به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت

جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه « برنامه ریزی خطی » در نشریات گروه « آب و خاک »

تکرار جستجوی کلیدواژه «برنامه ریزی خطی» در نشریات گروه «کشاورزی»
  • علی کلاهدوزان، حامد نوذری*، صفر معروفی
    در سال های اخیر، تضاد منافع زیست محیطی با معیشت کشاورزان به یکی از مهمترین مسائل حکمرانی محیط زیست و کشاورزی در حوضه آبریز زاینده رود تبدیل شده است. بنابراین، دستیابی به نقطه تعادل میان سود اقتصادی با استفاده از الگوی کشت بهینه و جلوگیری از برداشت بی رویه منابع آب زیر زمینی از اهمیت زیادی برای سیاست گذاران این حوزه برخوردار است. در این پژوهش، تابع محیط زیست با استفاده از محدودیت منابع آب و تابع اقتصادی با استفاده از سود اقتصادی محصولاتی که در دشت کوهپایه- سگزی کشت می گردد در بازه زمانی 1376 - 1390 مدل سازی گردید. تابع نش با استفاده از بهینه سازی غیرخطی مقید با توجه به محدودیت منابع آب در هر سال بهینه شد. پس از آن، الگوی کشت محصولات با روش تئوری بازی ها و روش برنامه ریزی خطی محاسبه شد. نتایج نشان داد که کاهش مصرف آب در روش تئوری بازی ها 31% و برای روش برنامه ریزی خطی 17% است. در این حالت، میزان کاهش سود برای این دو روش به ترتیب 17% و 4% نسبت به حالت مبنا است. نتایج نشان داد که افت سطح آب زیر زمینی برای هیدروگراف معرف دشت و  روش برنامه ریزی خطی به ترتیب برابر با 3/69 و 2/04 متر است. در حالی که در روش تئوری بازی های بهینه شده با وزن تابع اقتصادی 0/5، تراز آب زیرزمینی دشت افزایش 7/45 متری دارد. با توجه به میزان کاهش مصرف آب، میزان کاهش سود و افزایش تراز آب زیر زمینی، روش تئوری بازی های بهینه شده با وزن 0/5 نسبت به روش برنامه ریزی خطی برتری دارد.
    کلید واژگان: افت سطح آب زیر زمینی, برنامه ریزی خطی, تابع زیست محیطی, تابع اقتصادی, هیدروگراف معرف دشت}
    Ali Kolahdouzan, Hamed Nozari *, Safar Marofi
    In recent years, the conflict between environmental interests and farmers' livelihoods has emerged as one of the most crucial issues in the environmental and agricultural governance of the Zayandeh-Rood watershed. Hence, achieving a balance between economic profitability through the use of an optimal cropping pattern and preventing the excessive extraction of groundwater resources holds great importance for policymakers in this field. In this study, the environmental function was modeled by considering water resources limitation, while the economic function was modeled based on the economic profit derived from the cultivated crops in Kohpayeh-Segzi Plain in 1996-2011. The Nash function was optimized by using constrained nonlinear optimization by taking into account the limitation of water resources in each year. After optimizing the Nash function, the cropping pattern was determined using both game theory (GT) method and linear programming (LP) method. Results indicated 30% reduction in water consumption with the GT and 17% reduction with the LP method. Additionally, the profit reductions for these two methods were 16% and 3%, respectively, compared to the base case. Furthermore, the results revealed that the groundwater level in the representative hydrograph of the plain decreased by 3.94 and 2.23 m in the GT and LP methods, respectively. Conversely, in the optimized GT method with an economic function weight of 0.5, the groundwater level of the plain increased by 8.67 m. Considering the reduction of water consumption, profit reduction, and the increase in groundwater level, the optimized GT method with a weight of 0.5 was superior to the LP method.
    Keywords: Groundwater Table Drop, Linear Programming, Environmental Function, Economical Function, Representative Hydrograph Of The Plain}
  • مهدی کلاهی، فرهاد حسینعلی*، مجتبی کریمائی طبرستانی

    این مطالعه با هدف تعیین الگوی کشت بهینه و در عین حال حداقل سازی آب مجازی مصرفی و حداکثرسازی سود اقتصادی محصولات کشاورزی در منطقه دشت عمرانی گناباد واقع در استان خراسان رضوی انجام شد. در ابتدا برای تمامی اهداف مسیله تابع هدف مناسب ارایه و محدودیت های مسیله نیز براساس منابع در دسترس و سیاستهای محلی و منطقه ای مشخص شد. سپس با استفاده از برنامه ریزی خطی و چندهدفه، الگوی کشت بهینه متناظر با هر هدف شناسایی شد. در ادامه با توجه به نتایج به دست آمده و در محیط GIS، تخصیص محصولات به قطعات زمین با در نظر داشتن حداقل سازی تغییر الگوی کشت موجود انجام شد. بررسی نتایج نشان داد که در بهترین سیاست شامل ترکیب دو هدف حداقل سازی آب مجازی و حداکثرسازی سود می توان، میزان آب مجازی مصرفی را بیش از 57 درصد کاهش داد که بسیار قابل توجه است و حتی با همین مقدار آب مجازی می توان با تغییر در الگوی کشت به سود بالاتری دست یافت. بنابراین باید زمینه تغییر الگوی کشت محصولات از الگوی کشت جاری به الگوهای کشت بهتر فراهم شود. به هر میزان که به الگوی کشت بهینه نزدیک شویم، اهداف مطالعه نیز به طور موثرتری محقق خواهند شد.

    کلید واژگان: آب مجازی, الگوی کشت, سود اقتصادی, برنامه ریزی خطی, بهینه سازی}
    Mahdi Kolahi, Farhad Hosseinali *, Mojtaba Karimaei Tabarestani

    This study is conducted with the aim of determining the optimal cultivation pattern based on the concept of virtual water and considering the objectives of minimizing virtual water consumption and maximizing economic profit of the products in Omrani plain of Gonabad as a case study. At first, the optimization problems are defined by defining appropriate objective equations, and limitations based on different constrains such as available water or local and regional policies. Then, by using linear and multi-objective programming in MATLAB software, the appropriate cultivation pattern was determined. Next, using GIS, the optimal crops were allocated to different farmland in the region. Results showed that the best policy was a combination of the two-objective including minimizing virtual water and maximizing economic profits. In this case, the amount of virtual water consumption in the region was reduced by more than 57% which is considerable. Also, even with this consumption of virtual water, the higher economic benefit is achievable if the pattern of cultivation is changed.

    Keywords: virtual water, Optimal cultivation pattern, Economic Benefits, Linear Programming}
  • ثنا عبایی، سید احسان فاطمی*، فرهنگ سرگردی، آرش آذری
    بهره برداری بهینه از مخزن سد ها یکی از مسایل مهم در حوزه مدیریت منابع آب است. این تحقیق باهدف بهره برداری بهینه از سد به منظور تامین حداکثری نیازهای پایاب سد، در حالت قطعی و همچنین احتمالاتی موردبررسی قرارگرفته است. با احتمالاتی نمودن جریان ورودی و بررسی اثر تابع توزیع تجمعی جریان احتمالاتی بر تامین نیازها، شرایط تخصیص بهینه سیستم بررسی گردید. در رویکرد غیرقطعی جریان ورودی به مخزن از روش برنامه ریزی خطی با استفاده از قیود احتمالاتی استفاده شده است. منطقه موردمطالعه سد قشلاق واقع بر رودخانه مریم نگار در استان کرمانشاه در نظر گرفته شده است. بهینه سازی تامین نیازهای پایاب سد با استفاده از کد نویسی در محیط نرم افزار LINGO در دو حالت مختلف ارایه شده است. نتایج بهینه سازی با رویکرد قطعی نشان داد که تامین در بخش کشاورزی، شرب و زیست محیطی به ترتیب 92 ، 95 و 95 درصد می باشد. در رویکرد احتمالاتی با لحاظ نمودن عدم قطعیت در جریان ورودی به مخزن با دو شیوه متفاوت، نتایج نشان داد که نه تنها نیازی به انتخاب بهترین مدل توزیع آماری دبی ورودی به مخزن سد نیست و توزیع تجربی ویبول برای این منظور کفایت می کند، بلکه با توجه به کاهش حجم جریان ورودی به مخزن، حجم بهینه مخزن سد با سطح اطمینان 60 درصد معادل MCM 3/27 برآورد گردید. در این حجم، مخزن سد به طور کامل قادر به تامین نیازهای پایاب سد قشلاق است. لذا با توجه به غیرقطعی بودن پدیده بارش و به تبع آن دبی ورودی به مخزن سد و نتایج به دست آمده، این رویکرد امری ضروری در طراحی و بهره برداری بهینه از مخازن سدها است.
    کلید واژگان: برنامه ریزی خطی, بهینه سازی, توزیع ویبول, لینگو, قیود احتمالاتی}
    Sana Abaie, Seyed Ehsan Fatemi *, Farhang Sargordi, Arash Azari
    Optimal operation of dam reservoirs is one of the important issues in the field of water resources management. In this study, optimal operation of dam has been investigated in a deterministic and probabilistic manner in order to supply maximum water demands of the dam downstream. The optimal allocation conditions of the system are examined by considering the probabilistic inflow and investigating the effect of cumulative distribution function on meeting the water demands. The chance constrained linear programming method has been used in the uncertainty approach for reservoir inflow. The study area is considered in Gheshlagh Dam located on Maryam-Negar River in Kermanshah province. Water supply optimization of water demands on downstream has been presented by using coding in LINGO software environment in two different modes. The results of optimization by deterministic approach show that the supply in the agricultural, domestic, and environmental water demands are 92%, 95% and 95%., respectively. In the probabilistic approach, considering the uncertainty in the inflow to the reservoir in two different ways, the results showed that not only is it not necessary to choose the best statistical distribution model of the inflow to the reservoir and the experimental distribution of Weibull is sufficient for this purpose, but also due to the reduction of the inflow volume to the reservoir, the optimal volume of the dam reservoir with a confidence level of 60% was estimated to be equal to 27.3 MCM. In this volume, the dam reservoir is fully able to supply the downstream demands of Gheshlagh Dam. Therefore, due to the uncertainty of the precipitation phenomenon, consequently the inflow to the dam reservoir and the obtained results, this approach is essential in the design and optimal use of dam reservoirs.
    Keywords: Linear Programming, optimization, Weibull distribution, lingo, Chance-Constrained}
  • فریبرز احمدزاده کلیبر*

    برنامه ریزی مناسب در استفاده از منابع محدود آب می تواند نقش موثری در افزایش تولیدات کشاورزی داشته باشد. در این تحقیق، سطح زیر کشت بهینه برمبنای حجم مخزن و شرایط کمبود آب قابل دسترس در دشت ارسباران تعیین شده-است. ابتدا سود خالص حاصل از کشت در دوره آماری (1381-90) با رابطه استوارت و ارزشهای اقتصادی منطقه بدست آمد. بهینه سازی تخصیص آب به روش برنامه ریزی خطی برای هر سال آماری جهت بیشینه نمودن تابع هدف (سود خالص) و با محدودیت های موجود اجرا گردید. بهینه سازی برای پنج مقدار آب آبیاری قابل دسترس (NIV) صورت گرفت و برای هرکدام، مساحت های زیر کشت بهینه سالیانه برای گیاهان پیشنهادی بدست آمد. با بهینه سازی سطوح کشت سالیانه یک فرم بهینه ثابت نیز برای منطقه استخراج گردید. نتایج نشان داد تغییرات سود خالص در واحد حجم آب با افزایش آب قابل دسترس در هر دو حالت بصورت سهمی درجه دو کاهش یافته و در تمام NIV ها سود سطح کشت متغیر به مقدار ثابت 7% بیشتر می باشد. همچنین سود خالص کل برای سطح کشت بهینه متغیر سالیانه برای آب قابل دسترس 8 میلیون مترمکعب، 8% بیشتر از سطح کشت ثابت بوده و این مقدار برای 10 تا 16 میلیون مترمکعب، بترتیب از 11% تا 18% بصورت خطی افزایش می یابد که نشان از برتری نسبی سطح کشت بهینه متغیر بدون در نظر گرفتن مزایای مدیریتی حالت ثابت از قبیل طراحی، آبیاری و مکانیزاسیون می باشد.

    کلید واژگان: برنامه ریزی خطی, بهینه سازی, تخصیص آب, سطح زیر کشت, سود خالص}
    Fariborz Ahmadzadeh Kaleybar *

    Suitable planning for the use of limited water resources can increase the production of agricultural crops effectively. In this research, optimal cultivation areas were determined based on reservoir volume and available water scarcity conditions in Arasbaran plain. At first, the net benefit from cultivation in the period (2002-2011) obtained using the Stewart model and the region economic values. Optimal water allocation program was run using the linear programming for each time period of year for maximizing the net benefit objective function considering the restrictions. Optimization performed for five scenarios of available irrigation water (NIV) and for each of them, optimal annual cultivated areas for the proposed plants were obtained. By optimizing the annual cultivated areas, a constant optimal form was also obtained for the region. The results showed that the net benefit changes per unit volume of water, decreased with the increase of available water in both cases as a second degree curve and in all NIVs the benefit of the variable cultivated area was 7% higher. Also, the total net benefit of the annual optimal cultivated area for available water of 8 million cubic meters was 8% more than the fixed cultivated area, and for 10 to 16 million cubic meters, this value increases linearly from 11% to 18%, that shows the relative superiority of the variable optimal cultivated area without considering the management benefits of the fixed mode such as design, irrigation and mechanization.

    Keywords: Cultivated area, Liner programming, Net benefit, optimization, Water allocation}
  • مهدی کماسی*، امیر علیزاده فرد، مسعود احمدی

    سابقه و هدف:

     سطح آب های زیرزمینی دشت سیلاخور هم زمان با رخداد خشکسالی های پی درپی، رشد صنعت و افزایش نیازهای آبی کاهش چشمگیری داشته است. علاوه بر این الگوی کشت منطقه نیز در سال های اخیر به سمت کشت محصولات آب بر میل کرده است که مجموعه این رویدادها ضرورت مدیریت کارآمد در تخصیص منابع محدود آب این منطقه را می رساند. در این پژوهش به منظور مدیریت پایدار منابع آب های زیرزمینی، به تعیین الگوی کشت بهینه محصولات عمده زراعی دشت سیلاخور، باهدف حداکثرسازی درآمد خالص کشاورزان و محدودیت های آب و زمین در دسترس پرداخته شده است. در این راستا دو رویکرد استفاده از برنامه ریزی خطی و استفاده از الگوریتم های فرا اکتشافی چندهدفه در سناریوهای مختلف برداشت بررسی شده و عملکرد توابع جریمه مختلف در الگوریتم ها نیز مورد ارزیابی قرار گرفته است. همچنین نحوه تغییر الگوی کشت بهینه با افزایش برداشت از آب های زیرزمینی نیز مورد بررسی قرار گرفته است.

    مواد و روش ها

    در گام نخست پس از مدل سازی بارش 10 سال گذشته با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی و برنامه ریزی ژنتیکی و انتخاب مدل بهتر از نظر دقت، بارندگی سه سال آینده پیش بینی شده و تغذیه آب های زیرزمینی ناشی از آن تخمین زده شد. سپس برای هرسال زراعی 100 سناریو برداشت مختلف باتوجه به میزان تغذیه آبخوان ها و میزان برداشت آب در سال های گذشته، در نظر گرفته شد. در گام دوم با استفاده از برنامه ریزی خطی باهدف حداکثرسازی درآمد کشاورزان و محدودیت های آب و زمین در دسترس، الگوی کشت بهینه در سناریوهای برداشت تعیین شده، به دست آمد. در نهایت به منظور نامقیدسازی مسیله، محدودیت های ذکر شده به صورت توابع جریمه ساکن، پویا و پویای طبقه بندی شده در نرم افزار MATLAB، پیاده سازی شدند. سپس عملکرد سه الگوریتم NSGA-II، SPEA-II و PESA-II با توابع هدف حداکثرسازی درآمد کشاورزان و حداقل سازی میزان جریمه، برای رسیدن به الگوی کشت بهینه حاصل از برنامه-ریزی خطی مورد بررسی قرار گرفت.

    یافته ها

    نتایج این پژوهش حاکی از آن است که هرچند با افزایش برداشت از آب های زیرزمینی، در الگوی کشت بهینه درآمد کشاورزان افزایش می یابد؛ اما به دلیل محدودیت کل زمین در دسترس برای کشاورزی در دشت سیلاخور، در برداشت های بیشتر از 5/223، 2/225 و 1/225 میلیون مترمکعب به ترتیب برای سال های زراعی 1400-1399، 1401-1400 و 1402-1401، سطح زیر کشت محصولات ثابت مانده و به دنبال آن درآمد کشاورزان نیز تغییر نمی کند. نتایج بررسی الگوریتم ها و توابع جریمه نیز نشان می دهند که در این مسئله بهترین عملکرد در میان الگوریتم ها به ترتیب متعلق به الگوریتم های SPEA-II، PESA-II و NSGA-II با میانگین تعداد تکرارهای 1/12، 5/14 و 8/17 است. در میان توابع جریمه نیز در هر سه الگوریتم، بهترین عملکرد به ترتیب متعلق به توابع جریمه پویای طبقه بندی شده، پویا و ساکن با میانگین تعداد تکرارهای 1/13، 7/13 و 5/17 می باشد.

    نتیجه گیری

    به طورکلی می توان دریافت که بهینه سازی الگوی کشت در سناریوهای برداشت مختلف، نگاهی جامع در اختیار مسیولان برای مدیریت پایدار منابع ارزشمند و محدود آب و تخصیص بهینه آن قرار می دهد. در همین راستا استفاده از الگوریتم SPEA-II با تابع جریمه پویای طبقه بندی شده در تعین الگوی کشت بهینه نتایج مطلوبی به دنبال دارد.

    کلید واژگان: بهینه سازی, برنامه ریزی خطی, NSGA-II, SPEA-II, PESA-II}
    Mehdi Komasi *, Amir Alizadefard, Masoud Ahmadi
    Background and objectives

    The groundwater level of Silakhor plain has decreased significantly with the occurrence of successive droughts, industrial growth and increasing water needs. In addition, the cultivation pattern of the region in recent years has tended to cultivate water crops, and the combination of these events raises the need for efficient management in the allocation of limited water resources in the region. In this study, in order to sustainable management of groundwater resources, the optimal cultivation pattern of major crops in Silakhor plain has been determined, with the aim of maximizing farmers' net income and available water and land constraints. In this regard, two approaches to using Linear Programming (LP) and using Multi-Objective Meta Heuristic Algorithms in different exploitation scenarios have been investigated and the performance of different penalty functions in algorithms has been evaluated. Also, how to change the optimal cultivation pattern by increasing groundwater exploitation has been studied.

    Materials and methods

    In the first step, after modeling the rainfall of the last 10 years using Artificial Neural Network (ANN) and Genetic Programming (GP) and selecting a better model in terms of accuracy, rainfall for the next three years was forecasted and groundwater recharge was estimated. Then, for each crop year, 100 different exploitation scenarios were considered according to the groundwater recharge and water exploitation in previous years. In the second step, using LP with the aim of maximizing farmers' incomes and available water and land constraints, the optimal cultivation pattern was obtained in the determined exploitation scenarios. Finally, in order to unbound the problem, the mentioned constraints were implemented as static, dynamic and classified dynamic penalty functions in MATLAB software. Then, the performance of three algorithms NSGA-Ⅱ, SPEA-Ⅱ and PESA-Ⅱ with the objective functions of maximizing farmers' incomes and minimizing penalty functions, to achieve the optimal cultivation pattern obtained from LP was examined.

    Results

    The results of this study indicate that although with the increase of groundwater exploitation, farmers' incomes increase in the optimal cultivation pattern; However, in the exploitation of more than 223.5, 222.2 and 225.1 million m3 for the cropping years 2020-2021, 2021-2022 and 2022-2023, respectively, the limitation of the total arable land in Silakhor plain prevents the increase of crop cultivation and the area under cultivation of crops remains constant and consequently the income of farmers does not change. The results of the study of algorithms and penalty functions also show that in this problem, the best performance among the algorithms belongs to SPEA-Ⅱ, PESA-Ⅱ and NSGA-Ⅱ algorithms, respectively, with an average number of iterations of 12.1, 14.5 And is 17.8. Among the penalty functions in all three algorithms, the best performance belongs to the classified dynamic, dynamic and static penalty functions with an average number of repetitions of 13.1, 13.7 and 17.5, respectively.

    Conclusion

    In general, it can be seen that the optimization of the cultivation pattern in different exploitation scenarios provides a comprehensive view to the authorities for the sustainable management of valuable and limited water resources and its optimal allocation. In this regard, the use of SPEA-Ⅱ algorithm with classified dynamic penalty function in determining the optimal cultivation pattern leads to desirable results.

    Keywords: Optimization, Linear programming, NSGA-Ⅱ, SPEA-Ⅱ, PESA-Ⅱ}
  • مهدی کماسی *، امیر علیزاده فرد

    پایش های میدانی بیانگر کاهش تراز آبخوان های دشت سیلاخور در سال های اخیر هستند که این موضوع لزوم بهره برداری بهینه از منابع محدود آب های زیرزمینی را می رساند. در همین راستا باتوجه‌به سهم عمده کشاورزی در مصرف آب، بهینه سازی الگوی کشت از مهم‌ترین عوامل مدیریت منابع آب و مقابله با کم آبی محسوب می شود. در این پژوهش عملکرد توابع جریمه مختلف به‌منظور تعیین الگوی کشت بهینه در دو الگوریتم تکامل تفاضلی و ازدحام ذرات بررسی شده است. در این راستا در گام نخست بارندگی سال های زراعی 1400-1399، 1401-1400 و 1402-1401 در دشت سیلاخور با استفاده از برنامه ریزی ژنتیکی و مدل میانگین متحرک خود هم‌بسته یکپارچه فصلی پیش بینی شده و باتوجه‌به تغذیه ناشی از بارندگی و میزان برداشت در سال های گذشته، برای هرسال زراعی 100 سناریو برداشت تعیین شد. سپس الگوی کشت بهینه متناسب با هر سناریو برداشت با بهره گیری از برنامه‌ریزی خطی به دست آمد. حداکثرسازی درآمد کشاورزان به عنوان تابع هدف، و آب و زمین در دسترس به عنوان محدودیت های برنامه ریزی خطی در نظر گرفته شدند. در گام دوم عملکرد توابع جریمه مختلف در دو الگوریتم تکامل تفاضلی و ازدحام ذرات برای رسیدن به پاسخ های حاصل از برنامه‌ریزی خطی مورد بررسی قرار گرفت. طبق نتایج این بررسی به طور میانگین الگوریتم ازدحام ذرات در %84 سناریوها سریع‌تر به الگوی کشت بهینه می رسد. همچنین اعمال تابع جریمه پویای طبقه بندی شده تعداد تکرارهای الگوریتم تکامل تفاضلی را %11 و الگوریتم ازدحام ذرات را %3 نسبت به استفاده از جریمه ساکن کاهش می دهد. در مجموع می توان دریافت که با میزان برداشت فعلی، در صورت پیروی از الگوی کشت بهینه پیشنهاد شده برای چهار محصول عمده زراعی دشت سیلاخور، یعنی گندم، جو، شلتوک و ذرت علوفه ای، درآمد کشاورزان منطقه %18 افزایش می یابد. همچنین به‌کارگیری تابع جریمه پویای طبقه بندی شده در الگوریتم ازدحام ذرات به منظور بهینه سازی الگوی کشت پیشنهاد می شود.

    کلید واژگان: آب های زیرزمینی, الگوریتم های فرا کاوشی, برنامه ریزی خطی, بهینه سازی, دشت سیلاخور}
    mehdi komasi*, amir alizadefard
    Introduction

    The occurrence of successive droughts, along with increasing water needs and lack of proper management of water resources has caused a water crisis that has various environmental and economic consequences. In addition to the drought, the change in the cropping pattern towards water crops has also made the water crisis the first critical phenomenon in recent years in the community, which has a direct impact on the agricultural sector as the largest consumer of water. Therefore, optimizing the cropping pattern is one of the most important factors in managing water resources and coping with water shortages. In this study, to determine the optimal cropping pattern of major crops in Silakhor plain in the next three years using two approaches using Linear Programming and Meta-Heuristic Algorithms.

    Materials and Methods

    In the first step, in order to determine the optimal cropping pattern with the aim of maximizing farmers' incomes in the next three years and the limited water and land available, the amount of rainfall recharge is used as a criterion to determine the water exploitation interval and determine the minimum and maximum exploitation each year. In order to forecast rainfall, SARIMA time series models and Genetic Programming were used considering the data of the last 10 years in both seasonal and monthly modes, and according to RMSE and D.C. criteria, a better model was selected. Then, for each crop year, 100 exploitation scenarios were determined according to the amount of groundwater recharge caused by rainfall and the amount of exploitation in previous years. In the second step, Linear Programming was used to determine the optimal cropping pattern with the aim of maximizing farmers' incomes and limitations of exploitable water in each scenario and arable land. The price of each product is projected according to the average long-term inflation of the country, i.e., 20%, and the profit from the cultivation of each product was calculated as a proportion of the price of the product in each year by examining the previous years. Finally, the performance of three types of Static, Dynamic, and Classified Dynamics Penalty Functions into two algorithms, Differential Evolution and PSO was investigated to achieve the results obtained from Linear Programming. Static penalty functions use a constant value during the optimization process, whereas in dynamic penalty functions, the fines are modified during the process and depend on the number of generations. In the classified dynamics penalty, groups of violations are also determined, and the penalty of each response is determined according to the amount of violation of the restrictions and the generation number.

    Results and Discussion

    The results show that with increasing groundwater exploitation, farmers' incomes also increase; However, in the exploitation of more than 223.5, 222.2, and 225.1 million cubic meters for the cropping years 2020-2021, 2021-2022, and 2022-2023, respectively, the limitation of the total arable land has prevented the increase of the area under cultivation, and by increasing exploitation, farmers' incomes remain stable. Also, in order to cultivate four crops of wheat, barley, rice, and corn with the current area under cultivation in Silakhor plain, 142 million cubic meters of water is harvested annually from underground sources. By optimizing the cropping pattern for the four crops studied, with the current water exploitation, the income of farmers in the region will increase by 18%. In general, the PSO algorithm answers this problem much faster. The average number of iterations of the PSO algorithm to solve each scenario in this problem is 38% of the number of iterations of the Differential Evolution algorithm. Overall, in solving this problem, the PSO algorithm has performed better in 84% of the scenarios. In penalty functions, the best performance in both algorithms belongs to the classified dynamics, dynamic, and static penalty functions, respectively. By changing the penalty function from static to classified dynamics penalty function, the number of iterations of the Differential Evolution algorithm to achieve the Linear Programming solution is reduced by an average of 11%; In contrast, the PSO algorithm did not react significantly to the change in the penalty function, and its repetitions decreased by an average of only 3%.

    Conclusion

    The results show that the cropping pattern of the region is not optimal, and with the increase of water exploitation, it will move towards the cultivation of water products. Also, by optimizing the cultivation pattern of the region, farmers' incomes can be increased. Examination of Differential Evolution and PSO algorithms with three types of penalty functions also show that using the classified dynamics penalty function in the PSO algorithm can have good results.

    Keywords: Groundwater, Linear Programming, Metaheuristic algorithms, Optimization, Silakhor plain}
  • زینب محمودی*، عبدالرضا بهره مند، خدایار عبدالهی، رسول میرعباسی، امیر سعدالدین، شاپور کوهستانی، چوقی بایرام کمکی

    حفظ تعادل مناسب بین مسایل زیست‌محیطی و تقاضاهای انسانی و بهره‌برداری بهینه از منابع، تحت تقاضاهای پیچیده در یک حوزه آبخیز و یا یک آبخوان نیازمند استفاده از تکنیک‌های ریاضی است. در این راستا ترکیبی از دو تکنیک قدرتمند تجزیه و تحلیل، شامل شبیه‌سازی و بهینه‌سازی در فرآیند تصمیم‌گیری و مدیریت جامع، پایدار و بهینه اقتصادی پروژه‌ها بسیار موثر و راهگشاست. در این تحقیق، شبیه‌سازی سیستم منابع آب حوزه آبخیز ارازکوسه با استفاده از مدل پویایی سیستم در محیط نرم‌افزار VENSIMبر اساس روابط علی و معلولی انجام شد و بر اساس معادله بیلان آب حوزه، میزان آب در دسترس حاصل از منابع آب سطحی و زیرزمینی تخمین زده شد. محاسبه نیاز آبی در مصارف مختلف شرب، محیط‌زیست، کشاورزی و صنعت انجام و بر اساس نیازها و آب در دسترس، مقدار عرضه آب به مصارف مختلف محاسبه شد. با استفاده از تکنیک برنامه‌ریزی خطی، بهینه‌سازی منابع آب با دو هدف حداکثرسازی سود اقتصادی حاصل از سطح زیرکشت و حداقل‌سازی آب مصرفی در بخش کشاورزی، انجام شد. نتایج حاصل نشان داد که 75 درصد تامین آب مورد نیاز در مصارف مختلف به‌ویژه کشاورزی در حوزه آبخیز از آب زیرزمینی تامین می-شود. در حالی‌که آب در دسترس حاصل از منابع آب سطحی تقریبا دو برابر بیشتر از آب زیرزمینی است. این موضوع نشان می‌دهد که علیرغم اینکه بخشی از آب تغذیه شده ممکن است زمانی نقش رواناب داشته باشد اما حجم زیادی از آب در دسترس حوزه به شکل رواناب از دسترس خارج می‌شود. لذا تامین آب مورد نیاز مصارف مختلف به استفاده بیش از حد از ذخایر آب زیرزمینی منجر می‌شود.همچنین بررسی اثر بهینه‌سازی مصرف آب در بخش کشاورزی بر شاخص پایداری آب زیرزمینی نشان داد که این شاخص از مقدار 14/4 در شرایط فعلی به مقدار 1/9 در شرایط بهینه آب مورد نیاز کشاورزی تغییر می-کند.

    کلید واژگان: رویکرد پویایی سیستم, برنامه ریزی خطی, شاخص پایداری آب زیرزمینی, حوزه آبخیز ارازکوسه}
    zeinab mahmoodi*, Abdolreza bahremand, khodayar Abdollahi, rasoul mirabbasi, Amir saddodin, shapour kouhestani, choghi bayram komaki

    Increasing water demand has become inevitable due to population growth, industrial development and agriculture. On the contrary, water resources limitation and observing sustainability have restricted water allocation. Therefore, supply of water for all demands is impossible. Overuse of groundwater and surface resources, rainfall reduction, drought in most parts of the world, as well as pollution of ground and surface water have severely lessened available water resources. So, using these vital resources, with sustainable manner, requires proper management. Demand management and water production are two effective approaches. But, water production projects are time-consuming and high-cost. So, water management models are appropriate tools for decision making to predict the future situation, with low time and cost. Mathematical techniques are useful tools for keeping the balance between environmental requirements and human demands, specifically for optimal utilization of water resources in complex applications such as watershed or aquifer management. Aiming to more comprehensive decision making, a combination of two powerful operational and research techniques, including simulation and optimization could lead to a possible sustainable and optimal economic management. This study was aimed to the simulate water policy in the Arazkuse watershed, Golestan province, Iran. In this regard, both system dynamics model and water balance relationships were applied. VENSIM as a system dynamics software was used to capture causal and consultative relationship among controlling factors, while water balance was applied to estimate availability of surface and subsurface water. As four sectors of water consumption (urban, industrial, environmental and agricultural) were considered in the current study, the data about landuse, cultivated crops in the watershed, hydrological information and drinking water consumption were gathered. Then, the water consumption was optimized in the agricultural sector, using linear programming technique with the two objectives of maximizing economic benefits and minimizing water consumption, by Lingo software. Finally, the effect of water optimization in the agricultural sector on the groundwater sustainability index of Arazkuse basin was investigated. The groundwater sustainability index represents the portion withdrawn water from the whole of aquifer reservoir.The infiltrated water volume and deep storage coefficient variables were used to evaluate available groundwater from the total groundwater and the total discharge of the basin during the simulation period. Accounting for as much as 75% of the water consumption in the basin is supplied from groundwater while for surface water this portion was 25%. In general, the total volume of annual available groundwater in the Arazkuse basin was about 75 million cubic meters whereas the total volume of available surface water equaled 155 million cubic meters. These values indicated that a large volume of surface water flows out of reach, which puts extra pressure on groundwater to meet the needs and may endanger the stability of the aquifer. Due to the amount of water supply and requirements by various sectors (including the drinking water, environment, agriculture and industry) the available water to each sector was calculated. A linear programming technique was used to optimize the allocation of water resources with an objective function of maximizing economic profit while minimizing water consumption in the agricultural sector. Flood irrigation is a common strategy for rice cultivation. Hence, irrigation efficiency in the studied watershed is lower than other watersheds which applied the irrigation methods such as drip and sprinkler systems. Considering the fact that about 32% of agricultural lands in Arazkuse watershed are dedicated for rice cultivation, to some extent could be concluded that it would be possible to increase irrigation efficiency, by improving conveyance and distribution coefficients. The results showed that although the available surface water was approximately double, provided water by groundwater supplied about 75% of the required water, especially for the case of agricultural needs. Despite the fact that runoff may be the source for a part of recharged water, a considerable amount of the available water exits in the form of runoff. Therefore, the supplied water for various sectors was linked to the excessive use of groundwater resources. Hence, the agricultural sector was the main water consumption that needed to be optimized. The assessment of the effect of optimization of agricultural water use on groundwater sustainability index showed under optimal condition of water required for agriculture the index shifted from 14.4 in the present condition to 1.9 for the new scenario.

    Keywords: dynamic system approach, linear programming, groundwater sustainability index, Arazkoose watershed}
  • خلیل قربانی*، مریم مفتاح هلقی، علی کرامت زاده، میثم سالاری جزی
    سابقه و هدف

    با توجه به رشد روزافزون تقاضای آب در بخش های مختلف از یک طرف و کاهش نزولات جوی و عدم توازن مکانی و زمانی آن از طرف دیگر باعث شده که کمبود آب یکی از مشکلات اساسی کشاورزان مناطق مختلف باشد که برداشت بی رویه از منابع آب زیرزمینی و خطر افت سطح سفره های آب زیرزمینی را در پی خواهد داشت. بر این اساس برنامه ریزی جهت استفاده بهینه از منابع آب موجود با معرفی الگوی کشت مناسب با در نظر گرفتن سود حداکثری و مصرف حداقلی آب ضروری است. لذا در این پژوهش ضمن مقایسه دو روش برنامه ریزی خطی معمولی و برنامه ریزی آرمانی، الگوی کشت بهینه و میزان برداشت بهینه از منابع آب زیرزمینی در شهرستان های گرگان و کردکوی واقع در استان گلستان که بخش اعظمی از آن ها در حوضه آبریز قره سو قرار گرفته است، معرفی می-گردد.

    مواد و روش

    حوضه آبریز قره سو واقع در استان گلستان به علت دارا بودن بخش مهمی از اراضی کشاورزی و همچنین قطب مهم کشاورزی استان، به عنوان منطقه مطالعاتی در این پژوهش در نظر گرفته شده اند. پس از تهیه اطلاعات مربوط به سطح زیرکشت، هزینه تولید و قیمت فروش محصولات عمده کشاورزی، نیاز خالص آبیاری با لحاظ راندمان آبیاری و با استفاده از نرم افزار NETWAT محاسبه شد. با جمع آوری اطلاعات مربوط به پتانسیل برداشت آب زیرزمینی، الگوی کشت بهینه و میزان برداشت بهینه آب زیرزمینی با دو روش برنامه ریزی خطی متعارف و آرمانی با در نظر گرفتن محدودیت بازار فروش و همچنین لحاظ کردن آرمان های افزایش سود و کاهش مصرف آب تعیین و با یکدیگر مقایسه گردید.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که با لحاظ الگوی کشت بهینه پیشنهادی حاصل از مدل برنامه ریزی خطی متعارف می توان مصرف آب را در دو شهرستان گرگان و کردکوی به ترتیب 6/19 و 8/8 درصد کاهش و سود حاصل از تولید محصولات کشاورزی را در شهرستان های گرگان و کردکوی به ترتیب 6/12 و 4/10 درصد افزایش داد. مدل برنامه ریزی خطی متعارف کاشت محصولاتی از قبیل گندم، برنج، سیب زمینی و ذرت علوفه ای را در شهرستان گرگان و محصولات گندم، برنج، سویای بهاره دیم و پنبه تابستانه در شهرستان کردکوی را پیشنهاد می دهد در صورتیکه مدل برنامه ریزی آرمانی الگوی کشت بهینه را با افزایش 5 درصد سود در هر دو شهرستان، همراه با کاهش 46 و 47 درصد مصرف آب به ترتیب در دو شهرستان گرگان و کرکوی ارایه می دهد. نتایج مدل برنامه ریزی آرمانی نشان داد که بیشترین کشت در شهرستان گرگان می بایست گندم، برنج، گوجه فرنگی، کلزا و در شهرستان کردکوی گندم، برنج و سویای بهاره دیم باشد.

    نتیجه گیری

    نتایج مدل برنامه ریزی خطی به کار رفته در این تحقیق متعارف و آرمانی جهت معرفی الگوی کشت بهینه در شهرستان های گرگان و کردکوی نشان داد که الگوی فعلی کشت در وضعیت بهینه نیست ولی می توان با استفاده از نتایج این پژوهش مصرف آب را که یک کالای ارزشمند در این منطقه است تا 46 درصد در شهرستان گرگان و 47 درصد در شهرستان کردکوی کاهش داد و این کاهش مصرف آب نه تنها با کاهش سود بلکه با افزایش سود 5 درصدی در هر دو شهرستان نیز همراه خواهد بود.

    کلید واژگان: برنامه ریزی خطی, برنامه ریزی آرمانی, الگوی کشت بهینه}
    Khalil Ghorbani *, Maryam Meftah Halaghi, Ali Keramatzadeh, Meysam Salarijazi
    Background and objective

    Water scarcity is one of the major problems for farmers in arid and semi-arid areas, and theexcessive groundwater resources harvesting cause a decrease in groundwater level in aquifers. Therefore, planning for the optimal use of water resources by introducing appropriate cropping patterns, taking into account the maximum profit and minimum water consumption, is necessary. In this study, two methods of conventional linear and goal programming for the ideal planning of appropriate cropping pattern and the optimal harvesting of groundwater resources is presented in Gogan and Kordkuy cites located in Golestan province.

    Materials and methods

    The cities of Gorgan and Kordkuy located in Golestan province, which are important agricultural sites, are considered as a study area in this research. After providing information on the area of cultivation, the cost of production and the price of sales of major agricultural products, net irrigation demand was calculated considering irrigation efficiency using NETWAT software. The mentioned data besides information on the potential of groundwater harvesting in both linear and goal programming were compared considering market constraints and the goals of increasing profits and reducing water use to optimize the cropping pattern and groundwater harvesting values.

    Results

    The results showed that by using linear programming, water consumption in Gorgan and Kordkuycould be reduced by 19.6 and 8.8 percent, respectively, and the profit from agricultural production in Gorgan and Kordkuy cities will experience increase equal to 12.6 and 10.4 percent. Linear planning suggests that the products such as wheat, rice, potatoes and forage corn in Gorgan city and wheat, rice, rainfed spring soybean and summer cotton in Kordkuy while the goal programming suggests the optimized cropping pattern with an increase of 5 percent in profit and with a 45 percent reduction in water consumption. The results of goal programming showed that the cropping pattern in Gorgan city should be wheat, rice, tomato, and rapeseed while it should be wheat, rice and rainfed spring soybean in Kordkuy.

    Conclusion

    The outcomes of linear and goal programming hn this study for determination of optimal cropping pattern in Gorgan and Kordkuy cities show there is no optimal cropping pattern in the current condition. The results of this study indicate the possibility of a reduction in water consumption, as a valuable item in the study area, equal to 46 and 47 percent in Gorgan and Kordluy cities respectively with 5 percent increase in of profit in both cities.

    Keywords: Linear programming, Goal programming, optimum crop pattern}
  • فهیمه شیرشاهی، حسین بابازاده *، نیازعلی ابراهیمی پا ک، محمدرضا خالدیان

    طراحی و اجرای الگوی کشت مناسب به منظور کنترل هر چه بیشتر عوامل محدود کننده و بهره برداری بهینه از منابع آب ضروری است. در این مطالعه بهینه سازی الگوی کشت در شبکه آبیاری و زهکشی قزوین در پنج سطح آبیاری شامل I1، I2، I3، I4 و I5 (به ترتیب تخصیص آب 100، 90، 80، 70 و 65 درصد نیاز آبی گیاه) و سه سطح مختلف کشت شامل S1، S2 و S3 (به ترتیب برابر سطح کشت موجود، 10 درصد افزایش سطح زیر کشت و 10 درصد کاهش سطح زیر کشت نسبت به شرایط موجود) انجام گرفت. مقادیر سطح زیر کشت و میزان آب تخصیصی برای گیاهان با استفاده از مدل برنامه ریزی خطی بهینه شد و تابع هدف، حداکثرسازی سود بود.  نتایج بهینه سازی نشان داد که در حالت S2 بیشترین سطح مربوط به گیاهان استراتژیک و در حالت S3 بیشترین سطح به گیاهان با سود بالاتر اختصاص یافت. در حالت S3I1 حداکثر درآمد کل (315 میلیون ریال) در میان تمامی سناریوها را داشت. اختصاص آب در سطح I2ضمن حفظ درآمد، بهره وری اقتصادی را در سطوح مختلف به طور متوسط 82/0 میلیون ریال در مترمکعب آب افزایش داده است.  لذا می توان با مصرف آب کم تر و اختصاص سطح زیر کشت کم تر درآمد بیشتری داشت. همچنین تخصیص آب I4 و I5 با توجه به کاهش درآمد و عملکرد توصیه نمی شود. مدل در شرایط کم آبی سطح زیر کشت گیاهان آب بر مثل گوجه، چغندر و یونجه را محدود کرد.

    کلید واژگان: برنامه ریزی خطی, بهره وری اقتصادی, تحلیل سلسله مراتبی, تخصیص آب, چغندرقند}
    F. Shirshahi, H .Babazadeh*, N .A. Ebrahimi Pak, M. R. Khaledian

    Designing and implementing suitable cropping patterns are necessary to control the limiting factors and optimal utilization of available water resources. In the present study, cropping pattern optimization in Qazvin irrigation and drainage district has conducted considering the five levels of irrigation including I1, I2, I3, I4, and I5 (representing water allocation of 100, 90, 80, 70, and 65 percents of the crop evapotranspiration) and three different levels of cultivated areas including S1, S2, and S3 (representing, current cultivated area, 10 percents increase and 10 percents decrease in the crop cultivated area compared to the current conditions). Crops cultivation areas and water allocation were optimized using a linear programming method and the objective function was to maximize the benefit. The results indicated that the model in condition S2 allocated the most cultivation area to strategic crops and in condition S3 allocated the most cultivation area to economic crops. The condition S3I1 had the highest income (315 million rials) among the all scenarios. Water allocation alternative named I2, increased the economic productivity by average 0.82 million rials per cubic meter of water at all the cultivation area alternatives while maintaining income. Therefore, it was possible to allocate less cultivation area and a lower amount of water while earning more income. Also,  water allocation alternatives named I4 and I5 were not recommended due to reduced income and yield. Model had a limited cultivation area of water-consuming crops such as tomato, sugar beet, and the alfalfa under water shortage condition.

    Keywords: Analytic Hierarchy Process, Productivity, Linear programming, Sugar beet, Economic, Water allocation}
  • مریم میربیک سبزواری*، حسن ترابی پوده، حجت الله یونسی

    بهره برداری بهینه از مخازن یکی از موضوعات مهم در مدیریت منابع آب سطحی بوده و روش های بهینه سازی مختلفی در این زمینه استفاده شده اندکه پرکاربردترین آنها الگوریتم های فراکاوشی می باشند. در تحقیق حاضر الگوریتم جستجوی هارمونی (HSA) برای تعیین بهره برداری بهینه از سیستم های چندمخزنه مورد ارزیابی قرار گرفت. مقدار بهینه مطلق با استفاده از یک مدل برنامه ریزی خطی (لینگو) به دست آمد. HSA ابتدا برای بهینه سازی یک سیستم چهار مخزنه به کار گرفته شد. مقدار تابع هدف با استفاده از لینگو برابر 308.2915 و با استفاده از HSA برابر 308.2900 محاسبه شد که 0.0005 درصد با بهینه مطلق اختلاف داشت. پس از موفقیت الگوریتم HS در حل سیستم چهار مخزنه، یک سیستم ده مخزنه در نظر گرفته شد. مقدار تابع هدف با استفاده از لینگو برابر 1194.4 و با استفاده از HSA برابر 1193.1 محاسبه شد که 0.1 درصد با بهینه مطلق اختلاف داشت. پس از موفقیت الگوریتم در حل مسائل چندمخزنه بهره برداری از مخزن سد دز برای یک دوره میان مدت (10 سال آماری) مدنظر قرار گرفت که جواب الگوریتم %1.31 با جواب بهینه مطلق اختلاف داشت. بنابراین می توان نتیجه گرفت که این الگوریتم توانایی حل مسائل بهینه سازی سیستم های واقعی را نیز دارد.

    کلید واژگان: الگوریتم جستجوی هارمونی, الگوریتم فراکاوشی, برنامه ریزی خطی, بهره برداری چند مخزنه, بهینه سازی}
    Maryam Mirbeyk Sabzevari*, H. Torabi, Hojjat Allah yonesi

    Existence periods of drought in the past decade, increasing growth of population, limitation surface water resources, cause the proper management of the reservoirs of dams. Operation of reservoirs is influenced by a lot of goals and generally many of these goals are incompatible with each other. The inflows to the reservoir and the storage volumes are uncertain which increases the operation of the complexity of the reservoir. The main challenge is to find the best release of the reservoir and hydrosystems optimization. Various optimization methods have been introduced for the operation of the reservoir. But some of these methods have disadvantages that use of them are not possible for all issues. Bozorg Haddad (2005) used Honey Bees Mating optimization for solving design problems and o The ant colony algorithm was also used to exploit a four-reservoir system in a discrete space that was able to optimize the problem with greater accuracy and less computing time than the genetic algorithm (Jalali et al 2007). Mousavi et al (2017) used the Harmony Search Algorithm to the optimization of water powerhouse storage projects and reported satisfactory results. Harmony search algorithm was presented by Geem et al for the first time in 2000. In this research Harmony Search Algorithm (HSA) is evaluated to determine the optimal operation of multi-reservoir systems. Then in order to evaluate the ability of the algorithm to solve real problems, the optimal operation of Dez Dam reservoir in Khuzestan province has been considered for a period of 10 years (1990-1992) with 120 months. In the single- reservoir issue of Dez Dam, the goal is to provide of agricultural demand of downstream or to determine the optimal monthly release for 10 years operation. The optimum value was obtained by using a linear programming model (Lingo). Lingo model has the ability to solve nonlinear models and provides the global optimum in some cases such as the intended problem where the objective function is convex. Therefore, the solutions obtained from the HSA model were compared with the solutions obtained from Lingo software program. A new heuristic algorithm derived from an artificial phenomenon found in musical performance namely the process of searching for better harmony can be introduced. Music harmony is a combination of sounds considered pleasing from an aesthetic point of view. Harmony in nature is a special relationship between several sound waves that have different frequencies. Musical performances seek the best state (fantastic harmony) determined by aesthetic estimation, as the optimization algorithms seek the best state (global optimum-minimum cost or maximum benefit or efficiency) determined by objective function evaluation. Aesthetic estimation find by the set of the sounds played by joined instruments, just as objective function evaluation find by the set of the values produced by component variables; the sounds for better aesthetic estimation can be improved through practice after practice, just as the values for better objective function evaluation can be improved iteration by iteration. The new algorithm is named Harmony Search (HS) and the steps in the procedure of HS are as follows: Step 1) Initialize a Harmony Memory (HM). Step 2) Improvise a new harmony from HM. Step 3) If the new harmony is better than least harmony in HM, include the new harmony in HM, and exclude the minimum harmony from HM. Step 4) If stopping criteria are not satisfied, go to Step 2. Harmony Memory Considering Rate (HMCR), which ranges from 0 to 1. If a uniformly generated value between 0 -1 occurs above the current value of the HMCR, then HS finds notes randomly within the possible playable range without considering HM. An HMCR of 0.85 means that at the next step, the algorithm chooses a variable value from HM with an 85% probability. For improving solutions and escaping local optima, yet another option may be introduced. This option mimics the pitch adjustment of each instrument for tuning the ensemble. For computation, the pitch adjustment mechanism is devised as shifting to neighboring values within a range of possible values. A Pitch Adjusting Rate (PAR) of 0.10 means that the algorithm chooses a neighboring value with 10% probability (an upper value with 5% or lower value with 5%. In the present study, first HSA was used to the optimization of a four-reservoir system. The objective function was calculated to equal to 308.2915 by using Lingo software, and this amount was calculated to equal to 308.2900 by using HSA that had a different of 0.0005 percent with the global optimum. After the success of HSA in solving the four-reservoir system, a ten-reservoir system was considered. The Objective function was calculated to equal to 1194.4 by using Lingo software, and this value was calculated to equal to 1193.1 by using HSA that had a different of 0.1 percent with the global optimum. In the single- reservoir issue of Dez Dam, the value of global optimum of the objective function was calculated by using software Lingo 1.9188 and by using HSA 1.944 that had a different of 1.31% with the global optimum. So it can be concluded that this algorithm has the ability to solve optimization problems of the real system

    Keywords: Harmony Search Algorithm, Linear programming, Meta, heuristic algorithm, Multi dam operation, Optimization}
  • سارا روانشادنیا، کوروش قادری*، مرضیه ثمره هاشمی

    برای مدیریت بهتر آب موجود در مخازن سدها با توجه به ذخیره مخزن و جریان های ورودی به آن، منحنی فرمان بهره برداری باید توسط مدل های بهره برداری تهیه شود. در این مقاله منحنی فرمان برای بهره برداری از سیستم تک مخزنه سد درودزن واقع در استان فارس، با استفاده از روش های سیاست بهره برداری استاندارد، جیره بندی و برنامه ریزی خطی، استخراج شده است. تابع هدف کمینه سازی کمبود آب طی دوره آماری 60 ماهه از سال آبی 88 تا 92 در نظرگرفته شده است. روش سیاست بهره برداری استاندارد در مواقع خشکسالی کمبودهای شدیدی به وجود می آورد. به منظور تعدیل نمودن این کمبودهای شدید، قوانین جیره بندی برقرار می شود تا ذخیره مخزن را برای مصارف آینده حفظ نماید. در روش جیره بندی برای رسیدن به بهترین مقدار تابع هدف، مقادیر فاکتورهای بهینه جیره بندی با روش الگوریتم ژنتیک به دست آمده است. در نهایت نتایج به دست آمده از این دو روش با نتایج به دست آمده از برنامه ریزی خطی مبتنی بر جیره بندی مقایسه شدند. مقدار کمبودکل در روش برنامه ریزی خطیجیره بندی، 56/219 و در روش سیاست بهره برداری استاندارد، 57/216 و در روش جیره بندی-الگوریتم ژنتیک 19/84 میلیون مترمکعب محاسبه شده است. مدل جیره بندی الگوریتم ژنتیک با درصد تامین 33/83% نیازها، شدت کمبود را نیز کنترل می کند. همچنین متوسط حجم ذخیره مخزن در این روش دارای بیشترین مقدار است. مقایسه سه روش مزبور با استفاده از معیارهای ارزیابی شامل قابلیت اعتماد زمانی، حجمی و آسیب پذیری نشان می دهد که روش جیره بندی-الگوریتم ژنتیک آسیب پذیری کمتر و اعتماد پذیری زمانی و حجمی بالاتری دارد و نسبت به دو روش دیگر مناسب تر عمل کرده است.

    کلید واژگان: الگوریتم ژنتیک, برنامه ریزی خطی, بهره برداری بهینه, جیره بندی, منحنی فرمان}
    Sara Ravanshadnia, Koroush Qaderi *, Marzie Samare Hashemi

    Dam rule curves should be derived using operation models and considering reservoir storage as well as input flows, which results in better management of reservoir water. In this paper rule curves of Doroudzan dam in Fars province, has been derived, using standard operating policy (SOP), hedging rules and linear programming. The objective function is water deficit minimization during 88-92. Standard operating policies result in severe water shortage. To mitigate the severe water shortage in SOP; the hedging policy has been used, which accept some present delivery deficit to reduce greater shortage in the future. The Genetic algorithm has been used to find the hedging optimal factors. Finally, the results of SOP and hedging-GA are compared with a model linear programming based on hedging rules model. Total shortage in hedging-GA is 84.19 MCM, hedging-LP is 219.5 MCM and in SOP is 216.57 MCM. The GA-hedging model by supplying 88.33% of demands control the amount of shortage as well as the shortage severity. In addition, the average reservoir storage is the biggest amount among the three methods. Comparison of the mentioned models using assessment criteria including time reliability, volume reliability and vulnerability shows the hedging-GA model is less vulnerable and more reliable; therefor this model performance is better than the two other models.

    Keywords: Genetic Algorithm, Linear Programming, Optimal Operation, Hedging, Rule curve}
  • محمدرضا عوض یار، محمود احمدپور برازجانی*، سامان ضیایی
    از آن جا که ایران با بجران شدید کمآبی به دلیل خشکسالی های طولانی و سوء مدیریت منابع آب خود رو به رو است، بهینه سازی الگوی کشت به منظور افزایش بازده آبیاری، نه تنها باعث صرفه جویی در مصرف آب ارزشمند می شود، بلکه سبب افزایش درآمد فعالیت کشاورزی می گردد. هدف مطالعه ی حاضر، بیشینه سازی سود ناخالص سالانه، و تخصیص بهینه ی آب های سطحی و زیرزمینی در اراضی پایاب سد ملاصدرا شامل دشت های کامفیروز و کربال است. به این منظور، از روش های برنامه ریزی جهت ارائه ی یک الگوی بهینهی کشت توام با ،(CCLP) و برنامه ریزی خطی با محدودیت های تصادفی ،(DLP) خطی قطعی عدم قطعیت استفاده شد. برای بررسی اثر افزایش بازده آبیاری بر سود ناخالص سالانه، از چهار نمایشنامه ی فرضی بازده آبیاری 95 و 99 درصد اطمینان) استفاده ، 70 و 80 درصد در شرایط قطعیت و عدم قطعیت آب در دسترس (در سه سطح 90 ،60 ،50 شد. همچنین محصولات عمده منطقه مورد مطالعه، در قالب کشاورزی دیم و آبی و برای دو فصل بهار (خشک) و پائیز (پرباران)، مدنظر قرار گرفتند. اطلاعات لازم برای سطح زیر کشت و نوع محصولات، از بانک اطلاعات زراعی سازمان جهادکشاورزی استان فارس در سال 1392 ، و اطلاعات لازم برای اندازه بارندگی و آبهای سطحی و زیرزمینی از بخش آمار و اطلاعات سازمان آب منطقه ای استان فارس برای سالهای 1385 تا 1392 استخراج گردیدند. نتایج نشان داد که با اعمال برنامهریزی بلندمدت جهت افزایش 30 درصدی بازده آبیاری در مزرعه، سود ناخالص سالانه زارعین منطقه از 390 میلیارد ریال به 602 میلیارد ریال افزایش یافته و سالانه بیش از 1 میلیون مترمکعب نیز در مصرف آب های زیرزمینی صرفه جویی خواهد شد؛ بنابراین تحقیقات در زمینه فن آوری های آباندوز و سرمایه گذاری در گسترش سامانه های نوین آبیاری که منجر به بهبود بازده آبیاری میگردد، پیشنهاد میشود.
    کلید واژگان: سد ملاصدرا, دشت کامفیروز, برنامه ریزی خطی, محدودیت تصادفی}
    Mohammadreza Avaz Yar, Mahmod Ahmadpour Borazjani *, Saman Zyaei
    The aims of current study are maximization of annual gross margin and allocation of surface water and groundwater in farms under Mollasadra dam; containing Kamfiruz and Korbal plains. For this purpose, deterministic linear programming (DLP) and chanced constrained linear programming (CCLP) to representation an optimal cropping pattern with uncertainty were used. To investigate the effect of increasing irrigation efficiency on annual gross margin, four irrigation efficiency hypothetical scenarios include 50, 60, 70 and 80 percent in certainty and uncertainty conditions (in three levels of 90, 95 and 99 confidence percent) were used. Main crops of the study area, in the form of dry and irrigated agriculture and for the spring (dry) and fall (rainy), were considered. Required data for cultivated area and the type of crops has been derived from database of Fars Agriculture Jahad Organization in 2013, and requirment data for amount of rainfall, surface water and groundwater has been derived from Fars regional water Organization in 2006 to 2013. The results indicated that by applying long run planning for a 30 percent increase in farm irrigation efficiency, annual gross margin of farmers increases from 390 billion Rials to 602 billion Rials and 1 million cubic meters groundwater would be saved. Therefore, a research about water saving technologies and investment in new irrigation systems, which leads to improvement of irrigation efficiency, is recommended.
    Keywords: Mollasadra dam, Kamfiruz plain, Linear programming, Chance constraint}
  • ابوالفضل معینی*، معصومه نجفی ثانی، شیوا محمدیان خراسانی، سپیده مفیدی
    امروزه فرسایش خاک، یکی از بزرگ ترین مشکلات کشورهای جهان به خصوص ایران می باشد. خطرات و عوارض ناشی از فرسایش در حوزه های آبخیز، از عمده ترین مشکلات و مسائلی است که به طور همه جانبه تعادل اکولوژیک آبخیز ها را تحت تاثیر قرار داده است. هدف اصلی این تحقیق، تعیین سطح بهینه کاربری اراضی به منظور کاهش میزان فرسایش و بالا بردن درآمد ساکنین حوزه آبخیز سقزچی واقع در استان اردبیل بود. برای این کار، مدل برنامه ریزی خطی برای سه وضعیت کنونی کاربری ها، کاربری استاندارد و کاربری استاندارد با اعمال عملیات بیولوژیک مطابق با اصول و معیارهای علمی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که سطح کاربری های فعلی برای کاهش میزان فرسایش و افزایش درآمد ساکنین حوضه مناسب نبوده و در شرایط بهینه باید تغییر کند. در شرایط بهینه سطوح اراضی باغی از 29/132 هکتار به 83/1902 هکتار (4/1438 درصد افزایش)، مرتعی بدون تغییر، کشت آبی از 94/319 هکتار به 6/57 هکتار (99/81 درصد کاهش) و سطح اراضی کشت دیم نیز از 1549 هکتار به 8/40 هکتار (36/97 درصد کاهش) تغییر می یابد. علاوه بر این، نتایج نشان داد که با بهینه سازی کاربری اراضی، در شرایط فعلی میزان فرسایش خاک و سوددهی کل حوضه به ترتیب 07/0 درصد کاهش و 7/7 درصد افزایش، در شرایط استاندارد کاربری ها به ترتیب 72/3 درصد کاهش و 7/7 درصد افزایش و در شرایط استاندارد با اعمال عملیات بیولوژیک کاربری ها، میزان فرسایش خاک و سوددهی کل حوضه به ترتیب 48/5 درصد کاهش و 65/30 درصد افزایش می یابد.
    کلید واژگان: برنامه ریزی خطی, بهینه سازی, فرسایش خاک, کاربری اراضی, مدیریت اراضی}
    Abolfazl Moeini*, Masome Najafi Sani, Shiva Mohammadian Khorasani, Sepide Mofidi
    Nowadays, Soil erosion is one of the largest problems of the world, particularly in Iran. side effects and dangers of this phenomenon within the watershed field is the main problem that affected the overall ecological balance of the basin. The main objective of this study was to determine the optimal level land use for reducing erosion and enhance stakeholders income at Saghezchi watershed is located in the Ardebil. For this aim, linear programming model for three different options include current situation land uses, standard land use and standard conditions with biological measures land use in accordance with scientific principles and criteria were used. The results showed that the current land use level to reduce erosion and increase the income of residents is not suitable and in optimal conditions must be changed. in optimal conditions the garden lands level from 132.29 hectare to 1902.83 hectare (1438.4 % increased), rangeland level without change, irrigated land surface from 319.94 hectare to 57.6 (81.99% decrease) and rainfed cultivation is also from 1549 hectare to 40.8 hectare (97.36% decrease) was changed. In addition, the results showed that land use optimization in the current situation, The ratio of soil erosion and total profitability, 0.07% decrease and 7.7% increase respectively, at the standard conditions land use 3.72% decrease, 7.7% increase respectively and at the standard conditions with biological measures land use, The ratio of ​​soil erosion and total profitability, 5.48% decrease and 30.65% is increased respectively.
    Keywords: land use, land management, linear programming, optimization, soil erosion}
  • بهنوش فرخ زاده *، محمد مهدوی، محمد سلاجقه، ارش ملکیان
    جهت درنظر گرفتن ابعاد و پیچیدگی های سیستم های منابع آب،‏ امروزه مدیران و برنامه ریزان برای رسیدن به تصمیمات بهینه،‏ به استفاده از مدل‏های بهینه سازی به عنوان ابزاری کارآمد روی آورده اند. در پژوهش حاضر برای بررسی الگوی کشت موجود در دشت همدان- بهار و تدوین سناریوهای مدیریت منابع آب در بخش کشاورزی،‏ از مدل برنامه ریزی خطی و نرم افزار لینگو استفاده شد. این مدل با هدف تعیین الگوی کشت بهینه،‏ تعیین میزان تخصیص بهینه از منابع آب سطحی و زیرزمینی و حداکثر کردن سود حاصل از کشت محصولات تدوین شد و با توجه به قیود و محدودیت ها به اجرا درآمد. به منظور بررسی گزینه های مدیریتی،‏ سه شیوه ی بهینه سازی الگوی کشت در وضع موجود،‏ بهینه سازی الگوی کشت با اعمال محدودیت برداشت از منابع زیرزمینی،‏ بهینه سازی الگوی کشت با تغییر در شیوه آبیاری تدوین و با استفاده از مدل اجرا شد. نتایج به دست آمده از اجرای مدل،‏ حاکی از برتری تغییر شیوه آبیاری نسبت به دو شیوه ی دیگر است؛ به گونه ای که میزان آب مصرفی الگوی کشت 8 /23 درصد کاهش و میزان تولید،‏ سطح قابل کشت و سود به دست آمده به ترتیب 1 /13 درصد،‏ 7 /12 درصد و 8 /15 درصد نسبت به الگوی موجود افزایش نشان می دهد.
    کلید واژگان: لینگو, دشت همدان, بهار, مدیریت منابع آب, _ بهینه سازی, برنامه ریزی خطی}
    Behnoush Farokhzadeh *, Mohammad Mahdavi, Ali Salajeghe, Arash Malekian
    Considering the complexity of water resource systems, nowadays managers have widely applied optimization models as efficient tools to reach useful decisions on this issue. The existing optimization models provide new opportunities for better decision making in field of water resources development and planning. Using optimization methods allows decision makers to make the most appropriate decisions among the solutions available for water and soil resources. Optimization is a method by which the best possible answer for a problem is determined according to the target and the existing conjugations, which are specified by functions and mathematical relations. The optimal problem has a target function and several constraints. Math planning is suggested as a useful and efficient way to solve resource allocation problems especially when decision variables, constraints and various parameters are examined. Linear programming is one of the simplest and most practical optimization models. This type of planning can be used for issues with simple relationships such as direct resource allocation to complex operational and management issues. Since all the mathematical relations contained in this model are of the first order type, it is called the linear model.
    Hamedan-Bahar plain has faced many problems such as lack of surface water resources, decline of underground water resources and the negative balance of groundwater in the recent years, one part of agricultural land in Hamadan-Bahar Basin is located in Bahar city and the other part in Hamedan city. The water needed for agricultural sector in Bahar city is completely extracted from underground resources while in Hamedan city, about 80% is extracted from underground resources and the rest is supplied by the surface resources. In this region, the first priority is the allocation of water resources for drinking and the second priority belongs to the industrial sector, and agricultural sector is in the third priority. Due to this allocation priority as well as lack of water resources in the region, the water need of crops is not fully ensured according to irrigation scheduling and pattern of cultivation. This research has been tried to compare the different methods of planning, with considering the priorities of water resources allocation and percentage of water supply needs in agricultural sector. Therefore, a linear programming model was created with the goal of 1- determining the optimal cultivation pattern, 2- determining the optimal allocation of surface water and underground water sources, and 3- maximizing the benefit from crop production. This model, based on available water resources and also with considering limitations, determines the cultivation pattern of crops and the amount of water allocated, so the most benefit from crop production will be obtained. Studying the cultivation pattern on this plain and water resources management scenarios, linear program and LINGO software were used. Objective of this model was maximizing of benefit and optimizing allocation of water and cultivation pattern. Evaluating three Scenarios of optimization of cultivation pattern in current situation, optimization of cultivation pattern in changing irrigation method and optimization of cultivation pattern by limiting of groundwater utilization, showed that, the optimization of cultivation pattern in changing irrigation method is better than two others and have more benefits. In this scenario, water consumption of cultivation pattern showed 23.8 % decrease; also, production, area of cultivation and advantage showed 13.1%, 12.7% and 15.8% increase, receptively. The results of this research revealed the necessity of changing the pattern of water consumption in agriculture as an optimal solution to overcome the problems of dehydration and shrinkage of aquifers. Meanwhile, providing social and cultural backgrounds for modifying the pattern of crops by replacing less-water-based products with more economic costs, instead of high-water requirements products, can reduce water use and improve conditions to sustainable use of water resources in the region. Due to the proper allocation of water, demand management and water consumption patterns, especially in the agricultural sector, can create a better and more stable economic situation. Finally, it can be claimed that with the help of planning and optimization models, examining and comparing different methods, making the best decision in the field of water resources management is possible. Eventually, examining other models such as nonlinear planning and applying more limitations and scenarios, especially changes in cultivation pattern, and comparing with the results of this study is suggested.
    Keywords: Hamedan- Bahar plain, Linear program, LINGO, Water resources management., Optimization}
  • مهرداد تقیان
    با توجه به کمبود و محدودیت شدید منابع آب در کشور، یکی از گام های اساسی برای مدیریت، برنامه ریزی و تامین آب طرح های موجود و توسعه در حوضه های آبریز، نگاه ویژه به مقادیر حداکثر آبدهی مطمئن قابل تامین است. از آن جا که رژیم جریان در حوضه های آبریز معمولا تنظیمی بوده و تحت تاثیر سدهای مخزنی سری و موازی است، استفاده از روش های کاربردی مناسب ضرورت دارد. در این تحقیق، به توسعه یک مدل آبدهی مبتنی بر برنامه ریزی خطی در سیستم منابع آب سه مخزنی حوضه آبریز زهره در جنوب غرب ایران پرداخته شده است. اساس این مدل، مبتنی بر معادله های پیوستگی ذخیره مخزن، معادله های آبدهی در هر مخزن، معادله های تخصیص آب و محدودیت های ظرفیت ذخیره است که تابع هدف آن حداکثر سازی مجموع آبدهی ماهانه قابل رهاسازی از سدهای مخزنی در یک دوره درازمدت، برای تامین نیازهای مختلف است. با پیاده سازی مدل آبدهی، بهبود قابل ملاحظه ای در شاخص اصلاح شده کمبود در سیستم منابع آب مورد بررسی در مقایسه با سیاست شبیه سازی استاندارد به برآورد شده است. نتایج نشان داد که در شرایط توسعه آتی، اعتماد پذیری تامین نیازهای سیستم منابع آب زهره معادل با 83 درصد است و آبدهی مطمئن سیستم زهره معادل با 65 درصد نیازها خواهد بود.
    کلید واژگان: آبدهی مطمئن, اعتماد پذیری, برنامه ریزی خطی, بهره برداری مخزن, بهینه سازی}
    Mehrdad Taghian
    Based on water deficits and the severe limitation of water in the country, one of the basic steps for the management, planning and water supply in available and developed projects of catchments, is estimation the maximum yield values. As flow regime in catchments is usually regular and affected by the series and parallel dams, use of appropriate and applicable methods are necessary. In this research, a yield model based on linear programming, for three reservoirs- Zohre catchment in south-west of Iran, has developed. The base of this model is including reservoir storage continuity equations, stream flow expressions in each reservoir, water allocation equations, and storage capacity limitation. The objective function is the maximization of total monthly yield for a long-term period of inflow that can be released from reservoir dams to supply demands in water resource systems. After implementing of the yield model, the modified shortage index in the water resource system has improved in comparison to Standard Operating Policy (SOP) and it has been effective in adjusting severe deficit.The results showed that the reliability for satisfying demands in developed future condition of zohre water resource system is about 83% and the yield is about 65% of demands.
    Keywords: Yield, Reliability, Linear programming, Reservoir operation, Optimization}
  • علی بافکار *، بهمن فرهادی بانسوله، سعید برومندنسب
    ایران با میانگین بارش سالانه حدود 230 میلی متر یکی از کشورهای جهان است که در مناطق خشک و نیمه خشک جهان قرار گرفته است. توزیع نامناسب زمانی و مکانی نزولات جوی با توجه به نیازهای کشاورزی یکی دیگر از مشکلات بخش کشاورزی می باشد. استفاده از مدل های شبیه سازی رشد محصول راهکاری است که از طریق آن می توان بیلان آبی را مورد بررسی قرار داده، فرایند رشد را شبیه سازی کرده و به مطالعه سناریوهای مختلف مدیریتی پرداخت. در این راستا، ترکیب مدل های شبیه سازی رشد گیاهی با سیستم اطلاعات جغرافیایی(GIS) و مدل های بهینه سازی نیز ضرورت پیدا کرده است. یکی از عوامل محدود کننده استفاده از مدل های شبیه سازی رشد محصول واسنجی پارامترهای گیاهی این مدل ها می باشد. تحقیقات نشان داده است که کاربرد مدل های شبیه سازی خارج از محدوده اغلب منجر به نتایج مایوس کننده ای می شود. تعدادی از این پارامترها بستگی به رقم دارند، بنابراین برای کاربرد این مدل ها ابتدا بایستی آنها را با توجه به رقم محلی واسنجی نمود. در دهه های گذشته مدل های مختلفی برای برنامه ریزی اراضی کشاورزی در مقیاس های مختلف توسعه یافته است. هدف از مطالعه کنونی تعیین سطح زیر کشت محصولات عمده کشاورزی در دشت ماهیدشت استان کرمانشاه بر اساس ترکیب نتایج مدل های شبیه سازی رشد گیاهی و برنامه ریزی خطی می باشد. در این تحقیق برای شبیه سازی رشد گیاه از مدل WOFOST و برای برنامه ریزی خطی از نرم افزار GAMS استفاده شده است.
    مواد و روش ها
    آزمایشات مزرعه ای در سال های زراعی 1390- 1389 برای واسنجی و اعتبارسنجی پارامترهای گیاهی مدل WOFOST برای محصولات عمده ( گندم، جو و ذرت ) با مدیریت های کم آبیاری انجام گردید. آزمایشات مذکور در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه رژیم آبیاری (آبیاری کامل، 20 و 40 درصد کم آبیاری) و در چهار تکرار انجام شد. اراضی کشاورزی دشت با توجه به خصوصیات خاک و تقسیمات اداری به 440 واحد همگن طبقه بندی گردید. به حداکثر رساندن درآمد کشاورزان به عنوان تابع هدف در مدل برنامه ریزی خطی مد نظر قرارگرفت. محدودیت های فصلی و ماهانه آب، کارگر، زمین و ماشین آلات کشاورزی نیز در سطح منطقه در نظر گرفته شد. با در نظر گرفتن منابع آب موجود با استفاده از مدل تهیه شده الگوی کشت بهینه تحت 8 سناریوی محتلف تامین منابع آب و نوع سیستم آبیاری مشخص گردید.
    یافته ها
    با استفاده از واسنجی مقدار پارامترهای حساس مدل WOFOST برای محصولات مورد مطالعه در دشت ماهیدشت تعیین گردید. نیاز آبی و مقدار عملکرد محصولات مذکور در شرایط پتانسیل و کم آبی با توجه به میانگین طولانی مدت پارامترهای هواشناسی در منطقه برآورد گردید. تحلیل سناریوهای مورد مطالعه بیانگر این بود که درآمد سناریو6 (دو برابر شدن قیمت آب و سیستم آبیاری بارانی ) با درآمد کل کشاورزان به میزان 140 میلیارد ریال بیشترین در آمد را در بین این سناریوها دارا می باشد. سطح زیر کشت محصولات در این سناریو 75262 هکتار بدست آمد که نسبت به سناریو پایه افزایش نشان داد.
    نتیجه گیری
    ترکیب مدل های شبیه سازی رشد گیاهی و برنامه ریزی خطی می تواند در تعیین الگوی کشت مناسب تحت شرایط مختلف تامین منابع آب مورد استفاده قرار گیرد. بیشترین در آمد کشاورزان در این مطالعه در سناریوی شماره 6 اتفاق افتد که در آن قیمت آب دو برابر و سیستم آبیاری بارانی به کار رفته بود.
    کلید واژگان: مدل های شبیه سازی رشد گیاه, ارزیابی اراضی, سیستم اطلاعات جغرافیایی, برنامه ریزی خطی, کرمانشاه}
    Ali Baftkar *, Bahman Farhadi
    Background And Objective
    Iran with the average of annual precipitation about 230 mm is one of the countries in the world which is located in the semi-arid and arid regions. Improper spatial and temporal distribution of rainfall regarding to the time of required water for agriculture is another problem for agricultural sector. Using crop growth simulation models is a strategy which can be used to assess water balance, to simulate the growth process and to study different managerial scenarios.
    In this regard, the combination of crop growth simulation models with geographic information system (GIS) and optimization models is also necessary. Calibration of crop parameters is one of the limiting factors of the use of crop growth simulation models. Results of previous researches have shown that the use of simulation models out of range, often leading to disappointing results. Some of these parameters are crop (variety) specific, so to use of these models, they must first be calibrated according to the local varieties. In the past decades several models have been developed for agricultural land use planning in different scales. The aim of the present study was to determine the cropping area of major agricultural crops based on the combined results of the Crop growth simulation model and is linear programming in the Mahidasht plain, Kermanshah province. In this study, WOFOST model is used to simulate crop growth and GAMS software is used for linear programming.
    Material and
    Methods
    Field experiments was carried out in the cropping year 2010-2011 for calibration and validation of crop parameters of WOFOST model for major crops (wheat, barley and maize) under deficit irrigation managements. Experiments were implemented as randomized complete block design with three irrigation regimes (Full irrigation, 20 and 40 percent deficit irrigation) and four replications. Agricultural lands in the plain were classified into 440 equal units according to soil characteristics and administrative divisions. Maximization of farmer's income was considered as the objective function in the linear programming model. The constraints of monthly water, seasonal water, labor, land and agricultural machinery were considered at the study area. Considering the available water in the study area the best cropping pattern in 8 studied scenarios of water supply and irrigation system were determined using developed model.
    Results
    The value of most sensitive parameters of WOFOST model for major crops in the Mahidasht plain was determined by model calibration. Yield and water requirement of mentioned crops in the potential and water-limited situations were estimated in the region regarding to long-term average climatic parameters. Analysis of the scenarios showed that the scenario 6 (doubled water price and sprinkler irrigation system) with the total farmer's income of 140 billion IRR has the highest income among studied scenarios. The area under cultivation in this scenario would be 75,262 hectares which shows increasing compared to the base scenario.
    Conclusion
    The combination of crop growth simulation models and linear programming can be used for determination of the appropriate cropping patterns under different conditions of water resources.
    The maximum farmer's income in this study would be occurred in the scenario 6 which water price will be doubled and irrigation system is sprinkler.
    Keywords: crop growth simulation model, landuse, GIS, Linear programming, Kermanshah}
  • مهرداد تقیان
    در سال های اخیر،‏ دیدگاه جامع نگر و مدیریت یکپارچه،‏ جایگزین دیدگاه سنتی و بخشی نگر در طرح های توسعه منابع آب شده است. در این راستا،‏ یکی از پارامترهای موثر بر عملکرد سیستم،‏ رتبه بندی بهره برداری از مخازن در تامین نیازهای مشترک پایاب است. در حقیقت،‏ ترتیب پر و خالی شدن مخازن که به صورت سری یا موازی قرار گرفته اند،‏ بر نحوه توزیع ظرفیت خالی ذخیره در بین مخازن موثر است و از آنجا،‏ بر مجموع تلفات ناشی از سرریز و تبخیر و در نهایت مجموع آب تنظیمی از سدهای مخزنی اثر مستقیم دارد. در این مقاله،‏ از یک مدل شبیه سازیشبکه جریان با موتور بهینه سازی برنامه ریزی خطی برای رتبه بندی بهره برداری از مخازن در یک دوره درازمدت آبدهی ماهانه استفاده شده است. به عنوان مطالعه موردی،‏ سیستم هفت مخزنی منابع آب زهره در جنوب غربی کشور بررسی شده است و گزینه های مختلفی برای رتبه بندی بهره برداری از سدهای مخزنی تعریف شده است که حدود 6 درصد بر کاهش تلفات سیستم شامل سرریز و تبخیر از سطح مخزن موثر بوده است. در این حالت،‏ کاهش تلفات مربوط به سرریز از سیستم منابع آب نقش موثرتری در مقایسه با تبخیر ایفا کرده است. همچنین بر اساس گزینه برتر رتبهبندی مخازن در مقایسه با گزینه پایه (اولویت یکسان)،‏ شاخص اعتمادپذیری و آسیب پذیری بهبود یافته است؛ اما شاخص سرعت برگشت پذیری اندکی افت داشته است و آثار رتبه بندی سدهای موازی،‏ موثرتر از آثار رتبه بندی سدهای سری بوده است.
    کلید واژگان: رتبه بندی مخازن, حوضه زهره, بهینه سازی, شبیه سازی, برنامه ریزی خطی}
    Taghian, Mehrdad
    Over the past decades, solving operation problems has been a challenge for water resource planners and managers. Holistic standpoint and integrated management have been applied as a replacement for traditional and partial insight in water resource development projects in recent years. Hence, one of the operator's key questions in multi-reservoirs systems is that which reservoirs should be depleted earlier for satisfying shared downstream demands. In addition, to refill the reservoirs, which ones should be filled earlier? Accordingly, multi-reservoir operation in water resource systems should be done to maximize the total water extracted. In this case, one of the important parameters affecting the system performance is ranking and prioritizing the reservoirs storages for supplying the shared downstream demands. In fact, refill and deplete order of cascade or parallel reservoirs are effective on the reservoir storage distribution. This approach can make also direct effects on the total losses including spill and evaporation of the reservoirs, reforming the total regulated water obtained of reservoir dams.
    In this paper, a simulation model with a linear programming optimizing engine is utilized for operational ranking of the reservoirs during a long-term monthly inflow period. Simulation has been implemented for monthly time interval using inflow historical data. In this study, Acres Reservoir Simulation Program (ARSP) has been utilized including a linear programming for optimal water allocation and reservoir storage within each time interval. The main advantage of the ARSP is its inherent flexibility in defining the operating policies through a penalty structure. The model uses network flow optimization techniques in which total components of the system are made through nodes and arcs. Nodes are including reservoir dams, withdrawal and return flow locations, irrigation and water supply networks, and junction points for river reaches or streams. Arcs include different kinds of stream, canals, river reaches and different zone of reservoir dams. Nodes and arcs totally fulfill a closed network that characterizes final structure river system. There are arcs connecting reservoirs and demand nodes to the source and sink node. The source node supplies water to nodes within the network to simulate local inflow and the sink node receive flow from nodes within the network to represent consumptive use. In this state, certain number of arcs defines each stream and storage zone in reservoir. In fact, each arc represents an operating purpose, for which a comparative penalty representing relative priority of desired purpose can be assigned by the user. Based on this penalty for unit flow violation, ARSP imposes the operational strategy by allocating the available water in a manner that minimizes the total system penalties. In selecting these penalty values, three specific aspects should be considered: inter-reservoir zonal operation, relation between storage and flow violation, and inter-reservoir policies. In this process, the reservoirs are ranked according to priority relationships. The model first violates the storage in the lowest priority corresponding to the lowest zonal penalty, and then it proceeds to the other priorities.
    As a case study, the seven reservoirs system of Zohreh water resource in southwest of Iran has been studied. A future planning horizon was selected for the study including seven reservoir dams, eleven irrigation networks, four public demands, two minimum flow channels, eleven junctions node, and some general channels. Target values for demands are also set based on the planned water demand for future horizon distributed as 71% for agriculture demands, 16% for the minimum flow, and 13% for public demands. To evaluate the long-term performance of reservoir operation, 48 years of monthly inflow is used, resulting in a total of 576 months. The other input data are reservoir properties, penalty values, evaporation from reservoir, and return flows. Here, different scenarios have been defined for the ranking of the reservoirs. This approach has been effective about 6% on decreasing the water losses including spillway and evaporation of reservoir. The comparison among different scenarios showed that reservoirs ranking affects in all modern indicators for the operation performance. Based on flexibility index, storage ranking in parallel reservoirs is more effective than cascade reservoirs. In this process, reliability and vulnerability indexes were improved for the selective scenario, however, resiliency index was reduced a little. Moreover, reservoirs refill order from upstream to downstream of the catchment, in comparison with opposite state, accomplished better performance as in this state the possibility for spill control in the next reservoir is better provided.
    Keywords: Linear programming, Simulation, Reservoir ranking, Zohre basin, Optimization}
  • مهناز بازوبندی، محمد رحیمی*، آرش ملکیان، سعید قره چلو، سیدعلی اصغر هاشمی
    بهینه سازی کاربری اراضی، یکی از راه کارهای مناسب برای حفاظت خاک است که به مدیران حوضه های آبخیز و تصمیم گیران این امکان را می دهد تا از بین گزینه های مختلف کاربری اراضی، بهترین تصمیم را اتخاذ کنند. هدف اصلی در انجام این تحقیق، تعیین سطح بهینه کاربری اراضی برای کاهش میزان فرسایش خاک و افزایش درآمد ساکنان حوضه آبخیز گل رودبار واقع در استان سمنان بود. برای این کار مدل برنامه ریزی خطی برای سه رویداد مختلف وضعیت کنونی کاربری ها و بدون اعمال مدیریت اراضی، وضعیت کنونی کاربری ها و اعمال مدیریت اراضی و وضعیت استاندارد کاربری ها، موردمطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که در شرایط بهینه سطح اراضی باغی 85/28 درصد، سطح اراضی مرتعی 12/74 درصد و سطح اراضی کشت آبی 78/283 درصد افزایش می یابند. همچنین در صورت بهینه سازی کاربری اراضی در شرایط استاندارد کاربری ها، میزان فرسایش و سوددهی نسبت به شرایط قبل از بهینه سازی حوضه به ترتیب 28/16 درصد کاهش و 58/94 درصد افزایش می یابد.
    کلید واژگان: برنامه ریزی خطی, سوددهی, فرسایش خاک, مدیریت کاربری اراضی, وضعیت استاندارد}
    M. Bazoubandi, M. Rahimi*, A. Malekian, S. Gharechelou, Saa Hashemi
    Land use optimization is one of the appropriate methods for soil conservation which helps decision makers and watershed planners in order to make the optimum decision among different land uses. The main objective of this research was to find the optimum area of each land use to reduce soil erosion rate as well as to increase the income of stakeholders in Golroudbar watershed located in Semnan province of Iran. The linear programming model was used in three different scenarios including current land use condition without any land management plan, current land use condition with land management plan and the standard land use level. The results showed that in the optimized condition, the orchard land 28.85 percent, rangelands 74.12 percent and irrigated lands 283.78 percent were increased. Additionally, by optimization of the land in standard condition, soil erosion decreased 16.28 percent and the profitability increased 94.58 percent.
    Keywords: Benefit, Land use management, Linear programming, Soil erosion, Standard situation}
  • مهرداد تقیان
    یکی از مسائل کاربردی و کلاسیک در مطالعات منابع آب، تعیین ظرفیت بهینه مخزن سد برای تامین نیازهای مختلف است. اما تامین کامل نیاز در همه زمان ها از جمله دوره های خشکسالی شدید، مستلزم طراحی یک سد با ارتفاع بسیار زیاد است. این رویکرد به مفهوم تخصیص بخش عمده ای از هزینه و ظرفیت مخزن برای دوره های زمانی بسیار کوچکی از عمر مفید سد است که ممکن است از لحاظ اقتصادی توجیه پذیر نباشد. بنابراین ضروری است در روش و مدل پیشنهادی، تنها برای درصد زمانی مشخصی از دوره آماری مورد نظر، امکان تامین کامل نیازها فراهم گردد که معادل با اعمال قید اعتماد پذیری است. در روش های معمول، این مفهوم به ظاهر ساده، مستلزم افزودن متغیرهای باینری (دو مقداره) برای تامین و یا عدم تامین نیاز در ساختار مدل های برنامه ریزی خطی است که در حضور تعداد زیاد متغیرهای باینری، حل مساله فوق زمان بر یا مشکل خواهد بود. برای توسعه و بهبود روش های معمول، در تحقیق حاضر به جای مدل های مختلط برنامه ریزی خطی اعداد صحیح، از یک مدل شبیه-سازی مجهز به فرآیند برنامه ریزی خطی شبکه جریان استفاده شده است. با پیاده سازی این مدل در سیستم منابع آب رودخانه خمین، ظرفیت بهینه سد مخزنی نیشهر معادل با 6/4 میلیون متر مکعب برآورد گردید که در این حالت قادر به حفظ اعتمادپذیری 85 درصد در تامین نیازها است. نتایج حاکی از حساسیت ابعاد حجم مخزن نسبت به انتخاب اعتمادپذیری دارد که میزان این حساسیت ناشی از شدت و طول دوره های کمبود آب است.
    کلید واژگان: اولویت بندی نیازها, برنامه ریزی خطی, بهینه سازی, شبیه سازی, ظرفیت مخزن}
    Mehrdad Taghian
    Introduction
    One of the practical and classic problems in the water resource studies is estimation of the optimal reservoir capacity to satisfy demands. However, full supplying demands for total periods need a very high dam to supply demands during severe drought conditions. That means a major part of reservoir capacity and costs is only usable for a short period of the reservoir lifetime, which would be unjustified in economic analysis. Thus, in the proposed method and model, the full meeting demand is only possible for a percent time of the statistical period that is according to reliability constraint. In the general methods, although this concept apparently seems simple, there is a necessity to add binary variables for meeting or not meeting demands in the linear programming model structures. Thus, with many binary variables, solving the problem will be time consuming and difficult. Another way to solve the problem is the application of the yield model. This model includes some simpler assumptions and that is so difficult to consider details of the water resource system. The applicationof evolutionary algorithms, for the problems have many constraints, is also very complicated. Therefore, this study pursues another solution.
    Materials And Methods
    In this study, for development and improvement the usual methods, instead of mix integer linear programming (MILP) and the above methods, a simulation model including flow network linear programming is used coupled with an interface manual code in Matlab to account the reliability based on output file of the simulation model. The acre reservoir simulation program (ARSP) has been utilized as a simulation model. A major advantage of the ARSP is its inherent flexibility in defining the operating policies through a penalty structure specified by the user. The ARSP utilizes network flow optimization techniques to handle a subset of general linear programming (LP) problems for individual time intervals. The objective of the LP application is to minimize a cost function, which reflects relative benefits derived from a particular operating policy. In this model, the priority for supplying different demands is defined based on a penalty structure. In this approach, the original system elements are delineated by nodes and arcs. Accordingly, nodes are junction points and arcs are the basic elements used to represent channels, and reservoir storages for each time interval. There are arcs connecting reservoir and demand nodes to the source and sink node. The source node supplies water to nodes within the network to simulate local inflow and the sink node receives flow from nodes within the network to represent consumptive use. Application of the simulation model causes that the configuration of the water resource system with more details is investigated. In this research, tree alternative for reliability including 80, 85 and 90 percent were considered, which are usual reliability for satisfying demands in water resource management in Iran. Then, for the each reliability, optimal reservoir volume was calculated along with optimal flow in each arc. The inflow to the model is established based on a long-term period of historical data (48 years) with monthly time interval.
    Results
    Discussion
    Evaluation of the alternative, defined for reliability, demonstrated if the reliability increases from 85 to 90 %, the incremental volume of the reservoir will be considerable. In fact, for a higher reliability the model must supply water for a more severe drought. However, for the reliability from 80 to 85% the required incremental volume is negligible. Thus, selecting the reliability of 85% is more justified, by which the optimal reservoir volume will be 4.6 million cubic meters. Additionally, increasing of the reliability resulted in decreasing in average deficit and modified shortage index (MSI). However, these two deficit indexes have no same descending trend. The MSI has a less variations versus the reliability that is due to use square deficit in its formulation.
    Conclusion
    The model used in this research, in comparison to the MILP that is a common method for solving the above problem, make a reform in the traditional mass balance and flow routing in the network. The results show the reservoir capacity sensitivity versus the reliability, in which the sensitivity amount is affected by the intensity and duration drought periods. In fact, with considering higher reliability for supplying demands, a variation of the required reservoir volume has an ascending trend. Thus, application of predefined reliability, that is a common method in designing reservoir volume in Iran, is not appropriate for all drought conditions. In this regard, a sensitivity analysis of reservoir volume versus the reliability accompanying an economical analysis is recommended.
    Keywords: Demand Prioritizing, Linear Programming, Optimization, Reservoir Capacity, Simulation}
  • مجید کیانفرد، جواد احدیان
    امروزه استفاده از الگوریتم های بهینه سازی به منظور بهینه کردن پروژه های اجرایی اجتناب ناپذیر می باشد یکی از این الگوریتم ها سامانه برنامه ریزی خطی می باشد. این روش شامل یک تابع هدف می باشد که با توجه به محدودیت های فنی به حداقل کردن هزینه ها و یا حداکثر کردن سود می پردازد. در این تحقیق با توجه به کلیه پارامترها،‏ ابتدا معادلات مربوط به بخش لوله گذاری،‏ سامانه پمپاژ و سازه های کنترلی جریان های میرا بدست آمده است سپس باتوجه به یک مطالعه موردی صحت معادلات بدست آمده مورد بررسی قرار گرفت. لازم به ذکر است که محدودیت های سامانه شامل فشار،‏ سرعت در لوله ها و دبی و هد مورد نیاز سامانه می باشد. مطالعه موردی مربوط به طرح آب رسانی به منطقه قلعه مدرسه بهبهان می باشد که در این تحقیق ابتدا سامانه در حالت تجربی اجرا شده مورد مطالعه قرار گرفت سپس هر سه بخش سامانه با استفاده از سیستم برنامه ریزی خطی بهینه شد که مقایسه هزینه های اجرایی حالت تجربی با حالت بهینه شده نشان از کاهش 3 /39،‏ 17 /34 درصدی به ترتیب در بخش های لوله گذاری،‏ خرید و راه اندازی پمپ ها و همچنین کاهش 2 /74 درصدی در هزینه های سازه های حفاظتی دارد.
    کلید واژگان: برنامه ریزی خطی, ضربه قوچ, سازه های حفاظتی, فشار منفی}
    Majid Kianfard, Javad Ahadiyan
    Nowadays, the need for countries to design water distribution networks and abundant costs of water transfer projects, lead us to the use of new and effective methods for designing and optimizing water distribution networks. Practically, engineers, based on engineering judgment, traditionally use methods of trial and error in order to find a suitable solution. Many research have been conducted in the field of optimizing methods because traditional practices do not guaranty an approach to optimized, or even close to optimized, answer. Choosing the appropriate system would be done using different approaches. One of these approaches, which has been used in present study, is the Method of Linear Programming. In the practical method of this study, in compliance with the technical limitations, a water supply system will be optimized to prevent hydraulic patrimonial flows. Using this method, we can optimize all costs of structures including purchasing, Implementation and maintenance, by making them Linear. Therefore, an objective function which represent the minimizing of the costs and Linear equations that represent the technical limitations were defined. Each Linear programming equation contains three basic steps including Objective Function, Limitations (for example Suitable pressure range, Standard speed range and pipe diameter) and Decision Variables which, in this study, are defined for water supply systems. In present study, this process was configured for a real water supply project. The design, which is studied in this research, is the water supply project to the rural area of “Behbahan Qala Madrese” that covers about 720 hectares of the district. With regard to the existence of rivers, and also roads and farms in the area, the net cultivated area was estimated about 625 hectares. The distance this land from the nearest river (Kheirabad River) is about six kilometers. Then, by defining Objectives Functions, Constraints of issue and Variables in LINGO, were optimized and results were compared with various practical conditions. In order to define various practical conditions, ten scenarios were defined using traditional and trial and error based methods. These scenarios, before and after the installation of protective structures, were hydraulically implemented in WATER HAMMER and the results of costs of each scenario, separated into purchase, implementation and operation, were extracted. In the next step, similar to practical condition, optimizing results of LINGO model including pumping system, pipe diameter, type and size of the protective structures were implemented in WATER HAMMER under tow conditions, before and after implementation of protective structures. After that, the results of optimizing by LINGO were compared with the results of practical method. According to the results, Programming Method is capable of optimizing all major parts of the implementation of the branch networks. This method incorporates an approach with high potential for optimizing; in a way that best pumping system will be extracted using pressure limits (between 20 to 100 meters of water column) and water speed in pipes (maximum 1.5 meter per second), optimum diameter and with compliance with price limits of pumps, electricity and required system pressure (according to the topography of the land). In other hand, best protective structures will be chosen in order to prevent patrimonial hydraulic flows including Water Hammer and/or Negative Pressure in water supply system. Eventually, hydraulic simulation was conducted by implementing the results of LINGO into WATERHAMMER. In this research, all three parts were simultaneously defined in the Objective Function and all restrictions were taken under consideration in order to optimizing the entire system because of the effect of pumping system, piping network and also protective structures on patrimonial flows. Using Linear Designing Method will prevent wastage of national resources in addition to improving design speed and economic efficiency. Defined practical scenarios, by changing pipe diameter, pumps and protective devices, were configured as a combination; practical scenario number 10 had the lowest implementation cost compared with other scenarios. However, Linear Programming results indicated that more costs can be reduced; in a way that, comparing the costs of implementation of the transfer line in this scenario with the costs of optimizing method by Linear Programming reviles that a reduction of 3.39 in piping sector, 17.34 in buying and planting pumps, 2.74 in protective structures and finally 3.69 in total costs of the project would occur.
    Keywords: Linear Programming, Water Hammer, Negative Pressure, Protective structures}
نکته
  • 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.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال