کاربرد الگوریتم فراکاوشی SCE و مدل LINGO11 در بهینه سازی ابعاد سدهای خاکی (مطالعه موردی سد برزک)

Abstract

سدهای خاکی به­عنوان سازه­های مهارکننده آبهای سطحی و کنترل سیلاب، می­بایست قادر به ذخیره آب و جلوگیری از نفوذ آب از بدنه و پایداری در مقابل نیروهای وارده باشند. مسئله مهم در طراحی سدهای خاکی که با مصالح در دسترس ساخته می­شود، تعیین طرحی است که عملکرد مورد انتظار را با ایمنی کافی و کمترین هزینه داشته باشد. با توجه به اینکه بررسی و تحلیل همه گزینه­های ممکن برای انتخاب بهترین طرح، نیازمند صرف وقت و هزینه زیادی می­باشد، طراحی سدهای خاکی می­تواند به عنوان یک مسئله بهینه­سازی فرمول­بندی شود. در این تحقیق، به­منظور طراحی بهینه سدهای خاکی با هدف حداقل نمودن سطح مقطع سد (حجم مصالح مصرفی در واحد طول سد)، مدل برنامه­ریزی غیرخطی ارائه شده است. بهینه­سازی با اعمال محدودیت­هایی که ایمنی شیروانی­ها را تضمین می­کنند، انجام شد. بعلاوه اینکه روابط ریاضی برای تقریب مقادیر ضرایب اطمینان شیروانی­ها، به­صورت روابط رگرسیونی جدیدی تعریف شد. به­منظور یافتن پاسخ بهینه، الگوریتم تکامل ترکیبی جوامع (SCE) با استفاده از برنامه­نویسی توسعه یافت. علاوه بر بهینه­سازی فوق، متغیرهای طراحی با استفاده از نرم‌افزار LINGO نیز بهینه­سازی گردید. سپس طرح اولیه سد خاکی برزک ارائه و کارایی مدل پیشنهادی در طراحی بهینه ابعاد سدهای خاکی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که هر دو روش بهینه­سازی در برآورد مقادیر ابعاد بهینه و در نتیجه حجم مصالح بدنه، عملکرد یکسانی دارند. مساحت مقطع سد در طراحی بهینه برابر با 3/2725 مترمربع بدست آمد در صورتیکه در طرح اولیه، مساحت مقطع آن برابر 7/4400 مترمربع تعیین شده بود؛ بنابراین حجم سد به میزان 38 درصد که مقدار قابل توجهی می­باشد نسبت به طرح اولیه کاهش یافته است.