بهینه سازی قطر لوله های شبکه آبیاری تحت فشار با استفاده از جستجوی ژنتیکی اعداد صحیح (مطالعه موردی: شبکه اسماعیل آباد لرستان)

Abstract

سابقه و هدف: امروزه جوامع بشری هزینه‌های بسیاری را برای به حداکثر رساندن سود و به حداقل رساندن هزینه صرف می‌کنند. مسئله انتخاب قطرهای مناسب و تعیین هد پمپاژ بهینه در شبکه‌های آبیاری تحت فشار به‌گونه‌ای که بتواند با صرف حداقل هزینه‌ها، کلیه محدودیت‌های موردنظر شبکه را ارضا نماید، سالهاست که مورد توجه مهندسین است و از مباحث مهم تحقیقاتی می‌باشد. تاکنون تحقیقات بسیاری در زمینه ی بهینه‌سازی شبکه‌های آبیاری تحت فشار به منظور کاهش دادن هزینه این زیرساخت‌ها اختصاص ‌یافته است. در این تحقیقات غالباً بهینه سازی شبکه آبیاری تحت قشار با استفاده از کد های آماده و یا جعبه ابزار های متداول الگوریتم های تکاملی که با مدل های هیدرولیکی تلفیق شده‌اند انجام شده است. در این تحقیق یک کد بهینه سازی به زبان ویژوال بیسیک بر مبنای جستجوی ژنتیکی اعداد صحیح توسعه داده شده است که درآن طراحی بهینه شبکه اصلی و نیمه اصلی آبیاری تحت فشار با آرایش درختی و با در نظر گرفتن محدودیت های سرعت و فشار انجام می شود.<br /> مواد و روش ها: در کد توسعه داده شده در این تحقیق که مبتنی بر یکی از قدرت مندترین روش های بهینه سازی یعنی جستجوی ژنتیکی می‌باشد به هر یک از قطر های موجود در بازار یک عدد صحیح اختصاص داده می شود. سپس جهت تعیین مقادیر بهینه، با انجام عملیات تقاطع، جهش و جایگزینی با رویکرد نخبه‌گرایی بر روی مجموعه کروموزوم‌ها عدد صحیح موردنظر برای هر لوله انتخاب می شود. اطلاعات خروجی از مدل شامل قطرهای بهینه و مینیمم هزینه‌ی اجرای شبکه‌ی آبیاری می باشد. صحت سنجی و واسنجی مدل با مقایسه ی نتایج آن با نتایج چندین مسئله غیر خطی مقید که دارای راه حل های تحلیلی هستند و جواب آنها بادقت مناسب در اختیار می باشد انجام شد. در انتها از مدل پیشنهادی برای طراحی بهینه شبکه اسماعیل آباد واقع در استان لرستان استفاده شده است. <br /> یافته ها: نتایج این تحقیق نشان داد در مقایسه با طراحی دستی و شرایط موجود روش طراحی بهینه بر مبنای جستجوی ژنتیکی اعداد صحیح می توانست هزینه اجرای خطوط لوله شبکه آبیاری تحت فشار اسماعیل آباد را از 28/825935 دلار به ۳۷/۷۳۰۹۵۸ دلار کاهش دهد.<br /> نتیجه گیری: مدل تهیه شده قابلیت حل مسائل مختلف بهینه‌سازی خطی و غیرخطی مقید را دارد و نتایج به‌دست‌آمده از مدل با نتایج حل تحلیلی کاملاً برابر است. در این تحقیق سعی گردید که مدل نوشته‌شده از لحاظ کاربردی و در مقیاس بزرگ نیز مورد بررسی قرار گیرد بدین منظور طراحی شبکه آبیاری تحت فشار اسماعیل‌آباد واقع در استان لرستان به عنوان یک نمونه‌ی واقعی توسط آن انجام شد. نتایج محاسبات نشان داده شد در صورت استفاده از مدل بهینه سازی تهیه شده در این تحقیق، هزینه اجرای خطوط لوله شبکه ۵/۱۱ درصد می توانست کاهش یابد.