تعیین سیاست بهینه بهره‌برداری از مخزن به صورت چندهدفه در راستای توسعه پایدار

Abstract

سابقه و هدف : مسائل بهره‌برداری از مخزن دارای اهداف مختلف و متنوع هستند که به ندرت منتهی به یک جواب بهینه می‌شوند و معمولاً در آن‌ها مجموعه‌ای از جواب‌های بهینه (پارتو) موجود است. حل مسائل فوق در گذشته تنها با کاربرد روش‌های ساده کننده میسر بوده است که از آن جمله می‌توان به استفاده از ضرایب وزنی برای اهداف مختلف و تبدیل آن‌ها به یک تابع هدف استفاده کرد. اما در سال‌های اخیر با توسعه الگوریتم‌های چند هدفه تکامل-گرا، ابزار مناسبی برای حل آن‌ها فراهم شده است. در این راستا، هدف پژوهش حاضر، بررسی کاراِیی الگوریتم‌های بهینه‌سازی چندهدفه MOPSO، SPEA-II و NSGA-II در مسئله بهره‌برداری بهینه از مخزن با استفاده از مدل-های بهره‌برداری LDR، N-LDR جهت تولید پاسخ‌های بهینه پارتو در راستای توسعه پایدار و مقایسه نتایج با سیاست بهره‌برداری SOP است.<br /> مواد و روش‌ها: جهت نیل به هدف مذکور، ابتدا روش‌های بهینه‌سازیNSGA-II , MOPSO و SPEA-II برای هر یک از توابع استاندارد خانواده ZDT با شرایط یکسان (تعداد جمعیت و تعداد اجرا برابر) مورد ارزیابی قرار گرفتند. پس از ارزیابی روش‌های بهینه‌سازی چندهدفه با استفاده از توابع استاندارد خانواده ZDT، مدل‌های بهره-برداری از مخزن LDR ،NLDR و SOP در محیط برنامه نویسی MATLAB کدنویسی شده و با روش‌های بهینه-سازی چندهدفه تلفیق گردیدند. برای هر یک از دو مدل شبیه‌سازی-بهینه‌سازی (LDR و NLDR) دو تابع هدف بدین شرح تعریف گردید، تابع هدف اول کمینه‌سازی مجموع درصد کمبودهای برآورد نشده و تابع هدف دوم بیشینه‌سازی اعتمادپذیری که بیشینه آن در شرایط بهره‌برداری SOP حاصل می‌گردد. مدل‌های بهره برداری از مخزن برای یک دوره 37 ساله از سال 1356 تا 1392، جهت یافتن ضرایب مربوطه در هر دو مدل خطی و غیر خطی، در شرایط یکسان برای هر یک از الگوریتم‌های بهینه‌سازی چند هدفه به تعداد 5000 تکرار اجرا گردید و جبهه پارتو بهینه حاصل شد. <br /> یافته‌ها: با بررسی نتایج حاصله مشاهده شد روش SPEA-II در مدل بهره‌برداری NLDR به نتایج مناسب‌تری دست یافته است لذا از میان پاسخ‌های جبهه پارتوی بهینه حاصله از این روش، سه پاسخ به عنوان نمونه (با استفاده از معیارهای مختلف) انتخاب گردید و شاخص‌های اعتمادپذیری، برگشت‌پذیری، آسیب پذیری و MSI برای سه پاسخ مذکور محاسبه شد. با مقایسه مقادیر توابع هدف و سایر معیارهای توسعه پایدار در پاسخ NLDR-C و شرایط SOP می‌توان مشاهده نمود با بکارگیری مدل بهینه‌سازی چندهدفه می‌توان با میزان کمبود کمتر (MSI 76/21 نسبت به 32/26) تقریبا به ماکزیمم اعتمادپذیری (اعتماد پذیری در شرایط SOP) دست یافت. حال آن‌که در پاسخ NLDR-A کمترین میزان کمبود (MSI برابر 02/13) به نسبت سایر پاسخ‌های نمونه و سیاست SOP به چشم می‌خورد.<br /> نتیجه‌گیری: با توجه به یافته‌های تحقیق مشاهده شد روش بهینه‌سازی SPEA-II در تمامی توابع استاندارد خانواده ZDT به جبهه پارتوی مطلوب‌تری نسبت به سایر روش‌های بهینه‌سازی دست‌ یافته است. همچنین این روش در مقایسه با سایر روش‌های بهینه‌سازی دارای جبهه کامل‌تری از جواب‌های پارتو می‌باشد که این امر نشان از کارایی این روش بهینه‌سازی در مسائل بهینه‌سازی چند هدفه دارد. همچنین در رابطه با مدل‌های بهره‌برداری LDR و NLDR با تعداد تکرار یکسان، مشاهده شد مدل بهره‌برداری غیرخطی نتایج بهتری از خود نشان داده است که این امر می‌تواند به دلیل درجه آزادی بیشتر رابطه غیرخطی در تعیین منحنی فرمان رهاسازی مخزن سد باشد. در این تحقیق مجموعه‌ای از جواب‌های بهینه (بهینه پارتو) جهت برآورده نمودن اهداف مذکور ارائه گردید.