بهينه سازي مقطع سدهاي انحرافي با استفاده از الگوريتم بهينه سازي ازدحام ذرات

مقدمه و هدف پژوهش: طراحي هيدروليكي سدهاي انحرافي به طور سنتي بسيار پيچيده و زمان‌بر است و لازم است طراح چندين بار مفروضات استفاده شده را تغيير دهد تا به طراحي پايدار با حجم بتن‌ريزي مناسب دست يابد. در دنياي پيشرفته و پررقابت امروزي، به دليل كمبود مواد اوليه و نياز به راندمان بهتر، مهندسان طراح مجبور به طراحي بهينه و اقتصادي‌تر هستند. بنابراين لازم است هزينه بتن در طراحي اين سدها كاهش يابد و در عين حال پايداري سد نيز تضمين شود. در اين تحقيق، كاربرد يك الگوريتم فرا ابتكاري به منظور كمينه‌سازي تابع وزن سد انحرافي و در نتيجه هزينه‌ي بتن‌ريزي سد همزمان با تآمين تابع‌هاي مربوط به پايداري سد بررسي شده است.مواد و روش ها: الگوريتم بكار گرفته شده در اين پژوهش الگوريتم بهينه‌سازي ازدحام ذرات (PSO) مي‌باشد. با توجه به ماهيت اين الگوريتم و مسئله‌ي مورد پژوهش، ايجاد تغييرات در مراحل اجرايي الگوريتم ضروري است. لذا با ايجاد تغييراتي در الگوريتمPSO، اين الگوريتم براي حل مسئله‌ي بهينه‌سازي وزن سد با درنظر گرفتن محدوديت‌هاي اين مسئله، توسعه داده شد. اين تغييرات شامل كنترل سرعت ذرات جستجوگر و نرمال‌سازي موقعيت ذرات در فضاي امكان‌پذير مسئله مي‌باشد. سد انحرافي مورد مطالعه در اين پژوهش سد نازليان واقع در استان كرمانشاه است. متغيرهاي تصميم در مسئله‌ي بهينه‌سازي شامل ارتفاع ديوار آب بند بالادست و پايين‌دست، طول و ضخامت كف بند بتني در بالادست و ضخامت حوضچه آرامش مي‌باشد. به منظور بهينه‌سازي اين ابعاد، با انجام تحليل حساسيت، پارامترهاي با بيشترين تاثيرگذاري بر روي عملكرد الگوريتم مشخص شدند. نتايج و بحث: در اين پژوهش براساس نتايج حساسيت‌سنجي تعداد ذرات يا اندازه‌ي جمعيت الگوريتم PSO، تعداد 20 ذره براي اندازه‌ي جمعيت ذرات انتخاب شد. با توجه به نمودارهمگرايي الگوريتم PSO در اجراهاي مختلف، براي اطمينان از يافتن پاسخ بهينه سراسري و اجتناب از محاسبات و ارزيابي‌هاي اضافي، تعداد تكرار الگوريتم برابر با 1000 به دست آمد. با توجه به بهترين اجراي الگوريتم PSO، وزن سد مورد مطالعه در پاسخ بهينه‌ي اين الگوريتم برابر با 52.80 تن در واحد عرض سد به دست آمد. بهترين پاسخ به مسئله طراحي بهينه سد داراي ابعاد 7.6 متر براي طول كف‌بند بالادست، 0.6 متر براي ضخامت كف‌بند بالادست، 0.6 متر براي ضخامت حوضچه آرامش، 1 متر براي ارتفاع آب بند بالادست و 1.1 متر براي ارتفاع آب بند پايين‌دست بود.نتيجه‌گيري: به طور كلي نتيجه‌ي پژوهش حاضر حاكي از عملكرد و سرعت مطلوب الگوريتم PSO در يافتن پاسخ بهينه‌ي مسئله‌ي طراحي سد انحرافي با كمترين وزن سد همراه با رعايت شاخص‌هاي پايداري مي‌باشد. استفاده از اين الگوريتم به منظور يافتن پارامترهاي بهينه براي طراحي سدهاي انحرافي مي‌تواند اطلاعات مفيدي را در اختيار مديران اجرايي قرار دهد تا بهترين و بهينه‌ترين طراحي را با حداقل هزينه و زمان بسيار كم با رعايت فاكتورهاي ايمني پايداري سدهاي انحرافي ارائه دهند. برنامه تدوين شده در اين تحقيق شرايط لازم و كافي را براي طراحي بهينه مقطع سدهاي انحرافي فراهم مي كند و از نظر اعتبار عمومي و عملي قابل اعتماد است اما داراي محدوديت‌هايي است. از جمله محدوديت‌هاي اين روش اين است كه مقطع به‌دست‌آمده بر اساس كد توسعه‌يافته در اين مطالعه بايد بعداً براي معيارهاي تنش مختلف (با استفاده از روش اجزاي محدود) و براي شرايط خاص كه در هر پروژه متفاوت است (زلزله، سيل، رسوب‌گذاري و غيره) مورد آزمايش قرار گيرد.