مقایسه کارایی الگوریتم‌های فرا ‌ابتکاری ژنتیک و انبوه ذرات برای تخصیص بهینه آب به زمین‌های کشاورزی در شرایط محدودیت آب

با توجه به این که بخش کشاورزی بیشترین مصرف کننده‌ی آب است، اتخاذ روش مناسب و توسعه مدلی برای تخصیص بهینه آب به محصولات کشاورزی یکی از مهم‌ترین گام‌ها در جهت مدیریت منابع آب است. هدف اصلی این مقاله تخصیص بهینه آب به محصولات کشاورزی در شرایط محدودیت آبی و با استفاده از الگوریتم‌های فرا ابتکاری ژنتیک و انبوه ذرات و مقایسه کارایی آن‌ها است. روش انجام تحقیق بدین‌صورت است که ابتدا داده‌های لازم توسط توابع و تحلیل‌های مکانی سیستم اطلاعات مکانی (GIS) تهیه و آماده‌سازی می‌شوند. سپس آورد منابع آبی استخراج می‌گردد و میزان آب موردنیاز هرکدام از محصولات کشاورزی محاسبه می‌شود. سپس بر اساس مساحت و عملکرد محصول هر زمین و درآمد حاصله از هر محصول، تابع هدف محاسبه و با استفاده از الگوریتم‌های ژنتیک و انبوه ذرات آورد منابع آب به زمین‌های کشاورزی تخصیص داده می‌شود. این تخصیص به‌گونه‌ای است که سود اقتصادی حاصل از محصولات تمام زمین‌ها حداکثر شود. نتایج تحقیقات نشان می‌دهد که سود حاصل از تخصیص با الگوریتم انبوه ذرات، 106938976 ریال بیشتر از الگوریتم ژنتیک است. همچنین نتایج تست همگرایی الگوریتم‌ها، حاکی از سرعت همگرایی بسیار بالاتر انبوه ذرات است. نتایج تست تکرارپذیری الگوریتم‌ها نیز، ثبات بالاتر الگوریتم انبوه ذرات را نمایان می‌کند (واریانس جواب‌های نرمال شده الگوریتم ژنتیک در 10 اجرا 151/0 و الگوریتم انبوه ذرات 104/0 است). با توجه به نتایج ارزیابی زمان اجرای الگوریتم‌ها در دو حالت تعریف شرط توقف (تعداد اجرا و رسیدن به دقتی خاص)، الگوریتم انبوه ذرات در هر دو حالت زمان اجرای کمتری (به میزان به ترتیب 320 و 272 ثانیه) دارد. درمجموع الگوریتم انبوه ذرات در تمام جنبه‌های بررسی‌شده برتری قابل‌توجهی نسبت به الگوریتم ژنتیک دارد. تنها مسئله در اجرای این الگوریتم، تخصیص ندادن هیچ آبی به برخی از زمین‌ها است. درواقع با توجه به این موضوع، به نظر می‌رسد که در مواقع کمبود آب برای رسیدن به سود اقتصادی بیشتر، بهتر است به‌جای کم‌آبیاری، برخی از زمین‌ها خشک شوند.