بررسی دقت روش پویایی‌سیستم در شبیه‌سازی و بهینه‌سازی منحنی‌فرمان مخزن سد (مطالعه موردی: سد چغاخور)

Abstract

سابقه و هدف: افزایش تقاضای آب و منابع آب محدود در ﻣﻨﺎﻃﻖﺧﺸﻚ و ﻧﻴﻤﻪ‌خشک، مدیریت و برنامه ریزی جهت استفاده بهینه از منابع آب را ضروری و لازم ساخته است. از سوی دیگر منابع آب‌سطحی در ایران سهم عمده‌ای در تأمین نیاز‌آبی بخش‌های مختلف شرب، کشاورزی و صنعت دارد. در همین راستا، مدیران جهت برنامه‌ریزی منابع آب به خصوص مخازن سد‌ها، نیاز به اتخاذ سیاست‌های بهینه دارند. از اﯾﻦ رو ﺗﻼش ﻫﺎی زﯾﺎدی ﺑﻪ ﻣﻨﻈﻮر ﺗﻮﺳﻌﻪ ﻣﺪل ﻫﺎی ﮐﺎﻣﭙﯿﻮﺗﺮی در ﺑﺨﺶ ﻣﺬﮐﻮر ﺻﻮرت ﮔﺮﻓﺘﻪ اﺳﺖ. ﯾﮑﯽ از روش ﻫﺎی ﺑﺴﯿﺎر ﻣﻮﺛﺮ ﺑﺮای ﺑﺮرﺳﯽ وﺿﻌﯿﺖ ﺳﯿﺴﺘﻢ ﻫﺎ، روش ﭘﻮﯾﺎﯾﯽ ﺳﯿﺴﺘﻢ ﻣﯽ ﺑﺎﺷﺪ ﮐﻪ ﯾﮑﯽ از روﺷﻬﺎی ﻗﺪرﺗﻤﻨﺪ و ﺑﺼﺮی ﺷﺒﯿﻪﺳﺎزی اﺳﺖ. مدلهایی که با این روش نوشته می شوند ﺑﺎ ﺑﯿﻨﺶ ﻓﺮآﯾﻨﺪﻫﺎی ﺑﺎزﺧﻮرد، ﮐﺎرﺑﺮان ﺳﯿﺴﺘﻢ را ﺑﻪ ﻓﻬﻢ ﺑﻬﺘﺮی از رﻓﺘﺎر دﯾﻨﺎﻣﯿﮑﯽ ﺳﯿﺴﺘﻢ ﻫﺎ در ﻃﻮل زﻣﺎن ﻧﺎﯾﻞ ﻣﯽ ﺳﺎزﻧﺪ. اما Vensim یک ابزار مدل سازی بصری است که این امکان را می دهد تا بتوان مدل های سیستم های پویا را مفهوم سازی، شبیه سازی، تجزیه و تحلیل و بهینه سازی کرد. لذا در این تحقیق به منظور بهینه سازی منحنی فرمان عملکرد سد چغاخور از روشهای پویایی سیستم و الگوریتم بهینه سازی مبتنی بر هوش تجمعی استفاده شد. در نهایت دقت عملکرد این روش ها مورد ارزیابی قرار گرفت.<br /> مواد و روش‌ها: منطقه مورد‌مطالعه در نزدیکی شهر بروجن واقع گردیده است. سد چغاخور خاکی بوده و آب آن عمدتاً از طریق نزولات جوى و چشمه‌ها تامین می شود. در این تحقیق نتایج با داده های ماهانه جمع آوری شده در یک دوره 10 ساله (1393-1383) از سد چغاخور مقایسه می شوند. روابط بین جریان ورودی، حجم ذخیره مخزن و میزان رها‌سازی هر دوره تعیین و با استفاده از روش پویایی سیستم در محیط VENSIM و با استفاده از روش فراکاوشی pso در محیط MATLAB تعریف شدند. تابع هدف و محدودیت ها برای هر دو مدل یکسان می باشد. <br /> یافته‌ها: نتایج نشان داد مقدار ضریب تعیین که بیانگر همبستگی بین داده های شبیه سازی شده توسط روش پویایی سیستم و داده های مشاهده ای می باشد در حجم مخزن برابر 995/0 و برای میزان رهاسازی مخزن سد برابر با 991/0 می‌باشد. پس از بهینه سازی، اختلاف بین نیاز پایین دست و مقادیر رهاسازی شده کاهش یافت و باعث کاهش هدر رفت آب شد. میزان این اختلاف برای روش پویایی سیستم برابر با 78/11 میلیون‌متر مکعب و برای روش PSO برابر با 82/18 میلیون متر‌مکعب بود. این در حالی است که در شرایط واقعی این اختلاف برابر با 68/25 میلیون متر‌مکعب بوده است. <br /> نتیجه‌گیری: در مجموع نتایج نشان داد که مدل پویایی سیتم نسبت به الگوریتم PSO از دقت بیشتری در بهینه سازی منحنی فرمان سد برخوردار است.