برآورد حداقل تلفات بهره برداری و نشت کانال های خاکی با استفاده از الگوریتم بهینهساز جامعه مورچگان

سابقه و هدف: در شبکه‌های آبیاری، بخش قابل توجهی از آب در طی فرآیند توزیع به علت تلفات ناشی از نشت و بهره‌برداری هدر می‌رود. با توجه به محدودیت‌های منابع آب لازم است تا به منظور رفع این مشکل روش‌هایی برای کاهش تلفات از کانال ارائه گردند. از اینرو، در تحقیق پیشرو، با هدف ارتقاء بهره‌وری آب در سامانه‌های توزیع آب کشاورزی، روشی برای برآورد حداقل تلفات ناشی از نشت و بهره‌برداری در کانال‌های خاکی با استفاده از مدل بهینه‌ساز الگوریتم جامعه مورچگان ارائه شد. مواد و روش‌ها: در این پژوهش نوآوری و هدف، بهینه‌سازی تلفات نشت و بهره‌برداری در سامانه‌های توزیع آب با استفاده از الگوریتم جامعه مورچگان است و در نهایت نتایج حاصل از الگوریتم برای مدیریت منابع آب به ویژه در سامانه‌های توزیع آب کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای دستیابی به هدف ذکر شده در بخش نخست، اطلاعات پایه مورد نیاز از کانال دشت مغان جمع‌آوری و با هدف شبیه‌سازی هیدرولیکی جریان در کانال‌های روباز از مدل ریاضی بهره‌برداری ساده شده انتگرالی- تأخیری استفاده شد. در ادامه، به منظور حداقل‌سازی تلفات نشت از رابطه استخراج شده از سابقه تحقیق استفاده و بر اساس مقدار نشت اندازه‌گیری شده در هربازه از 23 کیلومتر کانال مدنظر این تحقیق، واسنجی و صحت‌سنجی شد. به‌منظور بهینه‌سازی در این تحقیق، دو تابع تک‌هدفه، به ترتیب با هدف حداقل‌سازی تلفات نشت و حداقل‌سازی کمبود آب تحویلی به هر آبگیر در فرآیند توزیع آب در کانال اصلی، تعریف و در مدل بهینه‌ساز الگوریتم جامعه مورچگان، تنظیم و تدوین شدند. در ادامه با ایجاد لینک بین مدل شبیه‌ساز هیدرولیکی، رابطه برآورد نشت و مدل بهینه ساز الگوریتم جامعه مورچگان، امکان بهینه‌سازی توابع مذکور فراهم شد. یافته‌ها: با توجه به نتایج حاصل شده، در بهینه‌سازی تابع هدف اول، با هدف حداقل‌سازی تلفات نشت، مقدار تلفات نشت در طول 23 کیلومتر بازه‌ی انتخابی تحقیق، از مقدار 199/0 مترمکعب بر ثانیه (تلفات نشت در وضعیت حال حاضر بهره‌برداری کانال مورد مطالعه) به 187/0 مترمکعب برثانیه کاهش یافت. بنابراین، میزان کاهش تلفات نشت برای تابع هدف اول 6 درصد می‌باشد. اما اعمال تابع هدف اول منجر به افزایش مقدار تلفات بهره‌برداری از 91/39 درصد، که مقدار تلفات بهره‌برداری حاضر در کانال می‌باشد، به 55/45 درصد شده است. به بیان دیگر، تلفات بهره‌برداری در طول بازه‌ی انتخابی نسبت به تلفات بهره‌برداری حاضر در کانال مذکور، 64/5 درصد افزایش یافته است. بنابراین، مقدار کل تلفات در تابع هدف اول در مقایسه با وضعیت حاضر کانال به میزان 39/0 درصد کاهش نمود. درتابع هدف دوم بهینه‌سازی، نتایج حاصل حاکی از کاهش تلفات بهره‌برداری از مقدار 91/39 درصد به مقدار 91/27 درصد می‌باشد که نشان دهنده‌ی کاهش 12 درصدی تلفات بهره‌برداری در مقایسه با وضع موجود این نوع تلفات است. همچنین با اعمال تابع هدف دوم تلفات نشت از مقدار 199/0 مترمکعب برثانیه به 2168/0 مترمکعب بر ثانیه افزایش یافته است، که نشان دهنده‌ی افزایش 9/8 درصدی تلفات نشت در مقایسه با شرایط موجود است. مقدار کل کاهش تلفات در تابع هدف دوم نسبت به وضعیت حاضر برابر 1/3 درصد می‌باشد. نتیجه‌گیری: نتایج توابع تک هدفه کاهش تلفات نشت و بهره‌برداری نشان دادند که بهینه‌سازی با هدف کاهش تلفات نشت، منجر به کاهش چشمگیری در کاهش کل تلفات در کانال‌های آبیاری نمی‌گردد. اما در سوی مقابل بهینه‌سازی با هدف کاهش تلفات بهره‌برداری، مدل بهینه‌ساز الگوریتم جامعه مورچگان با انتخاب اعماق بهینه توانست مقدار تلفات بهره‌برداری را تا مقدار قابل ملاحظه‌ای کاهش دهد. با توجه به نتایج، به طور کلی می‌توان اذعان نمود که پروژه‌های مدرن‌سازی، نوسازی و بهسازی شبکه‌های آبیاری، که با هدف کاهش تلفات و بهبود بهره‌وری آب انجام می‌گیرد، در صورتی‌که معطوف به بهبود فرآیند بهره‌برداری گردد، منجر به کاهش بیشتر تلفات در سامانه توزیع آب کشاورزی خواهد شد.