مدیریت آب کشاورزی با رویکرد آب مجازی از طریق تکنیک بهینه‌سازی ژنتیک (GA)(مطالعه موردی: دشت بیرجند)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

چکیده

روند رو به رشد مشکلات کمبود آب نقش موثری را در تشدید بحران آب در ایران و بخصوص در مناطق خشک و نیمه­خشک از جمله دشت بیرجند در استان خراسان جنوبی دارد که تنها با تکیه بر منابع آب زیرزمینی اقدام به تولیدات کشاورزی می­شود. در این تحقیق با استفاده از مدل بیلان آب زیرزمینی معادلات مورد نیاز برای تخمین سطح عمق آب آبیاری تعیین شده است سپس تابع هدفی که بر پایه مفهوم آب مجازی و تابع استوارت می­باشد، ایجاد شد. در ادامه به علت تعدد متغیرهای تابع هدف در بهینه­سازی مصرف آب، با استفاده از روش فراکاوشی و هوشمند ژنتیک (GA) که نیاز به محاسبات کم­تر و کارایی بیش­تر نسبت به دیگر روش­ها دارند، الگو و تراکم کشت بهینه محصولات زراعی دشت مطالعاتی در 4 سناریو 1) 30 درصد تغییرات سطح کنونی هر محصول، 2) 50 درصد تغییرات سطح کنونی هر محصول، 3) 75 درصد تغییرات سطح کنونی هر محصول و 4) تغییرات آزاد سطح زیر کشت محصولات به ازای بازه صفر تا حداکثر سطح زیر کشت موجود در منطقه مورد بررسی) تعیین شد. نتایج مدل نشان داد که سطح زیر کشت محصولات در نظر گرفته شده بهینه نمی­باشد و مصرف آب در بخش کشاورزی دشت بیرجند متناسب با شرایط موجود نیست. بهترین سناریوی از بین سناریوی­های مطرح شده، سناریوی چهارم می­باشد زیرا نه تنها سودآوری را به میزان 4 برابر افزایش خواهد داد بلکه میزان آب مصرفی را نیز حدوداً 8 درصد کاهش می­دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Agricultural Water Management Approach through the Technique of Virtual Water Genetic Optimization (GA) (Case study: Birjand plain)

نویسندگان [English]

  • Ali Shahidi 1
  • Ali Morovatneshan 2
1 Associate professor Department Water Engineering University of Birjand ., Birjand., Iran
2 Master Science Student of Irrigation and Drainage, University of Birjand., Birjand., Iran
چکیده [English]

Iran's influential role in intensifying water scarcity water crisis, especially in arid and semi-arid plains such as Birjand, South Khorasan province is, that only by relying on groundwater resources to agricultural production occurs. In this study by groundwater balance modeling, the required equations for estimating fluctuations of the water table levels have been determined; Then the objective function based on the concept of virtual water is the function Stewart, was created. Then, because too many variables in the objective function in the optimization of water use, using heuristic and intelligent Genetics (GA) which requires fewer calculations than the other methods are more efficient, optimized crop pattern and density studies Plains 4 the scenario was set. Results showed areas of crops cultivation were not optimized and water use in agriculture is not appropriate to the circumstances of Birjand plain. Given those results the best answer among of the scenarios is the fourth scenario, because profitability not only has increased 4times, but also reduces the amount of water to approximately 8%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Crop Pattern
  • Genetic algorithm (GA)
  • Improving efficiency
  • optimization
  • virtual water
احسانی،م.، خالدی،ه.، برقی،ی. 1387. مقدمه­ای بر آب مجازی، کمیته ملّی آبیاری و زهکشی ایران، شماره 134.
بابازاده،ح. 1391. ارزیابی وضعیت کشاورزی استان هرمزگان از دیدگاه آب مجازی. مجله پژوهش آب در کشاورزی (ب). 26. 4: 235-248.
باقریان،ع.، صالح،ا و پیکانی،غ. 1386. بهینه­سازی الگوی کشت در منطقه کازرون با استفاده از روش برنامه­ریزی خطی، ششمین کنفرانس اقتصاد کشاورزی ایران.
پایمرد،ش.، مرید،س و مقدسی،م. 1389. برنامه­ریزی غیرخطی و سیستم­های پویا در تخصیص آب کشاورزی (مطالعه موردی: حوضه زاینده رود اصفهان). مجله آبیاری و زهکشی ایران. 1. 4: 52-44.
خاشعی سیوکی،ع.، قهرمان،ب و کوچک­زاده،م. 1392. کاربرد تخصیص و مدیریت آب کشاورزی با استفاده از تکنیک بهینه سازیPSO (مطالعه موردی: دشت نیشابور)، نشریه آب­و­خاک. 27، 2: 303-292.
خاشعی سیوکی،ع. 1390. تهیه مدل بهره­برداری از منابع آب زیرزمینی جهت تعیین الگو و تراکم کشت بهینه (مطالعه موردی: دشت نیشابور)، رساله دکتری آبیاری ­و­ زهکشی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس.
روحانی،ن.، یانگ،ه.، امین سیچانی،س.، افیونی،م.، موسوی،ف و کامگار حقیقی،ع.ا. 1387. ارزیابی مبادله محصولات غذایی و آب مجازی با توجه به منابع آب موجود در ایران. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی. 12. 46(ب): 55-68.
سند توسعه شهرستان بیرجند. 1394. برنامه پنج ساله پنجم در شهرستان بیرجند، ، 1388 الی 1393. سازمان مدیریت و برنامه ریزی.
شعبانی،م.ک.، هنر،ت و زیبایی،م. 1387. مدیریت بهینه در مصرف آب و الگوی کشت در شرایط استفاده تلفیقی از منابع سطحی و زیرزمینی. 12. 44: 68-53.
شفیعی،ع. 1387. تعیین الگوی کشت بهینه محصولات با استفاده از برنامه­ریزی خطی ( مطالعه­ی موردی: شهرستان بشرویه). اولین همایش منطقه ای توسعه منابع آب.
 صبوحی،م و سلطانی،غ. 1387. بهینه سازی الگوهای کشت در سطح حوضه آبریز با تاکید بر منافع اجتماعی و واردات خالص آب مجازی: مطالعه موردی منطقه خراسان، علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی. 12.43 :297-313.
قنبری،ر. 1383. آشنایی با الگوریتم ژنتیک. دانشگاه صنعتی شریف. ص 187.
مروت نشان،ع. 1393. تهیه الگو و تراکم کشت بهینه براساس آب مجازی (مطالعه موردی: دشت بیرجند)، پایان نامه ارشد آبیاری و زهکشی، دانشگاه بیرجند.
محمدیان،ف.، علیزاده،ا.، نیریزی،س و عربی،ا. 1386. طراحی الگوی زراعی پایدار با تاکید بر مبادله آب مجازی، مجله آبیاری و زهکشی ایران. 2. 1: 45-57.
هوشمند،ع. 1389. آب مجازی و بهره­وری آب در کشاورزی، سومین همایش ملی مدیریت شبکه­های آبیاری و زهکشی، اهواز.
Carvallo,H.O., Holzapfel,E.A., Lopez,M.A and Marino M.A. 1998. Irrigated cropping optimization. Journal of  Irrigation and Drainage. Engineering, ASCE. 124.2:67-72.
 Maji,C.C and Heady,E.O. 1998 .Intertemporal allocation of irrigation water in the Mayurakshi Project(India): An application of chance-constrained linear programming, Water Resources. Research . 14: 190-196.
Paul,S., Panda,S.N and Nagesh Kumar,D. 2002. Optimal irrigation allocation: a Multi levelapproach. Journal of   Irrigation and Drainage Engineering ,ASCE 126 .3: 149-156.
Rao,N.H., Sarma,P.B.S and Chander S. 1988. A simple dated water –production function for use in irrigated agriculture. Agricultural Water Management. 13:25-32.