Hydraulic performances optimisation of center pivot irrigation System

Abstract

Résumé : L'optimisation de l'uniformité d'irrigation étudiée est une procédure modélisée qui améliore simultanément la quantité et la qualité des produits agricoles par l’amélioration de la performance de système basé sur la distribution d'eau appropriée à travers les buses le long de système d'irrigation à pivot central. La capacité à optimiser avec succès l'uniformité dépend fortement de divers facteurs tels que les conditions de fonctionnement, les paramètres hydrauliques et les spécifications du système. En conséquence, il existe un besoin pour l'amélioration de la performance des systèmes à pivot central, et les résultats obtenus sont prometteurs pour l'application réussie de la méthodologie fournie. L'objectif immédiat de ce projet de recherche est d'améliorer la performance hydraulique du système à pivot central afin qu'un modèle développé soit fourni. L'optimisation est basée sur la modélisation de distribution d'eau et le calcul du coefficient d'uniformité de Heermann et Hein de trois système d'irrigation à mini-pivot central existants de 60 m, 50 m et 46 m de longueur. Un algorithme génétique a été utilisé pour maximiser le coefficient d'uniformité sous le système à pivot central lorsque les paramètres de conception ont été bien entrés et combinés avec la formule ajustée de Heermann et Hein, pour déterminer les tailles et les espaces optimaux des buses qui affectent l'efficacité du système, et ainsi permettre l'amélioration de l'uniformité de l'irrigation. L'un des objectifs est d'utiliser des comparaisons entre les valeurs des coefficients d'uniformité de Heermann et Hein obtenues par le modèle proposé et les valeurs obtenues expérimentalement pour valider la performance de modèle proposé. Les résultats de cette étude montrent que le modèle proposé a le potentiel d'augmenter les valeurs des coefficients d'uniformité de Heermann et Hein de plus de 17 % et 19 % en fonction de l'optimisation des dimensions et des diamètres, respectivement. En utilisant des équipements plus fiable et en introduisant des modèles de traitement des données pour prédire les variables climatiques à l'aide de distributions de probabilités, cette étude contribuera grandement aux recherches futures sur des sujets similaires. ABSTRACT Optimization of irrigation uniformity studied is a modeled procedure that improves the quantity and quality of agricultural products simultaneously by enhancing the system’s performance based on delivering appropriate water through the nozzles along with the center-pivot irrigation system. The ability to successfully optimize uniformity is highly dependent on various factors such as operating conditions, hydraulic parameters, and system specifications. Accordingly, there is a need for improved center-pivot systems performance, and the obtained results hold promise for the successful application of the provided methodology. The immediate objective of this research project is to improve the hydraulic performance of the center-pivot system so that a developed model should be provided. The optimization is based on the water distribution modeling, and Heermann and Hein uniformity coefficient calculation of three existing Mini-Center Pivot Systems 60 m, 50 m, and 46 m in length. A genetic algorithm has been used to maximize the uniformity coefficient under the center-pivot system when the design parameters were input and combined with the adjusted formula of Heermann and Hein, to determine the optimum sizes and spaces of nozzles that affect the efficiency of the system, and thus enable the enhancement of irrigation uniformity. One objective is to use comparisons between the Heermann and Hein uniformity coefficient values obtained by the proposed model, and experimentally validate the proposed model's performance. The results of this study show that the proposed model has the potential to increase the values of Heermann and Hein uniformity coefficients by more than 17% and 19% depending on the optimization of the dimensions and diameters, respectively. In using more reliable equipment and inducting models of data treatment for predicting climatic variables using probability distributions, this study will contribute greatly to future research on similar topics. الملخص: تحسين انتظام الري المدروس هو إجراء نموذجي يعمل على تحسين كمية ونوعية المنتجات الزراعية في وقت واحد من خلال تحسين أداء النظام بناءً على توفير كمية مياه مناسبة عبر الفوهات على طول نظام الري المحوري المركزي. تعتمد القدرة على تحسين التوحيد بنجاح إلى حد كبير على عوامل مختلفة مثل متطلبات التشغيل والمعلمات الهيدروليكية ومواصفات النظام. وبالتالي، هناك حاجة إلى تحسين أداء الأنظمة المحورية، والنتائج التي تم الحصول عليها تبشر بالتطبيق الناجح للمنهجية المقدمة. الهدف المباشر لهذا المشروع البحثي هو تحسين الأداء الهيدروليكي لنظام الري المحوري بحيث ينتج عن ذلك توفير نموذج مطور. يعتمد التحسين على نمذجة توزيع المياه، وحساب معامل التوحيد لهيرمان وهاين لثلاث أنظمة محورية صغيرة موجودة بطول 60 مترًا و50 مترًا و46 مترًا. تم استخدام الخوارزمية الجينية لتعظيم معامل الانتظام لأنظمة الري بالمحور المركزي وإدخال معلمات التصميم ودمجها مع الصيغة المعدلة لمعادلة هيرمان وهاين، لتحديد الأقطار والابعاد المثلى للفوهات التي تؤثر على كفاءة النظام، وبالتالي تمكين تعزيز تجانس الري. من بين الاهداف المهمة للدراسة هو استخدام المقارنات بين قيم معامل الانتظام لهيرمان وهاين التي تم الحصول عليها بواسطة النموذج المقترح والقيم المحصل عليها تجريبيا للتحقق من صحة أداء النموذج المقدم. أظهرت نتائج هذه الدراسة أن النموذج المقترح لديه القدرة على زيادة قيم معامل الانتظام لهيرمان وهاين بأكثر من 17٪ و19٪ اعتمادا على تحسين الابعاد والاقطار على التوالي. باستخدام معدات أكثر موثوقية وادراج نماذج لمعالجة البيانات للتنبؤ بالمتغيرات المناخية باستخدام التوزيعات الاحتمالية، ستساهم هذه الدراسة بشكل كبير في البحث المستقبلي حول مواضيع مماثلة.