تعیین سیاست بهره‌برداری بهینه از منابع آب با رویکرد پایداری آبخوان با شبیه‌سازی و بهینه‌سازی بروش الگوریتم ژنتیک چند هدفه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه عمران، واحد اراک، دانشگاه آزاد اسلامی، اراک، ایران.

2 گروه عمران، واحد اراک، دانشگاه آزاد اسلامی، اراک، ایران. گروه عمران، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی. تهران. ایران.

3 دانشکده مهندسی منابع آب، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران.

چکیده

در حال حاضر رشد جمعیت در جهان منجر به نیاز فزاینده به مصارف آب در زمینه‌های کشاورزی، صنعتی و شهری شده است و لزوم برنامه‌ریزی برای استفاده بهینه و پایدار از منابع آب محدود در دسترس، لازم و ضروری به نظر می‌رسد. در این مقاله تامین نیازهای آبی همراه با کنترل تغییرات سطح متوسط آب‌های زیرزمینی خصوصا در اراضی کشاورزی توامان با حداکثرسازی سود اقتصادی این بخش،​ به صورت اهداف تحقیق در مدل‌سازی منابع آب دشت کرج به صورت شبیه‌سازی عددی و بهینه‌سازی غیر خطی چند هدفه تعریف شدند. در مدل فوق‌الذکر، استفاده ترکیبی از تکنیک‌های بهینه‌سازی و شبیه‌سازی به عنوان روشی مفید و قدرتمند در تعیین استراتژی‌های مدیریتی بهره‌برداری بهینه از منابع آب در دسترس، به کار گرفته شد. نتایج به دست آمده نشان می‌دهد پس از انجام بهینه‌سازی، میزان آب تخصیصی به بخش کشاورزی به میزان نه درصد کاهش ​یافته و این میزان صرفه​‌جویی در مصرف آب، تنها یک درصد افزایش هزینه​های کشت را به دنبال داشته است. این میزان کاهش آب مصرفی منجر به پایداری محیط زیست و تقویت آبخوان به میزان 3/03 میلیون متر مکعب آب در سال می‌شود و این امر در حالی محقق شد که ضمن حفظ منافع و سود اقتصادی کشاورزان، تامین آب مورد نیاز شرب و صنعت در منطقه، به طور کامل انجام پذیرفته است.   

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Optimal water utilization policy with sustainable aquifer approach with simulation and decentralized optimization

نویسندگان [English]

  • atena khajeem moghadam 1
  • bahram saghafian 2
  • mohsen najarchi 1
  • majid delavar 3
1 Department of Civil Engineering, Islamic Azad University Arak Branch, Arak, Iran
2 Professor of Water Resources Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University. Tehran, Iran.
3 Department of Water Resources Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Nowadays, providing optimum solutions to water resources exploitation problems has become one of the major concerns of decision-makers. In this study, a multi-objective model was developed for coupled surface and groundwater resources allocation, considering different interactive scenarios between stakeholders and the ecosystem. The general algorithm for water resources allocation was based on an optimization model coupled with the environmental-agricultural model. The optimization approach reduced the irrigation water allocation to 78%. While the 7% reduction was allocated to meet the aquifer and agricultural demands of the study area, the cultivation cost was raised by only ~1.3%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Groundwater
  • Stakeholders
  • Ecosystem
  • optimization
[1]  Evans, W., Evans, R. and Holland, G. (2011). Conjunctive use and management of groundwater and surface water within existing irrigation commands: the need for a new focus on an old paradigm. A global framework for country action , GEF ID 3726.
[2] Heydari, F. Saghafian, B. Delavar, M. (2016). Coupled Quantity-Quality Simulation-Optimization Model for Conjunctive Surface-Groundwater Use. Water Resour Manage 30:4381–4397.
[3] Singh, A. (2014a). Groundwater resources management through the applications of simulation modeling: A review. Science of the Total Environment, In Press.
[4] Narula, K.K. and Gosain, A.K. (2013). Modeling hydrology, groundwater recharge and non-point nitrate loadings in the Himalayan Upper Yamuna basin. Science of the Total Environment, 468–469:102–116.
[5] Singh, A. (2014b). Simulation-optimization modelling for conjunctive water use management. Agricultural Water Management, 141:23-29.
[6] Akbarpour, A. Pourreza Bilondi, M. Zeynali, M. J. (2019). Compression of novel meta-heuristic algorithms for multi-objective optimization of water resources system (case study: Sistan’s Chah Nimeh). Amirkabir Journal of Civil Engineering. DOI: 10.22060/CEEJ.2019.15818.6039. (In Persian)
 [7] Valizadegan, E. Yazdanpanah, S. (2018). Quantitative Model of Optimal Conjunctive use of Mahabad Plain’s Surface and Underground Water Resources. Amirkabir Journal of Civil Engineering. DOI: 10.22060/CEEJ.2017.12739.5266. (In Persian)
[8] Kourakos, G. Mantoglou, A. (2013). Development of a multi-objective optimization algorithm using surrogate models for coastal aquifer management. Journal of Hydrology, 479:13-23.
[9] Safavi, H.R. Esmikhani, M. (2013 ). Conjunctive use of surface water and groundwater: application of support vector machines (SVMs) and genetic algorithms. Water Resources Management, 27 (7):2623–2644.
 [10] Perlata, R.C., Forghani, A. Fayad, H. (2014). Multiobjective genetice algorithm conjunctive use optimization for production, cost, and energy with dynamic return flow. Journal of Hydrology, 511:776-785.
[11] Mosavi, M. Seyed kaboli, H. (2019). Optimal operation of reservoirs with increasing water use efficiency: Climate change adaptation approach (case study: Jareh Dam). Amirkabir Journal of Civil Engineering. DOI: 10.22060/CEEJ.2019.16494.6252. (In Persian)
 [12] Mahdavi, T. Hosseini, A. (2019). Aquifers Sustainability assessment by Integrated Groundwater Footprint Indicator Case Study: East Azerbaijan Province, Iran Water Resources Research, 15(4), 438-452.
 [13] Grémont, M. Girard, C.  Gauthey, J. Augeard, B. (2015). Contribution of hydro-economic models to water management in France. ONEMA. Knowledge for action series.20 Pages.
[14] Ossa-Moreno, J. McIntyre, N. Ali, S. Smart, J. Rivera. D. Lall, U. Keir, G. (2018). The Hydro-economics of Mining. Ecological Economics. Volume 145, Pages 368-379.
[15] Ziaei Jam, H. (2015). Modeling Groundwater Nitrate variation and its correlation with sewage system by GMS package- Case study: Karaj Aquifer. MSc. Thesis on civil Engineering, Faculty of water and environmental engineering, Shahid Beheshti University: 124 Pages. (In Persian)
[16] Regional Water Company of Tehran. (2013). "Studies on the updating water resources balance in Namake lake basin " Hydrology report II: 144  pages. (In Persian)
[17] Regional Water Company of Alborz. (2015). "Summary Report on Water Resources Status of Alborz Province." 12 pages. (In Persian)
[18] FAO, )2006). The new generation of watershed management programmes and projects, Rome, 137 pp.
[19] Abrishamchi, A., Ebrahimian, A., Tajrishi, M., Marino, M., )2005(. Case study: application of multi-criteria decision making to urban water supply. J. Water Resour. Plan. Manag. 131 (4), 326e335.
[20] Zarghami, M., Abrishamchi, A., Ardakanian, R. (2008). Multi-criteria decision making for integrated urban water management. Water Resour. Manag. 22 (8), 1017e1029.
[21] Fattahi, P., Fayyaz, S., )2010(. A compromise programming model to integrated urban water management. Water Resour. Manag. 24 (6), 1211e1227.
[22] Read, L., Madani, K., Inanloo, B., (2014). Optimality versus stability in water resource allocation. J. Environ. Manag. 133 (0), 343e354.
[23] Consoli, S., Matarazzo, B., Pappalardo, N., )2008(. Operating rules of an irrigation purposes reservoir using multi-objective optimization. Water Resour. Manag. 22 (5), 551e564.
[24] Geng, G., Wardlaw, R., (2013). Application of multi-criterion decision making analysis to integrated water resources management. Water Resour. Manag. 27 (8), 3191e3207.