Water and Irrigation Management

Water and Irrigation Management

Feasibility of Employing Non-Structural and Automation Approaches to Improving Operation of Water Distribution Systems (Case Study: Roodasht Irrigation District)

Document Type : Research Paper

Authors
Mehdi Yaltaghian Khiabani 1
S. Mehdy Hashemy 2
Mohammad Ebrahim Banihabib 3
Yousef Hassani 4
1 M.Sc. Graduated in Hydraulic Structures, Department of Irrigation and Drainage Engineering, College of Aburaihan, University of Tehran
2 Assistant Professor, Department of Irrigation and Drainage Engineering, College of Aburaihan, University of Tehran
3 Professor, Department of Irrigation and Drainage Engineering, College of Aburaihan, University of Tehran
4 Researcher, Water and Water Economies office, Ministry of Energy, Tehran
10.22059/jwim.2019.290367.714
Abstract
Increasing the losses of water delivery and distribution regarding recent drought events makes necessity to upgrade the irrigation and drainage networks operation with higher transmission and distribution efficiency further than before. Providing solutions to improve water delivery and distribution and evaluating them requires the assessments of the plans from technical and economic views. Therefore, the present study, by giving non-structural and automation options, examines the efficiency of them by assessing the water delivery and distribution function and using the engineering economics under the inflow fluctuations conditions. The main canal of the Roodasht Network, which suffered from inflow fluctuations, was selected as a case study. The results of the simulation carried out by the ICSS hydrodynamic model, showed that the second non-structural strategies were efficient to improve the water delivery to Off-Takes by maximum 22% improvement of adequacy index relative to the present main canal operation. The automation method, by overcoming inflow fluctuations, supplied all the requirements of the crop areas and enhanced the adequacy index by a maximum of 85% than the current operation. Economically evaluation in the short-term of five years and long-term of ten years indicated that the automation method was more generate revenue than other methods. But the second non-structural option could produce a maximum profit in the standard scenario in the short and long periods 568 and 1446 billion Toman, respectively.
Keywords
Automation
Economic Analysis
Operational Approaches
Roodasht Irrigation District
  1. استواری دیلمانی، ش. (1396). مدیریت توزیع آب در شبکه‌های آبیاری در شرایط کمبود آب با استفاده از مدل‌های هیدرودینامیکی. رساله دکتری، دانشگاه تربیت مدرس.
  2. اسدی، ه.، زمانیان، غ. و توکلی، ع. (1394). بررسی اقتصادی تک­آبیاری و تعیین هزینه تمام‌شده آب آبیاری در مزارع گندم دیم منطقه هنام، استان لرستان. بوم­شناسی گیاهان زراعی. 11 (2): 1-10.
  3. ایران­پور، م.، ایراندوست، م. و رضایی استخروییه، ع. (1395). تأثیر سطوح مختلف و سامانه‌های آبیاری بر عملکرد، اجزای عملکرد و بهره‌وری آب در ذرت دانه‌ای. مدیریت آب و آبیاری. 6 (1): 61-72
  4. حسین­زاده، ز.، منعم، م. ج. و نهاوندی، ن. (1393). توسعۀ مدل تصمیم‌گیری چندشاخصه برای انتخاب سامانه‌های اندازه‌گیری خودکار جریان در شبکه‌های آبیاری. مدیریت آب و آبیاری. 4 (2): 177-190
  5. قادری، ک.، زلقی، آ. و بختیاری، ب. (1393). بهینه‌سازی بهره‌برداری از سیستم چندمخزنی با استفاده از الگوریتم تکامل رقابتی جوامع (SCE) (مطالعۀ موردی: حوضۀ کرخه). مدیریت آب و آبیاری. 4 (2): 215-228
  6. منعم، م.، ج.، نجفی، م. ر. و خوشنواز، ص. (1386). برنامه ریزی بهینه تحویل آب در کانال های آبیاری با استفاده از الگوریتم ژنتیک، تحقیقات منابع آب ایران. 3 (1): 11-1.
  7. هاشمی شاهدانی، س. م. (1395). بررسی میزان مطلوبیت بهره­برداری کانال‌های اصلی آبیاری از نقطه‌نظر توزیع عادلانه آب در شرایط کم­آبی در سامانه کنترل بالادست و کنترل پایین‌دست (مطالعه موردی: کانال اصلی شاخه شمالی شبکه آبیاری رودشت). گزارش تحقیقاتی، شرکت مدیریت منابع آب ایران، وزارت نیرو.
  8. هاشمی شاهدانی، س. م.، فیروزفر، ع.، صادقی، س. و ادیب مجد، ا. (1395). بررسی عملکرد سامانه کنترل خودکار غیرمتمرکز در بهره‌برداری کانال اصلی آبیاری تحت نوسان‌های جریان ورودی. تحقیقات کاربردی مهندسی سازه‌های آبیاری و زهکشی. 66 (17): 137-152.
  9. یلتقیان خیابانی م. و هاشمی شاهدانی س. م. (1396). بررسی کارایی گزینه­های غیرسازه­ای و سازه­ای جهت بهبود بهره­برداری کانال اصلی آبیاری با نوسانات ورودی. شانزدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران. دانشگاه محقق اردبیلی. اردبیل. ایران.
  10. Begovich, O., Ruiz, V. M., Besancon, G., Aldana, C.I., & Georges, D. (2007). Predictive control with constraints of a multi-pool irrigation canal prototype. Latin American applied research, 37(3), 177-185.
  11. Hargreaves, G., & Samani, Z. (1984). Economic consideration of deficit irrigation. Irrigation and Drainage, 110(4), 343-358.
  12. Hashemy Shahdany, S. M., & Roozbahani, A. (2015). Selecting an appropriate operational method for main irrigation canals within multicriteria decision-making methods. Irrigation and Drainage Engineering, 142(4), 1-9.
  13. Hassani, Y., Shahdany, S. M. H., Maestre, J. M., Zahraie, B., Ghorbani, M., Hennebery, S. R., & Kulshreshtha, S. N. (2019). An economic-operational framework for optimum agricultural water distribution in irrigation districts without water marketing. Agricultural Water Management, 221(1), 348-361.
  14. HoseinZadeh, Z., & Monem, M. J. (2012). Development and test of Mathematical Model of Automatic Pivot Weir with PID Algorithm. Iran Soil and Water Research, 43(3), 87-94.
  15. Igreja, J., Lemos, J., Cadete, F., Rato, L., & Rijo, M. (2012). Control of a water delivery canal with cooperative distributed MPC. American Control Conference (ACC). Montreal. Canada.
  16. Lozano, D., Arranja, C., Rijo, M., & Mateos, L. (2010). Simulation of automatic control of an irrigation canal. Agricultural Water Management, 97(1), 91–100.
  17. Manz, D. H. (1990). Use of the ICSS model for prediction of conveyance system operational characteristics. In Proceedings 14th International Congress on Irrigation and Drainage. Rio de Janeiro. Brazil.
  18. Molden, D. J., & Gates, T. K. (1990). Performance measures for evaluation of irrigation water delivery systems. Irrigation Drainage Engineering, 116(6), 804-822.
  19. Monem, M. J., & Mamizadeh, J. (2005). Development the Mathematical Model of BIVAL Downstream Control System. Hydraulics, 1(2), 1-13.
  20. Monem, M. J., & Massah, A. (2003). Development of Mathematical Model of Amil Hydraulic Structure. 4th Iranian Hydraulic Conference. Shiraz. Iran.
  21. Nam, W. H., Hong, E. M., & Choi, J. Y. (2016). Assessment of water delivery efficiency in irrigation canals using performance indicators. Irrigation science, 34(2), 129-143.
  22. Schuurmans, J., Clemmens, A. J., Dijkstra, S., Hof, A., & Brouwer, R. (1999). Modeling of irrigation and drainage canals for controller design Irrigation & Drainage Eng, 125(6), 338–44.
  23. Van Overloop, P. J. (2006). Model predictive control on open water systems. Delft, the Netherlands: IOS Press.
  24. Van Overloop, P. J., Schuurmans, J., Brouwer, R., & Burt, C. M. (2005). Multiple-model optimization of proportional integral controllers on canals. Irrigation and drainage engineering, 131(2), 190-196.
  25. Van Overloop, P. J., Weijs, S., & Dijkstra, S. (2008). Multiple model predictive control on a drainage canal system. Control Engineering Practice, 16(5), 531-540.
  26. Zafra-Cabeza, A., Maestre, J. M., Ridao, M. A., Camacho, E. F., & Sánchez, L. (2011). A hierarchical distributed model predictive control approach to irrigation canals: A risk mitigation perspective. Process Control, 21(5), 787-799.
  27. Zamani, S., & Parvaresh Rizi, A. (2015). The Effect of Design Parameters of an Irrigation Canal on Tuning Performance of a PI Controller. Irrigation and Drainage, 64(4), 519-534. 
Water and Irrigation Management
Volume 9, Issue 1
December 2019
Pages 109-127