بهره‌برداري بهينه از سيستم مخازن با استفاده از دو الگوريتم چرخه آب (WCA) و جستجوي گرانشي(GSA) (مطالعه موردي: حوضه آبريز گرگان‌رود)

Optimal Operation of a Multi-Reservoir System Using Water CycleAlgorithm (WCA) and Gravitational Search Algorithm (GSA) (Case study: GorganroodBasin)

يكي از مسايل مهم بهينه‌سازي در زمينه مديريت منابع آب، مسيله بهره‌برداري بهينه از مخازن سدها است. در اين پژوهش از الگوريتم فرا ابتكاري چرخه آب (WCA) براي يافتن استراتژي‌هاي تخصيص بهينه منابع آب در سيستم دو مخزنه سدهاي گلستان و وشمگير واقع در حوضه آبريز گرگان‌رود (شمال ايران)، براي يك دوره پنج ساله (از سال آبي 87-86 تا 91-90) استفاده شده است. پس از اطمينان از درستي عملكرد الگوريتمWCA با استفاده از چندين تابع محك استاندارد، مدلي براي بهره‌برداري بهينه از سيستم مخازن حوضه آبريز گرگان‌رود توسعه داده شد. تابع هدف در سيستم مورد مطالعه به‌صورت كمينه-سازي كل كمبود در طول دوره آماري تعريف شده است. براي بررسي عملكرد الگوريتم‌هاي مورد بررسي در بهره‌برداري بهينه از سيستم مخازن، از شاخص‌هاي عملكرد قابليت اعتماد زماني، حجمي و آسيب‌پذيري استفاده شده است. همچنين نتايج حاصل از الگوريتم مورد بررسي با نتايج الگوريتم جستجوي گرانشي(GSA) و روش سياست بهره‌برداري استاندارد (SOP) مقايسه شده است. روش هاي WCA، GSA و SOP به ترتيب قادر به تامين 73/97، 26/85 و 78/76 درصد از نياز كل پايين‌دست سد گلستان و تامين 06/97، 31/89 و 29/68 درصد از نياز كل پايين دست سد وشمگير بودند. نتايج به‌دست‌آمده حاكي از عملكرد بالاي الگوريتم WCA در مقايسه با ديگر روش‌هاي مورد بررسي در بهره‌برداري بهينه از سيستم مخازن است.

One of the most important problems in water resources management is the optimal operation of reservoirs. In this research, a metaheuristic algorithm called Water Cycle Algorithm (WCA), has been developed in MATLAB software, with the purpose of optimal allocation strategies of a multi-reservoir system (Golestan and Voshmgir dams) located at Gorganrood Basin (North of Iran), for a five year period (from 2007-2008 to 2011-2012). Firstly, the performance of the developed model was investigated through several standard test functions. Next, the developed model is applied for monthly operation of Gorganrood multi-reservoir system. The objective function was defined as the “minimization of the total deficit for the study period”. In order to investigate the performance evaluation of the developed model, two criteria of reliability (temporal and volume) and vulnerability have been used. The results of the developed model were compared with Gravitational Search Algorithm (GSA) and standard operation policy (SOP).The WCA,GSA and SOP models were capable to supply 97.73, 85.26 and 76.78 percent of Golestan dam water demand, respectively. For the Voshmgir dam, the mentioned methods could supply 97.06, 89.31 and 68.29 percent of water demand, in same order. The results revealed that WCA model was the best in optimal operation of a multi-reservoir system, among other studied models.