استفاده بهینه از مخازن درون مسیری در کانال های اصلی آبیاری با بهره گیری از کنترل پیش بین (mpc)

بهره گیری از راهبرد های کارآمد بهره برداری یکی از راه هایی است که با مدیریت مناسب آن می توان باعث ارتقا عملکرد انتقال و توزیع آب در شبکه های بزرگ آبیاری شد. سامانه های کنترل خودکار امکان پیاده سازی، اجرا و آزمون این راهبرد های بهره برداری را فراهم می نمایند. در این تحقیق، راهبرد ذخیره درون مسیری به عنوان یکی از راه کارهای کاربردی و عملی در پروژه های مدرن سازی شبکه های آبیاری مورد بررسی گرفت و هدف آن ذخیره سازی آب در بخشی از عمق آزاد کانال اصلی آبیاری است. برای این منظور ابتدا توانایی سامانه کنترل خودکار کلاسیک تناسبی – انتگرالی (pi) در اجرای مطلوب این راهبرد بر روی کانال دز مورد بررسی قرار گرفت. دو برنامه زمانی برداشت آب، یکی با تغییرات بسیار شدید برداشت آب و دیگری بر اساس یک برنامه واقعی حداکثر دبی برداشتی در بهره برداری معمول کانال دز، در قالب پنج گزینه بهره برداری جهت شبیه سازی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان دادند سامانه کنترل خودکار کلاسیک بدون بهره گیری از ذخیره درون مسیری قادر به کنترل مطلوب سطح آب در زمان های تغییرات متوسط و زیاد برداشت آب از کانال نمی باشد. همچنین نتایج نشان داد اضافه نمودن ذخیره درون مسیری به سامانه کنترل خودکار کلاسیک، علاوه بر کاهش قابل توجه خطای رقوم سطح آب در بازه های کانال، نوسانات سطح آب را به طور موثرتری مستهلک نموده و در جهت پایداری بیشتر سیستم حرکت می نماید. با وجود بهبود ملموس بهره برداری کانال تحت مطالعه با اضافه کردن راهبرد ذخیره درون مسیری به فرآیند بهره برداری معمول، رقوم سطح آب زمان هایی از شبیه سازی در محدوده هدف بهره برداری قرار نگرفته است. بنابر نتایج بدست آمده، با وجودی که ذخیره سازی درون مسیری نقش تاثیرگذاری در بهبود عملکرد سامانه کنترل کلاسیک داشته اما تا حصول یک بهره برداری مطمئن و ایده آل در کانال اصلی فاصله زیادی وجود دارد. لذا برای ایجاد یک بهره برداری مطمئن در کانال اصلی با ذخیره درون مسیری، سامانه کنترل خودکار پیش بین (mpc) استفاده شد که با در نظر گرفتن محدودیت های فیزیکی و بهره برداری کانال آبیاری، پیش بینی وضعیت جریان در کانال در یک افق پیش بینی و به روزرسانی مرتب کنترل گر با وضعیت حال حاضر بهره برداری توانائی بالایی را در کنترل سطح آب در کانال های آبیاری و زهکشی از خود نشان داده است. سامانه های کنترل خودکار mpc_e با تمرکز بر کنترل رقوم سطح آب، mpc_qe با تمرکز بر کنترل همزمان دبی تحویلی به آبگیرها و رقوم سطح آب و کنترل گر mpc_de با هدف توزیع یکسان خطا بین تمامی بازه های کانال اصلی در زمان عدم تطبیق بین عرضه و تقاضای آب در کانال اصلی، طراحی گردیدند. نتایج نشان دادند سامانه کنترل خودکار مدرن mpc به خودی خود قابلیت بالائی در کنترل سطح آب در محدوده مجاز تغییرات در بهره برداری نرمال کانال دارد. به طوری که تنها در زمان های غیر معمول بهره برداری که بین میزان آب ورودی با مجموع تقاضا در کانال تطابقی وجود ندارد، کنترل گر از مزایای راهبرد ذخیره درون مسیری بهره برده است. در آن دسته از گزینه های بهره برداری که کنترگر بدون هیچ محدودیتی قادر به تامین هر میزان تقاضای آب در کانال بوده، ذخیره درون مسیری به صورت محدود تنها در برخی بازه ها به منظور جبران زمان تاخیر حرکت آب از سراب به بازه های پایین دستی مورد استفاده قرار گرفت. با اعمال محدودیت بر تغییر وضعیت دریچه سراب کانال و ایجاد شرایط عدم تطبیق بین عرضه و تقاضا، کنترل گر هوشمند پیش بین به خوبی از ظرفیت ذخیره درون مسیری بازه های کانال استفاده نموده است. جهت تحقق توزیع عادلانه آب بین مصرف کنندگان، کنترگر mpc_de ، خطای رخ داده شده در یک بازه کانال را به یک میزان بین سایر بازه های کانال تقسیم می نماید. استفاده از ذخیره درون مسیری در شرایط معمول بهره برداری کانال اصلی با سامانه کنترل خودکار پیش بین و زمانی که مجموع تقاضا در کانال با میزان ورودی مطابقت دارد، تاثیر چندانی در بهبود عملکرد کانال اصلی نداشته اما بهره گیری از این راهبرد در زمان بهره برداری های غیر مطمئن در کانال اصلی آبیاری نقش تاثیرگذاری داشته و استفاده از آن به همراه کنترل گر اکیداً توصیه می شود.