پیش بینی جریان ورودی به مخزن و استفاده از ترکیب بهینه سازی ازدحام ذرات-ژنتیک در بهره برداری از سد علویان

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشگر پسا دکتری دانشکده مهندسی و علوم محیط زیست، دانشگاه نانکای، چین

2 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز

3 دانشکده مهندسی عمران دانشگاه تبریز

10.22034/ceej.2024.60171.2320

چکیده

برای مدیریت بهینه بهره‌برداری از مخازن سدها، برآورد دقیق آبدهی رودخانه در ماه‌های آینده با استفاده از مدل‌های هوش مصنوعی و الگوریتم‌های فراابتکاری ضروری است. هدف این مطالعه در فاز اول، پیش‌بینی جریان ورودی سال آینده به مخزن سد علویان با استفاده از مدل شبکه عصبی مصنوعی بوده است. باتوجه به اینکه بهره‌برداری بهینه از مخازن سدها یکی از مهمترین فاکتورهای مدیریتی در دوران بهره‌برداری محسوب می‌شود، در فاز دوم این پژوهش تحت عنوان مدلسازی سیستم‌های پویا، از مدل ونسیم برای شبیه‌سازی رفتار سیستم با استفاده از رواناب پیش‌بینی شده و مصارف واقعی استفاده شده‌است. در فاز سوم، برای بهینه‌سازی بهره‌برداری از مخزن سد علویان، از ترکیب الگوریتم‌های بهینه‌سازی (الگوریتم ژنتیک و الگوریتم ازدحام ذرات) بهره گرفته شده است. مقایسه نتایج نشان می‌دهد که فاز پیش‌بینی دقت مناسبی داشته‌است.

جهت ارزیابی عملکرد الگوریتم‌های مورد بررسی در بهره‌برداری بهینه از مخزن، از شاخص‌های عملکرد مخزن استفاده شده است. در تحلیل‌های کوتاه‌مدت، شاخص قابلیت اعتماد حجمی الگوریتم ترکیبی پیشنهادی، 72 درصد برای سناریوی 100 درصدی تامین نیاز کشاورزی و 94 درصد برای سناریوی 80 درصدی تامین نیاز کشاورزی بوده، در حالی که شاخص قابلیت اعتماد حجمی مدل ونسیم 75 درصد برای سناریوی 100 درصدی و 83 درصد برای سناریوی 80 درصدی تامین نیاز کشاورزی به دست آمده است. بنابراین، با استفاده از الگوریتم ترکیبی، منحنی‌های فرمان رهاسازی و حجم مخزن برای 12 ماه بعد بر اساس ورودی‌های پیش‌بینی شده تهیه و ارائه گردیده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Forecasting Reservoir Inflow and Employing the Combined Genetics-Particle Swarming Optimization Approach for Alaviyan Reservoir Operation

نویسندگان [English]

  • Hessam Najafi 1
  • Bagher Nikofar 2
  • Vahid Nourani 3
  • Nazanin Behfar 2
1 College of Environmental Science and Engineering, Nankai University, China
2 Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz
3 Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz
چکیده [English]

To optimize the management of dam reservoir operations, accurately forecasting river inflow for the upcoming months using artificial intelligence models and metaheuristic algorithms is essential. The first phase of this study aimed to predict the next year's inflow to the Alavian Dam reservoir using an artificial neural network model. Given that optimal reservoir operation is one of the most critical management factors during the operation period, in the second phase of this research, titled "Dynamic System Modeling," the Vensim model was utilized to simulate system behavior using the predicted runoff and actual demands. In the third phase, a combination of optimization algorithms (genetic algorithm and particle swarm optimization) was employed to optimize the operation of the Alavian Dam reservoir. The comparison of results indicates that the prediction phase has shown satisfactory accuracy. To evaluate the performance of the examined algorithms in optimal reservoir operation, reservoir performance indices were used. In the short-term analysis, the proposed hybrid algorithm achieved a volumetric reliability index of 72% for the scenario with 100% agricultural demand fulfillment and 94% for the scenario with 80% agricultural demand fulfillment, while the Vensim model showed a volumetric reliability index of 75% and 83% for the respective scenarios. Therefore, using the hybrid algorithm, release rules and reservoir volume curves for the next 12 months were prepared and presented based on the predicted inflows.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dam operation curve
  • inflow prediction
  • system dynamics
  • optimization
  • simulation
  • Alavian dam