بخشی از مقاله
چکیده
سد مخزنی سبلان در 55 کیلومتری شمالغربی اردبیل و40 کیلومتری شمالشرقی مشکینشهر واقع شده است. هدف از احداث این سد ذخیرهسازی 105 میلیون مترمکعب آب، تنظیم حدود 115 میلیون مترمکعب رواناب رودخانه قرهسو، آبیاری 15 هزار هکتار اراضی دیم و باغات مشکینشهر، تامین سالانه 10 میلیون متر مکعب آب شرب مشکینشهر، کنترل سیلاب و ایجاد اشتغال و کاهش مهاجرت بودهاست.
باتوجه به اهمیت منابع مالی و تاثیر مستقیم حجم مخزن در افزایش هزینههای احداث سد و همچنین تاثیر آن بر محیط-زیست، تعیین بهینه حجم مخزن سدها برای صنعت آب کشور ضروری است. در این تحقیق بهینهسازی غیرخطی حجم مخزن با استفاده از دو نرمافزار Excel و Lingo انجام و نتایج این دو باهم مقایسه شد. نتایج نشان داد که استفاده از روشهای بهینهسازی موجب کاهش حجم مخزن و هزینههای اجرایی آن میشود. ضمنا نتایج دو مدل Excel و Lingo تطابق بسیار نزدیکی داشته و چون نرمافزار Excel دردسترس همگان قرار دارد، استفاده از آن برای طراحان توصیه میگردد.
مقدمه
قسمت عمدهی تامین مصارف آبی کشور همچون صنعت، کشاورزی وشرب توس منابع آب سطحی صورت میگیرد. در سالهای اخیر، افزایش جمعیت، رشد تقاضا، محدودیت منابع آب قابل استحصال و هزینههای کلان مهار و تامین آب با اجرای طرحهای جدید توسعهی منابع آب، موجب شده که مدیریت بهره برداری از منابع و امکانات موجود بیش از پیش مورد توجه قرار گیرد. استفاده بهینه از منابع آب به خصوص مخازن سدها به عنوان یکی از سازههای ذخیره کننده منابع آب سطحی، همچنین بالا بردن بازده سیستمهای مخزنی موجود، از مهمترین مسایل مورد بحث در سالیان اخیر میباشد. به همین منظور بسیاری از روشهای قدیمی و نوین بهینه-سازی، مورد استفاده کارشناسان قرار میگیرند.
سد مخزنی سبلان در مشکینشهر در استان اردبیل، با هدف ذخیرهسازی 105 میلیون متر مکعب و تنظیم حدود 115 میلیون متر مکعب از آب رودخانه قرهسو و برای آبیاری 14900 هکتار از اراضی دشت مشکینشهر احداث شده است. سد سبلان ابتدا صرفاً برای اهداف کشاورزی طراحی گردیده بود، اما با توجه به وضعیت آب شرب مشکینشهر، تأمین سالانه حدود 20 میلیون متر مکعب آب مصرفی شهر از سد سبلان درنظر گرفته شده است. سد مخزنی سبلان از نوع سنگریزهای با هسته رسی است که طول تاج آن 304 متر، عرض تاج 12 متر و ارتفاع آن از پی 89 متر است. طول دریاچه سد 11/5 کیلومتر و حجم مفید مخزن 94 میلیون متر مکعب است که قابلیت تنظیم 115 میلیون متر مکعب را داراست.
سرریز سد از نوع آزاد با مقطع اوجی است که طول آن 116/4 متر بوده و قابلیت تخلیه 2877 متر مکعب در ثانیه را خواهد داشت. مساحت حوضه آبریز سد سبلان 5326 کیلومتر مربع و کل رواناب رودخانه قرهسو 276 میلیون متر مکعب است که پس از مهار حدود 120/5 میلیون متر مکعب از آب این رودخانه در سدهای بالادست، از مجموع 155/5 میلیون متر مکعب باقیمانده، حدود 115 میلیون متر مکعب توسط سد سبلان تنظیم و بقیه رواناب به پایین دست سد رها میشود.
مطالعات اولیه شبکه آبیاری پایاب سد در سال 1368 و آغاز عملیات اجرایی سد سبلان در سال 1375صورت گرفته در حالی که سد مخزنی در سال 1384 مورد بهره برداری قرار گرفته است. با گذشت زمان و تاخیر در احداث سد مخزنی و شبکه آبیاری پایین دست آن، تغییرات عمدهای در وسعت اراضی کشاورزی، الگوی کشت طرح توسعه، نیازهای آبیاری اراضی پایاب و نیز تامین آب شرب مشکین شهر حادث گردید. با تغییرات ایجاد شده در نیازهای آبی پایاب سد - بخصوص نیاز آبیاری - ، طبعا ظرفیت مورد نیاز ذخیره سد نیز دچار تغییر میگردد. در این پژوهش بر اساس نیازهای جدید محاسبه شده آبیاری اراضی کشاورزی بر اثر افزایش وسعت اراضی و تغییر در الگوی کشت انجام شده توسط سلماسی - 1387 - حجم بهینه مخزن سد سبلان با به کار بردن تکنیک بهینه سازی غیر خطی محاسبه میگردد.
مبانی و روشها
-موقعیت جغرافیایی سد سبلان
سد سبلان به فاصله 35 کیلومتری از مشکین شهر و 55 کیلومتری شمال غربی شهرستان اردبیل بر روی رودخانه قره سو احداث شده است.
- داده های لازم
با استفاده از گزارش مطالعات طرح، آمار و دادههای مورد نیاز این تحقیق در جدول - - 1 نشان داده شده است - گزارش فنی سد، 1378 و گزارش سیمای شبکه آبیاری، . - 1385
جدول - : - 1 ورودی و خروجی های مخزن طی ماه های سال
-بهینه سازی
به دنبال یافتن بهترین مقدار قابل دستیابی از یک تابع هدف تعریف شده بر یک دامنه معین از مقادیر است. در سادهترین حالت، هدف، حداقل یا حداکثرسازی یک تابع حقیقی، با انتخاب نظاممند مقادیر حقیقی یا اعداد صحیح از یک مجموعه از مقادیر ممکن است. اولین تکنیک بهینهسازی را کارل فردریش گاوس ابداع کرد. اما عمده اصطلاحات مورد استفاده در این حوزه به دوره معاصر برمیگردد. اصطلاح برنامه ریزی خطی را نخستین بار جرج دانتزیگ در 1940 میلادی بهکاربرد. اصطلاح برنامهریزی در حوزه بهینهسازی به معنای برنامهنویسی برای کامپیوتر نیست، با این همه، رایانهها، امروزه به شکل گستردهای در حل مسائل ریاضی مورد استفاده قرار میگیرند. یک مدل بهینه سازی شامل موارد زیر است:
تابع هدف فرمولی است که دقیقا آنچه را که می خواهید بهینه کنید، بیان می کند. مدل ها ممکن است حداکثر یک تابع هدف داشته باشد.
متغیرها کمیت هایی هستند که تحت کنترل شما هستند و شما باید تصمیم بگیرید که بهترین مقادیر این متغیر ها کدامند؛ به همین دلیل اغلب به آنها متغیر های تصمیم گیری نیز می گویند. هدف بهینه سازی یافتن مقادیری برای متغیرهای مدل است که با توجه به همه شرایط محدود کننده که روی متغیرها اعمال می شوند، بهترین مقدار را برای تابع هدف تولید کنند.
هر مساله بهینه سازی یک سری شرایط مرزی یا قید - constraint - دارد که در صورتیکه این قیود نباشند مساله یا حل نمی شود یا جوابهای زیادی خواهد داشت تقریبا بدون استثنا، برخی محدودیت ها برای مقادیری که متغیرها می توانند اتخاذ کنند خواهد بود. این محدودیت ها به وسیله توابعی از متغیرهای مدل بیان می شوند.
