15725

14046

كارشناسي ارشد

مديريت منابع آب

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1399

دوازده، 114ص، مصور، جدول، نمودار

حميدرضا صفوي، محمدحسين گل محمدي

فرشاد رضايي

كيوان اصغري، رامتين معيني

1399/06/15

كتابنامه

مهندسي عمران

مهندسي عمران

1399/06/15

2630312

چكيده همواره برقراري يك تعادل پايدار ميان ميزان منابع قابل ا ستح صال آب و تقا ضاي آن چال شي بزرگ براي مديران آب بوده ا ست كه ميتوان دو ري شهي ا صلي اين عدم تعادل را محدوديتهاي طبيعي منابع آب موجود و فعاليتهاي مخرب ان سان دان ست با تر افزايش جمعيت و از طرف ديگر تغييرات اقليم كه در س ككالهاي اخير بحث محدوديتهاي منابع آب قابل اس ككتحص ككال را پررن ك ك ك ساخته است بهينه سازي برداشت از مخازن سدها بهعنوان اصليترين سيستمهاي مهاركنندهي آبهاي سطحي به مبحثي بيشازپيش قابلتوجه در مديريت منابع آب تبديلشككده اسككت سككد زايندهرود بهعنوان مهمترين سككيسككتم بهرهبرداري از آب سككطحي واقع در حو ضهي آبريز زايندهرود كه تحت ت ثير تغييرات آبوهوايي خ شك ساليها و عدم مديريت منا سب و همهجانبه در سالهاي اخير دچار مشككالت متعددي در برآورد نياز آبي متقاضكيان منطقه در بخشهاي مختلف بوده اسكت در جهت بهروزرسكاني سكياسكتهاي عملكردي و سكازگاري با تغييرات اقليمي نيازمند بهينهسكازي تحت روشهاي نوين و مؤثر اسكت كه بهعنوان مطالعهي موردي تحقيق حاضر برگزيده شده ا ست الگوريتمهاي بهينه سازي فراكاو شي كه به علت قدرت باال در يافتن جوابهاي باكيفيت در زمان منا سب براي مس كا ل پيديدهي واقعي در زمينهي مديريت س كيس كتمهاي آبي بس كيار پركاربرد بودهاند در بهينهس كازي عملكرد س كد موردمطالعه ك ك ك كك ك مورداستفاده قرارگرفتهاند الگوريتم بهينهسازي فراكاوشي AAGSA كه نوع اصالحشدهاي از الگوريتم جستجوي گرانشي GSA اسككت بهعنوان نوآوري تحقيق روي مخزن سككد مطالعاتي پياده و نتايج بهينهسككازي آن با الگوريتم اصككلي تحت دو دورهي تاريخي و آينده مورد مقاي سه واقع شده ا ست نتايج ن شان داد تحت دورهي تاريخي 31 ساله از 5831 تا 8931 خور شيدي و نيز تحت دورهي آيندهي 31 ساله از سال 9931 تا 2141 خور شيدي همانطور كه انتظار ميرفت الگوريتم ا صالحي AAGSA با توجه به قدرت و سرعت ج ستجوي سرا سري بي شتر در زمان كوتاهتر تقريبا 87 در صد كمتر از زمان اجراي GSA بهينهي مطلوبتري را ارا ه داد نتايج 03 اجرا نشكككان داد الگوريتم GSA ازآنجاكه در برآورد قيد مربوط به حفظ ذخيرهي مطلوب 054 ميليون مترمكعب در پايان هر سال آبي ضعيفتر از الگوريتم ا صالحي بوده ا ست مقادير حجم ذخيرهي ماهانهي بي شتر و درنتيجه سرريز بي شتري را ن سبت به الگوريتم AAGSA و دادههاي مشكاهداتي محاسكبه كرد ولي ازنظر درصكد ت مين نياز تنها 2 بيش از مقدار مشكاهداتي به دسكت داد بااينوجود ازنظر معيارهاي عملكردي و شكككاخص پايداري در جايگاه بهتري نسكككبت به مقادير مشكككاهداتي قرار گرفت اما الگوريتم اصالحي در تمامي جهات از الگوريتم GSA و مقادير مشاهداتي عملكرد بهتري را نشان داد الگوريتم AAGSA با ت مين 98 درصد از نياز آبي 4 8 درصد بهتر از GSA و 4 9 درصد بهتر از مقدار مشاهداتي و با شاخص پايداري فازي 6 49 درصد 42 درصد بهتر از GSA و 05 درصككد بهتر از مقدار مشككاهداتي برتري خود را در دورهي تاريخي نشككان داد پا از بررسككي الگوريتمها در دورهي تاريخي به كمك خروجيهاي مدل LARS WG و HEC HMS از تحقيقات پيشككين وروديهاي مخزن در دورهي آينده تحت سككناريوي تغيير اقليم 5 4 RCP كه باوجود تفاوتهاي اندك كمي نسككبت به سككناريوهاي 6 2 RCP و 5 8 RCP بحرانيتر بود به الگوريتمها داده شككد ازآنجهت كه مقادير كل ورودي 31 سككاله به سككد از مقادير نياز تخميني كل دوره نسككبت به گذشككته افزايش بي شتري دا شت نتايج 03 اجرا ن شان داد هر دو الگوريتم ازلحاظ در صد ت مين نياز و معيارهاي عملكردي و ضعيت مخزن در آينده را بهتر از گذ شته به د ست ميدهند در صد ت مين نياز آبي محا سباتي تو سط 6 AAGSA در صد بهتر از اين مقدار در گذ شته شد الگوريتم اصكككالحي اين بار نيز در تمامي جهات از الگوريتم GSA عملكرد بهتري را نشكككان داد الگوريتم AAGSA با ت مين 59 درصد از نياز آبي 8 01 درصد بهتر از GSA و با شاخص پايداري 98 درصد 1 02 درصد بهتر از GSA برتري خود را نسبت به الگوريتم ا صلي در دورهي آينده نيز ثابت نمود به طوركل الگوريتم ا صالحي ن سبت به اگوريتم ا صلي ميزان شاخص پايداري روي م صارف سد زايندهرود را در دورهي تاريخي و در دورهي آينده به ترتيب 5 43 و 92 در صد و ميزان بهينهي تابع برازش را به ترتيب 29 و 2 48 درصد بهبود داد كلمات كليدي 1 بهرهبرداري از مخزن 2 حوضه آبريز باالدست سد زايندهرود 3 تغيير اقليم 4 شاخص پايداري فازي 5 AAGSA 6 HEC HMS

Maximization of Zayandehrood Dam Reservoir Operation Sustainability Index Using Adaptive Accelerated Gravity Search Algorithm Sahar Kamran s kamran@cv iut ac ir June 27 2020 Department of Civil Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 IranDegree M Sc Language FarsiSupervisor Dr Hamid Reza Safavi hsafavi@cc iut ac ir Dr Mohammad Hosein Golmohammadi m golmohammadi@cc iut ac irAbstract Establishing a stable balance between the amount of recoverable water resources and its demand hasalways been a great challenge for water managers which the two main roots of this imbalance can beconsidered as the natural limitations of available water resources and destructive human activities Withincreasing population and on the other hand climate change which in recent years has affected the level ofaccess to water resources the optimization of reservoirs operation as the main surface water containmentsystems has become an increasingly important issue in water resource management Zayandehrood Dam as themost important surface water utilization system located in Zayandehrood catchment which due to climatechange droughts and lack of proper and comprehensive management in recent years has faced many problemsin estimating the water demands of regional applicants in various sectors has been selected as a case study ofthe present research which requires optimization under new and effective methods in order to adapt to climatechange Meta heuristic algorithms which have been widely used in the field of water systems managementdue to their high power in finding good enough solutions in a reasonable amount of time for complex real world problems have been used in optimizing current dam performance The AAGSA which is a modifiedversion of the Gravitational Search Algorithm GSA has been implemented as the research innovation on thestudy reservoir and its optimization results have been compared with GSA under both historical and futureperiods The results showed that under the 13 year historical period from 1385 to 1398 solar years and alsounder the future 13 year period from 1399 to 1412 as expected the improved algorithm AAGSA due to thegreater global search power and speed offered a better optimal solution in a shorter runtime Approximately78 less than GSA runtime The results of 30 performances showed that due to the weak performance of GSAalgorithm in fulfilling the constraint related to the optimal storage 450 MCM at the end of each water year GSA resulted in higher amounts of monthly storage and spill volumes compared to AAGSA and observedvalues However in terms of the percentage of water demand supply GSA represented only 2 more than theobserved value and in terms of performance criteria and sustainability index it showed the better results thanthe observed values But AAGSA performed better in all fields than the GSA algorithm and the observedvalues AAGSA algorithm with supplying 89 of water demand 8 4 better than GSA and 9 4 better thanobserved value and with fuzzy sustainaility index of 94 6 24 better than GSA and 50 better thanobserved value showed its superiority in the historical period After testing the algorithms in the historicalperiod with the help of LARS WG and HEC HMS model outputs from previous researches the reservoirinputs in the future period under RCP4 5 climate change scenario which despite of slight differences wasmore critical than RCP2 6 and RCP8 5 scenarios entered the algorithms Since the total volume of 13 yearinflow to the dam were higher than the estimated water demand volume of the whole period compared to thepast the results of 30 performances showed that both algorithms in terms of percentage of supply andperformance criteria of the reservoir in the future better than before computational water supply percentageby AAGSA was 6 better than this amount in the past AAGSA again showed better performance in all fieldsthan the GSA algorithm AAGSA proved its superiority over the main algorithm in the future

حميدرضا صفوي، محمدحسين گل محمدي

فرشاد رضايي

كيوان اصغري، رامتين معيني