بخشی از مقاله
خلاصه
روند رو به رشد تقاضا برای محصولات کشاورزی با توجه به افزایش جمعیت، موضوعی است که در سالهای اخیر مشهود است. بخشی از نیاز آبی اراضی واقع در شمال کشور مخصوصا استان مازندران با استفاده از آب بندانها تامین میشود. لذا افزایش حجم ذخیره این سازهها از اهمیت ویژهای برخوردار میباشد. برای تعیین ارتفاع بهینه آب بندان با توجه به اینکه عوامل مختلفی شامل عواید، هزینهها و نکات فنی روی این مسئله تاثیر میگذارد استفاده از روشهای بهینهسازی میتواند راهگشا باشد. در این پژوهش از روش SCE برای تعیین ارتفاع بهینه آب بندان چوکلا واقع در استان مازندران استفاده شده است. با توجه به تابع هدف تعریف شده، ارتفاع بهینه آببندان 19/75 متر بدست آمد.
مقدمه یکی از مشکلاتی که همواره کشاورزان با آن مواجه هستند بحران کم آبی و اثرات منفی ناشی از آن میباشدکه با توجه به شرایط جغرافیایی هر منطقه، تدابیر ویژهای برای برون رفت از این مشکل اندیشیده میشود. در مناطق شمالی علیرغم وجود بارندگی فراوان نیز این محدودیت وجود دارد. علت این امر این است که بخش عمده ای از بارندگی ها در فصول غیر زراعی می بارد و بدون ذخیره سازی از دسترس خارج میشود و به دریا می ریزد.
یکی از راهکارهای مؤثر برای استفاده از این منابع آبی، احداث آببندان است. آببندان که در واقع یک استخر خاکی ذخیره آب است که از خاکبرداری یک محدوده، کوبیدن و ایجاد دیواره و حصار در این محدوده بهوجود میآید. در برخی موارد نیز توپوگرافی منطقه، محل آب-بندان را بهطور طبیعی بهوجود آورده و با کمی گود کردن و محصور کردن، آببندان ساخته شده است. در سالهای اخیر با توجه به افزایش سطح زیرکشت و تغییر الگوی کشت تقاضای آب افزایش یافته به طوریکه حجم آب بندانهای موجود پاسخگوی نیاز اراضی تحت پوشش آب بندان نمیباشند.
همچنین تغییرات اقلیمی در سالهای اخیر سبب افزایش رخداد بارندگیهای با شدت زیاد شده است که از الگوی قالب منطقه پیروی نمیکند. این مسایل لزوم افزایش حجم آب بندانها را علاوه بر لایروبی با افزایش ارتفاع آشکار میسازد. هر چه افزایش ارتفاع آب بندان بیشتر باشد حجم ذخیره آن و به تبع آن عواید اقتصادی ناشی از اراضی تحت پوشش افزایش مییابد. از طرف دیگر هر چه افزایش ارتفاع بیشتر باشد باعث افزایش هزینهها به ازاء واحد افزایش و همچنین افزایش نشت از آب بندان بدلیل افزایش هد میشود. بنابراین تعیین افزایش حجم - ارتفاع - آب بندانها مسئله پیچیدهای می باشد که عوامل مختلفی بر آن تاثیر میگذارند که با یکدیگر در رقابت میباشند.
تعیین حد مناسب به نحوی که بتواند همه عوامل را برآورده سازد با استفاده از روشهای بهینهسازی میسر میباشد. هدف از این تحقیق بهینه سازی حجم آب بندان با در نظر گرفتن عواید ناشی از افزایش ارتفاع و هزینههای مربوطه شامل هزینه-های مستقیم مالی و غیر مستقیم مانند افزایش نشت میباشد. به منظور بررسی روش در این تحقیق آب بندان چوکلا واقع در نزدیکی روستایی به همین نام به عنوان مطالعه موردی در نظر گرفته شده است. در این تحقیق، تابع هدف چندگانه و غیرصریح از متغیرهای تصمیمگیری و ابعاد مسئله آب بندان از روش بهینهسازی SCE که یک روش بهینهسازی ترکیبی است استفاده میشود .
روش بهینهسازی سراسری به نام تکامل تصادفی جوامع - SCE - که اصول و مبانی آن ابتدا در سال 1992 توسط دوان و همکاران جهت کالیبراسیون پارامترهای مدلهای بارش- رواناب ارائه شده است یک روش بسیار قوی æ کارا برای بسیاری از مسائل میباشد . - 1 - موشتاق و همکاران در سال 2006 در مطالعهای به اهمیت آب بندانها در صرفه جویی آب، افزایش محصول و حفظ محیط زیست در کشور چین پرداختند و به همکاری بیشتر کشاورزان در سیستمهای مدیریت آب در صورت وجود این آب بندانها اشاره کردند .
- 2 - تسو فانگ در سال 2012 در تحقیقی نقش آب بندانهای اطراف اراضی کشاورزی در استحصال بارانهای محلی در سالهای خشک بسیار مهم دانستند . - 3 - بخت فیروز و همکاران به اهمیت بهسازی و مرمت آب بندانها با هدف ذخیره رواناب بالادست و تغذیه آب زیرزمینی در مزرعه ای در یکی از روستاهای استان مازندران پرداختند و نقش آب بندانها در تغذیه آب زیر زمینی و جلوگیری از پیشروی آب دریا به سفره آب زیرزمینی را بسیار با اهمیت دانستند . - 4 - هاشمزاده و باباپور در مطالعه ای به نقش مفید و موثر آب بندان در مدیریت کم آبی در استان گیلان اشاره کردند . - 5 -
سروشیان و همکاران در سال 1993 برای کالیبراسیون پارامترهای مدل بارش- رواناب ساکرامنتا از دو روش SCE و سیمپلکس استفاده نمودند . - 6 - قادری و همکاران مدل بارش رواناب را با استفاده از روشSCE واسنجی نمودند . - 7 - عمادی در سال 1385 با استفاده از این روش تنظیمات بهینهی کانال L8 شبکه آبیاری قزوین را به دست آورد . - 8 - چو و همکاران از این روش در بهینهسازی سیستمهای غیر خطی پیچیده برای کالیبراسیون مدل رطوبت خاک استفاده کرد . - 9 - زعفری - 1389 - برای تعیین ابعاد بهینه حوضچه رسوبگیر سد انحرافی گنج افروز از این الگوریتم استفاده کرد .
- 10 - عمادی æ کاکویی در سال 1393 نیز از این روش برای تعیین پارامترهای بهینه روش تجربی کاهش سطح در سد مخزنی کرج استفاده کردند . - 11 - مواد و روشها آب بندان چوکلا: روستای چوکلا از توابع شهرستان ساری در قسمت شمالی شهرستان ساری واقع میباشد. راههای دسترسی به محل آببندان ساری - جاده فرودگاه دشت ناز- روستای چوکلا بیشه سر است. شکل 1 موقعیت جغرافیایی و راههای دسترسی به محل آب بندان را نشان میدهد. الگوی کشت مزارع این منطقه شالیزاری با سطح زیر کشت 200 هکتار می باشد که طرح تجهیز و نوسازی نیز اجرا شده است.
روش تکامل تصادفی جوامع : - SCE - اصول و مبانی روش تکامل تصادفی جوامع توسط دوان و همکاران برای کالیبراسیون پارامترهای مدلهای بارش- رواناب ارایه شده است . - 1 - این روش براساس به اشتراک گذاشتن اطلاعات و براساس مفاهیم ارایه شده تکامل رقابتی زیستی طبیعی توسعه داده شده است. استفاده از استراتژی قطعیت این امکان را برای این الگوریتم فراهم میکند که بتواند به خوبی از اطلاعات سطوح پاسخ برای هدایت جستجو استفاده کند - . - 8 علاوه بر این عناصر تصادفی به انعطاف بیشتر و امکان خروج از نقاط بهینه موضعی و یافتن نقاط بهینه سراسری کمک میکنند. بدین ترتیب دو مفهوم استخراج1 و اکتشاف2 در فرآیند جستجو به صورت متعادل استفاده میشود.
به طور کلی مراحل مختلف روش SCE بهصورت زیر است :
ایجاد نمونه اولیه: ایجاد یک نمونه تصادفی در فضای امکانپذیر - Ω - که دارای S نقطه است و بدست آوردن مقدار تابع هدف در هر یک از نقاط.
-2 مرتب سازی نقاط: نقاط S نمونه بصورت صعودی مرتب میشوند بطوری که اولین نقطه دارای کوچکترین مقدار تابع و آخرین نقطه دارای بزرگترین مقدار تابع در آن نقطه باشد - با فرض این که هدف بدست آوردن حداقل مقدار تابع است - . نقاط مرتب شده در آرایهای مانند D به صورت D xi , f i , i 1,2,..., S قرار داده میشوند بصورتی که i=1 بیان کننده نقطهای باشد که دارای کوچکترین مقدار تابع است.
