-248609-479

نشریه حفاظت منابع آب و خاك، سال پنجم، شماره سوم، بهار 1395
تدوین قوانین بهره برداري بهینه و به هنگام مخازن سد ها با استفاده از شبکه هاي بیزي: کاربرد مدل حل اختلاف گروهی
سید احسان شیرنگی1*، سمیرا خالقی2، فهیمه بقایی3، عباس منصوري4 و احسان پورمند5

1) استادیار گروه مهندسی عمران، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی، کرج، ایران
shirangi@kiau.ac.ir :مسئول مکاتبات (*
دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی عمران-سازه هیدرولیکی، واحد دزفول، دانشگاه آزاد اسلامی، دزفول، ایران
دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی عمران آب، واحد تهران مرکزي، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
استادیار گروه مهندسی عمران، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی عمران آب، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی،تهران، ایران
16716304656

تاریخ دریافت: 11/09/1394 تاریخ پذیرش: 29/11/1394

چکیده
در بهره برداري بهینه کمـّّی و کیفی از مخزن سدها به دلیل وجود تصمیم گیران و ذینفعان متعدد با اهداف و مطلوبیت هاي متفاوت و همچنین تعداد زیاد متغیرهاي حالت و تصمیم، مساله تصمیم گیري بسیار پیچیده و امري ضروري محسوب می شود .در این مقاله با هدف رفع اختلاف بین تصمیم گیران در بهره برداري از مخزن سد، کاربرد یک مدل رفع اختلاف گروهی چند نفره جهت تعیین نقطه بهینه بر روي منحنی تبادل بدست آمده از تلفیق مدل شبیه سازي کیفی یک بعدي مخزن و مدل بهینه سازي الگوریتم ژنتیک حاصل از تحقیقات پیشین به نحوي که مطلوبیت همه تصمیم گیران از لحاظ کمـّّی و کیفی تامین شود، ارائه می گردد. براي تدوین قوانین و سیاست هاي بهره برداري به هنگام کمـّّی – کیفی از مخزن سد، استفاده از مدل شبیه سازي هوشمند شبکه هاي بیزي که داراي قابلیت خروجی احتمالاتی می باشد پیشنهاد می شود. مطالعه موردي، سد پانزده خرداد ایران است که مخزن آن داراي مشکل قابل توجه کیفی است. نتایج حاصل نشان دهنده کارایی مناسب مدل هاي ارائه شده در حل اختلاف بین سازمان هاي تصمیم گیرنده و تعیین سیاست هاي بهینه و به هنگام بهره برداري کمـّّی – کیفی از مخزن می باشد.

کلید واژه ها: الگوریتم ژنتیک؛ بهره برداري مخزن؛ رفع اختلاف گروهی؛ شبکه هاي بیزي

مقدمه
در بهره برداري از سیستم هاي منابع آب به خصوص مخزن سد ها، به دلیل تعداد زیاد تصمیم گیران و ذینفعان که اغلب داراي اهداف، دیدگاه ها و اولویت هاي متفاوت هستند، تصمیم گیري امري بسیار ضروري می باشد. در چنین حالاتی تصمیم نهایی باید به نحوي اتخاذ شود که کلیه مطلوبیت ها و اختلاف نظرهاي تصمیم گیران در نظر گرفته شود. استفاده از نظریه بازي ها و مدل هاي رفع اختلافی که در آن امکان حضور گروهی از تصمیم گیران فراهم شده باشد، می تواند براي رفع اختلاف بین طرف هاي درگیر در بهره برداري از مخازن سدها بسیار مفید واقع شود. از سوي دیگر استفاده از مدل هاي نوین شبیه سازي هوشمند براي تدوین قوانین و سیاست هاي بهره برداري بهینه و به هنگام، بسیار حائز اهمیت است (لاله زاري و همکاران ،1394).
محققان با ارائه یک مدل برنامه ریزي پویاي غیر قطعی فازي سیاست هاي بهره برداري بهینه از مخزن را توسعه دادند و همچنین از مدل شبکه عصبی مصنوعی براي شبیه سازي کیفی آب مخزن استفاده کردند. محدودیت اصلی این مدل، عدم در نظر گرفتن پروفیل قائم غلظت متغیر هاي کیفی در مخزن بود (2004Chaves et al.,). در ادامه محققان با علم به اینکه حضور چندین تصمیم گیرنده با مطلوبیت هاي متفاوت در بهر ه برداري از سیستم هاي منابع آب می تواند منجر به بروز تنش و اختلاف نظرهاي جدي بین مدیران گردد، لذا با تلفیق مدل بهینه سازي الگوریتم ژنتیک و مدل یک بعدي شبیه سازي کیفی مخزن و همچنین با تاکید بر رفع اختلاف بین تصمیم گیران و استفاده کنندگان ،ساختار جدیدي براي بهره برداري بهینه کمـّی و کیفی از مخازن سدها و سیستم هاي رودخانه ـ مخزن ارائه کردند. در مدل پیشنهادي، از تابع ضربی Nash به عنوان تابع هدف استفاده شد که قابلیت اطمینان تامین نیاز هاي آبی پایین دست، حجم ذخیره مخزن و کیفیت آب را دارا بود .
زمان اجراي بالاي مدل ارائه شده به همراه مشخص نبودن مراحل چانه زنی طرف هاي درگیر از مشکلات اصلی این
مدل ها محسوب می گردید (kerachian and Karamouz2007 ,2006). در ادامه Shirangi و همکاران (2008) نخست با ارائه یک فرض ساده کننده، مشکلات محاسباتی و زمان بالاي اجراي مدل ها ارائه شده توسط karamouz و kerachian (2006,2007) را کاهش داده و ثابت کردند که این فرض ساده کننده تاثیري در کاهش دقت محاسباتی جواب ها ندارد. سپس در گام دوم، با تغییر تابع هدف و تلفیق مدل شبیه سازي یک بعدي مخزن و مدل بهینه سازي الگوریتم ژنتیک منحنی تبادل بهینه اي با اهداف کمی و کیفی ارائه کردند. ایشان به منظور در نظر گرفتن اختلافات ممکن در بین تصمیم گیران و تاثیر پذیران، براي نخستین بار از مدل چانه زنی تکاملی Young جهت تعیین نقطه بهینه بر روي منحنی تبادل استفاده کردند. دو جانبه بودن مدل چانه زنی Young و امکان حضور تنها دو گروه تصمیم گیرنده، در حالیکه در مساله بهره برداري مخزن تصمیم گیران و ذینفعان متعددي وجود دارند، از محدودیت هاي اصلی آن محسوب می گردید. در ادامه محققین با استفاده از مدل هوشمند شبیه سازي تطبیقی عصبی- فازي (ANFIS) متغیرهاي کیفی مخزن سد را شبیه سازي و با تلفیق آن با یک مدل الگوریتم ژنتیک ضمن کاهش زمان اجراي مدل هاي موجود، امکان افزایش سرعت در تدوین سیاست ها و قوانین بهینه و به هنگام بهره برداري کمـّّی و کیفی مخزن با دقت مناسب را فراهم کردند. در این مدل از تابع ضربی Nash به عنوان تابع هدف استفاده شد و با مقایسه نتایج با مطالعات قبلی ثابت گردید که جواب ها از دقت مناسبی برخوردار می باشند (Soltani et
.(al., 2010
در این مقاله با کمک از نظریه بازي ها و با استفاده از یک مدل رفع اختلاف گروهی جدید که در آن امکان حضور چندین گروه تصمیم گیرنده با تعداد اعضا نامحدود وجود دارد، بهترین نقطه بر روي منحنی تبادل بهینه کمی و کیفی ارائه شده در مطالعات قبلی، به نحوي که مطلوبیت کلیه گروه هاي ذینفع تامین شود، تعیین می گردد. براي تدوین قوانین و سیاست هاي به هنگام بهره برداري مخزن سد، از مدل هوشمند شبکه بیزي استفاده می شود. کارایی مدل ها با استفاده از اطلاعات سد 15 خرداد ایران که مخزن آن داراي مشکلات قابل توجه کیفی است ارزیابی می شود.

مواد و روش ها
در یک فرآیند تصمیم گیري، چنانچه تعداد تصمیم گیران بیش از یک نفر باشد، تصمیم گیري به علت وجود اهداف ،دیدگاه ها و اولویت هاي متفاوت و متضاد تصمیم گیران ،مشکل است. در چنین حالاتی تصمیم نهایی باید به گونه اي باشد که کلیه این مطلوبیت ها ،اختلاف نظرها و همچنین قدرت نسبی تصمیم گیران در آن لحاظ شده باشد.
66939408441858

سال

پنجم

/

شماره

3
/

سال

پنجم

/

شماره

3

/

در یک بازي دو جانبه چنانچه 1u و 2u توابع مطلوبیت تصمیم گیران، و (2d1,d) نقطه عدم توافق در فضا یا صفحه 1u و 2u باشد، مجموعه کلیه انتخاب هاي ممکن (S) به صورت مجموعه نقاطی که در آن نقاط تک تک تصمیم گیران سهمی بیش از مقدار عدم توافق به دست میآورند قابل تعریف است. در واقع به دلیل اینکه بازکنان ،سهمی بیش از عدم توافق در بازي بدست می آورند از انگیزه کافی براي شرکت در بازي برخوردار خواهند بود.
) Nash1953) براي نخستین بار نحوه محاسبه جوابهایی براي مسأله چانه زنی را بر اساس چهار اصل عقلانیت فردي، نامربوط بودن درجه بندي مطلوبیت، استقلال آلترناتیو هاي نامربوط و قرینگی ارائه و اثبات کرد که تنها یک راه حل با رعایت اصول چهارگانه فوق براي چانهزنی بین گروه ها وجود دارد. نش براي هر مسأله چانه زنی ((2B  (S, (u1,d1), (u2,d یک تابع ضربی gB و مجموعه همه جواب هاي بیشینه کننده gB که با ((B نشان داده می شود را به صورت زیر تعریف نمود:
gB(s)u1(s)d1u2(s)d2 (1)

(B) {s S : gB (s)  maxtS gB(t)}

در روابط فوق (u1(s و (u2( s به ترتیب تابع مطلوبیت تصمیم گیرنده اول و دوم و 1d و 2d نقاط عدم توافق تصمیم گیران اول و دوم است .وي ثابت کرد در صورتی که مجموعه تخصیص مطلوبیت ها U محدود و بسته باشد، مجموعه ((B تهی نمی باشد و مسأله حل اختلاف داراي جواب است. جواب نش براي یک بازي چانه زنی از توزیع (x,1 x) که اصول چهارگانه را تأمین نماید، بدست می آید. براي حالتی که بیش از دو بازیکن وجود داشته باشد، جواب نش بیانگر توزیع
(x1, x2,, xn ) است که 1×1  x2  xn  ، به گونه اي که حاصلضرب منافع حاصل از توافق نهایی را در مقایسه با نقطه عدم توافق بیشینه می کند. در این تئوري جواب نهایی مسأله چانه زنی از عبارت زیر حاصل خواهد شد:
n
Max i1 ui di 
ui  dii 1,,n

در رابطه فوق،ui وdi به ترتیب تابع مطلوبیت و نقطه عدم توافق تصمیمگیرنده iام می باشد.Chae and Heidhues (2004) نشان دادند که فقط چهار اصل نش براي رسیدن به یک راه حل یکتا کافی نیست. ایشان با در نظر گرفتن مطلوبیت هاي نماینده گروه تصمیم گیرنده و اضافه کردن این اصل به اصول چهارگانه نش یک راه حل یکتا بدست آوردند .طبق این روش هر گروه تصمیم گیرنده، نماینده اي را براي چانه زنی معرفی می کند و نتیجه اي که این نماینده پس از چانه زنی دریافت می کند ،برابر با مقداري است که اگر هر یک از تصمیم گیران در چانه زنی شرکت می کردند. لذا نتیجه مورد تایید کلیه تصمیم گیران آن گروه میباشد. ترکیب دو اصل نماینده یک گروه همگن و قرینگی سبب می شود که در چانه زنی با گروهها بصورت غیرتبعیضآمیز برخورد شود. همچنین دو اصل نامربوط بودن درجه بندي مطلوبیت و استقلال آلترناتیوهاي نامربوط، سبب بسط این روش از گروه هاي همگن به گروههاي غیرهمگن شده است. ایشان اثبات کردند که جواب یکتا چانه زنی از عبارت زیر حاصل خواهد شد: m  1 
1984629-25696

MAXuS,udj iG ui di cj (4)
1j
1224521072885

سال

پنجم

/
شماره

3
/

بهار

95

سال

پنجم



قیمت: تومان

دسته بندی : منابع آب خاک

پاسخ دهید