نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• مریم یوسفی ¹
• محمد ابراهیم بنی حبیب ²
• جابر سلطانی ³
• عباس روزبهانی ³

¹ دانشجوی دکتری گروه مهندسی آبیاری و زهکشی پردیس ابوریحان دانشگاه تهران.

² دانشیار گروه مهندسی آبیاری و زهکشی پردیس ابوریحان دانشگاه تهران.

³ استادیار گروه مهندسی آبیاری و زهکشی پردیس ابوریحان دانشگاه تهران.

چکیده

برای تأمین نظر همزمان کشاورزان، مدیران منابع آب و محیط­زیست ضرورت دارد تهیه مدل بهینه‌سازی الگوی­کشت با بهره‌برداری تلفیقی کمی- کیفی از پساب و آب زیرزمینی با سه هدف حداکثرسازی سود کشاورزان، کاهش آبشویی نیتروژن و بهبود تغذیه آبخوان مدنظر قرار گیرد. در این پژوهش، مدل به دو روش بهینه­سازی برنامه­ریزی غیرخطی و نیز با روش الگوریتم ازدحام ذرات برای شبکه آبیاری ورامین در سال آبی 92-1391 تهیه شد. نتایج حاصل از حل مدل سه هدفه در روش برنامه­ریزی غیرخطی نشان داد که افزایش سود حاصله از بهینه­سازی الگوی­کشت، بهبود بهره‌وری مصرف آب و تغذیه آبخوان به ترتیب به میزان 6% ، 22% و 29% منجر به کاهش برداشت تلفیقی از پساب و آب زیرزمینی و کاهش کود نیتروژن مصرفی به ترتیب به میزان 13% و 85% شده است. همچنین، حل مدل سه هدفه با الگوریتم هوش­جمعی نیز نشان دادکه با افزایشسودحاصله ازبهینه­سازی الگوی­کشت، بهبود بهره‌وری مصرف آب و تغذیه آبخوان به ترتیب به میزان 7%، 49% و 30% ، اهداف کاهش برداشت تلفیقی از پساب و آب زیرزمینی و کاهش کود مصرفی به ترتیب به میزان 35% و 88% محقق شده است. مقایسه نتایج مقادیر متناظر توابع هدف در سناریوهای مختلف در دو روش برنامه‌ریزی غیرخطی و ازدحام ذرات ، حاکی از اختلاف بین 002/0 تا 01/0 درصد بین مقادیر حاصله از دو روش بود. لذا، الگوریتم فراکاوشی ازدحام ذرات با اختلاف بسیار کمی از روش برنامه­ریزی غیرخطی، قابلیت زیادی را در ارائه پاسخ­های بهینه دارا است. نتایج این پژوهش می‌تواند در استفاده بهینه منابع آب، افزایش درآمد کشاورزان و کاهش آبشویی نیتروژن در سایر شبکه­های آبیاری مورداستفاده قرار گیرد. اصولاً استفاده از پساب‌ها و فاضلاب‌ها در آبیاری محصولات خوراکی کشاورزی برای تغذیه انسان و دام توصیه نمی­شود و رعایت کامل استاندارها و ضوابط در استفاده از پساب‌ها در کشاورزی، امری ضروری و لازم­الاجرا است.

کلیدواژه‌ها

• آب نامتعارف
• آبشویی نیتروژن
• تغذیه آبخوان
• الگوریتم فراکاوشی

عنوان مقاله [English]

Non-Linear Programming and Particle Swarm Optimization Model for Management of Conjunctive Use of Wastewater and Groundwater in Varamin Plain

نویسندگان [English]

• maryam yousefi ¹
• Mohammad Ebrahim Banihabib ²
• jaber soltani ³
• abbas rouzbahani ³

¹ PhD student, Irrigation and Drainage Department, College of Aburaihan, University of Tehran.

² Associate Professor, Irrigation and Drainage Department, College of Aburaihan, University of Tehran.

³ Assistant Professor, Irrigation and Drainage Department, College of Aburaihan, University of Tehran.

چکیده [English]

To address farmers’ as well as water resources and environment managers’ opinions, it is necessary to develop the optimal cropping pattern models for maximizing farmers’ benefits, reducing nitrogen leaching, and improving the rate of aquifer recharge by applying quantitative-qualitative conjunctive use of unconventional surface water (reclaimed wastewater) and groundwater. In this research, the developed models (nonlinear programming (NLP) and particle swarm optimization (PSO)) were run in Varamin Irrigation Network for water year 2012-2013. The results of solving 3-objective nonlinear programming (NLP)  model showed that by improving the net benefit of cropping pattern optimization, water productivity and aquifer recharge by about 6%, 22% and 29% led to reduction of conjunctive withdrawals of wastewater and groundwater and fertilizer consumption by about 13% and 85%. Also, the results of solving 3-objective model by Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm showed that by improving the net benefit of cropping pattern optimization, water productivity and aquifer recharge by about 7%, 49% and 30%, conjunctive withdrawals of wastewater and groundwater summation and fertilizer consumption decreased by about 35%, 88%, respectively. Comparison of the results of the values of objective functions in different scenarios by NLP and PSO methods showed a difference of about 0.002% to 0.01%. So, heuristic algorithm (PSO) has very little difference with NLP and has great ability in providing optimal results. The results of this research could be applied to the optimum use of water resources, increasing farmers’ benefits and decreasing nitrogen leaching in other irrigation network projects. However, it is to be emphasized that use of wastewater for irrigation of food crops for human and domestic animals is not recommended and full compliance with standards and regulations in applying reclaimed waste water in agriculture, is necessary and binding.

کلیدواژه‌ها [English]

• Aquifer recharge
• Nitrogen leaching
• Unconventional water
• Heuristic algorithm