Skip to main content
SUPERVISOR
Hamid Reza Safavi,Maryam Zekri
حمیدرضا صفوی (استاد راهنما) مریم ذکری (استاد مشاور)
 
STUDENT
Farshad Rezaei
فرشاد رضائی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1391

TITLE

Optimal Conjunctive Use of Surface and Ground Water Resources: Application of Hybrid Multi-Objective Evolutionary Optimization Algorithms
Conjunctive water use management is crucial and inevitable in some regions due to its positive socio-economic impacts on removing water quality problems, well balanceing of the related costs and assuring to well supplying water demands. But, on the other hand, the management of conjunctive use is necessary to make water resources sustainable, especially in arid and semi-arid regions. In this dissertation, the conjuctive surface-ground water use optimization problem is formulated and solved in order to present optimal operation rules as well as designing an optimal multi-crop pattern plan. Minimizing groundwater level variations and maximizing agricultural net benefits are two main goals of the optimization model. A novel hybrid Multi-Objective Evolutionary Algorithm (MOEA) named fuzzy Multi-Objective Particle Swarm Optimization (f-MOPSO) is designed to solve the optimization problem. Furthermore, two other hybrid MOEAs named GAO-III and LAO are developed to evaluate performance of the f-MOPSO in global search as the main weakness any version of the PSO algorithm is engaged with. All these novel algorothms along with a robust multi-swarm multi-objective PSO algorithm named VEPSO are employed to solve the conjunctive use problem on the Najafabad study sub-area, located in central Iran, on a long-term 10-year simulation period beginning from 2003-2004, ending in 2012-2013 water years. On average, the results obtained indicated increase in irrigation efficiency by 7%, decrease in water consumption per unit cultivated area by 23% and increase in the water productivity by 23%, all compared to the similar criteria observed in the study sub-area in the actual operation. Moreover, considering the crop prices, crop water requirements and the yield response factors as the most effective factors to form the optimal multi-crop pattern plan, the rice and wheat were identified the dominant crops, on average, receiving 46.74% overally of the cultivated area, whereas the onion was identified as the least interesting crop, receiving only 7.35% of the total annual cultivated area, ranked as the last crop in the optimal multi-crop pattern plan presented by the models. Finally a multi-criteria analysis performed on the best solution of each model revealed the superiority of f-MOPSO in solving non-linear, non-convex, complex and large-scale optimization problems, as compared to other algorithms, demonstrating the capability of this algorithm to be applied in all engineering real-world problems, especially in the water resources management problems. Keywords: 1- Conjunctive water use 2- Hybrid MOEAs 3- MOPSO 4- Fuzzy logic
از یک سو بهره برداری تلفیقی از منابع آب سطحی و زیرزمینی در برخی از مناطق جهان به دلیل لزوم رفع مشکلات کیفی منابع آب، برقراری تعادل در هزینه ها، اطمینان بخشی از تأمین نیاز های آبی و تأثیرات مثبت اجتماعی- اقتصادی آن، اجتناب ناپذیر به نظر می رسد و از سویی دیگر بیم از ناپایداری این منابع به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک، لزوم مدیریت بهره برداری تلفیقی را سبب شده است. در این رساله سعی شده که با مدلسازی بهره برداری تلفیقی در قالب یک مسئله بهینه سازی مقید بزرگ مقیاس چند هدفه به استخراج قوانین بهره برداری بهینه از منابع آب و ارائه یک الگوی کشت بهینه برای محصولات کشاورزی پرداخته شود. در این مدلسازی دو هدف پایداری آبخوان و سود کشاورزی به عنوان اهداف بهینه سازی به همراه قیودی متناسب با منابع و مصارف آب در منطقه مورد مطالعه در نظر گرفته شده اند. در این رساله یک الگوریتم بهینه سازی تکاملی ترکیبی به عنوان f-MOPSO برای اولین بار مطرح و توسعه داده شده و برخی از قابلیت های آن با توسعه دو الگوریتم دیگر با نام های GAO-III و LAO تقویت شده است. هر سه الگوریتم پیشنهادی به همراه الگوریتم VEPSO به عنوان یکی از کارآمدترین الگوریتم های تکاملی چند هدفه بر روی مسئله بهره برداری تلفیقی در زیر حوضه نجف آباد واقع در حوضه آبریز گاوخونی در فلات مرکزی ایران و بر روی یک دوره 10 ساله برنامه ریزی از ابتدای سال آبی 83-82 تا انتهای سال آبی 92-91 اجرا شده اند. نتایج کلی مدل ها از افزایش راندمان آبیاری به میزان 7 درصد، کاهش آب مصرفی در واحد سطح به میزان 23 درصد و افزایش بهره وری آب در تولید محصولات به میزان 23 درصد نسبت به میانگین حوضه حکایت دارد. همچنین عوامل قیمت، نیاز آبی واحد سطح و به ویژه حساسیت به کم آبیاری از جمله مهم ترین عوامل مؤثر در تعیین الگوی کشت منطقه بوده اند، به طوری که در طول دوره برنامه ریزی گندم و برنج در منطقه مطالعاتی با اختصاص مجموعاً 74/46 درصد به طور متوسط برای دو منطقه غالب ترین محصولات بوده و کمترین تمایل مدل ها به کشت پیاز با میانگین 35/7 درصد بوده است. در پایان یک تحلیل چند معیاره بر روی عملکرد کلی الگوریتم های بهینه سازی به کار گرفته شده انجام و مشخص شد که الگوریتم f-MOPSO با ارائه عملکردی امید بخش می تواند در حل مسائل بهینه سازی غیر خطی، غیر محدب، پیچیده و بزرگ مقیاس در همه شاخه های مهندسی به ویژه در زمینه مدیریت منابع آب به عنوان یک الگوریتم قابل اطمینان و قوی به کار گرفته شود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی