ارزیابی الگوریتم های بهینه سازی GA و PSO در بهره برداری از سیستم های چندمخزنه مطالعه موردی: سدهای حوضه گرگان رود

سابقه و هدف: بهره برداری بهینه از سیستم های منابع آب و تدوین قوانین و سیاست های مناسب بهره برداری از مخازن در سال های اخیر موردتوجه کارشناسان منابع آب قرارگرفته و تحقیقات گسترده ای برروی آن ها انجام شده است. هرچند در این زمینه پیشرفت های زیادی به لحاظ استراتژی های حل مسئله و ابزارهای محاسباتی به وجود آمده است، اما مسئله بهینه سازی بهره برداری از یک سیستم چندمخزنه به دلیل تاثیرات بهره برداری مخازن بالادست بر ورودی های مخازن پایین دست، از پیچیدگی های زیادی برخوردار است. روش های بهینه سازی معمول به دلیل قیدهای زیاد، فضای ناپیوسته و ماهیت غیرخطی مسائل مدیریت منابع آب، ابزار مناسبی برای حل این گونه مسائل نیستند، به همین دلیل الگوریتم های بهینه سازی فرا ابتکاری موردتوجه محققین قرارگرفته است. هدف از این تحقیق بررسی و مقایسه نتایج حاصل از به کارگیری روش های GA و PSO در بهره برداری بهینه از سیستم چندمخزنه سدهای گلستان و بوستان واقع در حوضه آبریز گرگان رود با استفاده از شاخص اعتمادپذیری در شرایط تغییر اقلیم است. مواد و روشها: در این تحقیق عملکرد الگوریتم های ژنتیک و ازدحام ذرات در حل مساله بهینه سازی بهره برداری از سیستم چند مخزنه شامل سدهای بوستان و گلستان واقع در حوضه آبریز گرگان رود مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. بررسی آمار جریان ورودی به مخزن دو سد در سال آبی 94-93 نشان می دهد که در اثر تغییر اقلیم ورودی سالانه به سدهای بوستان و گلستان به ترتیب 17% و 60% کاهش یافته است. الگوریتم ژنتیک عبارت از یک جستجوی چندجانبه موازی و هدایت شده بر اساس نظریه تکامل است. عملگرهای الگوریتم GA شامل انتخاب، پیوند و جهش است که به ترتیب از آنها استفاده شده تا نسل بعد به وجود آید. در الگوریتم بهینه سازی PSO بر مبنای حرکت جمعی پرندگان و ماهی ها، تعدادی ذره در فضای جستجو پخش شده و مقدار تابع هدف، متناسب با موقعیت هر ذره محاسبه می شود. سپس با استفاده از ترکیب اطلاعات فعلی محل ذرات و بهترین محل که قبلا در آن بوده اند موقعیت جدید ذرات محاسبه می شود. یافته ها: بهترین جواب الگوریتم PSO در طی 10 بار اجرا 95/909 و بدترین جواب برابر 53/930 به دست آمد، درحالی که بهترین پاسخ الگوریتم GA در طی 10 بار اجرا 17/931 و بدترین آن 32/957 بوده است. مقایسه میانگین جوابها نیز حکایت از برتری 3 درصدی جوابهای الگوریتم PSO نسبت به GA دارد. نتیجه گیری: نتایج نشان می دهدالگوریتم PSO از عملکرد بهتری در مقایسه با GA برخوردار است، به نحوی که مقایسه نتایج نشان می دهد الگوریتم بهینه سازی PSO با اعتماد پذیری 38/49 درصد از عملکرد مناسبتری در استخراج منحنی فرمان بهره برداری از سیستم چندمخزنه بوستان- گلستان ارائه نموده است.

Keywords:

اعتمادپذیری , الگوریتم های فرا ابتکاری , مدیریت منابع آب , خشکسالی