بهینه سازی تخصیص منابع آب به مصارف کشاورزی با استفاده از الگوریتم تحلیل پوششی داده های فازی (FDEA) و الگوریتم ژنتیک NSGA-II (مطالعه موردی: دشت ورامین)

نوع محتوی: طرح پژوهشی
Language: Persian
Document ID: R-1283657
Publish: 7 October 2021
دسته بندی علمی: مهندسی آب و هیدرولوژی
View: 683
Pages: 117
Publish Year: 1393

This Research With 117 Page And PDF Format Ready To Download

  • من نویسنده این مقاله هستم

استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:

لینک ثابت به این Research:

Abstract:

محدودیت منابع آب در دسترس و مصرف حدود ۹۰ % از منابع آب موجود در بخش کشاورزی برای آبیاری، افزایش جمعیت و نیاز آنها به مواد غذایی بیشتر، آب را به عنوان یک کالای اقتصادی با ارزش و کمیاب مطرح نموده است. به همین دلیل مدیریت بهینه مصرف آب در چند دهه گذشته موضوع بحث بسیاری از محافل تخصصی شده است. هدف از این تحقیق ارائه راهکاری برای بهینه سازی مصرف آب در بخش کشاورزی دشت ورامین از طریق اعمال میزان کارایی آب در محصولات کشاورزی می باشد. به طوری که محصولات با کارایی بالای آب، با در نظر گرفتن سود و ریسک متناسب سهم بیشتری از ترکیب کشت منطقه خواهند داشت. جهت نیل به اهداف بالا از روشهای تعیین کارایی محصولات از جمله روش تحلیل پوششی داده های
فازی (FDEA) استفاده گردید. علاوه بر روش تحلیل پوششی داده های فازی (FDEA)، از الگوریتم ژنتیک NSGA-II نیز استفاده شد تا نتایج دو روش باهم مقایسه گردد. نتایج حاصل از خروجی مدل FDEA نشان داد که محصول ذرت علوفه ای با مقدار کارایی ۱.۵۴ رتبه نخست را از نظر بهره وری آب، میزان ریسک و سود حاصله برای کشاورز دارد. محصول هندوانه نیز با مقدار کارایی ۰.۴۶ در رتبه آخر قرار گرفت. با توجه به مصرف بالای آب برای تولید یک واحد محصول هندوانه به نسبت سایر محصولات و همچنین بالا بودن میزان ریسک کشت همراه با سود نسبتا پایین کشت هندوانه ناکارا تشخیص داده شد. با پیاده سازی مدل بهینه سازی خطی در نرم افزار LINGO ۱۱ ، دو سناریو مورد بررسی قرار گرفت. سناریوی اول شامل کمینه کردن مقدار مصرف آب در منطقه همراه با کاهش ریسک است بطوری که مقدار سود حاصله از حالت فعلی کمتر نباشد. سناریوی دوم شامل حداکثر سازی مقدار سود کل منطقه با شرایط مصرف آب و ریسک کنونی می باشد. در سناریوی اول نتایج بدست آمده حاکی از بهینه سازی مصرف آب تا ۲۲ درصد حالت فعلی می باشد، یعنی با ۷۸ درصد مقدار آب مصرفی که در حال حاضر در منطقه صرف تولید محصولات می گردد، می توان همان مقدار سود را با کشت محصولات حاصل از بهینه سازی بدست آورد، مقدار ریسک نیز برابر با حالت فعلی می باشد. در سناریوی دوم نیز نتایج نشان داد که می توان با مقدار آب موجود که سالانه صرف کشت محصولات می گردد تا ۲۴ درصد مقدار سود کل را افزایش داد در حالی که مقدار ریسک افزایش نیابد. بهینه سازی مصرف آب از طریق الگوریتم ژنتیک NSGA-II نیز با نتایج قابل توجهی همراه بود، به طوری که در مصرف آب ۲۳.۵ درصد صرفه جویی و مقدار ریسک ۲۰ درصد کاهش یافت. در پایان نیز بهینه سازی تخصیص مکانی ترکیب کشت نهایی توسط روش MOLA انجام گردید. مقایسه نتایج حاصل از دو روش نشان داد که الگوریتم ژنتیک توانسته عملکرد بهتری نسبت به روش تحلیل پوششی داده های فازی داشته باشد. مدل ارائه شده توانایی خوبی در یافتن جواب های چندگانه بهینه با دامنه گسترده ای از مقادیر برای توابع هدف را دارد. زیرا بر طبق این مطالعه علاوه بر بهینه سازی مصرف آب، موجب کاهش میزان ریسک کشت محصولات نیز شده است. همچنین محاسبات نشان داد که مقدار سود کل نیز افزایش یافته است. از طرف دیگر روش تحلیل پوششی داده های فازی دارای برنامه نویسی ساده بوده و سریعتر به جواب می رسد. امکان تحلیل حساسیت نتایج خروجی نیز وجود دارد. 

فهرست مطالب Research

فصل اول: - مقدمه ۱
۱ - ۱ مقدمه: . - ...................... ................................ ................................ ................................ ................................ ۲
۱ - ۲ تعریف مساله تحقیق . - ................................ ................................ ................................ ................................ ۳
۱ - ۳ پیشینه تحقیق . - ............ ................................ ................................ ................................ ................................ ۴
۱ - ۴ سوالات تحقیق: . - ........ ................................ ................................ ................................ ................................ ۷
۱ - ۵ اهداف تحقیق . - .......... ................................ ................................ ................................ ................................ ۷
۱ - ۶ فرضیه های تحقیق: . - ... ................................ ................................ ................................ ................................ ۷
۱ - ۷ شرح فصول پایان نامه . - ............................... ................................ ................................ ................................ ۸
۲ فصل دوم: مبانی نظری - ۹
۲ - ۱ مقدمه . - ..................... ................................ ................................ ................................ ................................ ۱۰
۲ - ۲ روش های مورد استفاده تحقیق . - .............. ................................ ................................ ................................ ۱۰
۲ - ۲ - ۱ تحلیل پوششی داده ها ) - DEA ................................ ................................ ................................ ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ) ۱۰
۲ - ۲ - ۱ - ۱ دو مشخصه اساسی برای الگوی ) - DEA ................................ ................................ .......... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ) ۱۲
۲ - ۲ - ۱ - ۲ بازده به مقیاس الگوی مورد استفاده . - .................... ................................ ................................ ۱۳
۲ - ۲ - ۱ - ۳ انواع مدل های - DEA .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ۱۳
۲ - ۲ - ۱ - ۳ - ۱ مدل اصلی - CCR .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ۱۴
۲ - ۲ - ۱ - ۳ - ۲ مدل اصلی - BBC .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ۱۵
۲ - ۲ - ۱ - ۴ تعاریف . - ................................ ................................ ................................ ................................ ۱۵
۲ - ۲ - ۱ - ۵ انواع کارایی . - ....................... ................................ ................................ ................................ ۱۶
۲ - ۲ - ۱ - ۶ برخی از مزایای روش - DEA ................................ ................................ ........................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : ۱۷
۲ - ۲ - ۲ منطق فازی . - .... ................................ ................................ ................................ ................................ ۱۹
۲ - ۲ - ۲ - ۱ مجموعه های فازی . - ............... ................................ ................................ ................................ ۲۱
۲ - ۲ - ۲ - ۲ منطق های ریاضی . - ................. ................................ ................................ ................................ ۲۲
۲ - ۲ - ۲ - ۳ ویژگی های منطق فازی . - ....... ................................ ................................ ................................ ۲۲
۴ ۲ ۲ ۲ منطق فازی چگونه به کار گرفته می شود؟ . - - - - ........... ................................ ................................ ۲۳
۲ - ۲ - ۲ - ۵ دو نوع توجیه برای سیستم های فازی وجود دارد -  .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ۲۳
۲ - ۲ - ۲ - ۶ منطق فازی و کاربرد آن در تصمیم گیری . - .......... ................................ ................................ ۲۴
۲ - ۲ - ۳ الگوریتم ژنتیک . - ........................... ................................ ................................ ................................ ۲۶
۲ - ۲ - ۳ - ۱ کروموزوم . - ........................... ................................ ................................ ................................ ۲۸
۲ - ۲ - ۳ - ۲ جمعیت . - ................................ ................................ ................................ ................................ ۲۹
۲ - ۲ - ۳ - ۳ عملگرهای الگوریتم ژنتیک . - ............................... ................................ ................................ ۲۹
۲ - ۲ - ۳ - ۳ - ۱ کد گذاری . - ................ ................................ ................................ ................................ ۲۹
۲ - ۲ - ۳ - ۳ - ۲ ارزیابی . - ....................... ................................ ................................ ................................ ۲۹
۲ - ۲ - ۳ - ۳ - ۳ ترکیب . - ....................... ................................ ................................ ................................ ۳۰
۲ - ۲ - ۳ - ۳ - ۴ تقاطع . - .......................... ................................ ................................ ................................ ۳۰
۲ - ۲ - ۳ - ۳ - ۵ جهش. . - .......................... ................................ ................................ ................................ ۳۲
۲ - ۲ - ۳ - ۳ - ۶ رمزگشایی . - ................... ................................ ................................ ................................ ۳۲
۲ - ۲ - ۴ الگوریتم ژنتیک رتبه بندی نامغلوب - NSGA-II .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ۳۳
۲ - ۲ - ۴ - ۱ مفهوم غلبه ) - Dominance ................................ ................................ ............................. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ) ۳۶
۲ - ۲ - ۴ - ۲ روش مرتب سازی سریع برای جستجوی افراد غالب. . - ........................... ................................ ۳۷
۲ - ۲ - ۴ - ۳ محاسبه شاخص تراکم افراد در جمعیت . - ............. ................................ ................................ ۳۸
۳ - ۶ - ۲ - ۳ عملگر انتخاب تورنمنت باینری . - ........................ ................................ ................................ ۳۸
۲ - ۲ - ۴ - ۴ پیاده سازی الگوریتم - NSGA-II .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ۳۸
۲ - ۳ تخصیص کاربری اراضی چند هدفه مکانی - MOLA .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ۴۲
۲ - ۳ - ۱ روش تجزیه و تحلیل . - .................... ................................ ................................ ................................ ۴۳
۲ - ۳ - ۲ تهیه پایگاه داده به منظور ارزیابی منطقه مورد مطالعه . - ... ................................ ................................ ۴۳
۲ ۳ - ۳ وزن دهی لایه ها به روش - AHP .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . ۴۳
۲ - ۳ - ۴ - AHP .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ۴۴
۲ - ۳ - ۵ ادغام خطی وزن دار شده ) - Weighted Linear Combination (WLC) ..................... . . . . . . . . . . . ) ۴۴
۲۳ - ۶ ارزیابی رویکرد - WLC .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ۴۵
۳ فصل سوم: منطقه مورد مطالعه، مواد و روش ها - ۴۶
۳ - ۱ سیمای منطقه مورد مطالعه . - ...................... ................................ ................................ ................................ ۴۷
۳ - ۲ چهره کشاورزی شهرستان ورامین . - .......... ................................ ................................ ................................ ۴۹
۳ - ۳ مواد و روشها . - .......... ................................ ................................ ................................ ................................ ۵۰
۳ - ۳ - ۱ داده ها . - .......... ................................ ................................ ................................ ................................ ۵۱
۳ - ۳ - ۱ - ۱ داده های میدانی که از طریق پرسشنامه گردآوری شدند: . - .................. ................................ ۵۱
۳ - ۳ - ۱ - ۲ داده های گردآوری شده از سازمانها و ادارات مربوطه . - ...................... ................................ ۵۳
۳ - ۴ محاسبات آزمایشگاهی . - .......................... ................................ ................................ ................................ ۵۶
۳ - ۵ برآوردنیاز آبی گیاه - KC .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ۵۶
۴ فصل چهار: پیاده سازی و تجزیه و تحلیل نتایج - ۶۵
۴ - ۱ مقدمه . - ..................... ................................ ................................ ................................ ................................ ۶۶
۴ - ۲ تعیین کارایی واحدهای کشت با استفاده از الگوریتم تحلیل پوششی داده های فازی) - FDEA .......... . . . . . ) ۶۶
۴ - ۳ تعریف ورودی ها و خروجی ها . - ............... ................................ ................................ ................................ ۶۸
۴ - ۳ - ۱ ورودی های مدل . - ........................... ................................ ................................ ................................ ۶۹
۴ - ۳ - ۲ خروجی مدل . - ................................ ................................ ................................ ................................ ۶۹
۴ - ۴ تشکیل اعداد فازی . - ................................ ................................ ................................ ................................ ۶۹
۴ - ۵ بهینه سازی تخصیص منابع آب با استفاده از تغییر در ترکیب الگوی کشت از طریق برنامه ریزی خطی - . ۷۵
۴ - ۶ تحلیل حساسیت خروجی مدل بهینه سازی مصرف آب در نرم افزار لینگو . - ............ ................................ ۷۹
۴ - ۷ بهینه سازی سود کل با استفاده از برنامه ریزی خطی در نوم افزار - LINGO .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ۸۱
۴ - ۸ تحلیل حساسیت خروجی مدل بهینه سازی سود محصولات . - .. ................................ ................................ ۸۴
۴ - ۹ بهینه سازی تخصیص منابع آب از طریق الگوریتم ژنتیک -  NSGA-II .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ۸۵
۴ - ۹ - ۱ مولفه های مدل ریاضی . - .................. ................................ ................................ ................................ ۸۵
۴ - ۹ - ۱ - ۱ متغیرهای تصمیم . - .................. ................................ ................................ ................................ ۸۶
۴ - ۹ - ۱ - ۲ توابع هدف . - .......................... ................................ ................................ ................................ ۸۶
۴ - ۹ - ۱ - ۳ محدودیت ها . - ........................ ................................ ................................ ................................ ۸۷
۴ ۱ ۹ ۴ تابع جریمه . - - - - ........................... ................................ ................................ ................................ ۸۸
۴ - ۱۰ نتایج پیاده سازی - II-NSGA .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ۸۹
۴ - ۱۱ تخصیص مکانی الگوی کشت با استفاده از روش بهینه سازی - MOLA .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ۹۲
۴ - ۱۲ تهیه پایگاه داده . - .... ................................ ................................ ................................ ................................ ۹۲
۴ - ۱۳ اجرای - MOLA .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . ۹۳
۵ فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات - ۹۵
۵ - ۱ مقدمه . - ..................... ................................ ................................ ................................ ................................ ۹۶
۵ - ۲ نتیجه گیری . - ............ ................................ ................................ ................................ ................................ ۹۷
۵ - ۳ صادرات غیر مستقیم آب . - ....................... ................................ ................................ ................................ ۹۸
۵ - ۴ پیشنهادات . - .............. ................................ ................................ ................................ ................................ ۹۹
منابع .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ۱۰۰
ABSTRACT .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ۱۰۲

نمایش کامل متن