بخشی از مقاله
چکیده
در طراحی ظرفیت مخزن بهینه شده در مطالعات سدها دو موضوع مهم باید در نظر گرفته شود. اولین موضوع، سیاست بهرهبرداري منتخب است که به معنی نحوه رهاسازي جریان در زمان بهرهبرداري می باشد. عمده این سیاستها شامل، سیاست بهرهبرداري استاندارد - SOP - ، S-Type ، SQ-Type و روشهاي برگرفته از این روشها مانند GSQ-Type و یا GSQD-Type می باشد. موضوع دوم مقادیر منتخب براي اعتمادپذیري و حد آستانه کمبود در تأمین نبازها میباشد. تأثیر توأم سیاست بهرهبرداري، حدود اعتمادپذیري و کمبود بر روي ظرفیت نهایی بهینه شده و منتخب، در این مطالعه مورد برسی قرار گرفته است. در این مطالعه نتایج مربوط به حالتهاي مختلف سیاست بهرهبرداري شامل، بدون سیسات بهرهبرداري که به عنوان Free-Policy شناخته شده، سیاست بهرهبرداري استاندارد - SOP - و GSQD-Type و لحاظ هم زمان مقادیر مختلف اعتمادپذیري و کمبود در ظرفیت مخزن نهایی براي سد مخزنی ژاوه در استان کردستان مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان میدهد که ظرفیت نهایی بیشتر تحت تاثیر حدود اعتمادپذیري و کمبود بوده و سیاست بهرهبرداري به نسبت تأثیر کمتري خواهد داشت.
کلید واژهها: ظرفیت بهینه مخزن، سیاست بهرهبرداري، حدود اعتمادپذیري
-1 مقدمه
سدهاي مخزنی جهت ذخیره جریان در ماههاي پر آب و تخصیص آن در فصول کمآبی بر روي رودخانهها احداث می گردند. این سازهها به علت سختار پیچیده و عظیمی که دارند معمولاً پر هزینه بوده و هزینههاي ساخت آنها به طور نمایی با افزایش ارتفاع و به طبع آن افزایش ظرفیت، زیاد میشود. از اینرو مهمترین موضوع در رابطه با این سازهها ظرفیت بهینه آنها با توجه به نیازهاي تعریف شده براي آنها در هر ساختگاه میباشد. البته یک مخزن سد داراي مشخصه-هاي مهم دیگري نیز میباشد که در این مطالعه بر روي ظرفیت بهینه مخزن سد تمرکز شده است. بطور کلی مشخصات یک سد مخزنی به شرایط هیدروکلیماتولوژي محل ساختگاه و بطور اخص به میزان زیادي متأثر از جریان ورودي به مخزن سد و نیازهاي پایین دست میباشد. البته در مطالعات یک سد مخزنی مطالعات متعدد دیگري نیز انجام میشود. یکی از مباحث پیچیده در مطالعات ظرفیت مخزن سد تأثیر عدم قطعیت جریان ورودي و نیازها بر روي ظرفیت بهینه سد میباشد. بررسی این تأثیر معمولاً به دو روش انجام می گردد که به نام روشهاي صریح - explicit method - و ضمنی - implicit method - میباشد.
علاوه بر پارامترهاي ذکر شده بر روي ظرفیت بهینه مخزن سد - مانند جریان ورودي و نیازها که بررسی تأثیر آنها به دو روش ضمنی و صریح دیده میشود - ، موضوعات دیگري نیز بر روي ظرفیت بهینه شده مخزن سد تأثیرگذار خواهد بود. این موضوعات شامل سیاست بهرهبرداري مورد نظر و مقادیر جریان ورودي و نیازها میباشد. در طراحی ظرفیت مخزن یک سد فرض بر این است که شرایط هیدروکلیماتولوژي حاکم بر منطقه در آینده نیز تکرار خواهد شد و به این دلیل از آمار و اطلاعات سالهاي گذشته مربوط به پرامترهاي مختلف هیدرولوژیکی و هواشناسی جهت هر دو روش صریح و ضمنی استفاده میگردد. در روش صریح از مشخصههاي آماري پارامترهاي مؤثر - مانند، جریان ورودي به مخزن سد، بارنگی، نیاز آبی... - بهره گرفته میشود و در روش ضمنی از سریهاي آماري - تولید شده و یا مشاهده شده - این پارامترها استفاده میشود. روش اول با نام روش صریح و روش دوم با نام روش ضمنی شناخته میشود. در این مقاله روش ضمنی مورد مطالعه قرار گرفته است.
با توجه به نکات ذکر شده در فوق به طور کلی سه پارامترمهم مؤثر بر روي ظرفیت مخزن سد بهینه شده، جریان ورودي به مخرن، نیازها و نحوه تأمین نیازها در زمان بهرهبرداري میباشد که جریان و نیازها پارامترهاي غیر قطعی بوده و بحث عدم قطعیت در مورد آنها بایستی مطالعه گردد. بحث عدم قطعیت این پارامترها بر روي نتایج نهایی تأثیرگذار بوده و باید در مطالعات لحاظ گردد. در غیر اینصورت نمیتوان ادعا نمود که جوابهاي حاصله جوابهاي بهینهاي هستند . - Howell et al. 1972; Tung etal. 2005 - نحوه تأمین نیازها با دو پارامتر اعتمادپذیري و حد آستانه کمبود مشخص میگردد . - Loucks, 2005 - اعتمادپذیري به دو شکل متوسط - زمانی - و فصلی - حجمی - می تواند ارائه گردد. کمبود نیز به میزان نیاز تأمین نشده در ماههایی است که نیاز به طور کامل تأمین نگردیده است. حداکثر کمبود مجاز به عنوان حد آستانه کمبود معرفی میگردد. در پروژه هاي عمرانیاقتصاد، طرح بسیار تعیین کننده بوده و عملاً مشخصات یک پروژه بر اساس مؤلفههاي اقتصادي مانند سود خالص، نسبت سود به هزینه و یا نزخ بازده داخلی و یا همه این موارد مشخص میگردد. در مطالعات مربوط به سدهاي مخزنی نیز بایستی سود خالص به عنوان تابع هدف اصلی مدنظر قرار گیرد - . - Cai, 1999; Marques, 2005 لیکن توابع هدفی که به صورت حداکثر نمودن سود خالص تعریف میشوند، معمولاً به سختی حل شده و یا با صرف وقت زیاد و یا سادهسازیهایی به جواب نهایی منتج میگردد. در یک مسئلهکامل طراحی مخزن سد، هیچکدام از پارامترهاي اعتمادپذیري و کمبود مشخص نبوده و در حل نهایی بهینه میگردد. در رویکرد سادهتر چنین مسائلی، بجاي حداکثر نمودن سود خالص، حداقل نمودن حجم مخزن سد مدنظر قرار می-گیرد - . - Alizadeh, 2013 در چنین روش حلی که حداقل نمودن حجم مخزن سد، مدنظر است، پارامترهاي اعتمادپذیري و حد آستانه کمبود به عنوان پارامترهاي مشخص در مسئله وارد میشوند. نتایج روش دوم - حداقل نمودن حجم مخزن به عنوان تابع هدف - از دقت کمتري نسبت به روش اول - حداکثر نمودن سود خالص به عنوان تابع هدف - برخوردار میباشد. تفاوتهاي بین این روشها در تابع هدف مسئله در مقالات بعدي ارائه میگردد. در این مقاله حالتی که مقادیر اعتمادپذیري و کمبود مشخص است، مطالعه شده است. موضوع دیگر، سیاست بهرهبرداري در زمان بهرهبرداري از مخزن سد میباشد که در زمان طراحی نیز باید در مطالعه دیده شود، که خود این مفهوم نیز بر روي نتایج تأثیرگزار خواهد بود.سیاست بهرهبرداري در واقع راهنماي رهاسازي جریان از سد جهت تأمین نیازهاي پایاب سد میباشد - Mujumdar, .1992 - در واقع اگر ظرفیت مخزن یک سد بهینه شده باشد، لیکن راهنما و یا قواعدي براي بهرهبرداري از آن ارائه نشده باشد، این طراحی کارآمد و بهینه کامل در بهرهبرداري نخواهد بود. این امر به دلیل ثابت نبودن پارامترهاي هیدروکلیماتولوژي بوده و بایستی قاعدهاي براي بهرهبرداري با توجه به تغییرات این پارامترها ارائه گردد. بنابراین در زمان طراحی قاعده بهرهبرداري بایستی مشخص بوده و در زمان بهرهبرداري بایستی اجرا گردد. از جمله سیاستهاي بهرهبرداري شناخته شده ، سیاست بهرهبرداري استاندارد، S-type و SQ-type میباشد. مطالعات انجام شده تا کنون نشان داده است که حجم مخزن بهینه شده توسط این روشها بیشتر از حجم مخزن بهینه واقعی میباشد، به خصوص در مورد سیاستهاي بهرهبرداري S-type و . SQ-type لیکن در مورد سیاست بهرهبرداري استناندارد - SOP - ، غلی رغم نتایج غیر بهینهاي که ارائه میدهد - حجم مخزن بیشتر از بهینه واقعی - به دلیل کاربردي بودن و سهولت بهرهبرداري بر اساس این روش، جزء روشهاي نسبتاً مطلوب به حساب میآید. در این مقاله تأثیر تغییر در پارامترهاي اعتمادپذیري و حد آستانه کمبود در تأمین نیازها و همچنین تغییر در سیاست بهرهبرداري در ظرفیت بهینه مخزن سد مطالعه شده است. سیاستهاي بهرهبرداري مورد مطالعه، Free policy - بدون سیاست بهرهبرداري - ، سیاست بهرهبرداري استاندارد - SOP - و GSQD-type میباشد.
تغییرات در حدود اعتمادپذیري و کمبود نیز به این قیود اضافه شده و نتایج مقایسه شده است. در ادامه روش انجام تحقیق، معادلات مربوطه و نتایج ارائه شده است.
-2 مواد و روشها
پارامترهاي اعتمادپذیري و کمبود به صورت روایط زیر ارائه میگردد - . - Loucks, 2005 این روابط در رابطه با تأمین نیازها و تخصیص آب مورد نیاز ارائه شده است.
پارامتر اعتمادپذیري در یک دوره مورد نظر، محاسبه و ارائه میگردد. اگر این پارامتر براي کل زمان برنامه محاسبه گردد، اعتمادپذیري متوسط یا اعتمادپذیري زمانی نامیده میشود. همچنین اگر اعتمادپذیري براي هر فصل محاسبه گردد، اعتمادپذیري فصلی و یا حجمی نامیده میشود . - Alizadeh, 2014 - پارامتر کمبود هم براي هر پریود به طور جداگانه محاسبه شده و نهایتاً یک حد آستانه براي آن مشخص میگردد که بایستی در طول کل دورههاي زمانی رعایت شوددر. مطالعات سدهاي مخزنی براي بهینه کردن ظرفیت مخزن سد، معمولاً پارامتر اعتمادپذیري و حد آستانه کمبود، توسط طراح فرض میشود که باید در مدل بهینهسازي مربوطه، در قیود گنجانده شده و رعایت گردد. مفهوم روابط - 1 - و - 2 - را میتوان با روابط - 3 - و - 4 - در مدل بهینهسازي ارائه و در قیود برنامه گنجاند و مسئله را با لحاظ این قیود حل نمود - . - Alizadeh, 2014 روایط - 3 - و - 4 - به ترتیب مربوط به اعتمادپذیري و کمبود متوسط میباشند. رابطه - 5 - نیز اعتمادپذیري فصلی را ارئه مینماید. لازم بذکر است که تعریف کمبود در حالت متوسط و فصلی یکسان خواهد بود.
