بخشی از مقاله

خلاصه

امروزه متخصصان منابع آب با مسائلی روبهرو میشوند که روزبهروز بر پیچیدگیهای یافتن پاسخ آنها افزوده میشود. یکی از مسائل پیچیده در منابع آب بهینهسازی بهرهبرداری از مخازن است. در مقاله حاضر ابتدا به معرفی الگوریتم بهینه یابی نیروی مرکزی - CFO - پرداخته و از آن برای بهرهبرداری پنج ساله از سد دز استفاده شده است. جواب بهینه مطلق با استفاده از یک مدل برنامهریزی خطی بدست آمد. نتیجه نهایی الگوریتم با بهینه مطلق تنها 0/7 درصد اختلاف داشت و توانست با دقت بسیار بالایی بهرهبرداری بهینه ماهانه را حساب کند.

سپس به منظور پیچیدهتر کردن مسئله، الگوریتم CFO برای حل یک سیستم چهار مخزنه بکار گرفته شد. اما در هنگام حل آن، الگوریتم CFO به جواب مناسبی دست نیافت. به منظور رفع مشکل، الگوریتم CFO مورد بررسی قرار گرفته و راهحلهایی برای حل نقاط ضعف پیشنهاد شد. در نهایت الگوریتم RCFO مطرح شد. الگوریتم RCFO توانست نتایج CFO را بهبود بخشد بطوریکه جواب بدست آمده با نتایج بهینه مطلق0/01 درصد اختلاف داشت. الگوریتم RCFO میتواند قابلیتهای CFO را افزایش دهد؛ میتوان ادعا نمود که این الگوریتم علاوه بر حل سیستمهای با تعداد مخازن بیشتر، قادر به حل مسائل پیچیدهای که در بهینه موضعی گرفتار میشوند، نیز است.

.1  مقدمه

یکی از مسائل پیچیده در منابع آب بهینهسازی بهرهبرداری از مخازن است. مطالعات زیادی در زمینه بهینهسازی سیستم-های تک مخزنه و چند مخزنه صورت گرفته است.رانی و موریرا - 2009 - گزارش جامعی را در مورد مطالعات انجام شده در این زمینه ارائه دادند.[1] برنامهریزی خطی - LP - 1 یکی از روشهای پرکاربرد در منابع آب است که برای اهداف مختلف بکار گرفته شده است

روشهای برنامهریزی غیرخطی قادر به حل مسائل محدب بوده و در سایر موارد نتایج خوبی را ارائه نمیکنند. [4] یک روش مناسب برای حل مسائل بهینه سازی مقید، پیوسته و یا گسسته، برنامه ریزی پویا 2 - DP - است. این روش برای اولین بار توسط بلمن - - 1957 به عنوان یک روش بهینهسازی جهت حل مسائل تصمیمگیری چند مرحله ای معرفی شد.[5] ناندالال و بوگاردی - 2007 - از آن در مسائل بهره برداری از مخازن بهره گرفتهاند

در بسیاری از مطالعات بهرهبرداری مخازن اصلاحاتی بر روی روش DP صورت گرفته است که از میان آنها میتوان به برنامهریزی پویای تفاضلی گسسته - DDDP - 1 اشاره نمود که برای حل سیستم چندمخزنه بکار گرفته شد.[7] روش برنامهریزی پویای دیفرانسیلی مقید - CDDP - 2 توسط موری و یاکوویتز - 1979 - برای حل مسائل چند مخزنه مطرح شد.

الگوریتمهای تکاملی نیز در سالهای اخیر مورد توجه قرار گرفته است. الگوریتم مورچگان3 توسط دوریگو و همکاران - - 1996 مطرح شد[9] که از آن برای حل سیستم تک مخزنه و چند مخزنه استفاده شده است. [11 ,10] الگوریتم ژنتیک4 به علت تواناییهای بالایی که دارد به طور گسترده در مسائل بهینهسازی استفاده شده است .[14,12] الگوریتم بهینهیابی جفتگیری زنبورعسل5 برای حل سیستمهای چند مخزنه در دو حالت پیوسته و گسسته بکار گرفته شده است15]،.[16 الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات6 در سیستمهای چند مخزنه اولین بار توسط کومار و ردی - 2007 - مطرح شد

الگوریتم بهینه یابی نیروی مرکزی - CFO - 7 اولین بار توسط فورماتو - 2007 - مطرح شد [19] و در بسیاری از توابع برتری خود را نسبت به سایر الگوریتمها نشان داد . [20] اما در برخی موارد نتوانست جواب قابل قبولی ارائه کند و به همین منظور توسط محققین مختلف توسعه پیدا کرده است. چن و همکاران - 2016 - با استفاده از ویژگیهای PSO و GA الگوریتم توسعه یافته MCFO8 را مطرح کردند که به نتایج بهتری در مقایسه با CFO رسید.[21] لیو و تیان - 2015 - با تغییر نحوه انتخاب پروبهای اولیه الگوریتم MCFO را پیشنهاد کردند.[22] دینگ و همکاران - 2012 - به منظور افزایش توانایی جستجو و قدرت همگرایی الگوریتم ECFO9 را ارائه دادند.

بیشترین کاربرد CFO در بهینهسازی مسائل حوزه الکترونیک بوده است [25 ,24] اما در شبکه آب آشامیدنی نیز کاربردهایی از آن گزارش شده است .[26] تاکنون گزارشی از کاربرد CFO در بهرهبرداری از سیستمهای مخزنی ارائه نشده است. در مقاله حاضر ابتدا به معرفی الگوریتم CFO پرداخته و سپس برای بهره برداری پنج ساله از سد دز واقع در استان خوزستان استفاده میشود. سپس به منظور پیچیدهتر کردن مسئله، الگوریتم CFO برای حل یک سیستم چهار مخزنه بکار گرفته خواهد شد. به منظور رفع مشکلات CFO ، این الگوریتم مورد بررسی قرار گرفته و راهحلهایی برای حل نقاط ضعف پیشنهاد خواهد شد. در نهایت الگوریتم RCFO10 مطرح و نتایج حاصل از هر دو روش با نتایج بهینه مطلق حاصله از یک مدل برنامه ریزی خطی مقایسه خواهد شد.

.2  مواد و روش ها

در مقاله حاضر ابتدا الگوریتم CFO و سپس تمامی اطلاعات لازم برای مسئله تک مخزنه آورده شده است. نتایج بهینه مطلق نیز با نرم افزار لینگو محاسبه و بعد از آن مسئله چهار مخزنه به همراه تمامی فرمولها و ورودیهای مورد نیاز، توسط الگوریتم CFO حل میشود. پس از بررسی الگوریتم مذکور الگوریتم RCFO مطرح شده و مسئله چهار مخزنه بار دیگر با استفاده از آن حل میشود و در انتها نتایج آن با نتایج کار حاصله از محققین مختلف در این زمینه مورد بحث قرار خواهد گرفت. پس از معرفی RCFO، برای پیداکردن پارامترهای بهینه از آنالیز حساسیت استفاده شده است.

.3  الگوریتم بهینهیابی نیروی مرکزی - CFO -

CFO یکی از الگوریتمهای فراکاوشی و برگرفته از قانون جاذبه نیوتن است که اولین بار توسط فورماتو - 2007 - مطرح شد

.4  مدلسازی بهرهبرداری از سیستم تک مخزنه

در تحقیق حاضر به منظور ارزیابی الگوریتم CFO در بهرهبرداری از مخازن، سیستم تک مخزنه سد دز واقع در استان خوزستان در نظر گرفته شده است. این سد قرار است نیاز کشاورزی پایین دست را تامین کند. متوسط جریان ورودی سالانه به مخزن و متوسط نیاز سالانه پایین دست به ترتیب برابر 5900 و 5303 میلیون متر مکعب برآورد شده است. حجم حداقل و حجم حداکثر مخزن نیز به ترتیب برابر 830 و 3340 میلیون متر مکعب است.

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید