تدوین مدل برنامه‌ریزی چند‌هدفه فازی به منظور طرح‌ریزی الگوی کشت

 

فهرست مطالب

عنوان                                                                                      صفحه

 

فصل اول: مقدمه …………………………………………………………………………….2

1-1- اهداف پژوهش …………………………………………………………………………………………………………….3

1-2- مروری کلی بر پژوهش ……………………………………………………………………………………………… 3

فصل دوم: پیشینه پژوهشی ……………………………………………………………6

2-1-عدم قطعیت در استفاده از منابع آب …………………………………………………………………………. 6

2-2-بهینه‌سازی الگوی کشت و تخصیص آب …………………………………………………………………… 8

2-3-کم‌آبیاری ………………………………………………………………………………………………………………….. 16

2-4-اصول نظریه بازی‌ها …………………………………………………………………………………………………. 21

فصل سوم: روش انجام پژوهش………………………………………………………27

3-1-اصول نظری پژوهش ………………………………………………………………………………………………… 27

3-1-1- تدوین مدلی ساده در شبیه‌سازی تعیین عمق آبیاری…………………………………………28

3-1-1-1- اصول منطق فازی و مدل قاعده-بنیاد فازی……………………………………………………30

3-1-2- مدل بهینه‌سازی تخصیص آّب و کم‌آبیاری ……………………………………………………….. 35

3-1-2-1-تدوین مدل تخمین تبخیروتعرق واقعی …………………………………………………………..38

3-1-2-2-تعمیم اصل ریاضی به مدل …………………………………………………………………………….38

3-1-3-مدل چندهدفه خطی فازی بهینه‌سازی الگوی کشت ………………………………………… 39

3-1-3-1-برش‌های آلفای فازی برای مجموعه‌های فازی ………………………………………………. 43

3-2-3-2-تبدیل یک کمیت فازی به یک کمیت قطعی ………………………………………………….44

3-1-3-3-روش بهینه‌سازی چندهدفه فازی …………………………………………………………………….45

عنوان                                                                                      صفحه

3-1-4-مدل بازی همکارانه ……………………………………………………………………………………………….47

3-2-معرفی منطقه مورد مطالعه ………………………………………………………………………………………..52

3-2-1-موقعیت و مشخصات عمومی استان و شبکه آبیاری سد درودزن……………………….. 52

3-2-2-داده‌ها و اطلاعات مربوط به الگوی کشت …………………………………………………………….55

3-2-2-1- سطح زیر کشت کانال‌های درجه سه آبخور کانال اردیبهشت ………………………..55

3-2-2-2-گیاهان کشت شده و حداکثر عملکرد هر یک از آن‌ها ……………………………………56

3-2-2-3-تعیین نیاز آبی گیاهان الگوی کشت ………………………………………………………………. 57

3-2-2-4- حساسیت گیاهان مختلف به کم‌آبی………………………………………………………………..59

3-2-2-5- عمق مؤثر ریشه………………………………………………………………………………………………..60

3-2-3-داده‌های فیزیک آب خاک ……………………………………………………………………………………60

3-2-3-1-رطوبت اولیه خاک ………………………………………………………………………………………….. 60

3-2-3-2-راندمان آبیاری ………………………………………………………………………………………………….60

3-2-3-3- تخصیص اولیه براساس حقابه…………………………………………………………………………..61

3-2-4-اطلاعات مربوط به قیمت محصولات و هزینه‌های الگوی کشت …………………………..62

3-1-4-1-قیمت فروش محصولات کشاورزی …………………………………………………………………. 62

3-1-4-2-هزینه تولید محصولات کشاورزی ……………………………………………………………………..63

3-1-4-3-قیمت و ارزش آب …………………………………………………………………………………………… 65

3-2-5-عدم‌قطعیت در داده‌ها و اطلاعات……………………………………………………………………………66

3-2-6- داده‌ها و اطلاعات مورد استفاده در مدل بازی همکارانه………………………………………70

فصل چهارم: نتایج……………………………………………………………………… 74

4-1-تعیین عمق آبیاری و برنامه‌ریزی آبی هر گیاه در الگوی کشت ……………………………….74

4-2-بررسی کم‌آبیاری در بهینه‌سازی الگوی کشت ………………………………………………………… 79

4-3-تعیین الگوی کشت بهینه و تعیین آب تخصیص داده شده به هر کشت ………………. 80

عنوان                                                                                      صفحه

4-4-مدل فازی بهینه‌سازی الگوی کشت و تخصیص آب بر مبنای تئوری بازی‌های همکارانه……………………………………………………………………………………………………………………………………..85

فصل پنجم: نتیجه‌گیری و پیشنهادها ………………………………………….. 92

پیوست‌ها …………………………………………………………………………………… 94

منابع ………………………………………………………………………………………….106

چکیده و صفحه عنوان به انگلیسی

 

 

 

 

 

فهرست شکل‌ها

عنوان                                                                                      صفحه

 

شکل 1-3- تأثیر متغیرهای ورودی بر مقدار خروجی در تعیین مقدار ظرفیت رطوبت خاک..34

شکل 2-3- تأثیر متغیرهای ورودی بر مقدار خروجی در تعیین مقدار راندمان کاربرد  ………..35

شکل3-3- مراحل کار و فرآیند‌های مؤثر در هر مرحله   در تدوین مدل بهینه‌سازی الگوی کشت………………………………………………………………………………………………………………………………………….36

شکل 4-3- روش مرکز سطح در تبدیل کمیت فازی به یک کمیت قطعی……………………………44

شکل 5-3- ساختار مدل پیشنهادی و مراحل مختلف استفاده از مدل بازی همکارانه…………..51

شکل6-3- موقعیت کانال‌ اردیبهشت و کانال‌های درجه سه و چهار پایین‌دست آن………………55

شکل 7-3-نوسانات قيمت فروش يك كيلوگرم از برخی از محصولات کشاورزی (برگرفته از سایت مرکز آمار ایران) ……………………………………………………………………………………………………………..62

شکل 8-3- چگونگی و ترتیب لحاظ کردن عدم‌قطعیت‌ها در قسمت‌های مختلف مدل…………68

شکل 9-3- موقعیت منطقه مورد مطالعه و جزییات کانال اردیبهشت و کانال‌های پایین‌دست آن در هر بخش(بازیکن)……………………………………………………………………………………………………………72

شکل 1-4- مقادیر ظرفیت رطوبتی خاک در دهه‌های مختلف کشت گیاه گندم در دو روش فازی و معمولی………………………………………………………………………………………………………………………….75

شکل 2-4-حجم آب آبیاری تعیین شده براساس دو روش استنتاج فازی و روش معمولی……75

شکل 3-4-مقادیر عمق آبیاری در دهه‌های مختلف پس از کشت گیاه گندم با استفاده از دو روش فازی و معمولی در یک هکتار………………………………………………………………………………………….76

شکل 4-4-مقادیر عمق آبیاری در دهه‌های مختلف پس از کشت گیاه جو با استفاده از دو روش فازی و معمولی در یک هکتار………………………………………………………………………………………….76

شکل 5-4-مقادیر عمق آبیاری در دهه‌های مختلف پس از کشت گیاه چقندرقند با استفاده از دو روش فازی و معمولی در یک هکتار…………………………………………………………………………………77

عنوان                                                                                      صفحه

شکل 6-4-مقادیر عمق آبیاری در دهه‌های مختلف پس از کشت گیاه ذرت دانه‌ای با استفاده از دو روش فازی و معمولی در یک هکتار…………………………………………………………………..77

شکل 7-4-مقادیر عمق آبیاری در دهه‌های مختلف پس از کشت گیاه ذرت علوفه‌ای با استفاده از دو روش فازی و معمولی در یک هکتار…………………………………………………………………..78

شکل 8-4-مقادیر عمق آبیاری در دهه‌های مختلف پس از کشت گیاه برنج با استفاده از دو روش فازی و معمولی در یک هکتار………………………………………………………………………………………..78

شکل 9-4-بررسی اثر سطوح مختلف کم آبیاری بر تابع هدف حداکثر کردن سود خالص در سطح مزرعه از یک بهره‌بردار نماینده هفت هکتاری………………………………………………………………..80

شکل 10-4-سطح زیرکشت گیاهان براساس اهداف مختلف و چندهدفه در بهینه‌سازی الگوی کشت براساس روش فازی در سطح منطقه مورد مطالعه…………………………………………………………83

شکل 11-4-مقدار آب تخصیص داده شده به هر گیاه در الگوی کشت بهینه حاصل از حل چندهدفه فازی در هر هکتار……………………………………………………………………………………………………..83

شکل 12-4-سطح زیر کشت گیاهان براساس مدل‌های چندهدفه فازی و معمولی بهینه‌سازی الگوی کشت در سطح منطقه مورد مطالعه………………………………………………………………………………84

شکل 13-4- مقایسه مقادیر حقابه و آب تخصیص داده شده به هر بخش در ائتلاف اصلی…..90

شکل 14-4- سطح زیرکشت گیاهان مختلف در الگوی کشت در ائتلاف اصلی……………………..90

 

 

 

فهرست جدول‌ها

 

عنوان                                                                                      صفحه

جدول1-3-تشکل‌های آببران پایین‌دست شبکه آبیاری و زهکشی کانال اردیبهشت………………54

جدول2-3- سطح زیر کشت هر کانال درجه سه پایین‌دست کانال اردیبهشت……………………..56

جدول3-3- حداکثر محصول تولیدی در شرایط بدون تنش آبی برای هر محصول………………..56

جدول 4-3- بازه زمانی کشت و دوره‌های رشد گیاهان موجود در الگوی کشت براساس دوره‌های ده‌روزه در منطقه مورد مطالعه………………………………………………………………………………….58

جدول5-3-حداکثر مقدار کاهش آب مصرفی نسبت به آبیاری کامل……………………………………..59

جدول 6-3-ضرایب حساسیت گیاهان مختلف به کم‌آبی………………………………………………………..59

جدول 7-3- قيمت خريد تضميني يك كيلوگرم از محصولات كشاورزي……………………………….63

جدول 8-3-متوسط هزينه توليد يک هکتار محصولات کشاورزي به تفکيک مراحل مختلف کشت (10 ریال)……………………………………………………………………………………………………………………….64

جدول 9-3-اطلاعات و پارامترهای مورد استفاده در مدل‌های غیرقطعی کشت محصولات مختلف……………………………………………………………………………………………………………………………………….69

جدول 10-3- مشخصات هر بخش تحت پوشش کانال اردیبهشت…………………………………………70

جدول 11-3- مقادیر ضرایب و پارامترهای مختلف مدل بهینه‌سازی الگوی کشت و تخصیص آب (مدل بازی همکارانه)…………………………………………………………………………………………………………..71

جدول 1-4-جواب‌های حاصل از حل توابع هدف در روش‌های مختلف………………………………….84

جدول 2-4-مقادیر بدست آمده سطوح زیر کشت براساس روش‌های مختلف………………………..85

جدول 3-4- سود تمام بازیکنان و ائتلاف‌های ممکن در مدل قطعی و فازی…………………………89

جدول 4-4- سود نهایی تخصیص داده شده  به هر بخش (بازیکن)…………………………………….. 89

 

 

 

 

فهرست پیوست‌ها

پیوست یک- مدل چند هدفه خطی فازی بهینه‌سازی الگوی کشت

پیوست دو- مدل بازی همکارانه