بخشی از مقاله
چکیده
کمبود منابع آب قابل دسترس در جهان و نیز پراکنش نامتناسب آن، لزوم استفاده از مدیریت بهینه منابع آب را نمایان میسازد، بدین منظور باید قوانین مناسبی برای بهرهبرداری از رودخانهها و مخازن سدها به عنوان یکی از مهمترین اجزای سیستمهای منابع آب اتخاذ گردد. بکارگیری چنین قوانینی باعث ایجاد تعادل بین منابع محدود موجود و مصارف بالا، بهینهسازی مصرف آب در بخش کشاورزی، شهری و صنعتی و در نهایت نیل به توسعه پایدار در مدیریت منابع آب خواهد شد.
به این منظور، مدیران جهت برنامهریزی در استفاده از منابع آب به خصوص مخازن سدها، نیاز به اتخاذ سیاستهای بهینه دارند.در این تحقیق به منظور بهینهسازی حجم مخزن سد درودزن برای اعتمادپذیری مشخص و کنترل شده در رابطه با میزان خروجی از مخزن برای تامین نیاز پاییندست که شامل نیازهای شرب و کشاورزی میباشد، با استفاده از روش برنامهریزی خطی در محیط برنامهنویسی lingo11 استفاده شده است که نتایج حاکی از آن است که این الگوریتم با درصد بالایی از اعتمادپذیری توانایی تخمین حجم بهینه سد را دارد.
مقدمه
چگونگی بهرهبرداری از سیستم مخازن آب ممکن است مورد توجه گروههای مختلف با هدفها و دیدگاههای متفاوت قرار داشته باشد. به عنوان مثال گروههای ذینفع با اهداف تأمین آب شرب، تأمین آب کشاورزی، تولید برق آبی، کاهش خسارات سیل، گروههای زیست محیطی، صنعت حمل و نقل، صنعت ماهیگیری، تفریحات و توریسم و مردم بومی و محلی از جمله این گروهها به حساب میآیند.
بنابراین لازم است در تصمیمگیریهای کلان برای بهرهبرداری از سیستم، سیاستی جامع و مناسب در نظر گرفته شود که در آن اثرات کلیه عوامل و معیارهای اثر گذار همچون سود و زیان اقتصادی، سلامت محیط زیست، مجاز بودن به لحاظ ضوابط و امکانات فنی، بهرهبرداری، قانونی، سیاسی و غیره مد نظر قرار گرفته باشد .
مدلهای بهینهسازی با هدف دستیابی به بهترین مقدار برای توابع هدف مسئله، سیاست بهرهبرداری از سیستم را تهیه و تدوین میکنند. گاهی این سیاستها به صورت متغیرهای تصمیمگیری جداگانه برای حالتهای مختلف بهره برداری از سیستم تعریف میگردند. اما گاهی سیاست بهرهبرداری بهینه شونده دارای قوانین با ساختاری معین و از پیش تعریف شده هستند که در این صورت بهینهسازی آنها با تعیین پارامترهای بهینهی این ساختار میسر میگردد. از جمله تحقیقات انجام شده در این زمینه میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
برنامه نویسی پویا - بلمن، - 1957 مدت هاست که روشی برتر در بهینهسازی عملیات مخزن میباشد. اولین مزیت برنامهنویسی پویا توانایی آن در کار با توابع مشاهدهای پیچیده بدون مشکل میباشد. به علاوه، محدودیتها درمسئلهی بهینهسازی به راحتی میتواند در برنامه نویسی پویا قرار داده شود.
هال و همکاران - 1969 - ، با استفاده از یک نوع متفاوت از برنامهنویسی پویا یک سیستم دو مخزنی را مورد مطالعه قرار دادند.
حیدری و همکاران - 1971 - برنامهنویسی پویای دیفرانسیلی گسسته را پیشنهاد دادند که منجر به ایجاد یک مدل در بهینهسازی گردید.
مورای و یاکوویتز - 1979 - یک تکنیک موثر در برنامه نویسی پویای دیفرانسیلی، را برای بهینهسازی سیستمهای چند مخزنی بدون هیچ نیازی به حالت گسستگی و متغیرهای تصمیمگیری ایجاد کردند.
مرور جامع کاربردهای برنامه نویسی پویا در مورد سیستم های مخزن در مطالعات یاکوویتز - 1982 - و یه - 1985 - موجود می باشد
احمد و لنسی - 2001 - روشی را بر اساس روش تکرار پارامتر گال - 1979 - شامل تخمین چهارگانهی سودهای آتی و پارامتری کردن سیاست های عملیاتی برای سیستمهای برقابی پیشنهاد دادند
لبالدی - 2004 - یک مدل تلفیقی بهرهبرداری مخزن چند منظوره ارائه دادند.[9] لیو و همکاران - 2006 - مدل برنامه نویسی - DPNS - را برای به دست آوردن منحنیهای فرمان در برنامهریزی و مدیرت مخزن ارائه و به کار بردند.[
توماج شهبازی، محمد صادق صادقیان - 1388 - ، در تحقیق خود با توسعهی یک مدل برنامه ریزی خطی LP1، مخزن سد برقابی کارون 4 را با هدف حداکثرسازی انرژی تولیدی اولیه و ثانویه با توجه به هزینههای مختلف سالیانه در جهت تولید سود بیشتر، بهینه کردند. نتایج کاربرد این مدل نشان داد که این مدل به لحاظ کیفیت جوابهای حاصل، عملکرد بهتری نسبت به مدلهای مشابه داشته است، با توجه به اینکه مدلهای دیگر نیازمند تلاش محاسباتی بیشتر و صرف مدت زمان طولانیتری میباشند.
کومار و همکاران - 2006 - ، در تحقیق خود جهت بهینه کردن عملکرد یک مخزن سد تک منظوره برای آبیاری گیاهان زراعی، الگوریتم ژنتیک GA2 را با برنامهریزی خطی LP مقایسه کردند. تابع هدف بهکار برده شده در تحقیق حداکثر نمودن عملکرد نسبی گیاهان در کل بود. در مدل آنها جریان ورودی به مخزن، بارندگی، رقابت درون فصلی گیاهان برای آب، میزان رطوبت موجود در خاک، غیر یکنواختی خاکها و ضریب حساسیت گیاه بهکار گرفته شده بود. نتایج تحقیق نشان داد که عملکرد GA با برنامهریزی خطی LP در توزیع آب بین مراحل مختلف رشد تفاوت چندانی ندارد.
قهرمان و سپاسخواه - 1999 - ، در تحقیق خود یک مدل بهینهسازی تخصیص آب به گیاهان زراعی را با حجم محدود آب تدوین کردند. سپس آنها در سال - 2004 - ، مدل فوق را به یک مخزن تکمنظوره بسط داده و الگوی بهینه رهاسازی آب را برای آن تدوین کردند.
قدمی و همکاران - 1388 - ، در مطالعه خود اقدام به تدوین یک مدل برنامهریزی خطی جهت تعیین الگوی کشت مناسب گیاهان دشت نیشابور- سبزوار کرده و با استفاده از آن، بیلان منفی آب دشت مذکور را تعدیل کردند.[14]
مواد و روشها
منطقه مورد مطالعه
سد مخزنی درودزن در 100 کیلومتری شمال غرب شیراز، در محدوده جغرافیایی 30 درجه و 11 دقیقه تا 30 درجه و 14 دقیقه شمالی و 52 درجه و 19 دقیقه تا 52 درجه و 25 دقیقه شرقی بر روی رودخانه کر احداث گردیده است و با تنظیم حدود 760 ملیون مترمکعب آب در سال, آب کشاورزی حدود 42 هزار هکتار از اراضی بلوک رامجرد و حدود 34 هزار هکتار از اراضی منطقه کربال و کناره مرودشت را تامین مینماید. توزیع آب در سطح اراضی رامجرد به روش مدرن و در سایر اراضی زیر سد به روش نیمه مدرن و سنتی صورت میگیرد میزان اراضی رو به افزایش بوده و با اتمام طرحهای در دست اجراء به 112 هزار هکتار خواهد رسید.
روش انجام تحقیق
در این تحقیق به منظور بهینهسازی حجم مخزن سد درودزن برای اعتمادپذیری مشخص و کنترل شده در رابطه با میزان خروجی از مخزن برای تامین نیاز پاییندست که شامل نیازهای شرب و کشاورزی میباشد، با استفاده از روش برنامهریزی خطی در محیط برنامهنویسی lingo11 استفاده شده است.در این تحقیق تابع هدف که تعیین کمینهی حجم نرمال سد - کمینهی حجم و بیشینه بهرهبرداری - است با توجه به قیود و فرضیات ذیل ذکر شده است.
تابع هدف
مقدار R با در نظر گرفتن رابطه پیوستگی برای همه دورهها محاسبه میگردد.
Rt = St - St+1 + Qt - Et - SPt - 1 -
: Rt حجم خروجی از مخزن سد در هر ماه
: St حجم مخزن در ماه tام
: St+1 حجم مخزن در ماه t+1ام
: Qt حجم آب ورودی به مخزن در ماه tام
: SPt حجم سرریز آب از مخزن در ماه tام
: Et حجم تبخیر از سطح مخزن سد در ماه tام
قیودات حاکم
در این تحقیق حجم مخزن در طول دوره بهرهبرداری در حد فاصل حداکثر حجم مخزن و حداقل حجم مخزن قرار گرفته است. که طبق فرمول زیر است.
: Smin حداقل حجم مخزن - تراز حجم مرده مخزن - ؛ : Smax حداکثر حجم مخزن - تراز نرمال مخزن -
همچنین باید یک مقدار حداکثری برای جلوگیری از خطر سیلاب و تخریب اراضی پایین دست مخزن سد که بر اساس توان عبوری جریان رودخانه تخمین زده میشود. این قید به شکل زیر نوشته میشود.
: Rmin حداقل حجم خروجی از مخزن سد
