بهینه‏ سازی بهره‏ برداری از مخزن در شرایط بحرانی وقوع سیلاب بر‏اساس الگوریتم شبیه‏ سازی بازپخت مطالعه‏‏ ی موردی: سد مخزنی البرز

خادمی, معصومه; فضل اولی, رامین; عمادی, علیرضا

بهینه‏ سازی بهره‏ برداری از مخزن در شرایط بحرانی وقوع سیلاب بر‏اساس الگوریتم شبیه‏ سازی بازپخت مطالعه‏‏ ی موردی: سد مخزنی البرز

نوع مقاله : مقاله علمی - پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

² عضو هیئت علمی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

³ گروه مهندسی آب- دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

چکیده

سد مخزنی چند منظوره‏ ی البرز در حوضه‏ ی آبریز پاشاکلای بابل در استان مازندران واقع شده است. بهره‏ برداری بهینه از حجم آب ذخیره شده در مخزن این سد از موضوعات قابل توجه مدیران و بهره‏ برداران است. در تهیه ‏ی منحنی فرمان سد البرز، هدف کنترل سیلاب مطرح نگردیده و منحنی فرمان صرفاً از نقطه ‏نظر بهره ‏برداری مناسب برای تأمین نیازهای شرب و کشاورزی تهیه شد. با توجه به حداکثر سیلاب محتمل سد (5/1466 متر مکعب بر ثانیه) و حداکثر ظرفیت تخلیه‏ کننده‏ های تعبیه شده در سد (1183 متر مکعب بر ثانیه) و عدم نصب سرریز جانبی و فیوز پلاگ در محل سد، تهیه ‏ی منحنی فرمان سد در شرایط سیلابی از الزامات است. در این پژوهش، به ‏منظور مدیریت و مهار سیلاب‏ های ورودی، یک مدل ریاضی شبیه ‏سازی-بهینه ‏سازی سیلاب تهیه شد که قابلیت انجام روندیابی بهینه‏ ی سیلاب با دوره‏ های بازگشت مختلف، با هدف کمینه ‏سازی خسارت ناشی از سیلاب را دارد. در ‏صورت تجهیز نمودن حوضه‏ ی آبریز سد به سیستم هشدار سیلاب به‏ منظور اطلاع از زمان وقوع و حجم سیلاب، می‏توان به مدیریت بهینه‏ ی مخزن در شرایط بحرانی وقوع سیلاب و کمینه‏ سازی خسارت ناشی از آن پرداخت. نتایج نشان داد که برای به حداقل رساندن خسارت ناشی از سیلاب 10000 ساله و ، به ترتیب به 10 و 35 ساعت پیش تخلیه‏‏ ی مخزن نیاز است تا در لحظه‏ ی ورود سیلاب، تراز مخزن به ترتیب حدود 5/0 و 4 متر پایین ‏تر از تراز نرمال سد قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.23453915.1398.8.1.9.5

عنوان مقاله [English]

Reservoir Operation Optimization in Critical Conditions of Flood Occurrence Based on Simulated Annealing Algorithm (Case Study: Alborz Dam)

نویسندگان [English]

Masoome Khademi ¹
Ramin Fazloula ²
Alireza Emadi ³

¹ Phd Student, Faculty of Agronomy Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran

² Faculty Member of Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University (SANRU)

³ Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University

چکیده [English]

Alborz multi-purpose reservoir dam is located in the Pashakola Babol basin in Mazandaran province. Optimal operation of the water volume stored in the dam reservoir is significant subject for managers and operators. In the rule curve prepared for Alborz dam, the purpose of flood control is not considered and rule curve was prepared only from the standpoint of properly operation for drinking and agricultural needs. According to the probable maximum flood of dam (1466.5 m³/s) and the outlets maximum capacity embedded in the dam (1183 m³/s) and lake of side spillway and fuse plug at the dam site, preparing the rule curve in flood conditions is necessary. In this study, in order to management and estimation of entering flood, a simulation-optimization mathematical model of flood was prepared which is capable of flood optimal routing for different return periods, with the goal of reducing flood damage. In case of equipping the dam basin to flood warning system in order to information of the flood time and volume, can be paid to reservoir optimal management in critical conditions of flood occurrence and reducing flood damage. The results were showed that for reducing 10000 years flood damage and PMF damage, respectively 10 and 35 hours before emptying of reservoir is needed until on the time of flood entering, the reservoir level is respectively at least 0.5 and 4 meters below the normal level.

کلیدواژه‌ها [English]

Flood Control
Flood Simulation-Optimization Model
Minimization of Flood Damage

مراجع

Simonovic S.P. and Ahmad S. (2000). System dynamics modeling of reservoir operation for flood management. Journal of Computing in Civil Engineering, 14 (3): 190-198.

2. یخکشی م. (1391). مدیریت سیلاب در سیستم رودخانه- مخزن (مطالعه موردی: سد نرماب). پایان‏نامه کارشناسی ارشد گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان.

1. یزدی ج. (1392). بهینه‏سازی اقدامات کنترل سیلاب در حوضه‏های آبریز با رویکرد غیر قطعی. رساله دکتری گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس.

2. کابوسی ک. و جلینی ر. (1395). بررسی شاخص‏های کارآیی و نقش مخازن تأخیری در کنترل سیلاب خروجی از حوضه (مطالعه‏ی موردی: حوضه‏ی جعفرآباد استان گلستان). نشریه‏ی حفاظت منابع آب و خاک، 5 (4): 46-35.

3. Malekmohammadi B., Zahraie B. and Kerachian R. (2011). Ranking solutions of multi-objective reservoir operation optimization models using multi-criteria decision analysis. Expert Systems with Application, 38: 7851–7863.

4. He Y., Xu Q., Yang SH. and Liao L. (2014). Reservoir flood control operation based on chaotic particle swarm optimization algorithm. Applied Mathematical Modelling, 38: 4480–4492.

5. Chou F.N-F. and Wu C-W. (2015). Stage-wise optimizing operating rules for flood control in a multi-purpose reservoir. Journal of Hydrology, 521: 245–260.

6. Luo J., Qic Y., Xie J. and Zhang X. (2015). A hybrid multi-objective PSO–EDA algorithm for reservoir flood control operation. Applied Soft Computing, 34: 526–538.

7. Zargar M., Samani H.M.V. and Haghighi A. (2016). Optimization of gated spillways operation for flood risk management in multi-reservoir systems. Natural Hazards, 82: 299–320

8. Uysal G., Akkol B., Topcu M.I., Sensoy A. and Schwanenberg D. (2016). Comparison of different reservoir models for short term operation of flood management. 12th International Conference on Hydro informatics, Procedia Engineering 154: 1385–1392.

9. Qi Y., Yu J., Li X., Wei Y. and Miao Q. (2017). Reservoir flood control operation using multi-objective evolutionary algorithm with decomposition and preferences. Applied Soft Computing, 50: 21–33.

10. شرکت مهندسی مشاور ساز آب شرق. (1389). مطالعات بهنگام‏سازی اطلس منابع آب حوضه‏ی آبریز رودخانه‏های مازندران و شرق گیلان. جلد اول (آمار و اطلاعات و بررسی‏های مقدماتی آن).

11. شرکت مهندسی مشاور مهاب قدس. (1387). گزارش پیشرفت کار طرح سد مخزنی البرز.

12. Kirkpatrick S., Gelatt C.D. and Vecchi M.P. (1983). Optimization by simulated annealing. Science, 220: 671-680.

13. Zegordi S.H., Itoh K. and Enkawa T. (1995 a). A knowledgeable simulated annealing scheme for the early / tardy flow shop scheduling problem. International Journal of Production Research, 33: 1449-1466.

14. Metropolise N., Rosenbluth A., Teller A. and Teller E. (1953). Equation of state calculations by fast computing machines. Journal of Chemical Physics, 21: 1087-1092.

15. محسنی موحد ا. (1383). تهیه مدل ریاضی بهینه‏سازی عملکرد هیدرولیکی کانال‏های آبیاری با استفاده از روش آنیلینگ شبیه‏سازی شده و تعیین ارزش نسبی شاخص‏های ارزیابی. رساله دکتری گروه آبیاری و زهکشی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس.

16. Wilhelm M.R. and Ward T.L. (1987). Solving quadratic assignment problem by simulated annealing. IIE Transactions. 19 (1): 107-119.

17. زرگر م.؛ سامانی ح.م.و.؛ حقیقی ع. (1394). بهینه‏سازی بهره‏برداری از سرریزهای دریچه‏دار در سیستم‏های چند مخزنه با استفاده از الگوریتم ژنتیک با مطالعه‏ی موردی سیستم سدهای دز و بختیاری. نشریه علمی-پژوهشی هیدرولیک، انجمن هیدرولیک ایران، 10 (2): 43-27.

18. زهرایی ب. و تکشی آ. (1387). کاربرد روش‏های الگوریتم ژنتیک و نزدیک ترین همسایه در تدوین سیاست‏های بهره‏برداری از مخزن در زمان وقوع سیلاب. مجله علمى-پژوهشى تحقیقاتمنابعآبایران، انجمن علوم و مهندسی منابع آب، 4 (3): 37-27.