بهبود بهره برداري كانال اصلي آبياري با استفاده از استراتژي ذخيره درون مسيري به كمك سامانه كنترل خودكار هوشمند پيش بين (MPC)

Improving the Operation of Main Irrigation Canal Using in-Line Storage Operational Strategy and Applying Model Predictive Control (MPC)

اين مقاله به بررسي كارايي استراتژي ذخيره درون مسيري جهت بهبود فرآيند بهره برداري در كانال اصلي آبياري پرداخته است. در اين مطالعه از روش كنترل مدرن پيش بين با توانايي پيش بيني اغتشاشات جريان ناشي از آبگيري در كانال اصلي، در يك افق زماني 7 ساعته، و نيز با بهينه-سازي چند هدفه با رعايت محدوديت بازشدگي سازه هاي تنظيم كننده در هر گام زماني كنترل استفاده شده است. گزينه هاي شبيه سازي براساس شرايط عادي بهره برداري با اعمال محدوديت 6 ساعته براي سازه تنظيم كننده سراب كانال، مشابه با شرايط قطع آبياري شبانه، براي كانال اصلي شبكه آبياري دز مورد بررسي قرار گرفت. محدوديت فيزيكي هر بازه كانال به صورت حداكثر ميزان رقوم سطح آب جهت ذخيره آب در آن بازه و حداقل رقوم سطح آب جهت جلوگيري از اختلال در آبگيري تعريف شد. بدين صورت به جاي يك عمق هدف، محدوده عمق هدف، ايجاد شد كه كنترل گر ملزم به تنظيم رقوم سطح آب در اين محدوده بود. نتايج حاكي از انتخاب مناسب دبي ورودي به كانال اصلي، توسط كنترل گر، قبل از اعمال محدوديت بر سازه سراب، ذخيره مناسب آب در بازه هاي كانال در سه ساعت ابتدايي سناريوي بهره برداري و مصرف آن در سه ساعت بعدي بود. ارزيابي كارايي ذخيره درون مسيري در بهبود عملكرد سامانه كنترل خودكار اين تحقيق با استفاده از شاخص‌هاي ارزيابي عملكرد بهره برداري كانال بررسي شد. نتايج نشان دادند كه كنترل گر پيش بين به خوبي از ظرفيت ذخيره درون مسيري كانال اصلي در شرايط عدم تطبيق بين ورودي به كانال و مجموع تقاضا بهره برده است. بر اساس نتايج شاخص هاي ارزيابي، تنها در يك بازه و براي مدت كوتاهي رقوم سطح آب از محدوده حداكثر مجاز تجاوز كرده ولي در ساير بازه ها در طول مدت شبيه سازي تخطي از رقوم حداكثر و حداقل ديده نشده است.

In this paper, application of in-line storage strategy to improve operational activity of main irrigation canal is assessed. The mentioned strategy is implemented using Model Predictive Control (MPC) method. The designed MPC applies a prediction of water perturbation due to water off taking along the main canal, in an appropriate 7 hours horizon time in future, and taking physical limitations of the system into account. A normal canal operation and an unconventional operational scenario with a 6 hours limitation on the head-gate adjustment, based on night storage conditions, is considered for simulation. The proposed strategy is tested on the Dez main canal with 44 Km length which consists of 13 canal reaches. Different Target bands are created between the predefined maximum and minimum water level for the canal reaches and the MPC controller is allowed to control water levels in this range. The results show that the best inflow values are calculated by the designed MPC controller, so that during the first 3 hours canal reaches are forced to store water and in the next 3 hours the stored water is consumed. Water level profiles imply that water level changes for all of the canal reaches are within the target band, so water off-taking activities are not thrown into any disorder. Hydraulic performance indicators show that just in one canal reach and for a short time, water level exceed the target band with the MAE value of 1.4 %, and for the other canal reaches water levels never violate the allowed maximum and minimum target.