بررسی عملکرد چند الگوریتم هوشمند در بهینه سازی بهره برداری از سیستم مخازن

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد مهندسی منابع آب، دانشگاه شهید باهنر کرمان - انجمن پژوهشگران جوان،دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

2 استادیار گروه مهندسی آب، دانشگاه شهید باهنر کرمان

چکیده

یکی از راهکارهای مقابله با مسائل و مشکلات مدیریت منابع آب و عدم توزیع زمانی و مکانی متناسب آن، بهره‌برداری بهینه از مخازن است. در این پژوهش از الگوریتم فراابتکاری چرخه آب (WCA) برای بهره‌برداری بهینه از سیستم دو مخزنه، چندمنظوره سدهای گلستان و وشمگیر واقع در حوضه آبریز گرگان‌رود (شمال ایران)، برای یک دوره پنج ساله (از سال آبی 87-86 تا 91-90) استفاده شد. پس از اطمینان از درستی عملکرد الگوریتم WCAبا استفاده از چندین تابع محک استاندارد، مدلی برای بهره‌برداری بهینه سیستم مخازن حوضه آبریز گرگان‌رود توسعه داده شد. تابع هدف در سیستم مورد مطالعه به صورت کمینه­سازی کل کمبود در طول دوره آماری تعریف شد. برای بررسی عملکرد الگوریتم‌های مورد بررسی در بهره‌برداری بهینه از سیستم مخازن، از شاخص‌های عملکرد قابلیت اعتماد زمانی، حجمی و آسیب­پذیری استفاده شد. هم­چنین نتایج حاصل از الگوریتم مورد بررسی با نتایج روش‌های شناخته شده الگوریتم جستجوی هارمونی (HS) و الگوریتم رقابت استعماری (ICA) مقایسه شد. الگوریتم‌های WCA، HSو ICAبه ترتیب قادر به تامین 73/97، 57/85 و 17/93 درصد از نیازهای پایین­دست سد گلستان و هم­چنین 06/97، 88/86 و 44/93 درصد از نیازهای سد وشمگیر بودند. قابلیت اعتماد زمانی (9/0=α) برای الگوریتم‌های WCA، HS و ICA به ترتیب برابر 95، 25 و 50 درصد برای سد گلستان و 67/91، 33/38 و 65 درصد برای سد وشمگیر به‌ دست آمد. نتایج به ‌دست آمده حاکی از عملکرد بالای الگوریتم WCAدر مقایسه با دیگر الگوریتم‌های مورد بررسی در بهره‌برداری بهینه از سیستم مخازن می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of Some Intelligent Method in Optimal Operation of Multireservoires

نویسندگان [English]

  • Saeid Akbarifard 1
  • Kourosh Qaderi 2
  • Bahram Bakhtiari 2
1 M. Sc.Student in Water Resources Engineering, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman and Young Researchers Society, Shahid Bahonar University of Kerman., Kerman., Iran
2 Assistant., Professor., Department of Water Engineering, ShahidBahonar University of Kerman, Iran
چکیده [English]

Optimal operation of reservoirs is one of the ways of dealing with water management issues and encountering with inappropriate spatial and temporal distribution of water. In this research, a metaheuristic algorithm called Water Cycle Algorithm (WCA), has been developed in MATLAB software, with the purpose of optimal operation of a Multi-reservoirs system (Golestan and Voshmgir dams) located at Gorganrood Basin (North of Iran), fora five year period (from 2007-2008 to 2011-2012). At first, the performance of the developed model was investigated through several standard test functions. Next, the developed model is applied for monthly allocation of Gorganrood Multi-reservoirs system. The objective function was defined as the “minimization of the total deficit for the study period”.In order to 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 those of the other metaheuristic algorithms including Harmony Search Algorithm (HS) and Imperialist CompetitiveAlgorithm (ICA).The WCA, HS and ICA were capable to supply 97.73, 85.57 and 93.17 percent of Golestan dam water demand, respectively. For the Voshmgir dam, the mentioned models could supply 97.06, 86.88 and 93.44 percent of water demand, in same order. The temporal reliability (α=0.9) for WCA, HS and ICA models, was obtained 95, 25and 50 percent for Golestan dam and 91.67, 38.33 and 65 percent for Voshmgir dam, respectively, revealed that the WCA was superior in optimal allocation of Multi-reservoirs system.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Water Cycle Algorithm
  • ImperialistCompetitiveAlgorithm
  • harmony search algorithm
  • Optimal operation of reservoir
  • Golestan and Voshmgir Dams
جنت­رستمی،س.، خلقی،م و بزرگ حداد،ا. 1389. مدیریت بهره­برداری از سدهای مخزنی با استفاده از الگوریتم اصلاح شده جستجوی هارمونی، مجله دانش آب و خاک، جلد اول، شماره 3،
ص71-61.
عراقی نژاد،ش.، مروتی،ر.و و حسینی موغاری،س.م. 1392. بررسی عملکرد الگوریتم رقابت استعماری در بهره‌برداری بهینه از مخزن، اولین همایش ملی بحران آب، دانشگاه آزاد اسلامی واحد خوراسگان، اصفهان.
قادری،ک.، زلقی،آ و بختیاری،ب. 1393.بهینه‌سازی بهره‌برداری از سیستم چند مخزنی با استفاده از الگوریتم تکامل رقابتی جوامع(SCE) (مطالعه موردی: حوضه کرخه)، مجله مدیریت آب و آبیاری، دوره 4، شماره 2: 215-228.
مفتاح هلقی،م.، دهقانی،ا.ا.، مساعدی،ا و اسلامی،ح‌.ر. 1390.تعیین کمبود حجم بهیه مخزن سد وشمگیر در سیستم بهره‌بردری چند سدی، مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک، جلد هجدهم، شماره 1: 215-230.
Afshar,M.H., Motaei,I. 2011. Constrained Big Bang-Big Crunch Algorithm for optimal solution of large scale reservoir operation problem. International Journal of Optimization in Civil Engineering. 2: 357-375.
AjibolaA.S.,Adewumi,A.O. 2014. Review of Population Based Metaheuristicsin Multi-objective Optimization Problems. International journal of computing communication and instrumentation engineering. 1: 126-128.
Atashpaz-Gargari,C.L.,Lucas,C. 2007. Imperialist Competitive Algorithm: an algorithm for optimization inspires by imperialistic competition. Congress on evolutionary computation, Singapore.
Baghipour,R., Hosseini,S.M., Boor,Z. 2014. A Water Cycle Algorithm for Optimal Allocation of DGs in Distribution System Considering Environmental Profit. International Journal of Mechatronics, Electrical and Computer Technology. 11: 430-454.
BaltarA.M.,Fontane,D.G. 2008. Use of multi-objective particle swarm optimization in water resources management. Journal of Water Resource Planning and Management. 3: 265-275.
BozorgHaddad,O., Moravej,M., Loáiciga,H.A. 2014. Application of the Water Cycle Algorithm to the Optimal Operation of Reservoir Systems. Journal of Irrigation and Drainage Engineering.141.5:1-10.
Chang,J.X., Huang,Q., Wang,Y.M. 2005. Genetic algorithms for optimal reservoir dispatching. Journal of Water Resources Management, 19:321-331.
Esat,V., Hall,M.J. 1994. Water resources system optimization using genetic algorithms hydro informatics. Processes Its International Conference on Hydro informatics, Balkema, Rotterdam, The Netherlands. 225-231.
Eskandar,H., Sadollah,A., Bahreininejad,A., Hamdi,M. 2012. Water cycle algorithm -A novel metaheuristic optimization method for solving constrained engineering optimization problems. Computers and Structures. 110–111: 151–166.
Eskandar,H., Sadollah,A., Bahreininejad,A. 2013. Weight optimization of truss structures using water cycle algorithm. International Journal of Optimization in Civil Engineering, 1:115-129.
Fallah-Mehdipour,E., BozorgHaddad,O., Marino,M.A. 2013. Extraction of Optimal Operation Rules in an Aquifer-Dam System: Genetic Programming Approach. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 139:872-879.
Geem,Z.W. 2000. Optimal design of water distribution networks using harmony search. Ph.D Thesis, Department of Civil and Environmental Engineering, Korea University.
Hashimoto,T., Stedinger,J.R., Loucks,D.P. 1982. Reliability, resilience, and vulnerability criteria for water resource system performance evaluation. Water Resources Research, 1: 14-20.
Kumar,D.N., Reddy,M.J. 2006. Ant Colony Optimization for Multi-Purpose Reservoir Operation. Journal of Water Resources Management, 6: 879-898.
Labadie,J.W. 2004. Optimal operation of multi-reservoir system: State of the art review. Journal of Water Resources Planning and Management. 2: 93-111.
Oliveira,R., Loucks,D.P. 1997. Operating rules for multi-reservoir system. Journal of Water Resources Research. 4: 839-852.
PradhanS.N.,Tripathy,U.K. 2013. Optimization of the operating policy of the multipurpose Hirakud reservoir by Genetic Algorithm. American Journal of Engineering Research. 11: 260-266.
Reddy,M.J., Kumar,D.N. 2007. Multi-objective particle swarm optimization for generating optimal trade-offs in reservoir operation. Hydrological Processes. 21: 2897-2909.
Sonaliya,S., Suryanarayana,T.M.V. 2014. Optimal Reservoir Operation Using Genetic Algorithm: A Case Study of Ukai Reservoir Project. International Journal of Innovative Research in Science Engineering and Technology. 6: 13681-13687.
Wardlaw,R., Sharif,M. 1999. Evaluation of genetic algorithms for optimal reservoir system operation. Journal of Water Resource Planning and Management. 1: 25-33.