نقش عدم قطعیت پیش‌بینی جریان ورودی در بهره‌برداری بهینه از مخازن

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار/ گروه منابع آب، دانشکده عمران، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی.

2 کارشناسی ارشد/ رشته مدیریت منابع آب، دانشکده عمران، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

چکیده

در این مقاله انواع مدل‌های برنامه‌ریزی پویای استوکاستیک (SDP)1 و همچنین برنامه‌ریزی پویای قطعی (DP)2 برای سد مخزنی چندمنظوره دز واقع در جنوب غربی ایران ارائه و مقایسه شده‌اند. ارزیابی نقش پیش‌بینی جریان ورودی در بهره‌برداری بهینه از مخازن، با استفاده از دو نوع مدل برنامه‌ریزی پویای استوکاستیک صورت گرفته است. مدل‌های SDP از نظر نوع متغیر حالت جریان ورودی و به‌کارگیری احتمال شرطی و یا غیرشرطی با هم تفاوت دارند. برای بررسی سیاستهای بهینه به‌دست آمده از مدل‌های مختلف، از مدل شبیه‌سازی استفاده شده است. جهت این منظور و برای مقایسه نتایج حاصل از آن از میانگین پارامترهای مختلف بهره‌برداری و معیارهای ارزیابی از قبیل اعتمادپذیری، برگشت‌پذیری و آسیب‌پذیری استفاده شده است. در دو مدل SDP که متغیر حالت هیدرولوژیکی جریان ورودی دوره فعلی را به‌جای جریان ورودی دوره قبل به‌کار می‌برند، با استفاده از جریانهای پیش‌بینی شده و مشاهده شده، شبیه‌سازی به‌هنگام انجام شد و همچنین تاثیر دقت پیش‌بینی و انواع روش‌های مختلف پیش‌بینی جریان در بهره‌برداری از مخزن، مورد مطالعه قرار گرفته است. تابع هدف به صورت کلی، حداقل‌سازی مجموع مربعات انحراف دو‌طرفه از خروجی و ذخیره مطلوب در نظر گرفته‌ شده است. این تحقیق نشان می‌دهد که عدم توجه به موضوع پیش‌بینی در مدل‌‌هایی که نیاز به پیش‌بینی جریان دارند و معلوم فرض کردن داده‌ها، نتایجی پرخطا و به دور از واقعیت داشته و فرد را در انتخاب نوع مدل دچار اشتباه می‌کند. از طرف دیگر دقت پیش‌بینی‌ها تاثیر بسزایی در بهره‌برداری بهینه از مخازن دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Assessment of Inflow Forecast Uncertainty in Optimal Reservoir Operation

نویسندگان [English]

  • A B. Dariane 1
  • E Eftekhar Javadi 2
1 Assistant Professor, Department of Water Resources, School of Civil Engineering, K.N.T University of Technology
2 M.Sc., Water Resources Management, School of Civil Engineering, K.N.T University of Technology
چکیده [English]

In this paper, various types of stochastic dynamic programming models (SDP) and also a deterministic dynamic programming (DP) are presented and compared for multipurpose Dez reservoir dam located in southwest of Iran. The impact of inflow forecasting uncertainty in optimum reservoir operation is investigated through two types of stochastic dynamic programming models. SDP models are different based on hydrologic state variable and inflow conditional or non conditional probability assumptions. A simulation model is developed to investigate the achieved optimum policies in different models. So, average of different operation variables and also performance criteria such as reliability, resiliency and vulnerability are used to compare the results. In two SDP models which apply current inflow instead of previous time step inflow as hydrologic state variable, real time simulation is done with forecasted and observed inflows. The effect of forecasting accuracy and different forecasting methods in reservoir operation are also studied. In general, objective function is considered as minimizing the sum squared of two sided deviations from target release and storage. This research shows that lack of attention to inflow forecasting in models which need it and assuming known values could lead us to unreal and false results and mislead us in selecting type of model. On the other hand, it is noticed that forecasting accuracy plays an important role in optimum reservoir operation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Stochastic dynamic programming
  • Forecasting error
  • optimization
  • Simulation
  • Inflow forecasting
  • Reservoir operation
  • Hydropower energy
افتخارجوادی، ا، (1382)، "نقش ‌پیش‌بینی ‌جریان ‌ورودی ‌در بهره‌برداری‌ بهینه ‌از مخازن"، پایان‌نامه کارشناسی ارشد مدیریت منابع آب، دانشکده عمران، دانشگاه‌ صنعتی ‌خواجه ‌نصیرالدین طوسی.

برهانی، ع، (الف 1381)، "تدوین ‌سیاست‌های ‌بهره‌برداری ‌از مخازن ‌در دوره‌های‌ خشک"، معاونت پژوهشی، دانشگاه ‌صنعتی‌ خواجه ‌نصیرالدین طوسی.

برهانی، ع، (ب1381)، "تهیه مدل پیش‌بینی جریان رودخانه در حوزه آبریز دز تا محل سد دز"، سازمان مدیریت منابع آب ایران، وزارت نیرو.

 

ضاهرپور، ج، (1381)، "تهیه مدل ذوب برف حوزه آبریز به کمک سنجش از دور (RS) و سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS)". پایان‌نامه کارشناسی ارشد مدیریت منابع آب، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی.

Carpenter, M. T. and K. P. Georgakakos, (2001).
"Assessment of Folsom Lake Response to Historical and Potential Future Climate Scenarios: 1. Forecasting", J. Hydro., Vol. 249,  pp. 148-175.

Faber, A.B. and J. R. Stedinger, (2001). "Reservoir Optimization Using Sampling SDP With Ensemble Streamflow Prediction (ESP) Forecasts",  J. Hydro., 249 (1-4): pp.113-133.

Gablinger, M. and D. P. Loucks, (1970). "Markov Models for Flow Regulation", J. Hydra. Div., 96(HY1): pp. 165-181.

Georgakakos, P. A., (1989). "The Value of Streamflow Forecasting in Reservoir Operation", Water Resour. Bul., 25(4): pp. 789-800.

Hamlet F. A., D. Huppert and, D.P. Lettenmaier, (2002). "Economic Value of Long-Lead Streamflow Forecasts for Columbia River Hydropower", J. Water Resour. Plan. & Manag., 128(2): pp. 91-101.

Hashimoto, T., J. R. Stedinger and, D.P. Loucks, (1982). "Reliability, Resiliency and Vulnerability Criteria for Water Resource System Performance Evaluation", Water Resour. Res., 18(1): pp.14-20.

Huang, W.-C., R. Harboe and J. J. Bogardi, (1991).
"Testing Stochastic Dynamic Programming Models Conditioned on Observed or Forecasted Inflows", J. Water Resour. Plan. & Manag., 117(1): pp.28-36.

Krzysztofowicz, R., (1986). "Optimal Water Supply Planning Based on Seasonal Runoff Forecasts", Water Resour. Res., 22(3): pp.313-321.

Lettenmaier, P. D., (1984). "Synthetic Streamflow Forecast Generation", J. Hydra. Eng., 110(3): pp. 277-289.

Little D.C. John, (1955). "The Use of Storage Water in a Hydroelectric System", J. Oper. Res. Soc. of America, 3(2): pp.187-197.

Loucks, R. J., Stedinger, D. P. and D. A. Haith, (1981).
"Water Resources System Planning and Analysis". Prentice-Hall Inc., Englewood  Cliffs, N.J.

Mishalani, R.N. and R.N. Palmer, (1988). "Forecast Uncertainty in Water Supply Reservoir Operation", Water Resour. Bul., 24(6): pp.1237-1245.

Moore, L.J. and J.M. Armstrong, (1976). "The use of Linear Programming Techniques for Estimating the Benefits from Increased Accuracy of Water Supply Forecasts", Water Resour. Res., 12(4): pp.629-639.

Napiorkowski, J.J., A. Kozlowski and T. Terlikowski, (1999). "Influence of Inflow Prediction on Performance of Water Reservoir System" ,Water Industry Systems: Modelling and Optimization  Applications, Vol.2, eds. : Dragan Savic & Godfrey Walters, Research Studies Press Ltd.

Oron, G., A. Mehrez and G. Rabinowitz, (1991).
"Forecasting in Optimizing Dual System for Energy Generation and Irrigation", J. Water Resour. Plan. & Manag., 117(3): pp. 287-300.

Stedinger, R. Jery, Bola F.Sule and Daniel P.Loucks, (1984). "Stochastic Dynamic Programming Models for Reservoir Operation Optimization", Water Resour Res., Vol.20, No.11,  pp.1499-1505.

Su Y. S. and R. A. Deininger, (1974). "Modeling the Regulation of Lake Superior Under Uncertainty of Future Water Supplies", Water Resour. Res., 10(1): pp. 11-25.

Tejada-Guibert, Alberto J., Sharon A.Johnson  and Jery R.Stedinger, (1995). "The Value of Hydrologic Information in Stochastic Dynamic Programming Models of a Multireservoir System", Water Resour. Res., Vol.31, No.10,  pp.2571-2579.

Torabi, M. and F. Mobasheri, (1973). "A Stochastic Dynamic Programming Model for the Optimum Operation of a Multi-Purpose Reservoir", Water Resour. Bul., 9(6): pp.1089-1099.

Yakowitz, S., (1982). "Dynamic Programming Applications in Water Resources", Water Resour. Res., 18(4): pp.673-696.

Yao, H. and A. Georgakakos, (2001). "Assessment of Folsom Lake Response to Historical and Potential Future Climate Scenarios: 2. Reservoir Management", J. Hydro., Vol.249,  pp.176-196.

Yeh, W-G. William, L. Becker, and R. Zettlemoyer, (1982). "Worth of inflow forecast for reservoir operation", J. Water Resour. Plan. & Manag., 108, pp. 257-269.