-245561-458

5313990-442419

نشریه حفاظت منابع آب و خاك، سال سوم، شماره چهارم، تابستان 1393

بهی نهسازي بهره برداري از مخزن براي تأمین آب کشاورزي با استفاده از الگوریتم کرم شب تاب

سید محمد حسینی موغاري1، محمد ابراهیم بنی حبیب2*

دانشجو دکتري؛ گروه مهندسی آبیاري و آبادانی؛ دانشگاه تهران؛ پردیس کشاورزي و منابع طبیعی؛ کرج؛77871- 31587؛ ایران
دانشیار؛ گروه مهندسی آبیاري و زهکشی؛ دانشگاه تهران؛ پردیس ابوریحان؛ پاکدشت؛53755-33916؛ تهران؛ ایران
*نویسنده مسئول مکاتبات: [email protected]

19703334191

تاریخ دریافت: 27/11/1392 تاریخ پذیرش: 31/06/1393

چکیده
بیشترین مقدار آب کشور در بخش کشاورزي مصرف می شود. بنابراین استفاده بهینه از آب در این بخش، به میزان قابل توجهی در حفاظت منابع آب و استفاده حداکثري از آب موجود موثر است. در بسیاري از مناطق ،سدهاي ذخیره اي وظیفه تأمین آب کشاورزي پایین دست خود را بر عهده دارند .بهره برداري بهینه از مخازن یکی از مهم ترین بخش هاي مدیریت منابع آب سطحی بوده و روش هاي بهینه سازي گوناگونی در این زمینه استفاده شده اند، که پرکاربردترین آنها روش هاي فراکاوشی می باشند. در این پژوهش الگوریتم کرم شب تاب (FA) به عنوان روشی نوین براي تعیین سیاست هاي بهینه بهره برداري از مخزن بازفت ،به کار گرفته شده است.
مدل سازي بهره برداري از مخزن سد بازفت براي یک بازه 120 ماهه مربوط به سال هاي آبی 66-65 تا 75- 74 صورت گرفت. تابع هدف در نظر گرفته شده به صورت کمینه کردن مجموع مجذور نسبت تفاضلِ مقدار نیاز و مقدار رهاسازي شده از مخزن، به بیشینه نیاز طی دوره بهره برداري تعریف گردید. عملکرد الگوریتم FA با الگوریتم ژنتیک (GA) و بهینه سازي مجموعه ذرات (PSO) که روش هاي بهینه سازي متداول و شاخصی می باشند، مقایسه و ارزیابی شد. نتایج حاکی از عملکرد بهتر FA نسبت به دو روش دیگر بود، به گونه اي که مقدار متوسط تابع هدف حاصل از FA برابر 408/0 و متوسط تابع هدف براي GA و PSO به ترتیب برابر 618/0 و 913/0 به دست آمد. افزون بر مقدار مناسب تابع هدف ،FA مقدار کمبودهاي کمتر و خفیف تري نسبت به GA و PSO ایجاده کرده است.

کلید واژه ها: الگوریتم کرم شبتاب؛ بهرهبرداري بهینه؛ روش هاي فراکاوشی؛ مخزن بازفت
مقدمه
افزایش جمعیت و نیاز به تولید غذاي بیشتر از یک طرف و کمبود آب و کاهش بارش هاي جوي از طرف دیگر ضرورت مدیریت بهینه منابع آب را روشن می سازد .بخش قابل توجه اي از نیاز آبی کشور به خصوص در قسمت غربی از منابع آب سطحی و از طریق مخازن سد ها تأمین می گردد. بنابراین جستجوي سیاست هاي بهینه بهره داري از مخازن به ویژه در بخش کشاورزي که عمده ترین میزان مصرف آب کشور را به خود اختصاص می دهد، بسیار ضروري است (امیدواري نیا و موسوي جهرمی ،1391؛ رزاقی و همکاران ،1392).
تاکنون از روش هاي بهینه سازي مختلفی براي بهره برداري از مخازن استفاده شده است. با این وجود روش هاي جدیدتر به منظور رفع نواقص روش هاي قبلی توسعه داده می شوند. شروع استخراج سیاست هاي بهینه بهره برداري از مخازن با برنامه ریزي خطی1(LP) بود (نجفی و همکاران ،
1 Linear Programing
67763138089443

سال

سوم

/
شماره

4
/

تابستان

سال

سوم

/

شماره

4

/

تابستان

1384)، پس از آن از برنامه ریزي پویا2(DP) و برنامه ریزي پویايِپویاي تصادفی3(SDP) مورد استفاده قرار گرفتند
(2003 Mousavi et al. 2005; Ben-Alaya et al.). این روش ها به ترتیب داراي محدودیت خطی درنظر گرفتنِ مسئله، گسستهسازي مسئله و مشکل ابعادي4 هستند .مشکل ابعادي به مفهوم افزایش نمایی حجم محاسبات با افزایش تعداد متغیرهاي تصمیم مسئله است. با ظهور روش هاي فراکاوشی، انقلابی در زمینه بهینه سازي صورت گرفت. این روش هاي نه وابسته به نوع مسئله از نظر خطی و غیر خطی بودن هستند و نه نیازي به گسسته سازي مسئله دارند؛ همچنین داري سرعت و دقت مناسب در مقایسه با سایر روش هاي موجود می باشند (Rani and
.Moreira, 2010)
روشهاي فراکاوشی نیز در درون خود به روشها و الگوریتم هاي مختلفی تقسیم میشوند، که علت این تنوع و معرفی روشهاي جدید را، می توان بهبود بخشیدن دقت و افزایش سرعت رسیدن به جواب بهینه دانست. در زمینه بهرهبرداري بهینه از مخازن از روشهاي فراکاوشی گوناگون استفاده شده است .Manatwy و همکاران (2005) و خادمی و همکاران( 1390) از الگوریتم نورد شبیهسازي شده(SA) به منظور بهرهبرداري بهینه از مخزن استفاده کردند و نتایج حاکی از کارایی SA در بهینهسازي بود .Karaboga و همکاران( 2008) با استفاده از الگوریتم جستجوي ممنوعه(TS) عملکرد بهینه خروجی سرریزهاي مخزن را استخراج نمودند. بنی بشر و همکاران( 1389) و افشار و همکاران( 1390) از الگوریتم جامعه مورچگان(ACO) در بهره برداري بهینه از مخازن استفاده کردند و عملکرد آن را مناسب گزارش نمودند .جنت رستمی و همکاران( 1389) از الگوریتم جستجوي
23 Dynamic Programing
4 Stochastic Dynamic Programing Curse of Dimensionality
هارمونی(HS) براي مدیریت بهرهبرداري از سدهايمخزنی استفاده کردند. بزرگ حداد و همکاران( 1389) ازالگوریتم بهینه سازي جفت گیري زنبورهاي عسل (HBMO) در بهره برداري بهینه از مخزن استفاده کردند.
الگوریتم ژنتیک(GA) و بهینه سازي مجموعه ذرات(PSO) به صورت گسترده در زمینه آب مورد استفاده قرار گرفته اند و عملکرد آنها در زمینه هاي مختلف با موفقیت گزارش شده است ، براي مثال Esat وHall (1994) از GA براي بهینه سازي بهره برداري از سامانه چهارمخزنه استفاده نمودند. Fahmy و همکاران( 1994) GA و DP را در زمینه بهره برداري از مخزن مورد مقایسه قرار دادند و بیان کردند GA توانایی بالاتري نسبت به DP دارد.Oliveira وLoucks (1997) از GA به منظور استخراج قوانین بهره برداري از سامانه هاي چند مخزنه استفاده نمودند.Reddy وKumar (2007) از PSO براي بهره برداري بهینه چند هدفه از مخزن استفاده کردند .
Ostadrahimi و همکاران( 2012) از PSO چند هدفه در استخراج قوانین بهره برداري از سامانه چند مخزنه استفاده نمودند.
بهره برداري از مخازن سدها اگر به صورت هدفمند انجام نشود، علاوه بر هدر رفت هزینه هاي بالاي ساخت سد و غیراقتصادي شدن ساخت آن، منابع آب کشور را نیز هدر می دهد. از طرفی دیگر ساخت سدها اثرات زیست محیطی فراوانی به همراه دارد. با در نظر گرفتن هزینه هاي بالاي اقتصادي و زیست محیطی در کنار محدودیت منابع آب کشور کاملاً واضح است که بایستی حداکثر استفاده ممکن را از منابع آب پشت سدها به عمل آورد. اما بهره برداري از مخزن مسئله اي غیرخطی و پیچیده اي است، بنابراین استفاده از هر روش بهینه سازي در این زمینه مناسب نیست. روش هاي فراکاوشی در این زمینه بارها به صورت موفقیت آمیزي به کار گرفته شده اند؛ اما نقطه ضعف این روش ها این است که به جواب نزدیک به بهینه مطلق می-رسند و کاملاً نمی تواند جواب مطلق مسئله را نتیجه دهند.
4273278132115

سال

سوم

/
شماره

4

سال

سوم



قیمت: تومان

دسته بندی : منابع آب خاک

دیدگاهتان را بنویسید