الگوريتم مورچگان پيوسته در بهينه‌سازي بهره‌برداري از سيستم‌هاي چند مخزني،مطالعه موردي: مخازن حوزه كرخه

Application of Ant-Colony-Based Algorithms to Multi-Reservoir Water Resources Problems

هدف از اين تحقيق، مدل‌سازي بهره‌برداري از سيستم‌هاي پيچيده چندمخزني به‌روش الگوريتم جامعه مورچگان ACOR و مقايسه آن با الگوريتم ژنتيك GA به‌عنوان يكي از قوي‌ترين الگوريتم‌هاي مطرح در اين زمينه بود. در اين راستا، از الگوريتم‌هاي GA و ACOR براي تعيين ميزان بهره‌برداري بهينه درازمدت در يك سيستم سه مخزني واقع در حوزه آبريز كرخه استفاده شد. سيستم مورد نظر در اين تحقيق يك سيستم چندمخزني خاص بود. به اين مفهوم كه علاوه بر بهينه نمودن ميزان خروجي از هر مخزن، لازم بود تخصيص بهينه بين چهار منطقه كشاورزي به‌منظور تامين نياز آبياري به‌طور همزمان انجام شده و نيازهاي زيست‌محيطي نيز در هر بازه رعايت گردد. از الگورتيم مورچگان تعداد محدودي كاربرد در زمينه منابع آب يافت مي‌شود، اما از كاربرد ACOR موردي به‌چشم نمي‌خورد. لذا برعكس روش GA كارايي روشهاي مبتني بر جامعه مورچگان در حل مسايل منابع آب در حد مناسب ارزيابي نشده است. در اين تحقيق ACOR به‌عنوان جديدترين روش از الگوريتم‌هاي جامعه مورچگان مورد بررسي و ارزيابي قرار گرفت. سپس، عملكرد اين الگوريتم با GA مقايسه ‌شد. نتايج اين بررسي نشان ‌داد كه الگوريتم ACOR با افزايش تعداد متغيرهاي تصميم، علاوه بر افزايش زمان محاسبات، با كاهش ميزان بهينگي مواجه خواهد شد و بدون ايجاد تمهيداتي، ACOR از حل مسايل پيچيده منابع آب ناتوان خواهد بود. براي غلبه بر بخشي از اين مشكل، تكنيك‌هاي خاصي معرفي شد و در الگوريتم ACOR استفاده گرديد. اين تكنيك‌ها قادراند زمان محاسبات را به‌صورت قابل توجهي كاهش داده و نتايج را به‌طور محسوسي بهبود بخشند.

In this paper, the continuous Ant Colony Optimization Algorithm (ACOR) is used to investigate the optimum operation of complex multi-reservoir systems. The results are compared with those of the well-known Genetic Algorithm (GA). For this purpose, GA and ACOR are used to solve the long-term operation of a three-reservoir system in Karkheh Basin, southwestern Iran. The solution must determine monthly releases from the three reservoirs and their optimum allocations among the four agricultural demand areas. Meanwhile, a minimum discharge must be maintained within the river reaches for environmental concerns. Review of past research shows that only a few applications of Ant Colony have been generally made in water resources system problems; however, up to the time of initiating this paper, we found no other application of the ACOR in this area. Therefore, unlike GA, application of Ant-Colony-based algorithms in water resources systems has not been thoroughly evaluated and deserves serious study. In this paper, the ACOR is stuided as the most recent Ant-Colony-based algorithm and its application in a multi-reservoir system is evaluated. The results indicate that with when the number of decision variables increases, a longer computational time is required and the optimum solutions found are inferior. Therefore, the ACOR would be unable to solve complex water resources problems unless some modifications are considered. To overcome a part of these drawbacks, a number of techniques are introduced in this paper that considerably improve the quality of the method by decreasing the required computation time and by enhancing optimum solutions found.