پديد آورندگان :
سادات فرحناكيان، طناز دانشگاه سمنان - گروه سازه هيدروليكي , معيني، رامتين دانشگاه اصفهان - گروه عمران , موسوي، فرهاد دانشگاه سمنان - گروه سازه هيدروليكي
كليدواژه :
الگوريتم جست‌و‌جوي ذرات باردار , بهرهبرداري بهينه , سيستم تك مخزنه , سد دز
چكيده فارسي :
سابقه و هدف: امروزه، كمبود منابع آب از چالش‌هاي اساسي كشور ما ايران مي‌باشد. بنابراين، ذخيره‌سازي و بهرهبرداري بهينه از منابع محدود موجود از جمله آب ذخيره شده در مخازن سدها از موضوعات مورد توجه محققين حوزه‌ي منابع آب مي باشد. در اين تحقيق، مسئله‌ي بهرهبرداري بهينه از سيستم تك‌مخزنه‌ي سد دز با استفاده از يكي از جديدترين الگوريتم‌هاي فراكاوشي، به نام الگوريتم جست‌و‌جوي ذرات باردار، حل شده است. در حالت كلي، اساس اين الگوريتم، قوانين الكترواستاتيك برآيند نيرو‌هاي ناشي از ميدان الكتريكي ذرات باردار مي‌باشد. براي اولين بار، كاوه و طلعت اهري در سال 2010 اين الگوريتم را معرفي و قابليت‌هاي آن را در زمينه‌ي حل مسائل مهندسي و توابع نمونه، بررسي نمودند. نتايج حاصل نشان داد كه الگوريتم مذكور كارآيي خوبي دارد. بنابراين استفاده از آن در حل مسائل بهينه‌سازي مهندسي توصيه مي‌شود. و ليكن، بررسي سوابق تحقيقاتي نشان دهنده آن است كه استفاده از اين اگوريتم در حل مسائل حوزه مهندسي منابع آب بسيار محدود است.
مواد و روش‌ها: در اين تحقيق دو مسئله‌ي بهرهبرداري بهينه‌ي ساده و برقابي سد دز، براي دوره‌هاي زماني 5 و 20 ساله با استفاده از الگوريتم پيشنهادي حل شده است. براي حل اين مسائل دو فرمولبندي ارائه شده است، كه در فرمولبندي اول مقدار آب رها شده از مخزن سد و در فرمولبندي دوم حجم ذخيره‌ي مخزن سد به عنوان متغير تصميم انتخاب و نتايج حاصل از آن با ساير نتايج موجود مقايسه شده است. يافته‌ها: مقايسه نتايج، نشان‌دهنده‌ي كارآيي خوب الگوريتم مذكور در حل اين مسائل است كه در آن جواب‌هاي فرمولبندي اول از دوم بهتر مي‌باشد. به عبارت ديگر نتايج حاصل از فرمول بندي اول براي دوره‌هاي 5 و 20 ساله نسبت به نتايج فرمول بندي دوم به-ترتيب 11/29 و 16/69 درصد براي مسئله‌ي بهرهبرداري ساده و 20/06 و 37/66 درصد براي مسئله‌ي بهرهبرداري برقابي كاهش يافته است.همچنين، نتايج حاصل از اين الگوريتم براي دوره‌هاي 5 و 20 ساله نسبت به نتايج الگوريتم هوش جمعي ذرات به‌ترتيب 33/64 و 74/97 درصد براي مسئله‌ي بهرهبرداري ساده و 53/6 و 41/48 درصد براي مسئله‌ي بهرهبرداري برقابيكاهش يافته است. علاوه بر آن، نتايج حاصل از اين الگوريتم براي دوره‌هاي 5 و 20 ساله نسبت به نتايج الگوريتم ژنتيك به‌ترتيب 7/79 و 35/59 درصد براي مسئله‌ي بهرهبرداري ساده و 11/32 و 67/43 درصد براي مسئله‌ي بهرهبرداري برقابي بهبود يافته است. نتيجه‌گيري: بررسي اين نتايج با نتايج بدست آمده از ساير الگوريتم هاي موجود نشان دهنده كارائي بهتر الگوريتم جستجوي ذرات در حل مساله بهره برداري بهينه از مخازن سدهاست. با توجه به نتايج مذكور، استفاده از اين الگوريتم در حل ساير مسائل حوزه‌ي مهندسي آب توصيه مي‌شود.
چكيده لاتين :
Background and objectives: Nowadays, water scarcity is a major challenge for our country, Iran. Therefore, storage and optimal operation of limited resources, including water stored in dams' reservoirs, is one of the issues of interest for researchers in the field of water resources. In this paper,optimization of single-reservoir operation problem is solved by using one of the newest heuristic algorithms, named charged system search algorithm. Generally, this algorithm is based onthe electrostatics laws to determine the quantity of resultant force. At the first time, Kaveh and Talataheri (2010) proposed this algorithm and examined its capabilities for solving engineering problems and sample functions. The results showed that the algorithm has a good performance. Therefore, its use for solving engineering optimization problems is recommended. However, a review of literature shows that the use of this algorithm is very limited in the field of water resource engineering.
Materials and methods: In this paper, the simple and hydropower operation of Dez reservoir, over 5 and 20 yearly operation time period are solved using the proposed algorithm. In order to solve these problems, two different formulations are proposed considering water release or storage volume as decision variables of the problem in the first and second formulation, respectively, and the results are compared to other available methods.
Results:Comparison of the results shows the capability of the proposed algorithm, in which the results of first formulation are better than the second one’s. In other words, the results of first formulation for solving simple operation problem over 5 and 20 years are reduced 11.29% and 16.69% in comparison with the results of second formulation and also using first formulation for solving hydropower problem the results are improved 20.06% and 37.66%. Furthermore, the results of proposed algorithm for solving simple operation problem over 5 and 20 years are reduced 33.64% and 74.97% in comparison with the results of particle swarm optimization and also using proposed algorithm for solving hydropower problem the results are improved 6.53% and 41.48%. In addition, the results of proposed algorithm for solving simple operation problem over 5 and 20 years are reduced 7.79% and 35.59% in comparison with the results of genetic algorithm and also using proposed algorithm for solving hydropower problem the results are improved 11.32% and 67.43%. Conclusion: Investigating these results with the results obtained using other existing algorithms indicates a better performance of charged system search algorithm for solving the reservoir operation optimization problem. According to these results, the use of this algorithm is recommended for solving other problems in the field of water engineering.
