مدیریت آب و آبیاری

مدیریت آب و آبیاری

بهره‌برداری بهینه تلفیقی از منابع آب سطحی و زیرزمینی با استفاده از الگوریتم جستجوی خزندگان (RSA) و مدل‌های محاسبات نرم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشکده عمران، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 گروه مهندسی آب، دانشکدگان ابوریحان، دانشگاه تهران
3 پژوهشکده مطالعات و تحقیقات منابع آب
10.22059/jwim.2026.417752.1319
چکیده
این تحقیق با هدف حداقل کردن کمبود نیاز آبی با استفاده از دو منبع آب سطحی (سد) و آب زیرزمینی (آبخوان) با در نظر گرفتن شرایط آبخوان آستانه-کوچصفهان انجام گردید. در این رویکرد ابتدا وضعیت تراز آب زیرزمینی توسط یک مدل یادگیری ماشین LSSVR برای یک دوره ۲۰ سال و در گام زمانی ماهانه شبیه‌سازی شد. در بخش دوم یک مدل بهینه تلفیقی از منابع آب سطحی و زیرزمینی تدوین و توسط یک الگوریتم تکاملی جدید بنام جستجوی خزندگان (RSA) اجرا گردید. در بخش سوم با توجه به نتایج دو بخش قبل و همچنین داده‌های در دسترس مانند نیاز آبی محدوده به همراه منابع آب سطحی در دسترس، یک مدل هوشمند مبتنی بر یادگیری ماشین برای پیش‌بینی برداشت بهینه از آب زیرزمینی تدوین شد. نتایج نشان داد که شبیه‌سازی آب زیرزمینی با استفاده از LSSVR با دقت مناسبی (RMSE = 0.24 m and MAE = 0.045 m) می‌تواند تراز آب زیرزمینی را شبیه‌سازی نماید. نتایج مدل بهره‌برداری بهینه تلفیقی نشان داد که در بدترین وضعیت منابع آب سطحی (خشک‌سالی شدید) حدود ۶۰ درصد نیازهای آبی تأمین می‌گردد. علاوه بر این بیشترین نیازهای آبی بخش شرب و صنعت از آبخوان تأمین گردید و منابع آب سطحی برای نیاز آبی کشاورزی در نظر گرفته شد. نتایج بخش سوم نشان از عملکرد مناسب GMDH در تخمین مناسب برداشت بهینه از منابع آب زیرزمینی بود. این رویکرد برای سایر محدوده‌هایی که متشکل از سیستم آب سطحی و زیرزمینی هستند بدون محدودیت زمانی-مکانی قابل‌اجرا است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Optimal Conjunctive Utilization of Surface and Groundwater Resources Using the Reptile Search Algorithm (RSA) and Soft Computing Models

نویسندگان English

Maryam Mansooryar 1
Seyed Abbas Hoseini 1
Saman Javadi 2
Hamid Kardan Moghaddam 3
1 Department of Civil Engineering, SR.C, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 College of Aburaihan, University of Tehran, Iran
3 Water Resources Research Institution
چکیده English

This study aims to minimize water scarcity through the joint management of surface water (dam reservoir) and groundwater (aquifer) resources within the Astaneh-Koochesfahan aquifer system. First, the groundwater level was simulated over a 20-year period at a monthly time step using aa Least Squares Support Vector Regression (LSSVR) machine learning model. Subsequently, an integrated optimization model for surface and groundwater allocation was formulated and solved by employing a novel metaheuristic technique, referred to as the Reptile Search Algorithm (RSA). In the final stage, an intelligent machine learning model, the Group Method of Data Handling (GMDH), was developed to predict the optimal rate of groundwater extraction by drawing upon the results of the preceding stages and available data, including water demand and surface water availability. These variables were structured into nine distinct input patterns to enhance the model’s predictive performance. The simulation results indicated that the LSSVR model was able to predict groundwater levels with a high level of accuracy, yielding an MAE of 0.045 m and an RMSE of 0.24 m. The results of the integrated optimal management model demonstrated that, even under severe drought conditions representing the worst-case scenario of surface water availability, approximately 60% of the total water demand could be satisfied. Moreover, the model prioritized the allocation of water to the domestic and industrial sectors via the aquifer, while surface water resources were primarily allocated for agricultural purposes. In the third part of the study, the GMDH model demonstrated effectiveness in estimating the optimal rate of groundwater withdrawal. This approach is not constrained by spatiotemporal limitations and can be applied to other regions comprising both surface and groundwater systems.

کلیدواژه‌ها English

Groundwater Management
Machine Learning
Meta-heuristic Algorithms
Optimal Conjunctive Exploitation

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 19 شهریور 1405