بررسی عملکرد سامانۀ کنترل خودکار غیرمتمرکز در بهره برداری کانال اصلی آبیاری تحت نوسان های جریان ورودی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پردیس ابوریحان دانشگاه تهران

2 پژوهشگر فرادکتری، موسسه IIHR، دانشگاه آیوا، آمریکا

3 کارشناسی ارشد سازه های آبی، استاد مدعو گروه مهندسی عمران دانشگاه آزاداسلامی واحد بابل

4 کارشناس ارشد سازه های هیدرولیکی، شرکت آب منطقه ای اصفهان، ایران

چکیده

بومی ­سازی و پیاده­ سازی فناوری­ های نوین مدیریت بهره ­برداری شبکه ­های آبیاری، به­ منظور بهبود بهره ­وری آب کشاورزی، بیشتر از همیشه احساس می­ شود. این مطالعه با هدف بررسی توانایی سامانۀ غیرمتمرکز کنترل خودکار رقوم سطح آب در کانال اصلی آبیاری در بهره­ برداری کانال اصلی آبیاری تحت نوسان­ های جریان ورودی به اجرا درآمد. سامانۀ کنترل خودکار تناسبی- انتگرالی طراحی شده در این تحقیق روی مدل ریاضی کانال­ اصلی شاخۀ شمالی شبکۀ آبیاری رودشت آزمایش شد که با مشکل اساسی نوسان­ های جریان ورودی رو­به ­روست. به ­منظور تعیین توانایی­ های این سامانۀ کنترل طراحی شده، دو سناریوی بهره­ برداری شامل نوسان­ های ورودی غیرقابل پیش ­بینی نرمال و شدید در نظر گرفته شد. ارزیابی وضعیت بهره ­برداری نشان می­ دهد که تحت نوسان­ های نرمال جریان ورودی به کانال اصلی، کنترلگر تناسبی- انتگرالی تقریباً در تمام بازه ­های کانال اصلی عملکرد مطلوبی در تنظیم سطح آب داشته به ­طوری­که حداکثر شاخص ­های ارزیابی خطای مطلق و خطای تجمعی به ­­ترتیب برابر 11/3 و 7/5 درصد در بازه 23 به ­­دست آمده است. اما در نوسان­ های شدید، کنترلگر تنها قادر به کنترل وضعیت جریان در نیمۀ بالادستی کانال اصلی بوده و نیمۀ پایین ­دست بازه ­های کانال اصلی قادر به آبگیری نبوده است. بر اساس نتایج این تحقیق، سامانه ­های کنترل خودکار غیرمتمرکز در شرایط نرمال نوسان­ های ورودی بهره­ برداری مطلوبی ایجاد می­ کنند در حالی­ که در شرایط نوسان­ های شدید جریان ورودی لازم است از سامانه­ های هوشمندتری برای تأمین بهره­ برداری مطلوب استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Performance Assessment of Decentralized Automatic Control System for Applying in Operation of a Main Irrigation Canal under Inflow Fluctuations

نویسندگان [English]

  • Seyed Mehdi Hashemi 1
  • Alireaza Firoozfar 2
  • Sonia Sadeghi 3
  • Esmaeil Adib-Majd 4
2 Post doctoral Researcher, IIHR, University of Iowa, USA
چکیده [English]

Improving agricultural water productivity is one of the important objectives in irrigation canal networks. Accordingly, localizing and implementation of the modern operational technologies is essential. In order to deal with operation of main irrigation canal under inflow fluctuations, in the present study, the application of decentralized automatic control system, as the first step towards the canal automation is investigated. The Inflow fluctuations happen due to water scarcity in those irrigation networks located in the southern part of the watersheds.  To this end, a decentralized PI Controller is designed to be applied for operation of mathematical model of the of Roodasht main irrigation canal. The deigned controller was tested by two normal and harsh unpredictable inflow fluctuation scenarios. The results of the simulation are evaluated by the operational performance evolution indices. The results indicate that the canal operational condition under the normal inflow fluctuations is reasonably controlled by the designed PI system. But in the case of harsh inflow fluctuations, the PI controller is not capable to handle the condition and the middle and downstream canal reaches are suffering from inappropriate water taking. Therefore it can be concluded that, application of the modern centralized controller would be recommended as a reliable options for operation of the main canal.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Control System
  • drought
  • Inflow fluctuations
  • Operation
  • Proportional-Integral Controller

Burt, C. M. 2013. The irrigation sector shift from construction to modernization: what is required for success?. Irrig. Drain. 62(3): 247-254.

 

Clemmens, A. and Replogle, J. 1989. Control of irrigation canal networks. J. Irrig. Drain. E-ASCE. 115(1): 96-110.

 

Cunge, J. A. 1969. On the subject of a flood propagation computation method (Musklngum method). J. Hydraul. Res. 7(2): 205-30.

 

Gómez, M., Rodellar, J. and Mantecón, J. A. 2002. Predictive control method for decentralized operation of irrigation canals. Appl. Math. Model. 26(11): 1039-56.

 

Hashemi, M., Monem, M. J., Maestre, J. M. and van Overloop, P. 2013.Application of an in-line storage strategy to improve the operational performance of main irrigation canals using model predictive control. J. Irrig. Drain. E-ASCE. 139(8): 635-644.

 

Kreyszig, E. 1999. Advanced Engineering Mathematics. 8th Ed. John Wiley & Sons, Inc. USA.

 

Miltenburg, I. J. 2008. Determination of canal characteristics with experimental modeling. M. Sc. Thesis. Faculty of Civil Engineering and Geoscience. Delft University of Technology. The Netherlands.

 

Molden, D. and Gates, T. 1990. Performance measures for evaluation of irrigation‐water‐delivery systems. J. Irrig. Drain. E-ASCE. 116, 804-823.

 

Schuurmans, J. 1997. Control of water levels in open-channels. Ph. D. Thesis. Delft University of Technology. The Netherlands.

 

van Overloop, P. J., Schuurmans, J., Brouwer, R. and Burt, C. M. 2005. Multiple-model optimization of proportional integral controllers on canals. J. Irrig. Drain. E-ASCE. 131, 190-196.

 

van Overloop, P. J., Maestre, J. M., Hashemy, S. M., Sadowska, A. D., Davids, J. C. and Camacho, E. F. 2014. Human in the loop control of Dez main canal. Proceedings of the Planning, Operation and Automation of Irrigation Delivery Systems. U. S. Committee on Irrigation and Drainage. Phoenix, Arizona, USA.

 

Xu, M., van Overloop, P. J. and van de Giesen, N. C. 2011. On the study of control effectiveness and computational efficiency of reduced Saint-Venant model in model predictive control of open channel flow. Adv. Water Resour. 34 (2): 282 - 90.