توسعه مدل یکپارچه تخصیص و توزیع بهینه آب در بخشهای مختلف شبکه های آبیاری

مدیریت و استفاده بهینه از منابع آب در بخش کشاورزی نقش بسزائی در تامین امنیت منابع غذایی جمعیت روبه رشد جهان ایجاد خواهد کرد. به منظور ارتقاء بهره وری آب در بخش کشاورزی و مدیریت بهینه آن در سطح شبکه های آبیاری باید توزیع و تحویل آب از لحاظ زمانی و مکانی متناسب با نیازهای واحدهای زراعی مختلف و منابع آب در دسترس باشد. به بیان دیگر تخصیص و توزیع آب در اراضی زراعی بایستی طوری صورت گیرد که بین عرضه و تقاضا مطابقت مناسبی برقرار گردد. برنامه-ریزی تحویل و توزیع آب در شبکه های آبیاری عموماً در دو بخش مختلف صورت می گیرد که عبارتند از: واحدهای زراعی و کانالهای توزیع. در مطالعات گذشته بهینه سازی تخصیص و تحویل آب در بخشهای فوق بدون هیچگونه ارتباطی به یکدیگر مورد بررسی قرار گرفته است، بطوریکه یا فقط تخصیص بهینه آب بین واحدهای مختلف زراعی صورت گرفته و یا اینکه تحویل و توزیع آب در یک کانال توزیع، بهینه گشته است. در این تحقیق تحویل و توزیع آب هم در سطح واحدهای زراعی و هم در سطح شبکه کانالهای توزیع بصورت توام مورد بررسی قرار گرفت و سعی بر این بود که با توجه به منابع محدود آب در دسترس، برنامه ریزی تخصیص، تحویل و توزیع آب از لحاظ مکانی و زمانی طوری صورت بگیرد که با حداقل تلفات بیشترین عملکرد و سود حاصل شود. بدین منظور در این مطالعه دو نوع نگرش متفاوت جهت تخصیص بهینه آب مدنظر قرار گرفت. در حالت اول که رویکرد مرحله ای نام دارد ابتدا با توجه به منابع آب موجود و آب موردنیاز محصولات مختلف، میزان آب اختصاصی به هر کدام از محصولات طوری تعیین می گردد تا حداکثر سود حاصل شود. سپس با معلوم بودن میزان آب اختصاص یافته به هر یک از واحدهای زراعی، توزیع آب در طول دوره رشد هر محصول با هدف حداکثرسازی تولید بدست آمد. بدین ترتیب در یک کانال توزیع آب، دبی هر انشعاب که میزان آب موردنیاز واحدهای زراعی پایین دست را تأمین می نماید بصورت متغیر در طول دوره رشد تعیین شد. با معلوم بودن دبی موردنیاز هر انشعاب، برنامه ریزی تحویل و توزیع آب بین انشعابات مختلف یک کانال توزیع طوری صورت گرفت که اهداف مختلفی از عوامل تحویل آب همچون دبی جریان ورودی به کانال توزیع، انحراف از مدت زمان تکمیل برنامه آبیاری، تلفات آب و ... حداقل گردد. در رویکرد دوم، تخصیص آب در سطح واحدهای زراعی و در طول دوره رشد آنها و همچنین در سطح شبکه کانال های توزیع بصورت یکپارچه و با اهداف چندگانه (بهینه سازی چندهدفه) مدنظر قرار گرفت. بدین منظور اهداف مختلفی همچون حداکثرسازی عملکرد هر کدام از محصولات و سود حاصل از تخصیص آب بین واحدهای مختلف زراعی و همچنین حداقل سازی عوامل تحویل آب در کانال (ظرفیت کانالهای توزیع، انحراف از مدت زمان تکمیل برنامه آبیاری، تلفات آب و ... ) بصورت همزمان و در قالب یک مدل چندهدفه مد نظر قرار گرفت و با بهره گیری از روش بهینه سازی چندهدفه nsga-ii متغیرهای تصمیم مساله بصورت بهینه بدست آمد. به منظور بررسی عملکرد مدلهای تهیه شده، شبکه آبیاری و زهکشی مغان به عنوان منطقه مطالعاتی انتخاب و با استفاده از آمار و اطلاعات مربوطه کارآیی مدلها مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا توزیع آب در کانال l شبکه آبیاری و زهکشی مغان در سال آبی90-1389 با نتایج حاصل از مدلهای بهینه توسعه داده شده مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در صورت استفاده از مدل بهینه تهیه شده، بهره وری مصرف آب از 900 ریال بر مترمکعب در شرایط واقعی به 2356 ریال بر مترمکعب افزایش خواهد یافت و 25 درصد نیز در مصرف آب صرفه جویی بعمل می آید. نتایج اجرای رویکرد مرحله ای در مطالعه موردی بر روی کانال k از شبکه آبیاری و زهکشی مغان، نشان داد با کمبود 25 و 50 درصدی آب موجود، به ترتیب 24 و 40 درصد بر میزان بهره وری مصرف آب افزوده شده و کارآیی مصرف آب محصولات مختلف نیز تحت شرایط کمبود آب بهبود می یابد. رویکرد یکپارچه به مسئله تخصیص و توزیع بهینه آب، گزینه های مختلفی را در اختیار مسئولین بهره-برداری شبکه قرار می دهد و تصمیم گیرندگان می توانند با قبول سود کمتر به مقادیر کمتری از عوامل تحویل آب در کانال (دبی ورودی، زمان تکمیل برنامه تحویل آب و ... ) دست پیدا کنند. مقایسه نتایج حاصل از رویکرد یکپارچه و مرحله ای نشان داد که در شرایط بدون محدودیت منابع آب، تنها با 1/0 میلیارد ریال کاهش سود می توان علاوه بر افزایش 8 درصدی بهره وری مصرف آب، حدود 16 درصد آب کمتری وارد کانال نمود و 16 ساعت نیز زودتر برنامه تحویل آب را به اتمام رساند. این انتخاب تنها یکی از گزینه های ممکن بوده و این در حالی است که گروهی از نقاط بهینه وجود دارند که هر کدام از آنها یک انتخاب بهینه خواهد بود. نتایج اجرای مدلهای تهیه شده نشان داد که تخصیص، توزیع و تحویل آب در سطوح مختلف شبکه-های آبیاری، با شرایط و خصوصیات شبکه تطابق بیشتری دارد و برنامه عملیات بهره برداری کاملی در اختیار بهره برداران قرار می دهد بطوریکه با در نظر گرفتن ویژگیهای کانال و سازه های وابسته، تخصیص و توزیع بهینه را در سطح شبکه انجام می دهد.