شماره ركورد
30790
پديد آورنده
الهام توحيدي فر
عنوان
طراحي چارچوب مبتني بر وب در قالب ارتباط مدل عامل بنيان و مدل هيدرولوژيكي - كشاورزي در مديريت حوضه آبريز
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي عمران- مهندسي آب - مديريت منابع آب
سال تحصيل
1399
تاريخ دفاع
1402/7/12
استاد راهنما
مطهره سعادت پور
دانشكده
مهندسي عمران
چكيده
مديريت منابع آب براي تقاضاي روز افزون انرژي و غذا در حين حفظ محيط زيست، چالش بزرگ عصر ما است، به ويژه وقتي با سيستم پيچيده طبيعي - انساني روبرو هستيم كه در معرض منابع مختلف عدم قطعيت قرار دارد. امروزه تقريباً همه حوضههاي بزرگ جهان را ميتوان به عنوان يك سيستم طبيعي - انساني در نظر گرفت كه فعاليتهاي ناهمگن انسان بر چرخه هيدرولوژيكي طبيعي تأثير ميگذارد و بالعكس. مدلسازي و شبيهسازي مبتني بر عامل يك رويكرد جديد براي مدلسازي سيستمهاي متشكل از عوامل مستقل و متقابل است. هدف اين تحقيق گنجاندن رفتارها و تصميمهاي انساني تحت عدم قطعيت هاي محيطي و انساني است كه در قالب يك مدل شبيه سازي _ بهينه سازي تصادفي تعريف گرديده است. در تعريف معادلات و روابط حاكم بر مساله، نحوه شكلگيري و تغيير رفتار كشاورزان براي تعيين ميزان سود جمعي سيستم و الگوي كشت منطقه، در شرايط مختلف ريسك پذيري كشاورزان، تكنيكهاي آبياري ها، جنس خاك لحاظ گرديده است. رويكرد پيشنهادي شبيهسازي-بهينهسازي غيرقطعي توسعه يافته اين تحقيق در قالب يك مدل منعطف تحت وب، با هدف بالابردن سطح همكاري عاملين و افزايش آگاهي ايشان از تصميم هاي منابع آبي خود و سايرين، تهيه و مورد آزمون در مورد مطالعه حوضه آبريز مارون-جراحي قرار گرفت. فرآيندهاي تصميمگيري انساني در قالب يك مدل عامل بنيان با استفاده از يك مدل بهينه سازي تصادفي تشريح و در محيط پايتون پياده سازي گرديده است. اين مدل بهينه سازي داراي يك تابع هدفي غير قطعي جهت تعيين حداكثري سود ناخالص اقتصادي عاملين و چندين محدوديت رياضي است. عدم قطعيت محيطي و انساني در قالب بارش و نرخ تغييرات قيمت محصولات در اين مطالعه لحاظ گرديدهاند. عدم قطعيت محيطي در محيط برنامهنويسي متلب در قالب اثرگذاري بر بارش و رواناب سطحي و تعريف سناريوهاي متعدد سري زماني آبدهي رودخانههاي مارون و جراحي در مدل WEAP اعمال و مبتني بر نتايج شبيهسازي، ميزان آب در دسترس عاملين مختلف از آن استخراج گرديد. نرخ تغييرات تغييرات قيمت محصولات با تعيين يك تابع توزيع احتمالاتي و توليد نمونه هايي از آن، در تابع هدف مدل بهينهسازي اعمال گرديد. عملكرد محصولات و ميزان حجم آب مصرفي هر گياه، با حل معادله ديناميك رطوبت خاك براي انواع خاك هاي منطقه و لحاظ كردن آبياري هاي سنتي و مدرن و استراتژي هاي آبياري استاندارد و كم آبياري، محاسبه ميشوند. براي حل اين مسئله از رويكرد حل تصادفي سناريو استفاده مي شود و نحوه ارزيابي تابع هدف تصادفي روش Expected gain confident limit است، كه شامل مقايسه ميانگين و واريانس سناريو ها ضمن لحاظ نمودن پارامتر ريسك پذيري λ است. با استفاده از فناوريهاي وب، طراحي يك برنامه مبتني بر وب از مدلهاي محيطي _ انساني به يك روند مناسب براي پرداختن به مسائل مربوط به دادهها و قابليت دسترسي مدل و قابليت همكاري خدمات تبديل گرديد. چارچوب پيشنهادي اين تحقيق در حوضه مارون-جراحي مورد آزمون قرار گرفته است. بر اساس نتايج اين مدل پيش بيني مي كند كه كشاورزان با نگرش ريسك پذيري بالا (λ 0) خواهد داشت. در آبياري مدرن تحت تنش كم آبياري براي يك عامل با نگرش ريسك پذير، نسبت به عامل خنثي 23% و براي عامل ريسك گريز 53% درصد سود بيشتري به دنبال داشته است. همچنين در ساير انواع و استراتژي هاي آبياري ميزان سود عامل ريسك پذير به عامل خنثي و ريسك گريز به طور متوسط برابر با 17% و 30% بوده است. در كل سيستم مشاهده مي شود كه سيستم تمايل بيشتري نسبت به استراتژي كم آبياري دارد. در سناريو آزاد گذاشتن عوامل براي تعيين ميزان حداقل و حداكثر سطح زيركشت به هر يك از محصولات، عاملين ريسك پذير اقدام به تغيير در الگوي كشت خود و در نتيجه آن افزايش سود داشته اند و كشاورزان ريسك گريز ترجيح به داشتن الگوي كشت يكنواخت تر براي كاهش ميزان ريسك هاي موجود كرده اند و نتيجهي آن عدم تغيير و يا كاهش سود سيستم بوده است.
تاريخ ورود اطلاعات
1403/02/11
عنوان به انگليسي
Design of Web-Based framework of coupled Agent-Based model and Hydro-Agronomic model for management in watershed scale
تاريخ بهره برداري
10/3/2024 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
الهام توحيدي فر
چكيده به لاتين
Managing water resources to meet the growing demands for energy and food while preserving the environment, is a significant challenge of our time, especially when dealing with the complex natural-human system exposed to various uncertainties in resources. Nowadays, almost all major watersheds worldwide can be considered as a natural-human system where heterogeneous human activities impact and are impacted by the natural hydrological cycle. Agent-based modeling and simulation offer a novel approach to model systems consisting of independent and interacting agents. The goal of this research is to examine human decisions under environmental and human uncertainties by defining a simulation-optimization model, understanding how farmers' behavior patterns and crop cultivation change affect the collective profit of the system and the regional cropping pattern under different risk levels and irrigation strategies. Furthermore, this model is made available as a flexible web-based tool to enhance user collaboration and increase user awareness of their water resource decisions. Human decision-making processes in the agent-based model are outlined and implemented using a stochastic optimization model in the Python environment. This optimization model has a non-deterministic objective function for maximizing the economic gross profit of agents and several constraints, which depend on multiple input parameters. These parameters include:1) Environmental uncertainty - precipitation: A precipitation-runoff regression model is considered in the model to account for this parameter, simulating runoff scenarios for the Maroun and Jirahi rivers. This uncertainty is incorporated into a calibrated WEAP (Water evaluation And Planning) water resource simulation model to estimate available water resources for farmers, and the model is automated in the MATLAB environment), 2) Human uncertainty - crop price growth rates: A probability distribution function is determined, and samples from it are incorporated into the objective function. And 3) Crop performance and water consumption: Soil moisture dynamic equations for the region's suitable soil types for crop cultivation, considering traditional and industrial irrigation practices as well as standard and deficit irrigation strategies, are solved to calculate these parameters. The problem is solved using a stochastic scenario-based approach, and the Expected Gain Confidence Limit method is used to evaluate the stochastic objective function, which involves comparing the means and variances of two scenarios and the risk parameter (λ). From a practical standpoint, many environmental-human models have been developed for surface waters but are often inaccessible to non-developer users. By utilizing web technologies, designing a web-based application from environmental-human models transforms into a user-friendly process, enhancing data handling capabilities, model accessibility and service collaboration. The proposed framework of this study was tested in the Maroun-Jirahi watershed. Based on the results of this model, it predicts that farmers with a high risk-taking attitude (λ 0). Will have. In modern irrigation, under the stress of low irrigation, for an agent with a risk-taking attitude, 23% more profit was obtained than for a neutral agent and 53% for a risk-averse agent. Also, in other types and strategies of irrigation, the amount of profit of the risk-taking agent to the neutral and risk-averse agent was on average equal to 17% and 30%. In the whole system, it can be seen that the system is more inclined towards the low irrigation strategy. In the scenario of leaving the agents free to determine the minimum and maximum area under cultivation for each product, the risk-taking agents changed their cultivation pattern and as a result increased profits, and the risk-averse farmers preferred to have a more uniform cultivation pattern to reduce the amount of existing risks and the result was no change or a decrease in the profit of the system.
كليدواژه هاي فارسي
الگوريتم PSO , حوضه مارون – جراحي , مدلهاي تحت وب , مدل تصادفي شبيه سازي_ بهينه سازي , مدل عامل بنيان
كليدواژه هاي لاتين
PSO algorithm , Maron-Jarrahy basin , web models , simulation-optimization stochastic model , Agent base model
Author
Elham Tohidifar
SuperVisor
dr. Motahare Saadatpoor