بهره برداری از مخزن آب سطحی با در نظر گرفتن جنبه های کمی و کیفی رویکرد شبیه سازی - بهینه سازی

تخفیف ویژه

چکیده: در این کار تحقیقاتی به منظور مدیریت توام کمیت و کیفیت منابع آبی مخزن، از رویکرد شبیه‎سازی-بهینه‎سازی با تکنیک مدل جایگزین استفاده گردید. رویکرد توسعه داده شده در این تحقیق، برای تعیین موقعیت بهینه آبگیرهای برداشت آب و درصد برداشت از هر آبگیر، در مخزنی با داده‎های واقعی با هدف بهبود شرایط کیفی اکسیژن محلول خروجی از مخزن و افزایش متوسط سالیانه انرژی برقابی پیک بر اساس دوره هیدرولوژیکی 15 ساله، بکار گرفته خواهد شد. همچنین دستورالعمل بهینه بهره‎برداری از مخزن تنها در قالب برداشت انتخابی، با تعیین ضرایب موثر شرایط هواشناسی، هیدرولوژیکی، هیدرولیکی و کیفی استخراج گردید. دو مدل بهینه‎سازی و مدل شبیه‎ساز عددی به منظور شبیه‎سازی پدیده تغذیه‎گرایی در مخزن، مورد استفاده قرار گرفتند. تعیین موقعیت بهینه آبگیرهای برداشت آب در مخزن، با استفاده از رویکرد شبیه‎سازی-بهینه‎سازی هزینه محاسباتی و زمانی قابل توجهی را به سیستم تحمیل و حل مساله با این رویکرد را غیرممکن خواهد ساخت. برای غلبه بر این مشکل، مدلی جایگزین مبتنی بر روش‎های داده‎کاوی به منظور شبیه‎سازی غلظت اکسیژن محلول جریان خروجی از مخزن توسعه داده شد. این مدل جایگزین به شبیه‎سازی دینامیک غلظت اکسیژن محلول جریان خروجی مخزن در طی سری زمانی بهره‎برداری بر اساس پارامترهای هواشناسی، هیدرولوژیکی، هیدرولیکی و کیفی موثر بر پاسخ کیفی مخزن می‎پردازد. مقایسه سری زمانی غلظت اکسیژن محلول جریان خروجی از مخزنی با موقعیت‎های بهینه آبگیرهای برداشت آب و درصد برداشت بهینه از هر آبگیر، با سری زمانی غلظت اکسیژن محلول خروجی همان مخزن با الگوی بهره‎برداری‎ تاریخی، بیانگر عملکرد مطلوب رویکرد پیشنهادی در این تحقیق به منظور بهبود شرایط کیفی بوده است.

کلمات کلیدی: اکسیژن محلول، انرژی برقابی پیک، بهره‎برداری از مخزن در ساختار برداشت انتخابی، دستورالعمل بهره‎برداری از مخزن

فهرست مطالب

1- فصل اول- کلیات تحقیق 4

1-1- مقدمه         4

1-2-بیان مساله و تعریف موضوع     6

1-3-اهداف تحقیق   8

1-4-فرضیات تحقیق     10

1-5-سوال یا فرضیه‎های تحقیق. 10

1-6-جنبه نوآوری تحقیق حاضر   11

1-7-ساختار پایاننامه     11

2- فصل دوم- پیشینه تحقیق 14

2-1-مقدمه  14

2-2-کاربرد مدل‎های عددی به منظور شبیه‎سازی و مدیریت کیفیت منابع آبی.. 16

2-3-مدلهای شبیه‎سازی در مدیریت کیفیت آب با رویکرد مدیریت بهره‎برداری از مخزن. 21

2-4-مدل‎های شبیه‎سازی-بهینه‎سازی در بهره‎برداری از مخزن با در نظر گرفتن اهداف کمی و کیفی.. 25

2-5-ساختار و توسعه مدل‎های جایگزین در مسائل کیفی منابع آب.. 32

2-5-1- مدل‎های جایگزین.. 32

2-5-2-کاربرد مدل‎های جایگزین در مسائل مهندسی آببا رویکرد شبیه‎سازی-بهینه‎سازی.. 34

2-5-3-توسعه مدل‎های جایگزین در تقریب کیفیت منابع آبی.. 37

3-فصل سوم- روش اجرای تحقیق 51

3-1-مقدمه  51

3-2-بکارگیری رویکرد شبیه‎سازی- بهینه‎سازی برای تعیین سیاستهای بهرهبرداری بهینه از مخازن           51

3-2-1-مدل بهینه‎سازی   53

3-2-1-1- الگوریتم بهینه‎سازی هوش جمعی ذرات.. 53

3-2-2-مدلهای شبیه‎سازی 58

3-2-3- مدل عددی دو بعدی هیدرودینامیک و کیفیت آب CE-QUAL-W2  59

3-2-4-توسعه مدل جایگزین در تقریب پارامترهای کیفی جریان خروجی مخزن     62

3-2-4-1-تعریف مدل جایگزین یا فرامدل. 63

3-2-4-2-مدل شبکه عصبی مصنوعی   64

3-2-4-2-1-ساختار ریاضی شبکه عصبی مصنوعی   66

3-2-4-2-2-تکنیکهای تعیین داده‎های ورودی مدل شبکه عصبی مصنوعی.. 69

3-2-4-2-3- تعیین داده‎های ورودی مدل شبکه عصبی مصنوعی برای مدلسازی اکسیژن محلول     69

3-2-4-2-4-ساختار داده‎های ورودی به مدل شبکه عصبی مصنوعی.. 74

3-2-5-توابع هدف تعریف شده در مسائل مورد بررسی در این تحقیق   77

3-2-5-1-تابع هدف کیفی.. 77

3-2-5-2-تابع هدف کمی؛ محاسبه انرژی برقآبی پیک... 77

3-2-6-ساختار مدل شبیه‎سازی- بهینه‎سازی          79

3-2-6-1-ساختار مدل شبیه‎سازی- بهینه‎سازی MOPSO-ANN در مساله 1. 79

3-2-6-2-ساختار مدل شبیه‎سازی- بهینه‎سازی MOPSO-ANN در مساله 2. 82

3-3-معرفی مطالعه موردی   84

3-3-1-سد مخزنی کرخه      84

3-3-2-مشخصات کلی و اهداف پروژه احداث سد 85

3-3-3-اطلاعات هندسی، هواشناسی، هیدرولوژی و داده های کیفی   86

4-فصل چهارم- بکارگیری رویکرد پیشنهادی در یک مساله؛ نتایج و تفسیر آن       89

4-1-        مقدمه. 89

4-2- مدل شبیه‎سازی دو بعدی هیدرودینامیک و کیفیت آب CE-QUAL-W2  89

4-3-توسعه مدل جایگزین در تقریب غلظت اکسیژن محلول   92

4-4-توسعه الگوریتم بهینه‎سازی هوش جمعی ذرات چند هدفه. 99

4-5-بررسی اهداف کمی و کیفی با استفاده از الگوریتم دو هدفه هوش جمعی ذرات   100

4-5-1-مساله یک-یک 100

4-5-2-مساله یک-دو 105

4-5-3-مساله یک-سه 107

4-5-4- بررسی نتایج مساله 2         111

5- فصل پنجم- نتیجه‎گیری و پیشنهادات... 118

5-1-        نتیجه‎گیری و جمع‎بندی.. 118

5-2-پیشنهادات      120

مراجع                         122

پیوست الف ...............................131