پایش تطبیقی اثر کنترل خودکار تناسبی-انتگرالی (PI) بر کارایی توزیع در سامانه‌های بهره-برداری از منابع آب سطحی تحت شرایط ناپایدار تأمین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی آب، دانشکده فناوری کشاورزی (ابوریحان)، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران

2 گروه مهندسی آب، دانشکده فناوری کشاورزی (ابوریحان)، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

3 گروه مهندسی آب، دانشکده فناوری کشاورزی (ابوریحان)، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، تهران، ایران.

10.22059/jwim.2026.405547.1272

چکیده

در این پژوهش، عملکرد شبکه آبیاری نکوآباد تحت دو سامانه بهره‌برداری دستی و خودکار مبتنی بر کنترل‌کننده تناسبی-انتگرالی (PI) در مواجهه با سناریوهای متوالی کمبود جریان ورودی بررسی شد. با استفاده از مدل شبیه‌ساز هیدرولیکی و تحلیل شاخص‌های کفایت و پایداری، رفتار شبکه در هفت سطح تنش هیدرولوژیکی از شرایط عادی تا کمبود بیش از ۴۰ درصد ارزیابی گردید. نتایج نشان داد که سامانه PI به‌طور قابل‌توجهی سطح خدمات آبی را بهبود بخشیده، نوسانات زمانی و مکانی را کاهش داده و عدالت توزیع آب را ارتقاء داده است. در مقایسه با سامانه دستی، کنترل PI میانگین کفایت را تا ۴۰ درصد افزایش و میانگین پایداری را تا ۳۹ درصد کاهش داد که بیانگر ثبات بیشتر و تاب‌آوری بالاتر شبکه است. تحلیل‌های آماری، توزیعی و مکانی نشان دادند که کنترل PI از فروپاشی عملکردی در شرایط بحرانی جلوگیری کرده و ساختار شبکه را به سامانه‌ای هماهنگ، قابل پیش‌بینی و منصفانه تبدیل می‌کند. کاهش ضریب تغییرات، هم‌زمانی واکنش تنظیم‌کننده‌ها و حفظ یکنواختی مکانی عملکرد، نشان‌دهنده توانایی کنترل‌کننده در جذب اختلالات و جلوگیری از گسترش نوسانات در شبکه است. این ویژگی‌ها موجب گذار از مدیریت واکنشی به تنظیم پیش‌نگر شده و امکان برنامه‌ریزی دقیق‌تر، کاهش وابستگی به منابع آب زیرزمینی و افزایش تاب‌آوری در برابر تغییرات اقلیمی را فراهم می‌سازد. این نتیجه کاربردی، امکان پیاده‌سازی چارچوب‌های ارزیابی جامع، مانند چارچوب ارزیابی پایدار سامانه‌های بهره‌برداری منطبق بر پیوند آب-غذا-انرژی و چارچوب ارزیابی مبتنی بر ریسک شکست سیستم را برای مطالعات آتی فراهم می‌سازد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Adaptive Evaluation of Proportional–Integral (PI) Automatic Controller Effects on Distribution Performance in Surface Water Operation Systems under Supply Instability

نویسندگان [English]

  • Reza Jamali 1
  • Mahmoud Mashal 2
  • S. Mehdy Hashemy Shahdany 3
  • Jaber Soltani 3
1 PhD. Candidate, Dept. of Water Engineering, Faculty of Agricultural Technology (Aburaihan), University College of Agriculture & Natural Resources, University of Tehran, Tehran, Iran
2 Dept. of Water Engineering, Faculty of Agricultural Technology (Aburaihan), University College of Agriculture & Natural Resources, University of Tehran, Tehran, Iran
3 Dept. of Water Engineering, Faculty of Agricultural Technology (Aburaihan), University College of Agriculture & Natural Resources, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this study, the performance of the Nekouabad Irrigation Network was evaluated under two operating systems: the conventional manual operation and an automated operation based on a Proportional–Integral (PI) controller, in response to consecutive inflow shortage scenarios. Using a hydraulic simulation model and performance indicators of adequacy and sustainability, the network behavior was analyzed across seven levels of hydrological stress, ranging from normal conditions to inflow deficits exceeding 40%. The results revealed that the PI-based system significantly enhanced the level of water service, reduced temporal and spatial fluctuations, and improved the equity of water distribution. Compared with the manual operation, the PI controller increased mean adequacy by up to 40% and reduced mean variability (instability) by 39%, indicating a higher degree of stability and resilience across the network. Statistical, distributional, and spatial analyses confirmed that the PI control system prevented functional collapse under critical conditions and transformed the network into a more coordinated, predictable, and equitable system. The reduced coefficient of variation, synchronized regulator responses, and spatial uniformity of performance demonstrated the controller’s capacity to absorb disturbances and prevent the propagation of fluctuations throughout the network. These features facilitate a transition from reactive management toward predictive regulation, enabling more accurate planning, reduced dependence on groundwater resources, and enhanced resilience to climate variability. The findings support the applicability of comprehensive assessment frameworks—such as sustainability evaluation frameworks based on the Water–Food–Energy Nexus and risk-based system failure assessment—for future studies.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Irrigation network
  • impact analysis
  • uncertainty
  • water accounting