مدل شبيه‌سازي- بهينه‌سازي دوهدفه الگوي كشت و تخصيص آب در دشت سمنان

Two-Objective Simulation-Optimization Model for Cropping Pattern and Water Allocation in Semnan Plain

استفاده از مدل¬هاي شبيه¬سازي- بهينه¬سازي ابزار ارزشمندي براي انتخاب الگوي كشت مناسب هستند. هدف اصلي اين تحقيق، توسعه يك مدل شبيه¬سازي- بهينه¬سازي دوهدفه براي تعيين الگوي كشت و تخصيص آب است. اين مدل پس از شبيه¬سازي حالات مختلف الگوي كشت، بهينه‌سازي را با الگوريتم فراابتكاري چندهدف شيرمورچه MOALO)) انجام مي‌دهد. بر اين اساس متغيرهاي تصميم شامل زمين و آب تخصيص‌يافته به دوره‌هاي ده روزه رشد گياهان به¬گونه اي طراحي شدند كه حداقل بهره‌برداري از منابع آب و حداكثرسازي اقتصادي به عنوان توابع هدف مشخص شدند. مدل توسعه‌يافته براي شبيه¬سازي و بهينه¬سازي الگوي كشت با سطح زيركشت 5500هكتار و تخصيص آب دشت سمنان با آب تجديدپذير به ميزان 60/8 ميليون‌مترمكعب استفاده شد. سناريوي‌هاي برداشت 80 (GW80) و 100 (GW100) درصد از آب تجديدپذير زيرزميني و سناريوهاي تغيير در الگوي كشت موجود 30 (AC30) و 60 (AC60) درصد در نظر گرفته كه هر يك از اين 4 سناريو با الگوريتم MOALO شبيه‌سازي شدند. بهينه¬سازي با استفاده از مدل پيشنهادي در چهار سناريو، باعث بهبود توابع هدف آبي و اقتصادي نسبت به عملكرد اوليه شبيه¬سازي شد. نتايج نشان داد كه چهار سناريوي پيشنهادي با كمينه‌سازي تابع هدف آبي و بيشينه سازي تابع هدف اقتصادي نسبت به وضع موجود(شبيه سازي) بدست آمده است. در مجموع مدل پيشنهادي كه ابزاري تخصصي براي بهينه¬سازي الگوي كشت زراعي با تخصيص آب است، با وجود سادگي كارايي بسيار مناسبي داشت.

The application of simulation-optimization models is a valuable tool for selecting the appropriate cropping pattern. The main objective of this research is to develop a two-objective simulation-optimization model to determine the pattern of cultivation and water allocation. The model performs the optimization with the multi-objective metamorphic algorithm (MOALO) after simulating different states of the cultivation pattern. The decision variables including land and water allocated to ten-day periods of plant growth were designed in a way that the minimum utilization of water resources and economic maximization were identified as target functions. The developed model was used to simulate and optimize the cultivation pattern with an area of ​​5500 hectares and water allocation of Semnan plain with renewable water at the rate of 60.8 million cubic meters. Harvesting scenarios of 80 (GW80) and 100 (GW100) percent of renewable groundwater and scenarios of change in existing cropping pattern of 30 (AC30) and 60 (AC60) percent were considered and each scenario was simulated with the MOALO algorithm. Optimization using the proposed model in four scenarios improved the water and economic objective functions compared to the initial simulation performance. The results showed that the four proposed scenarios were obtained by minimizing the water objective function and maximizing the economic objective function relative to the current situation (simulation). In general, the proposed model had a good performance despite its simplicity, which is a specialized tool to optimize the crop pattern with water allocation.