Management of Reservoir Operation System under Climate Change Conditions Using Dolphin Echolocation Optimization Algorithm

Document Type : Original Article

Authors

1 Ph.D, Department of Civil Engineering, Water Resources Expert, Golestan Regional Water Company, Gorgan, Iran

2 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Roudehen Branch, Islamic Azad University, Roudehen, Iran

Abstract

In the present study, a multi-objective Dolphin Echolocation Algorithm (MODEA) was used to derive optimized operation rules of Gavoshan dam in kermanshah province under climate change conditions. These rules were extracted for the two purposes of minimizing vulnerability and maximizing reliability indices under the baseline i.e., April 2007 to October 2019 and climate change conditions i.e., April 2040 to October 2052. Results showed that under climate change conditions, in addition to increasing temperature by 1.8 degrees Celsius and decreasing in precipitation by 20.1%, the runoff would also be reduced to 0.69 related to the baseline period. Moreover, vulnerability changes by 18% to 45% and 10% to 39% in baseline and climate change conditions respectively, and the range of reliability changes by 52% to 89.5% and 28% to 90%, under these conditions, respectively. Comparison of the release and the water demand volume under climate change to the baseline conditions -based on the Pareto point with 80% reliability while increasing the release rate- indicates a greater adaptation of the release rate from the reservoir to the demand volume and a better performance of the reservoir under climate change conditions.

Keywords


آشفته، پ. و بزرگ حداد، ا. 1394. استفاده از ابزار بهینه‌سازی GP توسعه‌یافته برای بهره‌برداری چندهدفه از مخازن در شرایط تغییر اقلیم. تحقیقات آب و خاک ایران (علوم کشاورزی ایران). 36(3): 422-415.
افخمی فر، س. و صراف, ا. 1399. پیش‌بینی تراز سطح آب زیرزمینی آبخوان دشت ارومیه با استفاده از مدل هیبرید تبدیل موجک-ماشین یادگیری بیشینه و بهینه‌سازی با ازدحام ذرات کوانتومی. مهندسی و مدیریت آبخیز. 12(2): 364-351.
حمید زاده، ج.،  صالح نیا، ک. و بصیر، م. 1393. الگوریتم بهینه‌سازی تکاملی شکار گروهی دلفین‌ها (HDA). اولین همایش ملی فناوری و مدیریت دانش با محوریت اقتصاد مقاومتی. تربت‌حیدریه. ایران. https://civilica.com/doc/359020.
دنیائی, ع. و صراف، ا. 1400. کالیبراسیون ﻣﺪل توزیعی ﻫﻴﺪروﻟﻮژﻳﻜﻰ WetSpa ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از الگوریتم‌های ﺑﻬﻴﻨﻪﺳﺎزى ﭼﻨﺪﻫﺪﻓﻪ عنکبوت بیوه سیاه وNSGA-II . نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 15(3): 736-721.
دنیائی، ع.، صراف، ا. و احمدی، ح. 1399. تعیین سیاست بهره‌برداری بهینة چندهدفه از مخزن سد بوستان با استفاده از الگوریتم‌های نهنگ و NSGA-II مبتنی بر تئوری بازی‌ها و روش آنتروپی شانون. مجله پژوهش آب ایران. 39: 111-99.
دنیائی، ع.، صراف، ا. و احمدی، ح.1400. بهره‌برداری از مخزن سد گلستان در شرایط تغییر اقلیم با استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی چندهدفه نهنگ بهبودیافته. پ‍‍ژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز. ۱۲(۲۳) :۲۵۰-۲۳۸
ملکی، ا. و رحمتی خورشیدی، م. 1396. ارزیابی اثرات طبیعی و انسانی انتقال آب سد گاوشان بر دشت میان دربند در استان کرمانشاه. جغرافیای طبیعی. 10(37): 44-31.
نخعی، م.، محمدی، خ. و رضایی، ح. 1393. بهینه یابی مدل عددی برداشت از آبخوان با استفاده از الگوریتم ژنتیک (مطالعه موردی: آبخوان ساحلی ارومیه). تحقیقات منابع آب ایران. 10(30): 97-94.
Ashofteh, P. S., Haddad, O. B., Akbari-Alashti, H. and Marino, M. A. 2016. Determination of irrigation allocation policy under climate change by genetic programming. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 141(4): 04014059.
Donyaii, A.R. 2021. Evaluation of climate change impacts on the optimal operation of multipurpose reservoir systems using cuckoo search algorithm. Environmental Earth Sciences, 80(19), 1-15. 80 (663). https://doi.org/10.1007/s12665-021-09951-6
Donyaii, A.R., Sarraf, A. and Ahmadi, H. 2020a. Application of a new approach in optimizing the operation of the multi-objective reservoir. Journal of Hydraulic Structures. 6(3): 1-20.
Donyaii, A.R., Sarraf, A. and Ahmadi, H. 2020b. Using composite ranking to select the most appropriate Multi-Criteria Decision Making (MCDM) method in the optimal operation of the Dam reservoir. Journal of Hydraulic Structures. 6(2): 1-22.
Donyaii, A.R., Sarraf, A. and Ahmadi, H. 2020c. Water reservoir multiobjective optimal operation using Grey Wolf optimizer. Shock and Vibration. https://doi.org/10.1155/2020/8870464.
Donyaii A.R., Sarraf A. 2020. Optimization of Reservoir Operation using a Bioinspired Metaheuristic Based on the COVID-19 Propagation Model. NMCE.; 5 (1) :15-28. URL: http://nmce.kntu.ac.ir/article-1-289-en.html
Donyaii, A.R., Sarraf, A. and Ahmadi, H. 2021.Comparison of meta-heuristic algorithms in optimum operation of a single-reservoir dam system. Proceedings of the Institution of Civil Engineers – Engineering Sustainability. https://doi.org/10.1680/jensu.20.00065.
Garousi-Nejad, I., Bozorg-Haddad, O., Loáiciga, H. A. and Mariño, M. A. 2016. Application of the firefly algorithm to optimal operation of reservoirs with the purpose of irrigation supply and hydropower production. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 142(10):04016041.
Kaveh, A. and Farhoudi, N. 2013. A new optimization method: Dolphin echolocation. Advances in Engineering Software. 59: 53-70.
Li, X., Sha, J., Li, Y. M. and Wang, Z. L. 2018. Comparison of hybrid models for daily streamflow prediction in a forested basin. Journal of Hydroinformatics. 20(1): 191-205.
Zargar, M., Samani, H. M. and Haghighi, A. 2016. Optimization of gated spillways operation for flood risk management in multi-reservoir systems. Natural Hazards. 82(1):299-320.