بهره‌گیری از سامانه کنترل خودکار متمرکز به منظور بهبود عملکرد بهره‌برداری کانال اصلی تحت نوسانات شدید جریان ورودی؛ مطالعه موردی کانال اصلی شبکه رودشت

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 ، گروه مهندسی آب، پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران

2 سازه های آبی، دانشگاه تربیت مدرس_ کارشناسی ارشد سازه‌های آبی، استاد مدعو گروه مهندسی عمران دانشگاه آزاداسلامی

3 مهندسی عمران سازه، شرکت آب منطقه‌ای اصفهان

چکیده

عملکرد ضعیف کانال­های آبیاری از یک طرف و تاثیر آن در کاهش بهره­وری آب کشاورزی از طرف دیگر ضرورت ارائه روش­های موثر در بهره­برداری بهینه از کانال­های آبیاری را ایجاب نموده است. در این تحقیق، بهره­گیری از سامانه اتوماسیون به منظور بهبود وضعیت حال حاضر بهره­برداری کانال­ اصلی چپ شاخه شمالی شبکه آبیاری رودشت که با مشکل نوسانات شدید جریان ورودی روبه­رو است، مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور سامانه کنترل خودکار سراسری پیش­بین برای مدل ریاضی کانال مورد مطالعه طراحی گردید. مدل ریاضی بهره­برداری حال حاضر کانال و نیز مدل ریاضی سامانه اتوماسیون طراحی شده تحت سناریوهای بهره­برداری جریان ورودی با الگوی نوسانی زیاد مورد آزمون قرار گرفت. با استفاده از شاخص­های ارزیابی عملکرد میزان بهبود فرآیند بهره­برداری کانال اصلی قبل و بعد از به­کارگیری اتوماسیون بررسی گردید. نتایج نشان داد بر اساس شاخص های ارزیابی عملکرد MAE (حداکثر خطای مطلق) و   IAE(خطای مطلق تجعی) محاسبه شده، بهره­گیری از استراتژی مذکور باعث بهبود بهره­برداری کانال اصلی بوده است. ، به طوری که مقدار حداکثر این شاخص­ها قبل از به کارگیری سامانه اتوماسیون به­ترتیب از مقادیر 49/21 و 63/12 درصد به 32/5 و 21/3 درصد بهبود یافته است. نتایج این تحقیق حاکی از آن هستند که استفاده از فن­آوری اتوماسیون، که بدون هر گونه تغییر در شرایط فیزیکی کانال قابل پیاده­سازی است، یک گزینه مطمئن و قابل اعتماد در پروژه­های بهسازی و مدرن­سازی کانال آبیاری می­باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Application of automatic regulating structures in in order to improving main irrigation canal operational performance suffering from severe inflow fluctuations; Case study of Roodasht main irrigation canal

نویسندگان [English]

  • seyed mehdi Hashemy Shahdany 1
  • Sonia Sadeghi 2
  • Esmaiel Adib Majd 3
1 - Assistant Professor, Water Engineering Department, College of Aburaihan, University of Tehran
3 - M.Sc. Hydraulic structure, Department of irrigation networks operation, - M.Sc. Hydraulic structure, Department of irrigation networks operation, Isfahan Regional Water Authority.Regional Water Authority.
چکیده [English]

Abstract
Application of optimum operational approaches would be effective due to existing poor operational performance of irrigation canals and its direct effect on decreasing agricultural water productivity. In this study, automation system is introduces to improve operational performance of Roodasht main irrigation canal suffering from drastic in fluctuations of water inflow. To this end, a centralized Model Predictive Controller (MPC) is designed to be applied for operation of mathematical model of the test case. Both of the mathematical models, including the existing operation of the canal and the MPC system, are tested by inflow fluctuation scenario. The results of the simulation are evaluated by the operational performance evolution indices. The results indicate that operational level is improved by applying automatic control system since the performance evaluation systems of IAE and MAE are respectively improved from 21.49% and 12.63% to 5.32 and 3.21%. Also, the results approves that automatic systems could be introduced as safe and reliable options for rehabilitation and modernization projects.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Automation of main irrigation canal
  • Operation of main canals
  • Inflow fluctuations
  • Model predictive Control
  • Nyrpic modules

منابع:

 Burt, C. 1998 'Improved Proportional-Integral (PI) Logic for Canal Automation', Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 124 (1), 53-57.

 Camacho, E. F. and C. Bordons .1999. “Model Predictive

 

Control”, Springer, England.

 Clemmens, A. and J. Replogle. 1989. 'Control of Irrigation Canal Networks', Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 115 (1), 96-110.

 Lee J. H. and B. Cooley. 1996. “Recent advaces in model predictive control and other related area”, Proc. of the 5th International conference on chemical process control, pp 201-216.

 Litrico, X.  and V. Fromion. 2009. ’ Modeling and Control of Hydrosystems’. Springer, New York.

 Malaterre P. O. and J. Rodellar. 1997. "multivariable predictive control of irrigation canals. Design and evaluation on a 2-pool model". Proc, of the RIC 97 Int. Workshop, pp. 230-238.

 Malaterre, P. O., D. Rogers and J. Schuurmans. 1998. “Classification of Canal Control Algorithms”, Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 118(5), pp 852-867.

 Maciejowski J. M.  2000. “Predictive Control With Constraints”, Pearson Education, England.

 Mosca, E. 1995. “Optimal, Predictive, and Adaptive Control”, Prentice Hall, USA.

  Myne, D. Q., J. B. Rawlings, C. V. Rao and P. O. M. Scokaert. 2000. “Constrained model predictive control : Stability and Optimality”, automatic, 26(6), pp 789-814.

 Negenborn, R. R., B. De Schutter and J. Hellendoorn. 2004. “Multi-agent model predictive control: A survey”, Technical report 04-010, Delft Center for Systems and Control, Delft University of Technology.

 Qin, S. J. and T. A. Badgwell. 1996. “An Overviwe of industrial model predictive control technology”, Proc. of the 5th International Conference on chemical process control, pp 232-256.

  Van Overloop, P. J. 2008. 'Identification of pool characteristics of irrigation canals'.

  Van Overloop P. J. 2006. “Model Predictive Control on Open Water Systems”, IOS Press, Netherlands.

  Wright, S. J. 1997. “Applying New Optimization Algorithms to Model Predictive Control”, Chemical Process Control-V, CACHE, AIChE Symposium Series, 316(93), pp 147-155.

  Wgemaker, R. 2005. ”Model Predictive Control on Irrigation Canals Application of Various Internal Models”, Master of Science Thesis, Delft University of Technology.