پژوهش آب ایران

پژوهش آب ایران

طراحی آبیاری سطحی نواری و تعیین متغیرها با استفاده از بهینه‌سازی چندهدفه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد
2 دانشگاه شهرکرد دانشکده کشاورزی عضو هیات علمی گروه مهندسی آب
3 دانشیار گروه فنی و مهندسی، مرکز تحقیقات کشاورزی اصفهان
4 استاد گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد
چکیده
طراحی سامانه‌‌های آبیاری سطحی نواری یا براساس روابط تجربی مندرج در منابع یا براساس نتایج شبیه‌سازی در مدل‌های مختلف انجام می‌شود که در این روش‌ها امکان بررسی تأثیر همۀ متغیرهای طراحی بر شاخص‌های مختلف آبیاری وجود ندارد. طراحی براساس کمینه‌سازی حجم آب ورودی به همراه بیشینه‌سازی شاخص‌هایی چون راندمان کاربرد، یکنواختی توزیع و کفایت آبیاری رویکرد نوینی است که ازطریق بهینه‌سازی چندهدفه می‌تواند بهترین نتایج را ارائه دهد. بهترین انتخاب برای متغیرهای طراحی، شامل: طول، عرض، شیب نوار، دبی آب ورودی و زمان قطع جریان آب در یک مزرعه با هدف دستیابی به شاخص‌های بهینه را می‌توان از این روش به‌دست آورد. در این تحقیق با اندازه‌گیری پیشروی آب در قطعات نمونه در مزرعه‌ای به مساحت 180 هکتار با کشت گندم در غرب اصفهان و شبیه‌سازی حرکت آب در نوارهای آبیاری، ضرایب نفوذ خاک به‌دست آمد. براین‌اساس برای عمق خالص آبیاری 75 میلی‌متر و ضریب زبری 15/0 تعداد 56700 رویداد آبیاری نواری انتهابسته با نرم‌افزار WinSRFR 5.1 شبیه‌سازی شد. در بین نتایج به‌دست‌آمده با استفاده از روش بهینه‌سازی چندهدفه، تابع هدف مقیدشده، با هدف کمینه‌سازی حجم آب ورودی و راندمان کاربرد بالاتر از 90 درصد، یکنواختی توزیع و کفایت آبیاری بیشتر از 8/0، تعداد 515 گزینۀ بهینه برای طراحی نوار آبیاری تعیین شد و در بین آن‌ها جبهۀ اول پارتو، برای طراحی بهینۀ نوار آبیاری در این مزرعه و مزارع مشابه ارائه شد. نتایج نشان می‌دهند حجم آب ورودی در گزینه‌های بهینه‌‌سازی‌شده بین 8/712 تا 3/757 و در مزرعه بین 462 تا 1588 مترمکعب در هکتار است که مقادیر اندازه‌گیری‌شده تفاوت قابل‌ملاحظه‌ای با مقادیر بهینه دارد. از روش ارائه‌شده در این تحقیق می‌توان به‌عنوان یک راهکار جدید برای طراحی سامانۀ آبیاری سطحی نواری و افزایش بهره‌وری آب در کشاورزی استفاده کرد.
کلیدواژه‌ها

1.       Alavi, S.A., Naseri, A.A., Ritzema, H., van Dam, J. and Hellegers, P., 2022. A combined model approach to optimize surface irrigation practice: SWAP and WinSRFR. Agricultural Water Management, 271, p.107741.
 
2.       Arora, S. and Marler, R.T., 2003. Survey of multi-objective optimization methods for engineering. Optimal Design Laboratory. College of Engineering. The University of Iowa.
 
3.       Anwar, A.A., Ahmad, W., Bhatti, M.T. and Ul Haq, Z., 2016. The potential of precision surface irrigation in the Indus Basin Irrigation System. Irrigation science, 34: 379-396.
 
4.       Bautista, E., Clemmens, A.J., Strelkoff, T.S. and Niblack, M., 2009a. Analysis of surface irrigation systems with WinSRFR—example application. Agricultural Water Management, 96: 1162-1169.
 
5.       Bautista, E. and Schlegel, J., 2019. WinSRFR 5.1 User Manual. USDA-Agricultural Research Service, Arid Land Agricultural Research Center.
 
6.       Bastiaanssen, W.G., and Steduto, P., 2017. The Water Productivity Score (WPS) at Global and Regional Level: Methodology and First Results from Remote Sensing Measurements of Wheat, Rice and Maize. Science of the Total Environment, 575: 595-611.
 
7.       Brauman, K.A., Siebert, S. and Foley, J.A., 2013. Improvements in Crop Water Productivity Increase Water Sustainability and Food Security – A Global Analysis. Environmental Research Letters, 8(2): 1-10.
 
8.       Chen, B., Ouyang, Z., Sun, Z., Wu, L. and Li, F., 2013. Evaluation on the potential of improving border irrigation performance through border dimensions optimization: a case study on the irrigation districts along the lower Yellow River. Irrigation science, 31: 715-728.
 
9.       Fadul, E., Masih, I., De Fraiture, C. and Suryadi, F.X., 2020. Irrigation performance under alternative field designs in a spate irrigation system with large field dimensions. Agricultural Water Management, 231, p.105989.
 
10.    Foley, J.A., Ramankutty, N., Brauman, K.A., Cassidy, E.S., Gerber, J.S., Johnston, M., Mueller, N.D., O’Connell, C., Ray, D.K., West, P.C. and Balzer, C., 2011. Solutions for a cultivated planet. Nature, 478(7369): 337-342.
 
11.    Garemohamadlou, H., Verdinejad, V., Lalezari, R., Azad, N., 2019. Multiobjective Optimization of Closed-End Border Irrigation Performance Using WinSRFR and Genetic Algorithm (Case Study: Ramshir Irrigation and Drainage Network). Iranian Journal of Soil and Water Research, 51(2): 427-440. [In Persian].
 
12.    González, C., Cervera, L. and Moret-Fernández, D., 2011. Basin irrigation design with longitudinal slope. Agricultural water management, 98(10): 1516-1522.
 
13.    Gunantara, N., 2018. A review of multi-objective optimization: Methods and its applications. Cogent Engineering, 5(1), p.1502242.
 
14.    Heydari, N. and Abbasi, F., 2016. Optimization of Design and Management Parameters of Border Irrigation: A Case Study of Ramshir Irrigation and Drainage Network. Irrigation and Drainage Structures Engineering Research, 17(66): 55-70. [In Persian].
 
15.    Jalily, S., 2022. Optimization of surface irrigation by low-cost water management. Journal of Water and Soil Conservation. 29 (3): 101-112.
 
16.    Xu, J., Cai, H., Saddique, Q., Wang, X. Li L., Ma, C. and Lu, Y., 2019. Evaluation and optimization of border irrigation in different irrigation seasons based on temporal variation of infiltration and roughness. Agricultural Water Management, 214: 64-77.
 
17.    Liu, K., Jiao, X., Guo, W., An, Y. and Salahou, M.K., 2020. Improving border irrigation performance with predesigned varied-discharge. PloS one, 15(5), p.e0232751.
 
18.    Mazarei, R., Mohammadi, A.S., Naseri, A.A., Ebrahimian, H. and Izadpanah, Z., 2020. Optimization of furrow irrigation performance of sugarcane fields based on inflow and geometric parameters using WinSRFR in Southwest of Iran. Agricultural
Water Management, 228, p.105899.
19.    Molden, D., Oweis, T., Steduto, P., Bindraban, P., Hanjra, M.A. and Kijne, J., 2010. Improving Agricultural Water Productivity: Between Optimism and Caution. Agricultural Water Management, 97(4): 528-535.
 
20.    Salahou, M.K., Jiao, X. and Lü, H., 2018. Border irrigation performance with distance-based cut-off. Agricultural Water Management. 201: 27-37.
 
21.    Smith, R.J., Uddin, J.M., Gillies, M.H., Moller, P. and Clurey, K., 2016. Evaluating the performance of automated bay irrigation. Irrigation science, 34: 175-185.
 
22.    Sargolzaei, A., Chari, M.M., Delbari, M. and Afrasiab, P., 2021. Determination of Cutoff Time and Optimal Length of Border Irrigation with Closed-Ended. Environmental and Water Engineering, 7(3): 533-540.
 
23.    Walker, W.R. and Skogerboe, G.V., 1987. surface irrigation theory and practice, Prentice. Hall, 386 pp.
 
24.    Zwart, S.J., Bastiaanssen, W.G., de Fraiture, C. and Molden, D.J., 2010. A global benchmark map of water productivity for rainfed and irrigated wheat. Agricultural Water Management, 97(10): 1617-1627.
 

  • تاریخ دریافت 21 فروردین 1403
  • تاریخ پذیرش 28 خرداد 1403
  • تاریخ انتشار 01 تیر 1403