نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

بهینه‌سازی هم‌زمان الگوی کشت و برنامه‌ریزی آبیاری تحت سناریوهای مختلف تأمین آب با استفاده از الگوریتم گرگ خاکستری (GWO): مطالعه موردی شبکه آبیاری و زهکشی تجن، ساری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، گروه علوم و مهندسی آب، واحد قائمشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، قائمشهر، ایران
2 -استادیار گروه علوم و مهندسی آب، واحد قائمشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، قائم شهر، ایران
3 استادیارگروه علوم و مهندسی آب، واحد قائمشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، قائمشهر، ایران
10.22125/iwe.2026.591059.1936
چکیده
محدودیت روزافزون منابع آب و افزایش رقابت بین بخش‌های مختلف مصرف‌کننده، ضرورت استفاده از روش‌های نوین بهینه‌سازی برای مدیریت هم‌زمان الگوی کشت و برنامه‌ریزی آبیاری در سامانه‌های کشاورزی را افزایش داده است. هدف این پژوهش، تعیین الگوی کشت و برنامه آبیاری بهینه با هدف افزایش سود خالص و بهره‌وری اقتصادی آب در واحد عمرانی ۱ شبکه آبیاری و زهکشی تجن در شهرستان ساری بود. در این مطالعه، هفت محصول شامل برنج، مرکبات، گندم، جو، کلزا، ذرت علوفه‌ای و سویا در سطح ۳۰۰۰ هکتار مورد بررسی قرار گرفتند. مدل بهینه‌سازی با هدف بیشینه‌سازی سود خالص، تحت محدودیت منابع آب، اراضی قابل کشت و قیود مدیریتی توسعه و الگوریتم فراابتکاری گرگ خاکستری (GWO) برای حل مدل به‌کار گرفته شد. به‌منظور بررسی اثر شرایط مختلف مدیریت آب، ۲۷ سناریو شامل سه سطح تأمین آب (۱۰۰، ۸۰ و ۶۰ درصد)، سه دور آبیاری (۵، ۷ و ۱۰ روز) و سه سطح تخلیه مجاز رطوبت خاک (MAD) ) ۱۰۰، ۸۰ و ۶۰ درصد) تعریف و ارزیابی شد. نتایج نشان داد که مدیریت تلفیقی الگوی کشت و برنامه آبیاری می‌تواند بدون کاهش محسوس سود اقتصادی، مصرف آب را کاهش دهد. بهترین سناریو، W60-I10-M60، با کاهش ۷٫۸۷ درصدی حجم آب مصرفی نسبت به شرایط پایه، موجب افزایش ۰٫۳۵ درصدی سود خالص و بهبود ۸٫۹۳ درصدی بهره‌وری اقتصادی آب شد. بر اساس نتایج، استفاده از مدل‌های بهینه‌سازی مبتنی بر الگوریتم‌های فراابتکاری می‌تواند به‌عنوان ابزاری کارآمد برای تصمیم‌گیری مدیریتی، تخصیص بهینه منابع آب و افزایش پایداری اقتصادی شبکه‌های آبیاری در شرایط کم‌آبی مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Simultaneous Optimization of Cropping Patterns and Irrigation Scheduling under Different Water Supply Scenarios Using the Grey Wolf Optimizer (GWO): A Case Study in the Tajan Irrigation and Drainage Network, Sari, Iran

نویسندگان English

Ahmad Mohammadi 1
ali bagheri 2
davood Akbari Nodehi 3
1 Ph.D. Candidate, Department of Water Science and Engineering, QaS.C., Islamic Azad University, Qaemshahr, Iran
2 Department of Water Science and Engineering, QaS.C., Islamic Azad University, Qaemshahr, Iran
3 Department of Water Science and Engineering, QaS.C., Islamic Azad University, Qaemshahr, Iran
چکیده English

Increasing water scarcity and competition among different water-use sectors have highlighted the need for advanced optimization approaches to simultaneously manage cropping patterns and irrigation scheduling in agricultural systems. This study aimed to determine the optimal cropping pattern and irrigation schedule to maximize net profit and improve economic water productivity in Unit 1 of the Tajan Irrigation and Drainage Network, Sari, Iran. Seven crops, including rice, citrus orchards, wheat, barley, canola, forage maize, and soybean, were evaluated across a cultivated area of 3,000 ha. An optimization model was developed to maximize net profit under constraints related to water availability, cultivable land, and management requirements, and the Grey Wolf Optimizer (GWO) was employed to solve the model. To evaluate different water management strategies, 27 scenarios were developed by combining three water supply levels (100%, 80%, and 60%), three irrigation intervals (5, 7, and 10 days), and three Management Allowable Depletion (MAD) levels (100%, 80%, and 60%). The results showed that integrated management of cropping patterns and irrigation scheduling can reduce water consumption without substantially reducing economic returns. The best-performing scenario, W60-I10-M60, reduced irrigation water consumption by 7.87% compared with the baseline scenario, while increasing net profit by 0.35% and economic water productivity by 8.93%. Overall, the results indicate that metaheuristic optimization models can serve as effective decision-support tools for water allocation, irrigation management, and improving the economic sustainability of irrigation systems under water-scarce conditions.

کلیدواژه‌ها English

Cropping pattern optimization
Irrigation scheduling
Grey Wolf Optimizer (GWO)
Economic water productivity

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 10 شهریور 1405