بهینه‌سازی الگوی کشت در راستای مدیریت منابع آب‌های زیرزمینی با استفاده از الگوریتم‌های DE و PSO

Abstract

پایش­های میدانی بیانگر کاهش تراز آبخوان­های دشت سیلاخور در سال­های اخیر هستند که این موضوع لزوم بهره­برداری بهینه از منابع محدود آب­های زیرزمینی را می­رساند. در همین راستا باتوجه‌به سهم عمده کشاورزی در مصرف آب، بهینه­سازی الگوی کشت از مهم‌ترین عوامل مدیریت منابع آب و مقابله با کم­آبی محسوب می­شود. در این پژوهش عملکرد توابع جریمه مختلف به‌منظور تعیین الگوی کشت بهینه در دو الگوریتم تکامل تفاضلی و ازدحام ذرات بررسی شده است. در این راستا در گام نخست بارندگی سال­های زراعی 1400-1399، 1401-1400 و 1402-1401 در دشت سیلاخور با استفاده از برنامه­ریزی ژنتیکی و مدل میانگین متحرک خود هم‌بسته یکپارچه فصلی پیش­بینی شده و باتوجه‌به تغذیه ناشی از بارندگی و میزان برداشت در سال­های گذشته، برای هرسال زراعی 100 سناریو برداشت تعیین شد. سپس الگوی کشت بهینه متناسب با هر سناریو برداشت با بهره­گیری از برنامه‌ریزی خطی به دست آمد. حداکثرسازی درآمد کشاورزان به­عنوان تابع هدف، و آب و زمین در دسترس به­عنوان محدودیت­های برنامه­ریزی خطی در نظر گرفته شدند. در گام دوم عملکرد توابع جریمه مختلف در دو الگوریتم تکامل تفاضلی و ازدحام ذرات برای رسیدن به پاسخ­های حاصل از برنامه‌ریزی خطی مورد بررسی قرار گرفت. طبق نتایج این بررسی به طور میانگین الگوریتم ازدحام ذرات در %84 سناریوها سریع‌تر به الگوی کشت بهینه می­رسد. همچنین اعمال تابع جریمه پویای طبقه­بندی شده تعداد تکرارهای الگوریتم تکامل تفاضلی را %11 و الگوریتم ازدحام ذرات را %3 نسبت به استفاده از جریمه ساکن کاهش می­دهد. در مجموع می­توان دریافت که با میزان برداشت فعلی، در صورت پیروی از الگوی کشت بهینه پیشنهاد شده برای چهار محصول عمده زراعی دشت سیلاخور، یعنی گندم، جو، شلتوک و ذرت علوفه­ای، درآمد کشاورزان منطقه %18 افزایش می­یابد. همچنین به‌کارگیری تابع جریمه پویای طبقه­بندی شده در الگوریتم ازدحام ذرات به­منظور بهینه­سازی الگوی کشت پیشنهاد می­شود.

Keywords

• آب های زیرزمینی
• الگوریتم های فرا کاوشی
• برنامه ریزی خطی
• بهینه سازی
• دشت سیلاخور