كاربرد الگوريتم SA در واسنجي روش تجربي كاهش سطح در توزيع رسوبات در مخزن سدها (مطالعه موردي: سد كرج)

Application of simulated annealing algorithm in calibration of area reduction method in sediment distribution of dams reservoir(Case Study: Karaj Dam)

روش كاهش سطح (Area reduction method) يكي از رايج‌ترين روش‌هاي تجربي تعيين توزيع رسوبات در مخازن سدها مي‌باشد. در اين روش مخازن به 4 نوع تقسيم‌بندي شده كه براي هر يك از آن‌ها پارامترهاي c، m و n ارايه شده است. با واسنجي روش براي يك مخزن براساس اين پارامترها مي‌توان دقت آن را افزايش داد. در اين پژوهش براساس الگوريتم شبيه‌سازي آنيلينگ (Simulated Annealing) و روش تجربي كاهش سطح دو برنامه كامپيوتري به زبان فرترن تهيه شد. سپس با تركيب اين دو برنامه يك مدل شبيه‌سازي- بهينه‌سازي به‌دست آمد كه توانايي تعيين پارامترهاي بهينه روش تجربي كاهش سطح را دارد. با استفاده از اين مدل، پارامترهاي بهينه روش تجربي كاهش سطح به‌صورتي تعيين مي‌شوند كه كمترين اختلاف بين حجم برآوردي و واقعي وجود داشته باشد. مدل تهيه شده براي سد مخزني كرج با سه دوره اطلاعات اندازه‌گيري شده سطح- حجم- ارتفاع مورد استفاده قرار گرفت. با استفاده از دو دوره اول اطلاعات واقعي، پارامترهاي بهينه روش تجربي كاهش سطح به‌دست آمد و نحوه كارايي الگوريتم SA در تعيين بهينه سراسري با روش مجانب صحت‌سنجي شد. مقادير بهينه c، m و n به‌ترتيب 052/0، 836/0 و 234/14 به‌دست آمد. به‌منظور نشان دادن قابليت پارامترهاي بهينه در افزايش دقت پيش‌بيني، توزيع رسوب در دوره سوم اطلاعات واقعي با پارامترهاي معمول و بهينه محاسبه و نتايج آن‌ها با مقادير واقعي مقايسه گرديد. نتايج نشان داد، استفاده از پارامترهاي بهينه، مقدار خطا در پيش‌بيني توزيع رسوب را به‌ميزان قابل‌ملاحظه‌اي كاهش مي‌دهد. اختلاف بين حجم برآوردي و واقعي مخزن سد كرج در حالت استفاده از پارامترهاي بهينه در دوره‌هاي واسنجي و صحت‌سنجي به‌ترتيب 54 و 20 درصد نسبت به پارامترهاي معمول كاهش مي‌يابد. پس از تعيين پارامترهاي بهينه، توزيع رسوب در مخزن اين سد براساس اين پارامترها براي سال‌هاي آينده پيش‌بيني شده است.

Area reduction method is one of the most common empirical methods to determine sediment distribution in dam reservoirs. In this method reservoirs were classified into four types that for each of them the parameters c, m and n are presented. Calibration of method for a reservoir based on these parameters can increase its accuracy. In this research, two computer programs in FORTRAN language were prepared based on SA optimization algorithms and area reduction empirical method. Then, a simulation-optimization model was obtained by combination of two mentioned programs with ability to determine optimal parameters of area reduction method. Using this model, optimal parameters of area reduction method is determined so that the least difference exists between computational and actual volume. Prepared model was used for Karaj Dam with three periods of actual area-volume-height information. Using actual data from two first periods, optimal empirical area reduction parameters were obtained and capability of SA algorithm determining the global optimal was tested by asymptotic method. The optimal values of c, m and n were obtained 0.052, 0.836 and 14.234 respectively. In order to indicate the ability of optimal parameters to increase accuracy of prediction, sediment distribution in the third period of the actual data was calculated with typical and optimal parameters and the results were compared with actual values. Results showed that using optimal parameters decrease the amount of error in the prediction of sediment distribution, significantly. Difference between estimated and actual volume of Karaj dam using optimal parameters in calibration and verification periods are 54% and 20% lower than the typical parameters respectively. Finally sediment distribution of reservoir was predicted for next years based on optimal parameters.