كليدواژه :
بهينه‌سازي , منحني فرمان سد , سد چغاخور , الگوريتم PSO , پويايي سيستم
چكيده فارسي :
سابقه و هدف: افزايش تقاضاي آب و منابع آب محدود در ﻣﻨﺎﻃﻖﺧﺸﻚ و ﻧﻴﻤﻪ خشك، مديريت و برنامه ريزي جهت استفاده بهينه از منابع آب را ضروري و لازم ساخته است. از سوي ديگر منابع آب سطحي در ايران سهم عمده‌اي در تأمين نياز آبي بخش‌هاي مختلف شرب، كشاورزي و صنعت دارد. در همين راستا، مديران جهت برنامه‌ريزي منابع آب به خصوص مخازن سد‌ها، نياز به اتخاذ سياست‌هاي بهينه دارند. از اﯾﻦ رو ﺗﻼش ﻫﺎي زﯾﺎدي ﺑﻪ ﻣﻨﻈﻮر ﺗﻮﺳﻌﻪ ﻣﺪل ﻫﺎي ﮐﺎﻣﭙﯿﻮﺗﺮي در ﺑﺨﺶ ﻣﺬﮐﻮر ﺻﻮرت ﮔﺮﻓﺘﻪ اﺳﺖ. ﯾﮑﯽ از روش ﻫﺎي ﺑﺴﯿﺎر ﻣﻮﺛﺮ ﺑﺮاي ﺑﺮرﺳﯽ وﺿﻌﯿﺖ ﺳﯿﺴﺘﻢ ﻫﺎ، روش ﭘﻮﯾﺎﯾﯽ ﺳﯿﺴﺘﻢ ﻣﯽ ﺑﺎﺷﺪ ﮐﻪ ﯾﮑﯽ از روﺷﻬﺎي ﻗﺪرﺗﻤﻨﺪ و ﺑﺼﺮي ﺷﺒﯿﻪﺳﺎزي اﺳﺖ. مدل هايي كه با اين روش نوشته مي شوند ﺑﺎ ﺑﯿﻨﺶ ﻓﺮآﯾﻨﺪﻫﺎي ﺑﺎزﺧﻮرد، ﮐﺎرﺑﺮان ﺳﯿﺴﺘﻢ را ﺑﻪ ﻓﻬﻢ ﺑﻬﺘﺮي از رﻓﺘﺎر دﯾﻨﺎﻣﯿﮑﯽ ﺳﯿﺴﺘﻢ ﻫﺎ در ﻃﻮل زﻣﺎن ﻧﺎﯾﻞ ﻣﯽ ﺳﺎزﻧﺪ. اما Vensim يك ابزار مدل سازي بصري است كه اين امكان را مي دهد تا بتوان مدل هاي سيستم هاي پويا را مفهوم سازي، شبيه سازي، تجزيه و تحليل و بهينه سازي كرد. لذا در اين تحقيق به منظور بهينه سازي منحني فرمان عملكرد سد چغاخور از روش هاي پويايي سيستم و الگوريتم بهينه سازي مبتني بر هوش تجمعي استفاده شد. در نهايت دقت عملكرد اين روش ها مورد ارزيابي قرار گرفت. مواد و روش‌ها: منطقه مورد مطالعه در نزديكي شهر بروجن واقع گرديده است. سد چغاخور خاكي بوده و آب آن عمدتاً از طريق نزولات جوى و چشمه‌ها تامين مي شود. در اين تحقيق نتايج با داده هاي ماهانه جمع آوري شده در يك دوره 10 ساله (1393-1383) از سد چغاخور مقايسه مي شوند. روابط بين جريان ورودي، حجم ذخيره مخزن و ميزان رهاسازي هر دوره تعيين و با استفاده از روش پويايي سيستم در محيط VENSIM و با استفاده از روش فراكاوشي pso در محيط MATLAB تعريف شدند. تابع هدف و محدوديت ها براي هر دو مدل يكسان مي باشد.
يافته‌ها: نتايج نشان داد مقدار ضريب تعيين كه بيانگر همبستگي بين داده هاي شبيه سازي شده توسط روش پويايي سيستم و داده هاي مشاهده اي مي باشد در حجم مخزن برابر 0/995 و براي ميزان رهاسازي مخزن سد برابر با 0/991 مي‌باشد. پس از بهينه سازي، اختلاف بين نياز پايين دست و مقادير رهاسازي شده كاهش يافت و باعث كاهش هدر رفت آب شد. ميزان اين اختلاف براي روش پويايي سيستم برابر با 11/78 ميليون‌متر مكعب و براي روش PSO برابر با 18/82 ميليون متر‌مكعب بود. اين در حالي است كه در شرايط واقعي اين اختلاف برابر با 68/25 ميليون متر‌مكعب بوده است.
نتيجه‌گيري: در مجموع نتايج نشان داد كه مدل پويايي سيتم نسبت به الگوريتم PSO از دقت بيشتري در بهينه سازي منحني فرمان سد برخوردار است.
چكيده لاتين :
Background and objectives: Increasing water demands and limited water resources in arid and semiarid regions have required management and planning to optimal use of the water resources. On the other hand, the surface water resources providing a major portion of water supply for drinking, agriculture and industrial sectors. For this porpuse, managers need to adopt optimal policies for planning water resources use, especially reservoirs of dams. Therefore, many attempts have been made to develop computer models to perform such simulations. One of the most effective methods to evaluate complex systems is system dynamics. This approach is a feedback-based and object-oriented approach. Any dynamic system is characterized by interdependence, mutual interaction, information feedback, and circular causality. However, Vensim is a visual modeling tool that allows you to conceptualize, simulate, analyze, and optimize models of dynamic systems. Vensim model provides a simple and flexible way of building simulation models from causal loop or stock and flow diagrams. So, in this research, system dynamics and particle swarm optimization algorithm were used to optimize the rule curve of Choghakhor Dam. Finally, the accuracy of the methods was evaluated.
Materials and Methods: The study area is located near Borujen city. the Choghakhor dam is a earth fill dam and its water is mainly supplied through precipitation and springs. In this study, the results are compared with monthly data collected over ten years period (2004-2014) in the Choghakhor Dam. The relations between the inflow, the volume of reservoir storage and the rate of release of each period were determined and they were defined by using system dynamics approach in VENSIM model and using pso algorithm in MATLAB model. the objective function and all of the limitations are the same for both of the models.
Results: The results showed that The coefficient of determination (r2) which is a measure of the degree of correlation between the system dynamics simulation and the observation data was 0.995 for the reservoir volume and 0.991 for the release rate. After optimization the difference between the requirements and the release rates decreased and reduced the waste of water. The difference was 11.78 MCM for system dynamics approach and 18.82 MCM for PSO algorithm. While in observation, The difference was 25.68 MCM.
Conclusion: In general, the results showed that the system dynamics model is more accurate than the pso algorithm in optimisation of the reservoir operation by rule curve adjust in Choghakhor dam.
