بخشی از مقاله
چکیده
هدف این مقاله توسعه سیاست بهرهبرداري از مخزن سد با در نظر گرفتن تامین نیاز آبی و کنترل شرایط زیستمحیطی میباشد. براي تعیین سیاست بهرهبرداري از خروجیمدل بهینهسازي دو هدفه با الگوریتم بهینهسازي دستهذرات با دو هدف حداقل کردن خسارت ناشی از تامین نیاز و بیشینه کردن شاخص تنوع زیستی استفاده شده است. براي تعیین سیاست از روش رگرسیون خطی بهره گرفته شده که با وارد کردن فاکتورهاي گوناگون در معادلات تاثیر آنها در بهبود معادلات بررسی شده است. در نهایت به مقایسه معادلات گوناگون پرداخته و سیاست بهرهبرداري از مخزن ارائه شده است. در این تحقیق براي اولین بار، معادله سیاست بهره برداري از مخزن ارائه شده است که به حفظ تنوع زیستی در رودخانه پایین دست مخزن حساس است.
کلید واژهها:سیاست بهرهبرداري از مخزن، شاخص تنوع زیستی مارگالف،مدل بهینه سازي کمی - کیفی
مقدمه
براي استفاده صحیح و اصولی از منابع آبذخیره شده در سدها نیاز به تعیین سیاستهاي بهرهبرداري مناسب میباشد. یکی از ساده ترین اشکال معادلات دینامیک بهره برداري از مخازن، معادلات خطی هستند. Revellو همکاران براي اولین بار قواعد بهرهبرداري خطی بهرهبرداري از مخزن را ارائه نمودند. آنها مقادیر خروجی از مخزن را تابعی خطی از حجم مخزن و جریان ورودي در نظر گرفتند. کارآموز و همکاران و همکاران از رگرسیون خطی بهره گرفتند.
آلوده شدن آبها در سالهاي اخیر اهمیت نیاز به در نظر گرفتن کیفیت آب علاوه بر تامین نیاز را روزافزون کرده است. در دهههاي گذشته وارد کردن فاکتورهاي کیفی آب در مدلهاي بهینهسازي و شبیهسازي افزایش پیدا کرده است و براي بهرهبرداري مناسبتر از منابع آب بهتر است فاکتورهاي کیفی در معادلات سیاست بهرهبرداري وارد شوند. در زمینه وارد کردن پارامترهاي کیفیت در معادلات بهرهبرداریتحقیقاتی کمی صورت گرفته است.
دو پارامتر شوري و درجه حرارت را به معادله سیاست اضافه کرده و با وارد کردن جداگانه و همزمان این پارامترها در رگرسیون، نقش هر کدام از این دو عامل کیفیرا بر عملکرد مدل و بهرهبرداري در زمان واقعی با توجه به سیاستهاي مدل، بررسی نموده اند.از تکنیکهاي هوش مصنوعی با در نظر گرفتن پارامترهاي کیفی براي بهرهبرداري از مخزن استفاده نمودند. آنها با مدل شبکه عصبی مصنوعی شبیهسازي کیفی آب انجام دادند و براي تعیین سیاست بهرهبرداري بهینه از مخزن از مدل برنامهریزي فازي احتمالاتی استفاده کردند.
براي بهرهبرداري از مخزن با در نظر گرفتن پارامترهاي کیفی از ترکیب الگوریتم ژنتیک چندهدفه به عنوان ابزار بهینهسازي و یک مدل شبیه سازي کیفی استفاده کردهاند. براي کاهش زمان اجراي مدل، مدل را به دو زیرمدل سالانه و طولانیمدت تقسیم کردهاست. اطمینانپذیري تامین نیاز به عنوان تابع هدف مدل طولانیمدت و تابع هدف مدل سالانه، کیفیت و کمیت آب تخصیصی در نظر گرفته شده است. جوابهاي بهینه مدل طولانیمدت به عنوان محدودیت در مدل سالانه به کار برده میشود. روش محدودیت-ε براي تهیه جبهه پارتو استفاده شدهاست. براي تعیین سیاست بهرهبرداري از سیستم استنتاج فازي عصبی استفاده شده است.
در این تحقیق براي اولین بار با استفاده از نتایج مدل بهینه سازي کمی– کیفی بهره برداري از سد ابوالعباس، سیاستهاي بهره برداري ازمخزن سد ارائه شده است که به حفظ تنوع زیستیبزرگ بیمهرگان کفزي به عنوان شاخص سلامت اکوسیستم در رودخانه پایین دست مخزن حساس است.
مواد و روشها
قواعد بهرهبرداري براي تعیین خروجی از مخازن در شرایط مختلف هیدرولیکی مورد استفاده قرار میگیرد.روش معمول در به دست آوردن سیاست بهرهبرداري این است که ابتدا بهرهبرداري درازمدت توسط مدلهاي ریاضی، بهینهسازي گرددو سپس قواعد بهرهبرداري براساس مقادیر بهینهسازي شده ارائه میشوند. براي بهرهبرداري از مخزن روشهاي گوناگونی براي ارائه سیاست بهرهبرداري وجود دارد که برخی از آن شامل موارد زیر هستند.قاعده بهرهبرداري خطی منحنی فرمان قواعد محدود کننده قاعده بهرهبرداري با ضرایب فازي.
شاخص تنوع زیستی که در این تحقیق استفاده شده است، شاخص مارگالف است که از شاخصهاي معتبر در ارزریابیهاي زیستمحیطی میباشد و نحوه محاسبه آن بر حسب پارامترهاي فیزیکی و شیمیایی آب در رابطه - 4 - بیان شده است.این شاخص به کرات در مطالعات مختلف در سطح ملی و بین المللی براي بررسی تنوع زیستی استفاده شده است. سناریوي دوم: در این سناریو براي بهبود وضعیت رگرسیون خطی علاوه بر پارامترهاي کمی و شاخص تنوع زیستی، پارامترهاي کیفی کل جامدات محلول - TDS - و دما نیز مطابق رابطه شماره 3در معادلات در نظر گرفته شده است.
در این معادلات، a،b، c، d، e و f ضرائب تابع رگرسیون خطی هستند و ، TDS وT به ترتیب کل جامدات محلول در آب و دما در ماههاي مختلف هستند. براي تدوین سیاست از دادههاي مربوط به جوابهاي مدل بهینه سازي - جبهه پارتو - دو هدفه با اهداف تامین نیاز پاییندست و تامین سلامت اکوسیستم استفاده شده است. دراین مدل بهینه سازي اهداف به شرح زیر در نظر گرفته شده اند: تابع هدف تامین نیاز آبی پایین دست: در این تابع فرض می شود که خسارت ناشی از رهاسازي آب ازسیستم تابعی از نسبت خروجی به نیاز است. چنانچه خروجی کمتر یا بیشتر از نیاز باشد خسارت برآورد میشود. این تابع هزینه، محدب و نمایی است.
باتوجه به لزوم تامین نیاز آبی پاییندست سد در طول سال، تابع هزینه خسارت در همه ماهها محاسبه و هدف بهینهسازي، حداقل نمودن آن درطول دوره آماري است. تابع هدف تامین پایداري اکوسیستم: جهت تامین پایداري اکوسیستم، بهینه نمودن شاخص تنوع زیستی بزرگبیمهرگان کفزي در پاییندست مخزن سد به عنوان تابع هدف انتخاب شده است. مطالعات مختلف نشان دادهاند که ارتباط معنیداري بین شاخص زیستی با پارامترهاي فیزیکی شیمیایی آب وجود دارد.
با توجه به رابطهاي که به صورت کمی بین شاخص تنوع زیستی مارگالف و ویژگیهاي فیزیکی و شیمیایی جریان آب رودخانه توسط روش هاي دادهکاوي برنامهریزي ژنتیک - GP - به دست میآید، بیشینه نمودن تنوع زیستی در پاییندست سد، در ماههایی که از لحاظ اکولوژیکی حساسیت بیشتري وجود دارد به نوعی در توابع هدف بهینهسازي مدنظر قرار گرفته است.
براي حل مدل بهینه سازي از الگوریتم دسته ذرات چند هدفه استفاده شده است که جزئیات آن در مرجع 7 قابل مشاهده است. محاسبه تابع هدف پایداري اکوسیستم نیاز به اطلاعات کیفیت آب خروجی از مخزن به ازاي مقادیر دبی خروجی و همچنین کیفیت آب ورودي در دوره بهینهسازي دارد. به همین منظور به ازاي هر ذره و در هر تکرار از مدل بهینهسازي تکاملی با فراخوانی مدل شبیه سازي کیفیت آب حین انجام بهینه سازي، کیفیت آب خروجی از مخزن محاسبه میگردد. با توجه به سادگی، یکبعدي بودن مدل و قابلیت شبیهسازي پارامترهاي مورد نظر و با توجه به امکان ارتباط بین مدل بهینهسازي و مدل شبیه سازي، این مدل براي انجام این تحقیق انتخاب شده است.
