بهره برداری بهینه از مخزن با استفاده از روش پیوسته محدودیت حالت

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد/ بخش مدیریت مناطق بیابانی دانشگاه شیراز

2 عضو هیئت علمی/ بخش مدیریت مناطق بیابانی دانشگاه شیراز

3 دانشجوی دکتری/ دانشگاه مالزی

چکیده

مخازن یکی از مهمترین سیستم‌های آبی هستند که امروزه نقش مهمی ‌را در پیشرفت و توسعه اجتماعی و اقتصادی جوامع ایفا می‌کنند. روش‌های مختلفی برای بهره‌برداری آب از مخازن وجود دارند که عموماً در قالب برنامه‌های پویا1 (DP) ارائه شده است. اما به طور کلی می‌توان مدل‌های موجود را به دو گروه مدل‌های پیوسته و گسسته تقسیم‌بندی کرد. اخیراً مدل‌های پیوسته متعددی به دلیل مشکلات ابعادی مدل‌های پویا (DP) مورد استفاده قرار گرفته‌اند که از آن جمله می‌توان مدل پویای تصادفی پیوسته محدودیت- حالت2 (CS) را نام برد. این تحقیق قصد دارد تا مقایسه‌ای را میان کارایی مدل‌های پیوسته و گسسته داشته باشد. برای این منظور مدل پویای تصادفی پیوسته محدودیت-حالت (CS) و مدل‌های گسسته برنامه‌ریزی پویا (DP) و برنامه‌ریزی پویای تصادفی3 (SDP) انتخاب شدند. نمودارهای تغییرات حجم مخزن و مقدار رهایی آب از مخزن و نیاز آبی و همچنین شاخص‌های اعتماد پذیری برای مدل‌های مذکور محاسبه و نتایج بدست آمده از سه مدل با یکدیگر مقایسه شدند. نتایج حاصل از مقایسه شاخص‌های اعتمادپذیری مدل‌ها نشان می‌دهد که در مجموع مدل محدودیت- حالت کارایی بهتری نسبت به مدل‌های دیگر دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A Continuous Solution for Optimal Reservoir Operation Problem Using the Constraint-State Technique

نویسندگان [English]

  • L. Jowkar Shorijeh 1
  • A Ganji 2
  • M Homayounfar3 3
1 M.Sc. Student, Desert Region Management , Shiraz University
2 Faculty Member, Desert Region Management , Shiraz University
3 Ph.D Candidate, Malaysia University, Kuala Lumpur
چکیده [English]

A variety of optimization models have been developed in the last decades to solve complex problems in water resources management. Thought that some of these methods are unreliable and do not improve the water resources management problem in reality, it is thus essential to investigate and compare the capabilities of these models. One of the most general and well-known optimization problems in water resources is the Dynamic Programming (DP) which can be solved using continuous and/or discrete solution approaches. Since the discrete solution techniques is computationally burden and inefficient in complex problems, the continuous solution techniques takes much attention recently. In this paper a continuous solution of dynamic programming model, called Constraint State (CS) method is adopted to solve a problem related to reservoir operation and its results are compared with those obtained from two different discrete solution methods, called DP and SDP methods. The reliability of these techniques for reservoir operation is investigated using a set of reliability indices. The results show that the CS solution method can even improve the reliability of system, as a comparison with the SDP method.

کلیدواژه‌ها [English]

  • reservoirs
  • optimization
  • Constraint State
  • Reliability
  • Constraint-State Model

برهانی داریان ع،  احمدی علی‌آباد م (1383) تدوین مدل بهینه بهره‌برداری از سیستم‌های چند مخزنی با استفاده از روش کریدور در DP. نشریه بین المللی مهندسی صنایع و مدیریت تولید، سال 15، شماره4: 203-227.

جوکار شوریجه ل، گنجی آ (1390) ارزیابی و تعیین ریسک در تأمین آب از مخزن سد زاینده‌رود. مجموعه مقالات چهارمین کنفرانس مدیریت منابع آب ایران، تهران، ایران، 13-14 اردیبهشت.

عظیمی سجادی گ (1382) ارزیابی کاربرد مدل‌های قطعی و استوکاستیک پویا در بهره‌برداری از مخازن. دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی.

کارآموز م، کراچیان ر (1387) برنامه‌ریزی و مدیریت کیفی سیستم‌های منابع آب. انتشارات دانشگاه صنعتی امیر‌کبیر، تهران، 400 صفحه.

گنجی آ، خلیلی د، همایونفر م (1385) تأثیر عدم اطمینان بر معیارهای مخاطره در مدیریت مخزن. تحقیقات منابع آب ایران، سال2، شماره 3: 13-26.

Cai X (1999) Modeling Framework for Sustainable Water Resources Management. University of Texas at Austin, United States.

Choudhari SA, Raj PA (2010) Multiobjective Multireservoir Operation in Fuzzy Environment.  Journal of Water Resources Management 24(10):2057-2073.

Cristiano C, Victoria CPC, Aihong W (2006) Optimization of a large-scale water reservoir network by stochastic dynamic programming with efficient state space discretization. Journal of European Journal of Operational Research 171:1139–1151.

Fletcher SG, Ponnambalam K (1995) Estimation of reservoir yield and storage distribution using moments analysis. Journal of Hydrology 182:259-275.

Fletcher S G, Ponnambalam K (1998) A constrained state formulation for the stochastic control of multireservoir systems. Journal of Water Resources Research 34(2):257–270.

Fletcher S, Ponnambalam K (2008) Stochastic control of reservoir systems using indicator functions: New enhancements. Journal of Water Resources Research 44(12):1-10.

Ganji A (2000) Streamflow modelling and analysis of Mollasadra and Salman Farsi reservoirs using time series models of SPIGOT. M.S. Thesis, Shiraz, Iran, 388p.

Ganji A, Jowkarshorijeh L (2012) Advance first order second moment (AFOSM) method for single reservoir operation reliability analysis: a case study. Journal of Stochastic Environmental Research & Risk Assessment 26(1):33-42.

Homayounfar M, Ganji A, Martinez CJ (2011) A novel solution for stochastic dynamic game of water allocation from a reservoir using collocation method. Journal of Water Resources Management 25(13):3427-3444.

Huang WC, Yuan LC, Lee CM (2002) Linking genetic algorithms with stochastic dynamic programming to long term operation of a multi-reservoir. Journal of Water Resources Research 38(12):401-409.

Johnson SA, Stedingar JR, Shoemakher CA, Li Y, Tegada-Guibert JA (1993) Numerical solution of continuous-state dynamic programs using linear and spline interpolation. Journal of Gournal of Operational Research 41(3):484-500.

Karamouz M, Szidarovszky F,  Zahraie B (2003) Water Resources System and Analysis. Lewis publishers, Boca Raton, Florida.

Karamouz M, Vasiliadis HV (1992) Bayesian stochastic optimization of reservoir operation using uncertain forecast. Journal of Water Resources Research 28(5):1337-1344.

Kelman J, stedinger JR, Cooper LA, Hsu E, Yang  SQ (1990) Sampling stochastic dynamic programming applied to reservoir opration. Journal of Water Resources Research 26(3):447-454.

Kendall DG (1957) Some problems in the theory of dams. Journal of the Royal Statistical Society 19(2):207-212.

Loucks DP, Stedinger JR, Haith DA (1981) Water resources system planning and analysis. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall.

Manca A, Sechi GM, Zuddas P (2010) Water Supply network optimisation using equal flow algorithms. Journal of Water Resources Management 24(13):3665-3678. 

Moran PAP (1954) Probability theory of dams and storage systems. Journal of Australian journal of applied science 5:116-124.

Moran PAP (1955) A probability theory of dams and storage systems: Modifications of the release rules. Journal of Australian Journal of Applied Science 6:117-130.

Moran PAP (1959) The theory of storage. Methuen, London.

Neelakantam TR, Pundarikanthan NV (2000) Neural network based simulation operation model for reservoir operation. Journal of Water Resources Planning and Management 126(2):57-64.

Phatarfod RM (1979) The bottomless dam. Journal of Hydrology 40:337-36.

Prabhu NU (1958) On the integral equation for the finite dam. Journal of The Quarterly Journal of Mathematics 9(2):183-188.

Sreekanth J, Datta B, Mohapatra PK (2012) Optimal short-term reservoir operation with integrated Long-term goals. Journal of Water Resources Management 26(10):2833-2850. 

Stedinger JR, Talor MR (1982) Synthetic streamflow generation (Model verification and validation). Journal of Water Resources Research 18(4):909-917.

Vedua S, Mohan S (1990) Real-time multipurpose reservoir operation: a case study. Journal of Hydrological Sciences Journal / Journal des Sciences Hydrologiques 35(4):447-462.

Yang W, Yang  Z (2013) Development of a long-term, ecologically oriented dam release plan for the lake baiyangdian sub-basin, Northern China. Journal of Water Resources Management 27:485–506.

Yakowitz S (1982) Dynamic programming applications in water resources. Journal of Water Resources Research 18(4):673-696.

Yeh WWG (1985) Reservoir management and operations models: a state of the art review. Journal of Water Resources Research 21(12):1797-1818.