ارزیابی الگوریتم‌های بهینه‌سازی GA و PSO در بهره‌برداری از سیستم‌های چندمخزنه مطالعه موردی: سدهای حوضه گرگان رود

Abstract

سابقه و هدف: بهره‌برداری بهینه از سیستم‌های منابع آب و تدوین قوانین و سیاست‌های مناسب بهره‌برداری از مخازن در سال‌های اخیر موردتوجه کارشناسان منابع آب قرارگرفته و تحقیقات گسترده‌ای برروی آن‌ها انجام‌شده است. هرچند در این زمینه پیشرفت‌های زیادی به لحاظ استراتژی‌های حل مسئله و ابزارهای محاسباتی به‌وجود آمده است، اما مسئله بهینه‌سازی بهره‌برداری از یک سیستم چندمخزنه به دلیل تاثیرات بهره برداری مخازن بالادست بر ورودی های مخازن پایین دست، از پیچیدگی های زیادی برخوردار است. روش‌های بهینه‌سازی معمول به‌دلیل قیدهای زیاد، فضای ناپیوسته و ماهیت غیرخطی مسائل مدیریت منابع آب، ابزار مناسبی برای حل این‌گونه مسائل نیستند، به همین دلیل الگوریتم‌های بهینه‌سازی فرا ابتکاری موردتوجه محققین قرارگرفته است. هدف از این تحقیق بررسی و مقایسه نتایج حاصل از به‌کارگیری روش‌های GA و PSO در بهره‌برداری بهینه از سیستم چندمخزنه سدهای گلستان و بوستان واقع در حوضه آبریز گرگان رود با استفاده از شاخص اعتمادپذیری در شرایط تغییر اقلیم است.<br /> مواد و روشها: در این تحقیق عملکرد الگوریتم‌های ژنتیک و ازدحام ذرات در حل مساله بهینه سازی بهره‌برداری 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 می‌دهد که در اثر تغییر اقلیم ورودی سالانه به سدهای بوستان و گلستان به ترتیب 17% و 60% کاهش یافته است.<br /> الگوریتم ژنتیک عبارت از یک جستجوی چندجانبه موازی و هدایت‌شده 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 بهینه‌سازی PSO بر مبنای حرکت جمعی پرندگان و ماهی‌ها، تعدادی ذره در فضای جستجو پخش شده‌ و مقدار تابع هدف، متناسب با موقعیت هر ذره محاسبه می‌شود. سپس با استفاده از ترکیب اطلاعات فعلی محل ذرات و بهترین محل که قبلاً در آن بوده‌اند موقعیت جدید ذرات محاسبه می‌شود. <br /> یافته ها: بهترین جواب الگوریتم PSO در طی 10 بار اجرا 95/909 و بدترین جواب برابر 53/930 به دست آمد، درحالی‌که 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. <br /> نتیجه‌گیری: 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.