ارزیابی عملکرد الگوریتم تکاملی تفاضلی در بهره‌برداری بهینه از سیستم تک مخزنه سد علویان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد؛ دانشگاه تبریز؛ دانشکده عمران؛ گروه مهندسی منابع آب؛ تبریز؛ ایران

2 استادیار؛ دانشگاه تبریز؛ دانشکده کشاورزی؛ گروه مهندسی آب؛ تبریز؛ ایران

3 استاد؛ دانشگاه تبریز؛ دانشکده عمران؛ گروه مهندسی منابع آب؛ تبریز؛ ایران

چکیده

یکی از چالش‌های مهم در مدیریت منابع آب، بهینه‌سازی بهره‌برداری از مخازن سدهاست. در واقع نیاز مبرم به استفاده صحیح و مؤثر از منابع آب، انجام برنامه‌ریزی جامع و بهره‌برداری صحیح از سدها را بیش ‌از پیش ضروری می‌سازد. در این تحقیق، عملکرد الگوریتم تکامل تفاضلی در مقایسه با الگوریتم جستجوی هارمونی اصلاح‌شده و برنامه‌ریزی غیرخطی به‌منظور بهره‌برداری بهینه از مخزن سد علویان بر روی رودخانه صوفی چای به‌عنوان یکی از سدهای نسبتاً مهم در حوضه دریاچه ارومیه، مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به اهمیت حیاتی جریان زیست‌محیطی جهت جلوگیری از مرگ دریاچه ارومیه، مدل بهینه‌سازی با در نظر گرفتن تأمین کامل حداقل جریان زیست‌محیطی رودخانه صوفی چای، تأمین صد در صد نیاز شرب، صنعت و به حداقل رساندن شدت کمبودهای کشاورزی توسعه داده شد. جهت بررسی عملکرد الگوریتم‌های مورد بررسی در بهره‌برداری بهینه از مخزن، از شاخص‌های عملکرد مخزن شامل قابلیت اعتماد، آسیب‌پذیری و شاخص پایداری مخزن استفاده گردید. نتایج به‌دست‌آمده حاکی از عملکرد بالای الگوریتم تکامل تفاضلی در مقایسه با دیگر روش‌های مورد بررسی در بهره‌برداری بهینه از سیستم تک مخزنه سد علویان بود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Performance evaluation of differential evolution algorithm in optimum operating of Eleviyan single-reservoir dam system

نویسندگان [English]

  • Reza Dashti 1
  • Mohammad Taghi Sattari 2
  • Vahid Nourani 3
چکیده [English]

Optimum operating of reservoir dams is one of the most important challenges in the water resources management. In fact, integrated water resource management is necessary for an optimum and efficient operating of these resources. In this research the performance of differential evolution algorithm is compared with the improved harmony search algorithm and nonlinear programming method in optimized operating of the Eleviyan single reservoir dam on Soofi-chay River which is one of the most important dams in the Urmia lake basin. Considering the vital importance of the ecological flow to prevent the death of Urmia Lake, an optimization model is developed to determine the minimum required ecological flow of the Soofi-chay River, besides to the water flow needs such as the municipal, industrial demands, and also minimizing the water shortage for agricultural targets. The reservoir parameters including reliability, vulnerability and sustainability indicators are used to evaluate the performance of the studied algorithms in an optimal utilization of the reservoir. The results showed that using the differential evolution algorithm gives a higher-performance compared to the other methods employed in this study in efficient operation of the Eleviyan dam system.

کلیدواژه‌ها [English]

  • differential evolution algorithm
  • Eleviyan dam
  • improved harmony search algorithm
  • optimal operation
احمدی‌پور، ظ. و یاسی، م. 1393. مقایسه روش‌های اکو- هیدرولوژیکی- هیدرولیکی در ارزیابی جریان زیست‌محیطی رودخانه‌ها (رودخانه نازلو، حوضه دریاچه ارومیه). نشریه هیدرولیک، 9(2): 69-82.‎.
جنت‌رستمی، س.، خلقی، م. و بزرگ‌حداد، ا. 1389. مدیریت بهره‌برداری از سدهای مخزنی با استفاده از الگوریتم اصلاح‌شده جستجوی هارمونی. مجله دانش آب‌وخاک، 1/20 (3): 61-71.
حسینی‌موغاری، س.م. و بنی‌حبیب، م.ا. 1393. بهینه‌سازی بهره‌برداری از مخزن برای تامین آب کشاورزی با استفاده از الگوریتم کرم شب تاب‎. نشریه حفاظت آب‌وخاک، 3(4): 17-31.
دشتی، ر.، ستاری، م.ت.، نورانی، و. وعباس فام، ج. 1395. بهره‌برداری بهینه از سیستم تک مخزنه با استفاده از الگوریتم اصلاح‌شده جستجوی هارمونی (مطالعه موردی: سد علویان). دومین کنفرانس بین‌المللی دستاوردهای نوین پژوهشی در مهندسی عمران، معماری و مدیریت شهری، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، 31 اردیبهشت‌ماه.
رزاقی، پ.ن.، بابازاده، ح. و شوریان، م. 1392. توسعه سیاست جیره‌بندی بهره‌برداری از مخزن چندمنظوره در شرایط محدودیت منابع آب با استفاده از مدل MODSIM 8.1. نشریه حفاظت منابع آب‌وخاک، 3(2): 11-23.‎
 
Arthington, A., Bunn, S., Poff, N. and Naiman, R. 2006. The challenge of providing environmental flow rules tosustain river ecosystems. Jourrnal of Ecological Applications, 16(4): 1311-1318.
Babu, B.V. and Angira, R. 2003. Optimization of water pumping system using differential evolution strategies. In Proceedings of the Second International Conference on Computational Intelligence, Robotics, and Autonomous Systems. Singapore, December.
Bashiri-Atrabi H., Qaderi K., E. Rheinheimer D., Sharifi E. 2015. Application of Harmony Search Algorithm to Reservoir Operation Optimization. Water Resources Management, 29: 5729–5748.
Geem, Z.W. 2007. Optimal scheduling of multiple dam system using harmony search algorithm. Lecture Notes in computer Science, 45(7): 316-323.
Guo, J., Zhou, J., Zou, Q., Liu, Y. and Song, L. 2013. A novel multi-objective shuffled complex differential evolution algorithm with application to hydrological model parameter optimization. Water Resources Management, 27(8): 2923-2946.
Hashimoto T, Stediger J R and Loucks DP, 1982. Reliability, resiliency and vulnerability criteria for water resource system performance evaluation. Water Resources Research, 18(1): 14- 20.
Jian-Xia, C., Qiang, H. and Yi-Min, W. 2005. Genetic algorithms for optimal reservoir dispatching. Water Resources Management, 19(4): 321-331.
Kougias I.P. and Theodossiou, N.P., 2013. Application of the Harmony Search optimization algorithm for the solution of the multiple dam system scheduling. Journal of Optimization and Engineering, 14: 331-344.
Mahdavi, M., Fesanghary, M. and Damangir, E. 2007. An improved harmony search algorithm for solving optimization problems. Applied Mathematics and Computation, (18)8: 1567-1579.
Price, K.V., Storn, R.M. and Lampinen, J.A. 2005. The differential evolution algorithm. Differential Evolution: A Practical Approach to Global Optimization, 37-134.
Qin, H., Zhou, J., Lu, Y., Li, Y. and Zhang, Y. 2010. Multi-objective cultured differential evolution for generating optimal trade-offs in reservoir flood control operation. Water Resources Management, 24(11): 2611-2632.
Reddy, M.J. and Kumar, D.N. 2007. Multiobjective differential evolution with application to reservoir system optimization. Journal of Computing in Civil Engineering, 21(2): 136-146.
Regulwar ,D,G. Choudhari, S,A. Anand Raj,P. 2010. Differential evolution algorithm with application to optimal operation of multipurpose reservoir. Journal of Water Resource and Protection, 2: 560-568
Sattari, M.T., Apaydin, H. and Ozturk, F. 2009. Operation analysis of Eleviyan irrigation reservoir dam by optimization and stochastic simulation. Journal of Stoch Environ Res Risk Assess, 23: 1187–1201.
Storn, R. and Price, K. 1997. Differential evolution–a simple and efficient heuristic for global optimization over continuous spaces. Journal of Global Optimization, 11(4): 341-359.
Storn, R. and Price, K. 1995. Differential evolution-a simple and efficient adaptive scheme for global optimization over continuous spaces. Berkeley, 3: ICSI.
Tennant, D.L. 1976. Instream flow regimens for fish, wildlife, recreation and related environmental resources. Fisheries, 1(4): 6-10.
Tharme, R.E. 2003. A global perspective on environmental flow assessment: Emerging trends in the development and application of environmental flow methodologies for rivers. Journal of River Research and Applications, 19(5-6): 397-441.
Vasan, A. and Raju, K. 2007. Application of differential evolution for irrigation planning: An Indian case study. Water Resources Management, 21(8): 1393-1407.
Mansouri, R., Torabi, H., Hoseini, M., and Morshedzadeh, H. 2015. Optimization of the Water Distribution Networks with Differential Evolution and Mixed Integer Linear Programming. Journal of Water Resource and Protection, 7(09): 715-729.