بهينه‌سازي چندهدفه بهره‌برداري از مخزن سد با درنظرگرفتن رسوب‌زدايي و تامين نياز پايين‌دست به كمك الگوريتم رقابت استعماري

Reservoir Operation Optimization Using Imperialist Competitive Algorithm to Balance Sediment Removal and Water Supply Objectives

بيشتر مطالعات رسوب‌زدايي از مخازن سدها از يك‌‌‌‌‌‌سو، به‌طور مستقل و جداگانه از مسيله بهره‌برداري از مخرن به موضوع مي‌پردازند و از طرف ديگر، مدل‌هاي بهينه‌سازي بهره‌برداري از سدهاي مخزني نيز تاكنون و به‌طور عمده با تاكيد بر اهداف تامين نيازهاي آبي، انرژي، سيلاب و زيست‌محيطي و بدون توجه به مسيله خروج رسوبات ورودي به مخزن توسعه يافته‌اند كه اين مسيله منجر به ناهماهنگي بين تصميم‌هاي مرتبط با رسوب‌زدايي و ساير اهداف بهره‌برداري از مخازن سدها مي‌شود. در اين تحقيق براساس يك ديدگاه نوين تلفيقي، يك مدل بهينه‌سازي بهره‌برداري از مخزن سد ارايه شده است كه در آن هم‌زمان، دو هدف تامين نياز پايين‌دست و خروج رسوبات از مخزن پيگيري مي‌شود. در تدوين تابع هدف خروج رسوبات از مخزن از روش برنامه‌ريزي عمليات فلاشينگ استفاده شده است و مقدار خروجي سالانه رسوبات از مخزن، از اين روش برآورد گرديده است. با وزن دادن به دو تابع هدف تامين نياز و خروج رسوبات، عملكرد مدل بهينه‌سازي در اهميت دادن به دو معيار در سناريوهاي مختلف مورد بررسي قرار گرفته است. براي حل مدل بهينه‌سازي غيرخطي به‌ دست‌آمده، از الگوريتم رقابت استعماري (Imperialist Competitive Algorithm) استفاده شده است. با درنظر گرفتن مطالعه موردي سد سفيدرود، در سناريوهاي مختلف عملكرد مدل بهينه‌سازي بررسي‌ شده است. بر اين اساس و با مقايسه نتايج مدل بهينه‌سازي با نتايج واقعي بهره‌برداري از مخزن سد سفيدرود در يك دوره پنج ساله، راهكارهاي اجرايي مناسب براي عمليات آينده فلاشينگ در مخزن سد مذكور براي دست‌يابي به راندمان رسوب‌زدايي بالاتر و تامين بهتر نيازهاي پايين‌دست ارايه شده است.

In the literature, optimization of reservoir operation has been mostly carried out to achieve certain objectives including water and/or energy supply, flood control, and environmental preservation. These objectives can be less important for the reservoirs with high sedimentation. Sefid-Rud Reservoir in Iran has been facing extreme sedimentation rates in the past. A major challenge in operation of this reservoir has been to create a tradeoff between sediment removal and water supply to downstream users. The lack of modeling tools for balancing sediment removal with water supply objectives has been the main driving force behind this study. In this paper, a new approach is proposed for monthly reservoir operation optimization of Sefid-Rud Reservoir considering water supply and sediment removal objectives concurrently. The model minimizes the total deficit in supplying demands and maximizes the total volume of sediments removed from the reservoir. The sediment outflow is determined debased on Tsinghua university flushing equation. A new evolutionary algorithm “Imperialist Competitive Algorithm (ICA)” is used to solve the resulted nonlinear optimization model. Five scenarios were assessed for depending on the relative weights assigned to each of objectives of sediment removal and water supply. Based on the results obtained, the feasibility of increasing efficiency of flushing operation while supplying downstream water demands was illustrated. Moreover, the significance of the improved system’s operation with higher long-term reliability of supplying downstream water demands and sediment removal, compared to historical operation, was investigated.