مقایسه کارآیی الگوریتم های فرا ابتکاری گرگ خاکستری و رقابت استعماری در حوزه تخصیص بهینه آب در شبکه آبیاری و زهکشی (مطالعه موردی: شبکه صوفی چای)

سابقه و هدف: کمبود منابع آب یکی از مهمترین مساله­ ها در قرن بیست و یکم می ­باشد که جوامع بشری با آن روبرو هستند. رشد جمعیت، فعالیت­ های تولیدی صنعتی و کشاورزی، توسعه سریع شهرنشینی و تغییرهای شدید شرایط آب و هوایی، تاثیر زیادی بر منابع آب محدود و محیط زیست در حوضه ­های رودخانه ­ها به ­همراه داشته است. تخصیص منطقی و بهینه منبع­ های آب در بین مصرف­ کنندگان، نیازمند اندازه­ گیری موثر منابع آب و مدیریت یکپارچه آن جهت برقراری عدالت انسانی و محیط زیستی می ­باشد. بهینه­ سازی تخصیص منبع­ های آب یک مساله تصمیم ­گیری بسیار پیچیده در چندین سطح، مرحله، موضوع، هدف و ارتباطات غیر خطی می ­باشد. با پیچیده ­تر شدن مساله­ های مربوط به تخصیص منبع­ های آب، الگوریتم­ های حل آن نیز به ­تدریج بهبود یافته و استفاده از الگوریتم­ های فراکاوشی هوشمند در بهینه ­سازی تخصیص منبع­ های آب از برنامه ­ریزی سنتی ریاضی، پیشی گرفته ­اند. با این حال، اثربخشی الگوریتم ­های بهینه ­سازی متعارف از دیدگاه ­های مختلف ایده ­آل نیست، و مواردی همچون همگرایی، سرعت محاسبه، حساسیت اولیه، و غیره، به ­دلیل پیچیدگی و چند هدف بودن بهینه ­سازی تخصیص منبع­ های آب، نیازمند مطالعات بیشتری برای بهبود کارایی الگوریتم، و به ­دست آوردن راه حل مطلوب کلی، می­ باشد. مواد و روش ­ها: الگوریتم گرگ خاکستری از سلسله مراتب رهبری و ساز وکار شکار گرگ ­های خاکستری در طبیعت تقلید می­ نماید. در این الگوریتم از چهار نوع گرگ خاکستری شامل آلفا، بتا، دلتا و امگا برای شبیه سازی سلسله مراتب رهبری استفاده شده است. همچنین الگوریتم رقابت استعماری، نیز با تعدادی جمعیت اولیه تصادفی که هر کدام از آن­ها یک "کشور" نامیده می شوند، آغاز می ­گردد. تعدادی از بهترین عنصرهای جمعیت (معادل نخبه ها در الگوریتم ژنتیک) به­ عنوان امپریالیست انتخاب می شوند. باقی­مانده جمعیت نیز به­ عنوان مستعمره، در نظر گرفته می شوند. استعمارگران بسته به قدرتشان، این مستعمرات را با یک روند خاص، به سمت خود می کشند. در این تحقیق از الگوریتم­ های گرگ خاکستری و رقابت استعماری برای بهینه ­سازی مقادیر منبع­ های آب در طی سال­ های زراعی ۹۲ - ۱۳۸۰ در مورد شبکه آبیاری و زهکشی صوفی­ چای و سد علویان برای رسیدن به بهینه ­ترین سیاست استفاده شد. سد علویان در استان آذربایجان ­شرقی در سه کیلومتری شمال شهر مراغه و در نزدیکی روستای علویان، روی رودخانه صوفی چای احداث شده است، و آب آشامیدنی شهرستان­ های مراغه، میاندوآب، بناب، عجب­شیر و ملکان را تامین می ­نماید. نتایج و بحث: نتایج حاصل از اجرای الگوریتم گرگ خاکستری، در مقایسه با الگوریتم رقابت استعماری بسیار نزدیک به مقدار اندازه گیری شده مقدار آب تخصیص یافته می باشد و این مساله بیانگر هم­گرایی، کارآیی و راندمان بالای الگوریتم گرگ خاکستری در سیستم­ های منبع ­های آب می ­باشد. بر این اساس مقادیر معیارهای ارزیابی، در همه منطقه­ های چهارگانه مقادیر RMSE الگوریتم گرگ خاکستری نسبت به الگوریتم رقابت استعماری ۴۴% کمتر بوده و مقادیر ضریب نش - ساتکلیف نیز ۶۴% بالاتر می ­باشد. نتیجه گیری: نتایج این تحقیق نشان داد که الگوریتم گرگ خاکستری سرعت مناسبی در یافتن جواب بهینه دارد، به ­عبارت دیگر نرخ هم­گرایی بالایی دارد و می ­تواند بهینه سراسری را در یک مساله بهینه ­سازی پیدا نماید. در تحقیق حاضر نتایج حاصل از اجرا و بکارگیری الگوریتم گرگ خاکستری با الگوریتم رقابت استعماری مقایسه گردید. نتایج نشان داد که در مورد مساله تخصیص آب در بهره برداری تلفیقی از منبع­ های آب سطحی و زیرزمینی، الگوریتم گرگ خاکستری نتایج بهتر و قابل قبول­تری بیان می ­نماید. 

کلیدواژه ها:

منبع های آب ، بهینه سازی ، الگوریتم گرگ خاکستری ، الگوریتم رقابت استعماری