکل روش هایی برای کاهش تلفات از کانال ارایه گردند. از اینرو، در تحقیق پیشرو، با هدف ارتقاء بهره وری آب در سامانه های توزیع آب کشاورزی، روشی برای برآورد حداقل تلفات ناشی از نشت و بهره برداری در کانال های خاکی با استفاده از مدل بهینه ساز الگوریتم جامعه مورچگان ارایه شد.

در این پژوهش نوآوری و هدف، بهینه سازی تلفات نشت و بهره برداری در سامانه های توزیع آب با استفاده از الگوریتم جامعه مورچگان است و در نهایت نتایج حاصل از الگوریتم برای مدیریت منابع آب به ویژه در سامانه های توزیع آب کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرد. برای دستیابی به هدف ذکر شده در بخش نخست، اطلاعات پایه مورد نیاز از کانال دشت مغان جمع آوری و با هدف شبیه سازی هیدرولیکی جریان در کانال های روباز از مدل ریاضی بهره برداری ساده شده انتگرالی- تاخیری استفاده شد. در ادامه، به منظور حداقل سازی تلفات نشت از رابطه استخراج شده از سابقه تحقیق استفاده و بر اساس مقدار نشت اندازه گیری شده در هربازه از 23 کیلومتر کانال مدنظر این تحقیق، واسنجی و صحت سنجی شد. به منظور بهینه سازی در این تحقیق، دو تابع تک هدفه، به ترتیب با هدف حداقل سازی تلفات نشت و حداقل سازی کمبود آب تحویلی به هر آبگیر در فرآیند توزیع آب در کانال اصلی، تعریف و در مدل بهینه ساز الگوریتم جامعه مورچگان، تنظیم و تدوین شدند. در ادامه با ایجاد لینک بین مدل شبیه ساز هیدرولیکی، رابطه برآورد نشت و مدل بهینه ساز الگوریتم جامعه مورچگان، امکان بهینه سازی توابع مذکور فراهم شد.

با توجه به نتایج حاصل شده، در بهینه سازی تابع هدف اول، با هدف حداقل سازی تلفات نشت، مقدار تلفات نشت در طول 23 کیلومتر بازه ی انتخابی تحقیق، از مقدار 199/0 مترمکعب بر ثانیه (تلفات نشت در وضعیت حال حاضر بهره برداری کانال مورد مطالعه) به 187/0 مترمکعب برثانیه کاهش یافت. بنابراین، میزان کاهش تلفات نشت برای تابع هدف اول 6 درصد می باشد. اما اعمال تابع هدف اول منجر به افزایش مقدار تلفات بهره برداری از 91/39 درصد، که مقدار تلفات بهره برداری حاضر در کانال می باشد، به 55/45 درصد شده است. به بیان دیگر، تلفات بهره برداری در طول بازه ی انتخابی نسبت به تلفات بهره برداری حاضر در کانال مذکور، 64/5 درصد افزایش یافته است. بنابراین، مقدار کل تلفات در تابع هدف اول در مقایسه با وضعیت حاضر کانال به میزان 39/0 درصد کاهش نمود. درتابع هدف دوم بهینه سازی، نتایج حاصل حاکی از کاهش تلفات بهره برداری از مقدار 91/39 درصد به مقدار 91/27 درصد می باشد که نشان دهنده ی کاهش 12 درصدی تلفات بهره برداری در مقایسه با وضع موجود این نوع تلفات است. همچنین با اعمال تابع هدف دوم تلفات نشت از مقدار 199/0 مترمکعب برثانیه به 2168/0 مترمکعب بر ثانیه افزایش یافته است، که نشان دهنده ی افزایش 9/8 درصدی تلفات نشت در مقایسه با شرایط موجود است. مقدار کل کاهش تلفات در تابع هدف دوم نسبت به وضعیت حاضر برابر 1/3 درصد می باشد.

نتایج توابع تک هدفه کاهش تلفات نشت و بهره برداری نشان دادند که بهینه سازی با هدف کاهش تلفات نشت، منجر به کاهش چشمگیری در کاهش کل تلفات در کانال های آبیاری نمی گردد. اما در سوی مقابل بهینه سازی با هدف کاهش تلفات بهره برداری، مدل بهینه ساز الگوریتم جامعه مورچگان با انتخاب اعماق بهینه توانست مقدار تلفات بهره برداری را تا مقدار قابل ملاحظه ای کاهش دهد. با توجه به نتایج، به طور کلی می توان اذعان نمود که پروژه های مدرن سازی، نوسازی و بهسازی شبکه های آبیاری، که با هدف کاهش تلفات و بهبود بهره وری آب انجام می گیرد، در صورتی که معطوف به بهبود فرآیند بهره برداری گردد، منجر به کاهش بیشتر تلفات در سامانه توزیع آب کشاورزی خواهد شد.