شبيه سازي-بهينه سازي چندهدفه براي مديريت كمي-كيفي مخازن سدها با رويكرد برداشت انتخابي و مدل تركيبي

Multi-Objective Simulation-Optimization for Reservoir Quality-Quantity Management based on Selective Withdrawal and Model Fusion

در اين تحقيق، يك مدل چندهدفه شبيه سازي-بهينه سازي با رويكرد برداشت انتخابي از مخزن سد، با درنظر گرفتن سناريوهاي مختلف آب رهاسازي شده از 4 دريچه مخزن و تكنيك مدل تركيبي (Model Fusion) تدوين گرديده است. براي تخمين كيفيت آب رهاسازي شده ، مدل NSGA-II، مدل CE-QUAL-W2 و مدل تركيبي، توسعه داده شده است. به منظور توليد رهاسازي هاي ممكن از دريچه هاي سد و اجراي مكرر مدل شبيه سازي، دو كد در MATLAB® به صورت جداگانه تدوين شده است. تابع هدف هاي مهم در اين تحقيق، حداقل كردن اختلاف بين آب رهاسازي شده از مخزن و تقاضاهاي گروداران مختلف و حداكثر كردن شاخص كيفيت آب ايران (IRWQISC) و حجم مخزن سد مي باشند. برمبناي اين متدولوژي، پس از شبيه -سازي با مدل CE-QUAL-W2 و كاليبراسيون آن، داده هاي ورودي و خروجي مدل شبيه سازي به صورت مجموعه داده هاي ورودي-خروجي ذخيره شده است و سه مدل MLP، GRNN و RBF كه به عنوان مدل هاي هوش مصنوعي منفرد مورد استفاده قرار گرفته اند، آموزش و صحت سنجي مي-گردند. براي تركيب مدل هاي مذكور نيز از روش وزن دهي رتبه بندي شده استفاده شده است كه در آن، براي تعيين وزن مدل ها از روش Orness استفاده گرديده است. پس از تدوين مدل تركيبي و اتصال آن به مدل NSGA-II، توابع اهداف گروداران مختلف تعيين مي شوند. براي به دست آوردن نقطه مناسب بر روي منحني تعامل از تئوري نش و روش هاي مختلف قوانين گزينش اجتماعي استفاده شده است. در انتها، با استفاده از مدل چانه زني بازگشتي بهترين راه حل برداشت انتخابي از مخزن سد انتخاب گرديده است.

Water quantity and quality criteria in the reservoirs operation is one of the most important issues in the water resources management. In this paper, a multi-objective simulationoptimization model is developed for reservoir selective withdrawal considering different releases scenarios from 4 reservoir outlets of dam, model fusion technique, NSGA-II multi-objective optimization model and calibrated CE-QUALW2 simulation model. To generate possible reservoir releases as well as automatic running of calibrated CE-QUAL-W2 model for different possible scenarios, two individual codes are developed in MATLAB® software. The three main objective functions of this study were minimizing difference between allocated water from the reservoir to agricultural sector and its demands, maximizing Iran Water Quality Index (IRWQISC) of reservoir and the reservoir storage. Based on this methodology, the input-output data sets of automatic running of CE-QUAL-W2 simulation model for all of the scenarios were saved and utilized for training and validating the MLP (Multi-Layer Perceptron), GRNN (Generated Regression Neural Network) and RBF (Radial Basic Function) individual Meta models. The Ordered Weighted Average was utilized to fuse the individual Meta models in order to determine the model’s weighting based on Orness method. Then, the fusion model was linked to NSGA-II multi-objective optimization model to determine the Pareto optimal solutions between the objectives of the different stakeholders. For obtaining an appropriate solution considering different involved stakeholders on the Pareto front, Nash-Harsaniy bargaining theory and different social choice rules method were utilized. At the end, the fallback bargaining theory was used to choose the best compromise solution between stakeholders in the reservoir’s selective withdrawal. The results showed that Nash-Harsanyi bargaining theory, Condorect choice and Borda social rules were most efficient models to find the compromise solutions on the Pareto front between the objectives of the involved main stakeholders.