نشریه آبیاری و زهکشی ایران

نشریه آبیاری و زهکشی ایران

بهینه‌سازی هوشمند پارامترهای هیدروشیمیایی آب آبیاری برای بیشینه‌سازی عملکرد ذرت با استفاده از الگوریتم‌های فراابتکاری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری
2 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی زارعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.
3 گروه مهندسی محیط زیست، دانشکده مهندسی آب و محیط زیست،دانشگاه شهیدچمران اهواز، اهواز،ایران.
چکیده
بهبود مدیریت کیفیت آب آبیاری به‌ویژه در شرایط استفاده از منابع آب غیرمتعارف همچون پساب، از عوامل کلیدی در افزایش پایداری و بهره‌وری سیستم‌های کشاورزی است. این مطالعه با هدف تعیین مقادیر بهینه پارامترهای هیدروشیمیایی آب آبیاری (شامل EC، Na⁺، SAR، +Ca² و Mg²+) برای بیشینه‌سازی عملکرد ذرت علوفه ای رقم SC 704 انجام گردید. روش تحقیق در سه فاز اصلی پیاده‌سازی شد: تحلیل اکتشافی و آماری داده‌های خام مزرعه‌ای (45 مشاهده)، برازش و ارزیابی سه مدل رگرسیونی (خطی، اثرات متقابل و درجه دوم) و بهینه‌سازی چندالگوریتمی با استفاده از الگوریتم‌های ژنتیک (GA)، ازدحام ذرات (PSO) و تبرید تدریجی شبیه‌سازی‌شده (SA). نتایج نشان داد مدل رگرسیونی با درنظرگیری اثرات متقابل بین پارامترها با داشتن بالاترین ضریب تعیین تعدیل‌شده (97/91%) و کمترین خطا (۳۳۸/۰ تن در هکتار) به‌عنوان مدل برتر انتخاب شد. در فرآیند بهینه‌سازی، الگوریتم PSO با میانگین عملکرد پیش‌بینی شده ۰۶۴/۳۰ تن در هکتار، نرخ موفقیت 100 درصد و بالاترین پایداری، کارایی بالاتری نسبت به الگوریتم های GA و SA نشان داد. مقادیر بهینه پیشنهادی توسط الگوریتم‌ها در محدوده‌ای قابل دستیابی در شرایط عملی قرار داشتند. بر اساس تلفیق وزن‌های استخراج‌شده از ماتریس همبستگی پارامترها در منطقه بهینه و مقادیر بهینه‌شده توسط الگوریتم PSO، نسبت اختلاط ۶۲ درصد پساب تصفیه‌شده با ۳۸ درصد آب چاه به‌عنوان نقطه بهینه عملیاتی تعیین شد. نتایج این پژوهش نشان داد که بهینه‌سازی هوشمند ترکیب کیفی آب آبیاری می‌تواند ضمن استفاده پایدار از منابع آب غیرمتعارف همچون پساب، موجب افزایش عملکرد ذرت علوفه ای را نیز گردد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Intelligent Optimization of Hydrochemical Parameters of Irrigation Water for Maximizing Maize Yield Using Metaheuristic Algorithms

نویسندگان English

Mohammad Mirnaseri 1
Mojtaba Khoshravesh 2
Laleh Divband Hafshejani 3
1 Water engineering department, Agricultural engineering Faculty, Sari University
2 Associate Professor of Water Engineering, Faculty of Agricultural Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran.
3 Department of Environmental Engineering, Faculty of Water and Environmental Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran.
چکیده English

Improving irrigation water quality management is a pivotal factor in enhancing the stability and productivity of agricultural systems, particularly when unconventional water resources such as treated wastewater are utilized. This study was conducted to determine the optimal hydrochemical parameters of irrigation water (including EC, Na⁺, SAR, Ca²⁺, and Mg²⁺) for maximizing the yield of forage corn (Zea mays L. SC 704). The research was implemented in three principal phases: (i) exploratory and statistical analysis of raw field data (45 observations); (ii) fitting and evaluation of three regression models (linear, interaction, and quadratic); and (iii) multi algorithm optimization employing genetic algorithm (GA), particle swarm optimization (PSO), and simulated annealing (SA). The results revealed that the regression model incorporating interaction effects among the parameters, which achieved the highest adjusted coefficient of determination (R²ₐⱼ = 0.9197) and the lowest error (RMSE = 0.338 ton.ha⁻¹), was selected as the superior model. In the optimization process, the PSO algorithm outperformed GA and SA, yielding a mean predicted yield of 30.064 ton.ha⁻¹, a success rate of 100%, and the highest stability. The optimal values proposed by the algorithms fell within a range that is practically achievable under field conditions. By integrating the weights extracted from the correlation matrix of the parameters in the optimum region with the values optimized by PSO, a blending ratio of 62% treated wastewater and 38% well water was established as the operational optimum. The findings of this research demonstrate that intelligent optimization of the qualitative composition of irrigation water can simultaneously promote the sustainable use of unconventional water resources, such as wastewater, and increase forage corn yield.

کلیدواژه‌ها English

Treated Municipal Wastewater
Sodium
Salinity
Calcium
Magnesium

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 05 تیر 1405