Loading...

Optimal Utilization of Natural Resources in Crop Planning (Case Study: Miandoab Plain)

Farahmand, Hamid | 2016

1225 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 48100 (09)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Civil Engineering
  6. Advisor(s): Tajrishy, Masoud
  7. Abstract:
  8. Most of the surface and ground water resources are allocated to agriculture in Iran. Even though lots of water is used in this field, the level of crop production is not satisfactory due to mismanagement. Besides, environmental issues caused by surface and ground water overuse has brought the crucial situation into the governers’ attention. Over the past two decades, Lake Urmia water basin has encountered lots of environmental issues such as decrease in lake water surface. Any effort to improve water reources consumption can be very helpful to lake restoration process. Miandoab plain known as one of the main sub basins of Lake Urmia provides the lake with more than half of its surface water resources. Nearly 540 million cubic meters of both surface and ground water is used for agricultural purposes in this plain. This dissertation is mainly focused on allocation of farm area and water resources to crops in order to maximize the income and minimize the irrigation water need. As a result, not only economical status of the local farmers improves, but also a substantial volume of water is stored to help the lake restoration program. It is essential to simulate crop production to be able to design irrigation program. Using crop production function, crop production and irrigation need was estimated for differnet planting dates and levels of deficit irrigation. Results of crop production simulation act as the input parameters for the optimization algorithm. Due to the paradoxical behavior of the two objective functions (maximization of income and minimization of water need), it is impossible to reach both functions simultaneously. As a result, instead of a unique optimum answer, a group of optimum answers are computed. Due to its precision and ease of use in MATLAB, multi objective genetic algorithm, a common method of optimization, was used in this study. Results confirmed the possibility of decreasing water need and increase of agricultural income. The best environmental solution showed a decrease of 60 % in water need while the income increased by about 30 %. Implementation difficulties prevent water decision makers to choose the best scenario (including irrigation date set, planting date change, deficit irrigation and crop pattern change) as a practical decision. Yet, decrease in water consumption due to more use of rainfall water caused by changing planting date, undesirability of planting alfalfa, sugar beet, and maize, and the desirability of planting winter wheat and tomato are useful hints to decision makers to choose their future policies
  9. Keywords:
  10. Optimum Allocation ; Production Function ; Genetic Algorithm ; Income ; Crop Planning ; Miandoab Plain ; Deficit Irrigation

 Digital Object List

 Bookmark

  • 1. فصل اول: پیشگفتار
    • 1-1 مقدمه
    • 1-2 اهداف تحقیق
    • 1-3 مراحل انجام تحقیق
    • 1-4 دامنه و فرضیات تحقیق
    • 1-5 نرم‌افزارهای مورداستفاده
    • 1-6 مروری بر مطالب فصل‌ها
  • 2. فصل دوم: مرور بر ادبیات
  • 3. فصل سوم: معرفی منطقه
    • 3-1 اطلاعات هواشناسی
    • 3-2 وضعیت منابع آب سطحی
      • 3-2-1 رودخانه زرینه‌رود
      • 3-2-2 رودخانه سیمینه‌رود
    • 3-3 سد بوکان
    • 3-4 خاک‌شناسی
    • 3-5 کاربری اراضی
    • 3-6 تولیدات کشاورزی
    • 3-7 منبع تأمین آب کشاورزی دشت میاندوآب
      • 3-7-1 شبکه آبیاری زرینه‌رود
      • 3-7-2 حفر چاه و استخراج آب زیرزمینی
    • 3-8 هزینه تولید و قیمت فروش محصولات زراعی
  • 4. فصل چهارم: ابزار مدل‌سازی
    • 4-1 بیلان آب در خاک محیط ریشه‌ی گیاه و شبیه‌سازی رفتار گیاه برای تولید محصول
      • 4-1-1 نرم‌افزار شبیه‌ساز CROPWAT
      • 4-1-2 نرم‌افزار شبیه‌ساز CropSyst
      • 4-1-3 نرم‌افزار AquaCrop
      • 4-1-4 مدل پیشنهادی (دستی)
        • 4- 1- 4- 1 تبخیر و تعرق مبنا (,-₀.)
        • 4- 1- 4- 2 تبخیر و تعرق پتانسیل (ETc)
        • 4- 1- 4- 3 ظرفیت نگهداری آب در خاک
        • 4- 1- 4- 4 نقطه‌ی پژمردگی
        • 4- 1- 4- 5 کل آب در دسترس
        • 4- 1- 4- 6 ضریب کمبود
        • 4- 1- 4- 7 ضریب کمبود بحرانی
        • 4- 1- 4- 8 تخمین تبخیر و تعرق واقعی
        • 4- 1- 4- 9 تخمین میزان تولید محصول گیاه
        • 4- 1- 4- 10 مدل رشد ریشه‌ی گیاه
        • 4- 1- 4- 11 بارش مؤثر
        • 4- 1- 4- 12 ساخت مدل پیشنهادی (دستی)
        • 4- 1- 4- 13 علت صرف نظر کردن از آب بالا آمده از سطح آب زیرزمینی در اثر خاصیت موئینگی
    • 4-2 بهینه‌سازی اختصاص منابع آب و سطح زمین به محصولات کشاورزی
    • 4-3 الگوریتم بهینه‌سازی
      • 4-3-1 تعریف 1:
      • 4-3-2 تعریف 2:
      • 4-3-3 تعریف 3:
      • 4-3-4 تعریف 4 (غلبه‌ی Pareto ):
      • 4-3-5 تعریف 5 (بهینگیPareto ):
      • 4-3-6 تعریف 6 (مرز و دامنه‌ای که مغلوب نمی‌شوند ):
      • 4-3-7 تعریف 7:
      • 4-3-8 الگوریتم ژنتیک
        • 4- 3- 8- 1 مکانیزم الگوریتم ژنتیک
        • 4- 3- 8- 2 جمعیت
        • 4- 3- 8- 3 عملگر انتخاب
        • 4- 3- 8- 4 ترکیب
        • 4- 3- 8- 5 جهش
      • 4-3-9 الگوریتم ژنتیک در نرم‌افزار MATLAB
        • 4- 3- 9- 1 توابع هدف
        • 4- 3- 9- 2 توابع قیود
          •  بیشترین مساحت زمین زراعت
          •  کمترین مساحت زمین زراعت
          •  کاهش در حجم مصرف فعلی آب
          •  محدود کردن میزان کاهش تولید
          •  مساحت زمین‌های کشت چغندرقند
    • 4-4 تصمیم‌گیری درباره‌ی اطلاعاتی که موجود نبود
  • 5. فصل پنجم: نتایج
    • 5-1 محاسبه‌ی هفت پارامتر برای هر گیاه (طول چهار بخش دوره‌ی رشد و سه ضریب تبخیر و تعرق برای کل دوره‌ی رشد گیاه)
    • 5-2 محاسبه‌ی تبخیر و تعرق مبنا
    • 5-3 نحوه عملکرد مدل شبیه‌ساز رفتار گیاه
    • 5-4 محاسبه‌ی میزان آب موردنیاز هر گیاه
      • 5-4-1 میزان تولید گیاه در حالت تأمین 100 درصد نیاز آبی گیاه
      • 5-4-2 میزان تولید گیاه در حالت تأمین 75 درصد از نیاز آبی گیاه
      • 5-4-3 میزان تولید گیاه در حالت تأمین 50 درصد از نیاز آبی گیاه
    • 5-5 وضعیت درآمد و آب آبیاری در یک هکتار از محصولات زراعی
    • 5-6 تعیین کمترین سطح موردنیاز گیاه برای ارضای قید عدم کاهش تولید گیاه بیش از 25 درصد
    • 5-7 تنظیم تاریخ و میزان آبیاری
    • 5-8 پارامترهای منتخب الگوریتم ژنتیک
    • 5-9 بررسی نتایج سناریوهای موردنظر
      • 5-9-1 بررسی صحت نتایج حاصل از الگوریتم ژنتیک
      • 5-9-2 سناریو اول: تغییر تاریخ کشت بدون اعمال کم آبیاری و بدون تغییر سطح کشت
      • 5-9-3 سناریو دوم: اعمال کم آبیاری بدون تغییر تاریخ کشت و بدون تغییر سطح کشت
      • 5-9-4 سناریو سوم: تغییر سطح کشت بدون تغییر تاریخ کشت و بدون اعمال کم آبیاری
      • 5-9-5 سناریو چهارم: اعمال توأمان تغییر سطح کشت و کم آبیاری بدون تغییر تاریخ کشت
      • 5-9-6 سناریو پنجم: تغییر تاریخ کشت، تغییر سطح کشت و اعمال کم آبیاری
  • 6. فصل ششم: جمع‌بندی نتایج و ارائه پیشنهادات
    • 6-1 مقدمه
      • 6-1-1 سناریو اول: تغییر تاریخ کشت بدون اعمال کم آبیاری و بدون تغییر سطح کشت
      • 6-1-2 سناریو دوم: اعمال کم آبیاری بدون تغییر تاریخ کشت و بدون تغییر سطح کشت
      • 6-1-3 سناریو سوم: تغییر سطح کشت بدون تغییر تاریخ کشت و بدون اعمال کم آبیاری
      • 6-1-4 سناریو چهارم: اعمال توأمان تغییر سطح کشت و کم آبیاری بدون تغییر تاریخ کشت
      • 6-1-5 سناریو پنجم: تغییر تاریخ کشت، تغییر سطح کشت و اعمال کم آبیاری
    • 6-2 پیشنهادات برای ادامه انجام مطالعات پایان‌نامه
  • 7. مراجع
...see more