بخشی از مقاله
چکیده
روش های شبیه سازی در کنار پیشرفت سریع روش های تحلیل سیستم، همچنان به عنوان یک ابزار مفید تصمیم گیری در مسائل مهندسی مورد استفاده می باشند. با این حال نیاز به یافتن روش های جدید شبیه سازی که علاوه بر تشریح پویایی سیستم های پیچیده، بتواند قابلیت مدلسازی ساده و راحت آنها را برای کاربر ایجاد نماید، احساس می گردد. یکی از این روش ها، روش پویایی سیستم است که یک روش شبیه سازی شیﺀ گرا بر اساس روابط بازخور می باشد. از عوامل جذابیت این روش می توان به افزایش سرعت ایجاد یک مدل، امکان توسعه گروهی مدلها و قابلیت و سادگی اصلاح مدل در واکنش به تغییرات سیستم اشاره نمود. در این مقاله با استفاده از روش پویایی سیستم، عملکرد یک مخزن برقابی به صورت کامل مدلسازی شده و جهت بررسی نتایج، مطالعه موردی بر روی سد تنگ معشوره در سر شاخه های کرخه انجام شده است.
واﮊه های کلیدی: پویایی سیستم، شبیه سازی، برقابی.
۱- مقدمه
در چند دهه گذشته، تحقیقات گسترده ای بر روی استفاده از روش های تحلیل سیستم در مسائل مربوط به بهره برداری مخازن انجام شده است. عمده این روش ها در کتابهای مرجع من جمله کتاب Loucks و همکاران - ۱۸۹۱ - ، Mays و - Tung۲۹۹۱ - ارائه شده است. همچنین Yeh در سال ۵۸۹۱ پس از بررسی بسیار گسترده بر روی روش های متعدد بهینه سازی و شبیه سازی مخازن به این نتیجه رسید که علیرغم پیشرفت قابل ملاحظه صورت گرفته، تحقیقات مربوط به تحلیل سیستم های مخازن در جهت گیری به سمت عملی شدن، به خصوص در مورد بهره برداران واقعی، بسیار کند حرکت می کنند.
با بررسی مقالات و تحقیقات انجام شده در مبحث بهره برداری مخازن مشاهده می گردد که علیرغم اینکه تحلیل سیستم ها جایگاه خاصی در زمینه مدیریت مخازن داراست اما همچنان روش های شبیه سازی به عنوان یک ابزار مفید در ایجاد شرایطی برای تصمیم گیریهای مدیریت مخازن مورد استفاده قرار می گیرند . - Simonovic, 1992 - با این حال نیاز شدیدی به یافتن ابزارهای شبیه سازی که قابلیت وارد نمودن بهره برداران را در فرآیند مدلسازی دارا باشد، احساس می گردد. یکی از این ابزارها، روش پویایی سیستم - System Dynamics - در مدلسازی بهره برداری مخازن می باشد که در مقایسه با روش های مرسوم تحلیل سیستم، بسیار کارآتر و ساده تر بوده و نیاز به توصیف پیچیده ریاضی سیستم نیز ندارد. روش پویایی سیستم یک روش شبیه سازی بازخور - Feedback - شیﺀ گرااست که در حال رشد و همگانی شدن در مدلسازی سیستم های منابع آب میباشد.
از نمونه کارهایی که در چند سال اخیر صورت گرفته می توان به کار Ahmad و Simonovicدر سال ۰۰۰۲ اشاره نمود که در آن با استفاده از روش SD مدل مدیریت سیلاب در مخزن Shellmouth در کانادا تهیه شده است. در سال ۲۰۰۲ نمونه دیگری از کاربرد SD در منابع آب با عنوان مدل SD در پیش بینی سیلاب ناشی از ذوب برف توسط Li و Simonovic ارائه شده است. علاوه بر آن Simonovic در سال ۲۰۰۲ کارهای متعدد دیگری در زمینه استفاده از SD در مدلسازی جامع منابع آب صورت داده است که در مراجع موجود می باشد.
روش پویایی سیستم، همانگونه که عنوان شد یک نمونه روش شبیه سازی بازخور شیﺀ گرا بوده که در این مقاله به عنوان روشی قوی و در عین حال ساده در مدلسازی عملکرد مخازن برقابی معرفی می گردد. این مدلسازی با توجه به فرآیندهای مختلف در عملکرد مخازن برقابی و نیز تعیین ظرفیت نیروگاه و میزان انرﮊی تولیدی و همچنین قابلیت اطمینان سیستم در حالت قطعی انجام گرفته است. در این مقاله پس از تشریح عملکرد مخازن برقابی، ساختار مدل پویایی سیستم شبیه سازی این مخازن تهیه شده و در انتها نیز جهت بررسی مدل، داده های مربوط به سدتنگ معشوره در سرشاخه های کرخه مورد استفاده قرار گرفته و نتایج آن تحلیل می گردد.
۲- مدلسازی پویایی سیستم در بهره برداری مخازن
روش پویایی سیستم به عنوان یک نمونه مدلسازی، تاریخچه طولانی داشته و منشا آن در کار Forrester - 1961 - می باشد. وی جهت درک مبانی استراتژیک در سیستم های پویای پیچیده این موضوع را ایجاد نمود. مدلهای SD با بینش فرآیندهای بازخور، کاربران سیستم را به فهم بهتری از رفتار دینامیکی سیستم ها در طول زمان نائل می سازد. محدوده های کاربردی SD بسیار وسیع بوده و به خصوص بر کاربردهای آن در مسائل اجتماعی و اقتصادی تاکید بسیار می شود. در سالهای اخیر تمایل به مدل نمودن سیستم های کوچک مقیاس اما با جزئیات بسیار، بیشتر شده است . - Fletcher 1998 -
رابطه پیوستگی جرم، یکی از مفاهیم اساسی در SD می باشد که با توجه به نقش مهمی که این روابط در بهره برداری مخازن ایفا می نمایند، مسایل شبیه سازی مخازن جهت کاربرد روش های SD بسیار مناسب می باشند.ابزار SD مورد استفاده در این مطالعه جهت مدلسازی عملکرد مخزن، چهار مولفه اصلی دارد: ۱-ذخایر یا ترازها - Stocks - ۲- جریانها - Flows - ۳- اتصالات - Connectors - ۴- مبدلها . - Converters - ذخیره یا تراز، جهت تشریح هر پارامتر یا متغیری که تجمع می نماید استفاده می شود. جریانها - نرخهای تغییر - فرآیندهایی را نشان می دهند که ذخایر را پر یا خالی می کنند.اتصالات جهت نشان دادن روابط بین متغیرهای مدل استفاده می شوند.
این اتصالات در نرم افزارهای مربوطه به صورت گرافیکی با پیکان نمایش داده می شوند که جهت این پیکانها جهت وابستگی روابط را نشان می دهند. اتصالات، اطلاعات را در مدل از یک جزﺀ به جزﺀ دیگر حمل می نمایند.مدلها نیز ورودی را به خروجی اتصال می دهند که می توانند به صورت روابط جبری، نمودار و یا جدول باشند.اساس روش SD بر پایه فرضیه فرآیندهای بازخور می باشد. یک سیستم بازخور موثر از رفتار گذشته خود می باشد. این سیستم یک ساختار حلقه بسته دارد که نتایج را از فعالیتهای گذشته گرفته و در فرآیندهای آینده استفاده می نماید. یک نوع از سیستم های بازخور، حلقه های بازخور منفی است که باعث تعادل پایدار سیستم می گردد. نوع دیگر، سیستم بازخور مثبت است که فرآیندهای رشد را ایجاد می نماید و در آن فعالیتهای صورت گرفته گذشته باعث ایجاد فعالیتهای بزرگتر می گردد
