توسعه مدل شبيه‌ساز-بهينه‌ساز دو هدفه براي طراحي بهينه ابعاد هندسي و شيب سرريز پلكاني سد سياه‌بيشه بالا با استفاده از الگوريتم NSGA-II

Development a Two-objective Simulation - Optimization Model for Optimal Design of Geometric Dimensions and Slope of the Stepped Spillway of Upstream Siah-Bisheh Dam Using NSGA-II Algorithm

به منظور عبور ايمن جريان سيلاب از بالادست به پايين دست سدها از سازه سرريز استفاده مي شود. در بين انواع سرريز، در سرريزهاي پلكاني جريان حين عبور از روي سازه نيز مستهلك مي گردد. اين امر موجب كاهش هزينه تاسيسات مستهلك كننده انرژي در پايين دست آن مانند حوضچه آرامش خواهد شد. علاوه بر استهلاك انرژي، عامل تاثيرگذار ديگر در طراحي سرريز پلكاني كه در تحقيقات انجام شده كمتر بدان پرداخته شده است، حجم و هزينه سرريز پلكاني مي باشد. بهترين حالت طراحي سرريز پلكاني آنست كه انرژي باقيمانده حداقل و حجم و هزينه اجراي سرريز نيز حداقل گردد. بنابراين طراحي سرريزهاي پلكاني يك مساله بهينه سازي چندهدفه است. در تحقيق حاضر از يك مدل شبيه ساز-بهينه ساز دوهدفه مبتني بر الگوريتم NSGA-II به منظور رسيدن به كمترين انرژي باقي مانده در پنجه سرريز و حصول كمترين حجم سرريز استفاده شد. نتايج حاصله بيانگر آن بود كه با افزايش ارتفاع نسبي پله هاي سرريز، مقدار انرژي باقيمانده در پنجه سرريز ابتدا افزايش و بعد از رسيدن به يك نقطه اوج، كاهش مي يابد تا به يك مقدار ثابت برسد. از منظر حجم و هزينه سرريز نيز، با افزايش ارتفاع نسبي پله هاي سرريز، حجم آن بصورت تابع خطي افزايش و با افزايش زاويه سرريز حجم آن كاهش مي يابد. نتايج بهينه سازي چند هدفه نشان داد كه در طرحي فعلي سرريز سد سياه بيشه بالا، هم معيار انرژي باقيمانده و هم معيار هزينه و حجم سرريز به خوبي لحاظ گرديده اند. بطوري كه 83/7 درصد انرژي جريان عبوري از روي سرريز مستهلك مي شود.

For safe pass of flood flow from upstream to downstream of dams, the spillways are used. Among the various spillways, in stepped spillways, the flow is dissipated when passing through the structure. This will reduce the cost of downstream energy-dissipaters structures such as stilling basin. In addition to energy dissipation, the volume and cost of stepped spillways can affect its design. The best design of the stepped spillway is that the remaining energy and the volume and cost of the spillway will be minimized. Therefore, the stepped spillway design is a multi-objective optimization problem. In the present study, a two-objective simulation-optimization model based on the NSGA-II algorithm was used to minimize the possible remaining energy and spillway volume. The results showed with increasing the relative height of spillway stairs, the amount of remaining energy is increased initially and after reaching a peak point, it would be reduced to a constant value. From the perspective of volume and cost of spillway, by increasing the relative height of the spillway stairs, its volume is increased linearly and by increasing the spillway angle, its volume decreased. The results of multi-objective optimization model showed that in the current plan of Siah-Bisheh Dam spillway, the remaining energy and the volume of spillway criteria were considered well. So that 83.7 percent of the flow energy is dissipated.