بهينه‌سازي برنامه‌ريزي آبياري با استفاده از الگوريتم ژنتيك، مطالعه موردي: دشت قزوين

Optimization of Irrigation Scheduling Using Genetic Algorithm, Case Study: Ghazvin Plain Irrigation Network

الگوريتم‌هاي فراابتكاري به عنوان روشهاي نوين در بهينه‌سازي مورد استفاده قرار ميگيرند. در اين تحقيق، از الگوريتم ژنتيك به عنوان يكي از روشهاي فراابتكاري در برنامه‌ريزي بهينه آبياري براي سه كشت غالب منطقه قزوين شامل سه محصول گندم، جو و ذرت به منظور تقسيم بهينه مقدار آب محدود موجود استفاده شد. ابتدا، مقدار تبخير-تعرق گندم، جو و ذرت با استفاده از روش پنمن- مانتيث، به ترتيب 2/494، 3/421 و 6/826 ميلي متر برآورد شد. سپس، با استفاده از روش الگوريتم ژنتيك و مشخص شدن متغيرهاي مورد استفاده در بهينه‌سازي و فرموله كردن تابع هدف، بهينه‌سازي كارآيي مصرف آب انجام شد. بهينه‌سازي در دو شرايط آبياري كامل و كم آبياري انجام گرفت و نتايج نشان داد كه با استفاده از روش بهينه‌سازي الگوريتم ژنتيك و با در نظر گرفتن ضرايب حساسيت گياهان به كم آبي در مراحل مختلف رشد، مقدار تبخير-تعرق بهينه گندم، جو و ذرت به ترتيب 31/442، 47/392 و 64/622 ميليمتر برآورد شد. كارايي مصرف آب نسبي بهينه نيز براي اين سه گياه، به ترتيب 93/0، 94/0 و 05/1 برآورد شد. نتايج، مقادير متفاوتي از ميزان آب صرفه جويي شده با اعمال كم آبياري بهينه را در سه محصول غالب اين منطقه نشان مي‌دهد. كه با مديريت و برنامه‌ريزي صحيح مقدار آب در دسترس، مي‌توان افزايش راندمان شبكه آبياري را انتظار داشت.

Meta-heuristic algorithms as new methods are used in optimization. In this study, the genetic algorithm as a meta-heuristic method was used in irrigation scheduling. Optimization was conducted on the three major crops in the Ghazvin plain, including wheat, barley, and maize, in order to optimize the distribution of the limited available water. The crop evapotranspiration for each major production area was calculated at, respectively, 494.2, 421.3 and 826.6 mm by the Penman-Monteith equation. Then, by using genetic algorithm and determining the variables used in optimization, and formulating the objective function model, the water use efficiency was optimized. Optimization of irrigation scheduling was performed under two conditions of deficit and full irrigation Using the proposed optimization and considering the coefficients of sensitivity to deficit irrigation at different growth stages, the amount of evapotranspiration for wheat, barley and maize, was calculated at, respectively, 442.3, 392.5 and 622.6 mm. Optimum water use efficiency for these three plants was, respectively, 0.93, 0.94 and 1.05. Also, the results showed that different amounts of water can be saved by applying the optimal deficit irrigation to the major crops in this production region and that, with proper planning and management of available water, the expected irrigation network efficiency can be achieved.