MASTER THESIS- KHASHAYAR RASHEDI
- 1. عمران مهندسي دانشكده
از برداری بهره سازی بهینهمخزنب پذیری اعتماد مبنای برا
سلولي اتوماتای روش از استفاده
پایانارشد کارشناسي درجه دریافت برای رساله یا نامه
عمران مهندسي رشته درآب مهدسي گرایش
راشدی خشایار
:راهنما استاد
افشار هادی محمد دکتر
خردادماه4931
- 2. عمران مهندسي دانشكده
از برداری بهره سازی بهینهمخزنبا پذیری اعتماد مبنای بر
سلولي اتوماتای روش از استفاده
پایانارشد کارشناسي درجه دریافت برای رساله یا نامه
درآب مهندسي گرایش عمران مهندسي رشته
راشدی خشایار
:راهنما استاد
افشار هادی محمد دکتر
خردادماه4931
- 4. أ
تأییدیهجلسه داوران هیأت یپایان از دفاع ینامه/رساله
دانشكده نام:عمران مهندسی دانشكده
نام:دانشجوراشدی خشایار
پایان عنوان:رساله یا نامهر از اسامااده باا پاییری اعممااد مبناای بر مخازن از برداری بهره سازی بهینه
سلولی اتوماتای
:دفاع تاریخ91/30/9011
:رشمهعمران مهندسی
:گرایشآب مهندسی
ردیفسمتخانوادگي نام و نامدانشگاهي مرتبهمؤسسه یا دانشگاهامضا
9راهنما اسمادافشار هادی محمد دکمردانشیار
صنعت علم دانشگاه
ایران
2راهنما اسماد
0ر مشا اسماد
1ر مشا اسماد
5خارجی مدعو اسمادحداد بزرگ امید دکمردانشیارتهران دانشگاه
6خارجی مدعو اسماد
7داخلی مدعو اسمادعلی حسین دکمرزادهاسمادیار
صنعت علم دانشگاه
ایران
8داخلی مدعو اسماد
- 5. ب
تأییدیهنتایج اصالت و صحت ی
تعالي باسمه
اینجانبراشدی خشایاردانشجویی شماره به19681332رشامه دانشاجویآب مهندسای گارایش عماران
تحصیلی مقطعارشد کارشناسیمی تأییدکلیه که نمایمپایان این نمایج یاینجاناب کاار حاصل نامه/رساله
نسخه موارد است تصرف دخل هرگونه ن بدبرداریمنباع مشخصاا کامل ذکر با را دیگران آثار از شده
کرده ذکرحااکم مقاررا واوابو باا مطابق دانشگاه تشخیص به ،فوق مندرجا خالف اثبا درصور .ام
(واوابو ،صاوتی آثاار نشریا کمب تكثیر ترجمه قانون مصناان مؤلاان حقوق از حمایت قانون
درخصاو اعماراخ هرگوناه حاق شاد خواهد رفمار اینجانب با )... انضباطی هشی پژ ،آموزشی مقررا
می سلب خویش از را مجازا تخلف تعیین تشخیص مكمسب حقوق احقاقدر .نمایملیت مسؤ ،ومن
ذی مراجع حقوقی حقیقی از اعم اشخا به پاسخگویی هرگونهعهده به )قضایی اداری از (اعم صالحی
هیچ دانشگاه بود خواهد اینجانب.داشت نخواهد خصو این در لیمی مسؤ گونه
راشدی خشایار
خرداد9011
- 6. ج
بهره مجوزپایان از بردارینامه
بهرهپایان این از برداریراهنماا اسماد توسو که دیمی محد به توجه با کمابخانه مقررا چهارچوب در نامه
می تعیین زیر شرح به:است بالمانع ،شود
بهرهپایان این از برداری.است بالمانع همگان برای رساله /نامه
بهرهپایان این از برداری.است بالمانع ،راهنما اسماد از مجوز اخی با رساله /نامه
:راهنما اسمادافشار محمدهادی دکمر
خرداد9011
:امضا
- 7. د
به تقدیم:مهربانم مادر و بزرگوار پدر
ف دو آنرشتهایخوو و خریدند جان به را ها سختي ،گذشتند هایشان خواسته از کهد
من تا کردند نامالیمات و مشكالت بالی سپر رابهجایایسوتاده آن در اکنون که گاهي
.برسم ام
- 8. ه
:قدرداني و تشكر
استاد ارزنده های راهنمایي و دریغ بي زحمات از بدینوسیله که دانم مي الزم خود بر
.کنم قدرداني و تشكر صمیمانه افشار محمدهادی دکتر آقای جناب ارجمندهمچنین
داوران هیات اعضای ازآقا جناب همچنین و حداد بزرگ امید دکتر آقای جنابی
علیزاده حسین دکترپاس بهو ارزنده پیشنهادات و دفاعیه جلسه در حضور
.دارم مي تقدیم حضورشان به را خود سپاس و نموده تشكر پربارشان
راشدی خشایار
خرداد4931
- 9. چكیده
سلولی اتوماتای الگوریمم از اسمااده با اعممادپییری مبنای بر آب مخازن از بهینه برداری بهره تحقیق این در
(Cellular Automata).است شده ارائهکارآ دادن نشان تحقیق این از هدفدر سالولی اتوماتای الگوریمم یی
با آن ترکیبالگوریممهامورچ سیسمم الگوریمم نظیر شی فراکا یهنخبه(ASElite)رهایسادهترمانند
رریزی برنامهخطییای د د صحیح اعداد ترکیب با(MILP).اسات ر ایان ساادگی میازاندر
ترکیبی الگوریمم د تحقیق این در هدف این راسمایAS-CACA-MILPنماایج کاه اسات شده معرفی
مبناای بار مخزناه تاه سیسامم از بارداری بهاره ساازی بهیناه مسئله حل در الگوریمم د این از اسمااده
برقابی برداری بهره حالت د در اعممادپییریتأمیناز حاصال نماایج باا شاده ارائاه ،دسات پاایین نیاز
الگوریممGA.است شده مقایسهای در ها سلول جایگاهتحقیق نبهصورمخازن حجام از گسسمه مقادیر
.است شده تعریف هدف تابع کمه به انمقال قانونمخزن تحقیق این درساد"دز"ماورد ایاران جناوب در
.است گرفمه قرار مطالعهالگاوریمم توساو کلای بهیناه جاواب باه رسیدن باالی سرعت تحقیق این نمایج از
کیا بهبود همچنین سلولی اتوماتاییتجوابهاالگوریمم به نسبتGA.استالگاوریمم د هرAS-CA
CA-MILPبه کیایت نظر ازپاسخهایبه نسبت بهمریGAاعممادپاییری از سطوحی در جز یافمند دست
الگوریمم کهCA-MILPاست نموانسمهپاسخهایالگوریمم از تری مطلوبGAاماا .کناد تولیدCA-MILP
الگوریم سادگی بدلیلسرعت از ممراتب بهباالتریدر.است برخوردار جواب به رسیدن
واژه:کلیدی هایسازی بهینه،برداری بهره( سادهتأمینبرقآبی )نیاز،اعممادپاییری ،مخازن ازالگاوریمم
سلولی اتوماتای
- 10. ز
مطالب فهرست
فصل4:مقدمه41
9-9-مقدمه...........................................................................................................................................90
9-2-تعریفمسئلههدفازتحقیق.............................................................................................91
9-0-تعاریفل ایه................................................................................................................................95
9-0-9-بهرهبرداریبهینهازمخازنآب..................................................................................95
9-0-2-شبیهسازیهیل دریكیمخازنآب.............................................................................96
9-0-0-بهینهسازیبهرهبرداریازمخزنبرمبنایاعممادپییری....................................97
9-1-رتحقیق...............................................................................................................................98
9-5-فصلهایپایاننامه.................................................................................................................91
فصل1:پیشینهتحقیق14
2-9-مقدمه...........................................................................................................................................22
2-2-ر مریبرکارهایگیشمهدرزمینهبهرهبرداریازمخازن.............................................22
2-0-ر مریبرمطالعاپیشینبهرهبرداریمخازنبرمبنایاعممادپییری.......................25
2-0-9-ر مریبرمطالعاپیشینبهرهبرداریمخازنبرمبنایاعممادپییریباهدف
تأمیننیازپاییندست(بهرهبرداریساده)...............................................................................25
2-0-2-ر مریبرمطالعاپیشینبهرهبرداریمخازنبرمبنایاعممادپییریباهدف
تولیدانرژیبرقآبی(بهرهبرداریبرقآبی)....................................................................................27
2-1-ری مربرادبیااتوماتایسلولی...........................................................................................28
2-1-9-ر مریبرکاربرداتوماتایسلولیدرمسائلمهندسیآب.....................................02
2-1-2-ر مریبرکاربرداتوماتایسلولیدرزمینهبهرهبرداریازمخزن........................00
2-5-ر مریبرادبیاالگوریممجامعهمورچگاندرزمینهمهندسیآب..............................01
2-6-نمیجهگیری.................................................................................................................................06
فصل9:معرفيالگوریتمهایاتوماتایسلولي،جامعهمورچگاننخبهگراوبرنامه
ریزیخطيباترکیباعدادصحیحودودویي93
0-9-مقدمه...........................................................................................................................................08
0-2-الگوریممبهینهسازیاتوماتایسلولی...................................................................................08
0-0-الگوریممبهینهسازیجامعهمورچگان(ACO).................................................................12
0-1-انواعپرکاربردالگوریممبهینهسازیجامعهمورچگان......................................................11
0-5-الگوریممبهینهسازیبرنامهریزیخطی.............................................................................15
0-5-9-رشاخهحد.............................................................................................................16
- 14. ك
جداول فهرست
ل جد(5-9)پاراممرهایالگوریممCA........................................................................................................................78
ل جد(5-2)پاراممرهایالگوریمم..............................................................................................................78
ل جد(5-0)پاراممرهایآماریمقادیرجوابمسئلهبهرهبرداریسادهازمخزنبرمبنایاعممادپییریبا
اسماادهازالگوریممAS-CAطیره دهای5،2313ساله................................................................................71
ل جد(5-1)مقایسهنمایجحاصلازدالگوریممAS-CAالگوریممGAدرحلمسئلهبهرهبرداریسادهازمخزنبر
مبنایاعممادپییریبرایره دهای5،2313سالهدرسطوحاعممادپییری63،6573درصد......................................89
ل جد(5-5)پاراممرهایآماریمقادیرجوابمسئلهبهرهبرداریبرقابیازمخزنبرمبنایاعممادپییریبا
اسماادهازالگوریممAS-CAطیره دهای5،2313ساله................................................................................82
ل جد(5-6)مقایسهنمایجحاصلازدالگوریممAS-CAالگوریممGAدرحلمسئلهبهرهبرداریبرقابیازمخزنبر
مبنایاعممادپییریبرایره دهای5،2313سالهدرسطوحاعممادپییری63،6573درصد......................................81
ل جد(5-7)نمایجحاصلاز93باراجرایبرنامهAS-CAدرحلمسئلهبهینهسازیبهرهبرداریسادهازمخزنبرمبنای
اعممادپییریآسیبپییریبرایره دبهرهبرداری5سالهسطوحاعممادپییریمخملفآسیبپییری23%...............85
ل جد(5-8)مقایسهنمایجحاصلازاسماادهالگوریممپیشنهادیAS-CAبرایبهینهسازیبهرهبرداری
سادهازمخزنبرمبنایاعممادپییری،ن بدبادرنظرگرفمنقیدآسیبپییریره دای............................86
ل جد(5-1)پاراممرهایآماریحاصلاز93بااجرایبرنامهمقادیرجوابمسئلهبهرهبرداریسادهازمخزنبرمبنای
اعممادپییریجهتتولیدالگویشكستبااسماادهازالگوریممAS-CAطیره دهای5ساله............................................87
ل جد(5-93)مقایسهنمایجحلمسئله9مسئله1(مسئلهبهرهبرداریساده)بادساخمارمماابرای
سیسمممورچهنخبه..........................................................................................................................................................87
ل جد(5-99)پاراممرهایالگوریممCA.....................................................................................................................13
ل جد(5-92)پاراممرهایربرنامهریزیخطیترکیبید دییصحیحMILP....................................13
ل جد(5-90)پاراممرهایآماریمقادیرجوابمسئلهبهرهبرداریسادهازمخزنبرمبنایاعممادپییریبا
اسماادهازالگوریممCA-MILPطیره دهای523ساله...................................................................................19
ل جد(5-91)مقایسهنمایجحاصلازسهالگوریممAS-CA،GACA-MILPدرحلمسئلهبهرهبرداریسادهاز
مخزنبرمبنایاعممادپییریبرایره دهای5،2313سالهدرسطوحاعممادپییری63،6573درصد.......................12
- 16. بهینهسازیبردار بهرهیمبنا بر مخزن ازیپی اعممادیریاتوماتا ر از اسمااده بایسلولی
90
مقدمه
4-4-مقدمه
بار .اسات کممار جهاان ال نز مموسو سوم یه از آن جوی ال نز که است خشكی سرزمین ایران کشور
می سر به آبی تنش در حاور حال در که است کشورهایی جزء ایران ،هواشناسی سازمان مطالعا اساسبرد
می ده افز تنش این شد بر ساله هرسهم که شهرهایی ،جهانی اسمانداردهای طبق .گرددآب سرانهآنها
بین9733-9333سرانه سهم که شهرهایی فشار تحت شهرهای ،است سال در مكعب ممرآنهاااز کممار
9333د حاد ،تهاران شاهر سرانه سهم .گردند می تلقی آبی تنگنای در شهرهای ،است سال در مكعب ممر
533می سال در مكعب ممرمی نشان که باشدبحر در تهران شهر کالن دهدبرد می بسر آبی کم ان.مدیریت
می آبی منابع از پایدار اسمااده تضمین راسمای در ،آبی منابع یكپارچهتنها آب منابع یكپارچه مدیریت .باشد
اعمال ،آب سنمی مصارف کاهش نظیر اقداماتی برای جامع حل راهدیت محدهایکیایت کمیت مورد در ی
اایاالگوه در ارااتایی ااداایج ،ارفیامص آبایام اداراپای اعهاتوس اهاب الانی اتاجه ادیاتولی ایاجمعیماداباش.
سااخمه جهاان نقااط تماامی در آبای منابع از برداری بهره اسمااده برای که هایی سازه مهممرین جمله از
میشودبر ه عال ها سد .هسمند ها سدتأمینتنظایم با .دارند هم دیگری های قابلیت ،خود منطقه آبی نیاز
شد آزاد آب مقدارمی ها سد از هاحادا باا یاا نمود تنظیم را دست پایین های دخانه ر جریان رژیم توان
می ها سد نزدیه در گاه نیر.داد انجام ها سد از برقابی برداری بهره توان
ماورد مساائل ،هاا رایانه نظیر محاسباتی های ابزار پیشرفت همچنین بشری دانش حوزه علم گسمر با
دانشمندان توجهپیش بیشمر پیچیدگی سمت به است کرده پیشرفتمید رنیاز هم مسائل حل ر این از .
معادال ها ر بكارگیری تر دقیق مطالعا مندپیچیدهتر.بود خواهد
مطالعه این درسد مخزن از برداری بهره سازی بهینهالگاوریمم از اسامااده با اعممادپییری ی ر بر کنمرل با
سلولی اتوماتای نویناز اسمااده با است شده ارائهترکیابالگاوریممهاایسالولی اتوماتاای1
الگاورریمم
گرا نخبه2
خطی ریزی برنامه سلولی اتوماتای های اگوریمم همچنینیی د د صحیح اعداد ترکیب با3
ب موفقارائه هالگوریممهاترکیبی یAS-CACA-MILPکاه داد خاواهیم نشاان نماایج به توجه با شده
الگوریممهانظر مورد مسئله حل در مناسب قدر پیشنهادی یداشمهاند.الگاوریمم د ایان ارائه همچنین
1
Cellular Automata
2
Elitist Ant System
3
Mixed Integer Linear Programming
- 17. بهینهسازیبردار بهرهیمبنا بر مخزن ازیپی اعممادیریاتوماتا ر از اسمااده بایسلولی
91
مقدمه
اداماه در اسات باوده پیشاین محققاان کارهای بهبود جهت در گامی آمده بدست نمایجمایتاوانایان از
الگوریممها.نمود اسمااده سازی بهینه مخملف مسائل حل برای
4-1-تحقیق از هدف و مسئله تعریف
باا مساائلی آب مهندساین ی ر پیش مسائل ًاعموم طبیعت آب عنصر میان عمیق ارتباطی جود دلیل به
هماواره طبیعات در موجاود های قطعیت عدم همچنین .باشند می بزرگ ابعادتاأثیرمطالعاا بار را خاود
تااثیرا این کردن خنثی یا بینی پیش در سعی هایی تكنیه کمه به دانشمندان است داشمه محققان
خود تحقیقا درداشمهاند.
چندان د آب منابع از بهینه اسمااده اهمیت میکور مطالب موووع اهمیت به توجه با حالمیشودکاهش .
ب یا ساخت های هزینه،زیسامی محایو مخملاف هاای نیااز کاردن رده بارآ باا منظاوره چند برداری هره
فصاول یاا خشكساالی طول در ارده خسارا ها هزینه کردن کمینه همراه به غیره برقابی ،رزی کشا
.است بوده محققین مطالعه مورد موووعا جمله از همواره گرم
برای سازی بهینه مدل ارائه تحقیق این از هدفبا آب مخازن از بهینه برداری بهرهتأمیناعممادپییری قید1
میباشد.است شده ارائه مخزن از برقابی هم ساده برداری بهره بحث در هم مدل این .به پییری اعمماد قید
معنایتأمین)(ماه ره د هر در دست پایین نیازمیباشدمخازن از شاده رها آب مقدار اگر که معنی این به .
ه درقید این بود آن با برابر یا بیشمر ره د آن دست پایین نیاز مقدار از ماه رتأمیناز کممر اگر است شده
ماه آن در اعممادپییری قید بود دست پایین آبی نیازتأمینتعداد نسبت لیا .است نشدهماههاطول در که یی
در اعممادپییری قید برداری بهره ره دآنهاتأمینب ،است شدهکال تعاداد همااههاااعممادپاییری درصاد ؛
.گردد می تعریف
از بهیناه بارداری بهاره یا ساخت برای مخازن بهینه طراحی زمینه در زیادی تحقیقا اخیر های دهه در
از برخی در که است گرفمه صور موجود آب مخازنآنهاقیاد شادن اروااء است شده انجام تازگی به که
از اسمااده با مسائل از دست این برای جواب یافمن .است شده لحاظ اعممادپییریرهایسانمی صریح
طوالنی زمان صرف نیازمندمیباشدبارای حجیمای حافظاه بازرگ ابعااد با مسائل گونه این برای همچنین .
ن اطالعا ذخیره محاسبا انجامبكارگیری لیا .است یازالگوریممهاعلات باه سااز بهیناه سااز شابیه ی
1
Reliability
- 18. بهینهسازیبردار بهرهیمبنا بر مخزن ازیپی اعممادیریاتوماتا ر از اسمااده بایسلولی
95
مقدمه
.باشند می توجه قابل ماید بسیار اقعی شرایو کردن مدل در توانایی
مسائل حل در مناسب سرعت سادگی علیرغم پویا ریزی برنامه الگوریممغیرخطیآن کاربرد الزام دلیل به
با مسائل درممایرهایقاب از کسسمهبالعكس .نیست برخوردار پیوسمه محیو در مسائل حل در مناسبی لیت
رهایخطی ریزی برنامهغیرخطیباا مساائل حال قابلیات جاواب باه رسیدن در باال سرعت بر ه عال
ممایرهایجوا به رسیدن که است این ر د این عمده مشكل اما .دارند هم را پیوسمهرا مطلاق بهیناه ب
ن تضمینمیکنند.
محاسابا برای اسمااده قابل های حافظه افزایش محاسبا سرعت بهبود ،محاسباتی های ابزار پیشرفت با
الگوریممها.اند شده اسمااده تحقیق این در مطالعه مورد مسئله حل برای زیادی محققان توسو شی فراکا ی
این جمله ازالگوریممهاژنمیه الگوریمم(GA)پرندگ جامعه الگوریمم ،ان(PSO)مورچگان جامعه الگوریمم
(ACO)سارعت اماا دارناد پیچیاده بازرگ ابعااد باا مسائل حل در خوبی قابلیت ها ر این .باشند می
در جواب به رسیدنالگوریممهااز تر کند بسیار شی فراکا یالگوریممهاریازی برناماه مثل میکور پیشین ی
غیرخطیمیباشدعملیا زمان حجم لیا .این آن ازای به .داشت خواهند زیادیالگاوریممهااباه رسایدن
.ندارند ابسمگی مسئله بودن محدب غیر یا محدب شرایو به کرده تضمین را کلی بهینه جواب
تحقیق این درارائه بامدلهااصلی ساخمار که ترکیبی یآنهااسات داده تشاكیل سلولی اتوماتای ر را
قس در که شكل همان بهشده داده توویح مقدمه متبه رسیدن بر ه عالجوابهاینسابت تر دقیق بهمر
بهالگوریممهادیده جواب به رسیدن سرعت در ای مالحظه قابل پیشرفت ،شی فراکا یمیشود.
4-9-اولیه تعاریف
به نامه پایان این مطالعه طول در باید که ای پایه لیه ا مااهیم بخش این درآنهااشاده رده آ شاود توجاه
.است
4-9-4-آب مخازن از بهینه برداری بهره
آب مخازن از برداری بهره مسائلبهعنوانمسئله .د ر می شمار به آب مهندسی حوزه در مهم مسائل از یكی
- 19. بهینهسازیبردار بهرهیبر مخزن ازمبنایپی اعممادیریاتوماتا ر از اسمااده بایسلولی
96
مقدمه
بارای کاه اسات هم به ممصل های لوله مخازن از یكسری شامل مخازن از برداری بهرهتاأمین،آبای نیااز
برق ،رزی کشابهاره مسائل از هدف تحقیقا این در .د ر می کار به مماا های کاربری به مناطق ... ابی
مخازن بهینه حجم یافمن ،آب مخازن بهینه برداریبهمنظورتأمینبیشینه تولید یا منطقه آبی نیاز مناسب
.باشد می گاه نیر تولیدی توان به توجه با برقابی انرژی
ریاوی مخملف های تكنیه کمه به همواره آب مخازن از بهینه برداری بهره مسئله حلریازی برنامه مانند
خطیغیرخطییا پویا ریزی برنامه ،الگوریممهاجامعاه الگاوریمم ژنمیاه الگاوریمم مانند شی فراکا ی
.است مسئله این اهمیت درجه بیانگر که است شده بررسی غیره مورچگان[9]
ممایرهایآمده شمار به سازی بهینه الگوریمم در ها مشخصه مهممرین از حالت تصمیمتأثیردر زیاادی
عموماا مخاازن از برداری بهره مسائل در .دارند حاصله نمیجه همگرایی سرعت ،سازی بهینه ند راز یكای
گزینههایسد مخزن از جی خر آب حجم شده ذخیره آب حجم مقادیرمیتوانندبهعنوانتصمیم ممایر
دیگریبهعنوانمخزن آب حجم حاور تحقیق در .گردد انمخاب حالت ممایربهعنوانانمخاب تصمیم ممایر
.است شده
4-9-1-آب مخازن هیدرولیكي سازی شبیه
هیدر سازی شبیه از منظورتمامی یافمن آب مخازن لیكیپاراممرهای(نظیار مخاازن برداری بهره به مربوط
باه مرباوط لیاه ا اطالعاا از اسمااده با )مخزن در شده ذخیره آب حجم سد مخزن از جی خر آب حجم
حوزه مصرف الگوری دخانه ر رد آمیباشدآن از حاصال نماایج باشاد تر بینانه اقع تحلیل این هرچه لیا .
.بود خواهد نزدیكمر آمده عمل به میدانی مطالعا به نیز
برای که است مخازن از یكسری شامل مخازن از برداری بهره مسئلهتأمینهاای کااربری با مناطق آبی نیاز
بكار مماامید ربهیناه حجام یاافمن ،آب مخازن بهینه برداری بهره مسئله حل از هدف تحقیق این در .
مخازنبهمنظورتأمینسناریوی اساس بر که است منطقه نیاز مناسبتأمینتعریف منطقه آبمیشود.
- 20. بهینهسازیبردار بهرهیمبنا بر مخزن ازیپی اعممادیریاتوماتا ر از اسمااده بایسلولی
97
مقدمه
4-9-9-اعتمادپذیری مبنای بر مخزن از برداری بهره سازی بهینه
همانطورقسمت در که2-2ردن آ بدسات هادف مخاازن از بارداری بهاره مسائله در ،شاد داده تووایح
پاراممرهایمخا برداری بهره به مربوط لیكی هیدرزنمیباشدغیار یاا لیكی هیادر قیاودی میاان این در .
مسئله حل اساسی شرط قیود این شدن ارواء که گردند می تعریف مسئله برای لیكی هیدرمیباشدقیاود .
غیره مخزن حجم حداکثر حداقل ،پیوسمگی رابطه که مسئله لیكی هیدرمیباشادمادل در اداماه در
خوا داده توویح مسئله سازیاز برداری بهره مسائل در که اساسی پاراممر چند مااهیم بخش این در .شد هد
داده شرح ًامخمصر شوند می گرفمه نظر در مخزنمیشود.
شكست دوره
ره د این ،باشد تقاوا مقدار از کممر سد از شده رهاسازی آب مقدار ،ره د یه طی در صورتیكه دربهعناوان
شكست ره د(Failure)تعریفمیشود.
زماني اعتمادپذیری شاخص(Time-Based Reliability)
اقع در زمانی اعمماد قابلیتبهصوربارداری بهاره ره د طاول در سیسمم اینكه احممال ،باهصاوربهاره
تعریف باشد )شكست ن (بد نرمال برداریمیشودآن ریاوی رابطهبهصورزیرمیباشد:
(9-9)
آن در کهکل تعدادره دهای،شكستکل تعدادره دهایبرداری بهرهزمانی اعممادپییری شاخص
.است
پذیری برگشت سرعت شاخص(Resilience)
باه اسات افمااده اتقااق که شكسمی یه از سرعمی چه با ذخیره سیسمم که داد خواهد توویح شاخص این
آن ریاوی رابطه گشت خواهد بر نرمال برداری بهره حالتبهصور:است زیر
(9-2)
کهپییری برگشت سرعت شاخص،کل تعدادره دهاایشكساتساری تعادادره دهاایشكسات
- 21. بهینهسازیبردار بهرهیمبنا بر مخزن ازیپی اعممادیریاتوماتا ر از اسمااده بایسلولی
98
مقدمه
پیوسمهمیباشد.
پذیری آسیب شاخص(Vulnerability)
که ،است شكست خود اندازه یا شد بیانگر شاخص این اقع دربهصوردر شاده رهاسازی آب کل نسبت
طولره دهایهمان طول در تقاوا کل به شكستره دهایاست افماده اتااق شكست که یمیباشدنحاوه
زیر شكل به آن محاسبهمیباشد:
(9-0)
∑
∑
کهشاخصآسیب،پییریشكسات ره د تقاوای میزان، امدر مخارن از رهاساازی میازان
شكست ره دامره دهایشكستمیباشد.
در است گرفمه قرار توجه مورد تحقیق این در زمانی اعممادپییری شاخت شده تعریف های شاخص بین از
شاخص این مخازن از برداری بهره سازی بهینه مسئله حلبهعنوانشاده مسئله مدلسازی ارد قیود از یكی
بر ه عال شده ارائه ساز بهینه الگوریممتأمینملازم مخزن لیكی هیدر قیودباهتاأمیناعممادپاییری قیاد
هم زمانیمیباشد.
توویح به الزممیباشدباه اسات شاده بارده کار به اعممادپییری کلمه هرگاه تحقیق این در پس این از که
.است زمانی اعممادپییری معنای
4-1-تحقیق روش
،تحقیق این دردر مسئله سازی بهینه فرآیند برنامهبرنامه افزار نرم محیونویسیMATLABشاده نوشمه
اس.تمشخاپردازنادهاسامااده ماورد رایاناهIntel(R) Core (TM) i3-2350M CPU @ 2.30GHz
2.30 GHz.باشد می
در زمانی اعممادپییری مبنای بر مخزن از برداری بهره مسئله حل برایحالتهایباه مسائله مدل مخملف
مجزا طورفصل درپنجمتعریفمخملاف مساائل حال باه ترکیبای الگاوریمم د معرفای باا کاه است شده
پرداخمهایم.
سالولی اتوماتای الگوریمم ترکیب که ل ا پیشنهادی الگوریمم کار ساز(CA)مورچاه سیسامم الگاوریمم
گرا نخبه(ASElite)استاینگونهمیباشدالگوی کردن مشخص ظیاه گرا نخبه مورچه سیسمم الگوریمم که
- 22. بهینهسازیبردار بهرهیمبنا بر مخزن ازیپی اعممادیریاتوماتا ر از اسمااده بایسلولی
91
مقدمه
زی پیر یی د د-زی پیر الگوی تولید از پس .دارد عهده به را شكست-الگوریمم شكستCAتماامی ازای به
جوابهایبدین .نماید می شده تعریف قیود با مخزن از برداری بهره سازی بهینه به مورچگان توسو تولیدی
مقاد که گونهکه را ماه هر در مخزن داخل آب ذخیره یربهعنوانتعیین داند می خود تصمیم ممایرمیکند
هم آب سازی آزاد مقادیر آن طبع به کهبهصورالگاوریمم فرآیناد .آید می بدست ماهیانهCAباهصاور
الگوریمم لیه ا الگوی یا جواب هر برای بهینه جواب به همگرایی تا تكراریASEliteیهبارباهصاورکامال
انجاممیشودمقادیر آمدن بدست با سپس .Storageهمان یاReleaseزی پیر الگوی همچنین-شكسات
بدست را اعممادپییری مقدار کهمیدهدزی پیار الگاوی شده محاسبه براز تابع مقدار ،-کاه شكسامی
فرآیند بعدی گام در است کرده حاصل را جواب بهمرینAS-CAتول دریدجوابهادر .کارد خواهاد شرکت
الگوریمم ًامجدد ادامهASEliteتولید بهجوابهایقبال تكارار نخباه جاواب گرفمن نظر در با یی د د جدید
میکنداین بازجوابهاالگوریمم اخمیار درCAهمگرایای معیاار باه رسیدن تا فرآیند این گرفمه قرار
زی پیر یی د د الگوی تاییر عدم-شدر كستتكرارهای.یافت خواهد ادامه مموالی
همچنینترکیب پیشنهادی دیگر الگوریممالگوریممهاسلولی اتوماتای ی(CA)با خطی ریزی برنامه ر
یی د د صحیح اعداد ترکیب(MILP)بار این ل ا پیشنهادی الگوریمم همانند ترکیب این در .استبهجای
زی پیر الگوی کردن مشخص-توسو شكستASEliteبرایCAاز اسمااده با کار اینMILPانجاممیشود.
به الگو این ارائه از پس کرده ع شر یی د د تصادفی الگوی یه با ،حل ر ابمدای در که گونه بدینCA،
بهینه مقادیر الگوریمم اینStorageهمان یاRelease.رد آ می بدست رار از اسمااده با سپسMILPبا
اخمالف مقادیر به توجهReleaseنیاز موجود های(Demand)اند شده تعریف که ماهانه هایهمچناین
حاد شااخه ر از اسامااده با ،هدف اعممادپییری از تخطی مقدار به نگاه با1
را جدیاد یای د د مقاادیر
اخمیار در ًامجدد کرده مشخصCAقرارمیدهدتكرار بهینه جواب به رسیدن زمان تا فرآیند این .میشود.
کار سازرهای.است شده رده آ چهارم فصل در تاصیل به پیشنهادی
4-5-فنامه پایان های صل
فصل شش دارای تحقیق اینمیباشدهمچناین آب منابع مدیریت اهمیت درباره ای مقدمه ل ا فصل در .
شده گامه تحقیق از هدف.استکماه تحقیاق ایان بهمار فهم در آنها به توجه که بنیادین اساسی تعاریف
1
Branch and Bound
- 23. بهینهسازیبردار بهرهیمبنا بر مخزن ازیپی اعممادیریاتوماتا ر از اسمااده بایسلولی
23
مقدمه
.است شده داده توویح فصل این در حالصه طور به داشت خواهد شایانیدرادبیاا بار ری مار م د فصال
از اسمااده بدلیل .است شده رده آ شده بندی بخش طور به موووعالگوریممهاامسائله حال در مخملاف ی
د نظر موردموووع هر تحقیق پیشینه ،تحقیق این ربهصور.است شده رده آ شده تاكیههمانطوراز که
بهاره مسائله حال بارای سالولی اتوماتای الگوریمم از اسمااده مشخص طور به آید می بر نامه پایان موووع
اتو ناوین الگاوریمم کامال معرفی به سوم فصل در لیا .است بوده بحث مورد مخزن از برداریسالولی ماتاای
(CA).است شده داده توویح الگوریمم این کارکرد نحوه ساخمار است شده پرداخمهاداماه در همچناین
معرفی به کلی طور بهالگوریممهایASEliteMILPکهبهصورالگوریمم با ترکیبیCAاناد رفماه کار به
.است شده پرداخمهمعرفی به چهارم فصل درالگوریممهاپی یشاده پرداخمه مسئله حل برای جدید شنهادی
از بارداری بهاره مسائله مادل همچنین .است شده داده توویح الگوریمم هر کارکرد نحوه ترتیب به است
نمایج ارائه که پنج فصل در .است شده رده آ فصل این ادامه در اعممادپییری مبنای بر مخرنمایباشادباه
اس شده پرداخمه مخملف مسائل تعریف.تمدلهاامخملاف هاای آزماون باا تحقیاق ایان در پیشانهادی ی
مشخصاا قیود شرایو که است مشخص آزمون یه معرف مسئله هر فصل این در که اند شده سنجیده
ی ر آزمون هر نمایج .است آمده مسائل تعریف در آزمونالگوریممهامسائله هار تعریف از پس پیشنهادی ی
آخ که ششم فص در .است آمدهنامه پایان فصل رینمیباشدبندی جمعبه نامه پایان کلیا از ای خالصه
.است شده ارائه منابع همراه
- 25. بهینهسازیبردار بهرهیمبنا بر مخزن ازیپی اعممادیریاتوماتا ر از اسمااده بایسلولی
22
پیشینهتحقیق
1-4-مقدمه
با خود زندگی محل در همواره ها انسان .دارد بسمگی آب جود به جانداران سایر زندگی ادامه بقا حیا
جمعیات ساریع رشاد زماان گیشات باا .اند کرده رفع را خود نیاز سطحی منابع از اسمااده ها چاه حار
ای ،آب از اسمااده برای قانونمندی ،همگان بهداشت به بیشمر توجه شهریباه آن انمقاال آب مناابع جااد
حل که رسد می نظر به ری ور امری آن از ناشی فاوالب دفع همچنین ها انسان سكونت محلآنهاتنها
.است پییر امكان ممخصصین کمه به
در اداماه در .اسات شاده مشخص ووح به مخازن از برداری بهره زمینه در مطالعا اهمیت تحقیق این در
کارهای فصل اینمخملف قیود گرفمن نظر در با مخملف شرایو در مخازن از برداری بهره زمینه در گیشمه
با مرتبو پیشین مطالعا همچنین .است شده رده آالگوریممهاشاده ذکار تحقیاق این در شده اسمااده ی
.است
1-1-مخازن از برداری بهره زمینه در گذشته کارهای بر مروری
از کنون تارهایگوناگونیبهاره یاا مخاازن بارای بهیناه بارداری بهره های سیاست به دسیابی جهت
میان این از .است شده اسمااده ها سد مخازن از بهینه برداریمیتوانپویاا ریازی برنامه الگوریمم از(DP)،
الگوریممهاژنمیاه الگاوریمم مانناد تكااملی ی(GA)جمعای هاو الگاوریمم ،(PSO)جامعاه الگاوریمم
مورچگان(ACOA)تحقیق .برد نامYakowitz[2]داشمه ری مرر مخملف های کاربرد بر استDPدر
حافظاه میازان نماایی افازایش باه توجه با اما .ها سد مخازن برداری بهره در بخصو آب مخازن مسائل
تعداد افزایش با نیاز مورد کامپیوتریممایرهار ،(DP)بازرگ ابعاد با مسائل حل برای مناسبی قابلیت از
ن برخوردارمیباشداز اسمااده به محققان لیا .الگوریممهاتكامل ی.ردند آ ی ر ی
در مخزنه چند مسائل برداری بهره در ژنمیه الگوریمم کاربردچاون افارادی کارهاایV. Esat and M. J. Hall
[0]H. S. Fahmyهمكاران[1]R. Oliveira and D. P. Loucks[5].دارد جودV. Esat and M. J. Hall[0]
را ژنمیه الگوریمم از اسمااده مزایای مشخص طور بهبهجایحافظاه نظار از اساماندارد پویاای ریزی برنامه
.کردند بررسی کامپیوتریF.-J. Chang and L. Chen[6]گیاری کد با ژنمیه الگوریممبرای را یی د د اقعی
- 26. بهینهسازیبردار بهرهیمبنا بر مخزن ازیپی اعممادیریاتوماتا ر از اسمااده بایسلولی
20
پیشینهتحقیق
.گرفمند بكار مخزن سیالب کنمرل سازی بهینه مدلM. Sharif and R. Wardlaw[7]بارای ژنمیه الگوریمم از
مسئله سازی مدل193از اسامااده حالات در کاه رسایدن نمیجه این به اند کرده اسمااده مخزنهGA
عمل یی د د حالت از سریعمر بسیار اقعی کد مقادیر کاربردمیکند.
جاللی[8]ازمورچه سیسمم(AS)مورچگاان جمعیت سیسمم ،(ACS)جمعیات سااز بهیناه الگاوریمم
مورچگان(ACOA).است کرده اسمااده مخزن برداری بهره مخملف مسائل حل برای
برهانی مممحن[1]سال در2336(9081بهاره هاای سیاسات از مخملای های ساخمار سازی بهینه در )
با آنرا عمرکرد کرده اسمااده مخزنی ته سیسمم یه برای برداریرهایSDP1
DPR2
بهعنواند
.نمودند مقایسه سازی بهینه مرسوم ر
مممحن برهانی سپس[93]سال در2331الگوریمم ار اسماادهGAبزرگ سیسمم یه در شده اصالح96
.گیاشمند نمایش به بهینه برداری بهره های سیاست کردن پیدا برای را بزرگ ن کار در مخزنه
همكاران حداد بزرگ[99]سال در2336رهاایهاا زنباور الناه ساازی بهیناه(HBMO)جازء کاه
الگوریممهاره د برای مخزن ته ساده برداری بهره مسائل برای را است شی فراکا ی5کارده اسامااده ساله
محساوس برتاری از نشاان نماایج .اسات کرده مقایسه ژنمیه الگوریمم نمایج با را آن از حاصل نمایج است
.دارد کلی بهینه نقطه به رسیدن همگرایی سرعت در ها زنبور النه ر
جالافشار لی[92]سال در2337الگوریمم ازMulti-Colony ACOAبارداری بهره مسئله حل برای93
.اند کرده اسمااده مخزنه
مرتضوی برهانی[90]سال در2338کاربرد مقایسه بهرهایمناابع از بهیناه برداری بهره در شی کا
.پرداخمند آبآنهاکابردرهایالگور ژنمیه الگوریمم چون شی کابهاره ساازی بهیناه در موچاه یمم
تحقیق این در .دادند قرار بررسی مورد را مخازن از برداریآنهاتحقیاق دز مخازن ی ر بار موردی طور به
.شدند مقایسه گرفمند قرار اسمااده مورد مد بلند )(یكساله مدل کوتاه مدل برای ها ر این .نمودند
K. Socha and M. Dorigo[91]سال در2338نسخهجامعاه الگوریمم از جدیدی یپیشانهاد را مورچگاان ی
نسخه خالف بر بود قادر که نمودندبهینه به پیوسمه محیو در ،پیشین های.بپردازد سازی
مرادی برهانی[15]الگوریمم ازاراشده ئهK. Socha and M. Dorigo[91]بهاره مسایر تعیین برایبارداری
.نمودناد مقایساه قوی ژنمیه الگوریمم یه با را آن سپس کرده اسمااده مخزنی ته سیسمم یه از بهینه
آنهاالگوریمم همچون پیوسمه الگوریمم که دادند نشان تحقیق این درگسسمه هایافازایش با مورچگان ی
1
Stochastic Dynamic Programming
2
Dynamic Programming And Regression
- 27. بهینهسازیبردار بهرهیمبنا بر مخزن ازیپی اعممادیریاتوماتا ر از اسمااده بایسلولی
21
پیشینهتحقیق
می منجر وعیف نمایج به ،زمانی افقشود.
برهانی مرادی[96]سال در2331الگوریمم ارائه با تحقیقی در(EMPSO)1
الگاوریمم باا آن مقایساه
PSOهمچنین معمولیGAACORسیسامم بارداری بهاره ساازی بهینه در را پیشنهادی مدل کارایی
در مخزنه ته ساده531.دادند نشان برداری بهره ره د ماه
C. Cheng, W. Wang[97]سال در2338برداری بهره مسئله حل برای ژنمیه الگوریمم آشامگی ترکیب از
آشامه ژنمیه الگوریمم کرد اسمااده مخزن از برقآبی(CGA).نمود ارائه را
M. J. Reddy and D. N. Kumar[98]ازACOA.اناد کارده اسمااده هدفه چند برداری بهره مسئله حل برای
همچنینM. J. Reddy and D. N. Kumar[91]بهیناه ر از اسامااده باا هدفاه چناد مخازن سیسمم حل با
نخبگی احمساب با جمعی هو سازی(EMPSO)
5
نم مقایسه بهالگوریمم با آن ایجPSOپرداخمه اسماندارد
.اند
معینی افشار[23]نیزکماه باه برقاآبی هام سااده ر باه هم مخازن برداری بهره مسئله حل به1
بیشاینه مورچگان جامعه الگوریمم .اند پرداخمه الگوریمم-کمیناه(MMAS)مورچگاان جامعاه الگاوریمم ،
(ACOA)گرا نخبه مورچه سیسمم الگوریمم ،(AS elite)ترتیبای مورچگاان سیسامم الگوریمم(AS rank)
چهارنمایج که باشند می الگوریممیآنهامقاله این درباهمسد برای ًامشخص تحقیق این .است شده مقایسه
بیشینه مورچگان الگوریمم آن نمیجه در است شده انجام دز-کمینهبهعنوانچهاار بین از الگوریمم بهمرین
الگوریمم.است شده عنوان میکور
مرادی برهانی[29]سال در2399بهره بهسیسمم از برداریپیچیده هایر گیری بكار با چندمخزنه ی
الگوریممجامعهمورچگان ی(ACOR)پرداخمند.کردند مقایسه ژنمیه الگوریمم از حاصل نمایج باآنهادر
.اند پرداخمه رخه آبریز حوزه در اقع مخزنه سه سیسمم یه در مد دراز بهینه برداری بهره به تحقیق این
تحقیق نمایجآنهاافازایش بار ه عاال ،تصامیم ممایرهای تعداد افزایش با پیشنهادی الگوریمم که داد نشان
پیچیده مسائل حل از ،تمهیداتی ایجاد ن بد شد خواهد مواجه بهینگی میزان کاهش با ، محاسبا زمانی
تكنیه ،مشكل این از بخشی بر غلبه برای که بود خواهد ناتوان آب منابعمعرفی را خاصی هایالگوریمم در
ACOتكنیه این که کردند اسماادهرا محاسبا زمان هابهصورباه را نماایج داده کااهش توجهی قابل
.بخشیدند بهبود محسوسی طور
تحقیق است گرفمه صور مخازن برداری بهره زمینه در که تحقیقاتی ترین جدید ازV. Jothiprakash and R.
1
Elitist-Mutation Particle Swarm Optimization
- 28. بهینهسازیبردار بهرهیمبنا بر مخزن ازیپی اعممادیریاسماا بااتوماتا ر از دهیسلولی
25
پیشینهتحقیق
Arunkumar[22]سال در2390ریزی برنامه مدل یه از اسمااده با که استغیرخطیانژی کردن بهینه به
.پرداخمند دست پایین آبی نیاز گرفمن نظر در با تولیدی برقابی
مرادی برهانی[20]سال در2391مطالعاه تحاول حال در مصنوعی عصبی شبكه از ای مقایسه تحلیل
.اند داده ارائه را مخزنه چندی سیسمم احمماالتی سازی بهینه در تقویت
علیزاده موسوی[21]ت باال دسمه دلیل که دادند نشان خود تحقیق درمخازن ظرفیات شادن زده خماین
از قمیمدلهایCCLDRاسمااده )شانس به مقید خطی گیری تصمیم (قوانینمیشوداینكاه چیسات ،
این در شده اسمااده اعممادپییری قبودمدلهادر شده اسمااده قیود بامدلهااز برداری بهره سازی شبیه ی
.نیسمند یكسان مخزن
1-9-پیشین مطالعات بر مروریاعتمادپذیری مبنای بر مخازن برداری بهره
( ساده برداری بهره زمینه در شده انجام کارهای تاكیه سهولت جهت بخش این درتأمین)دست پایین نیاز
موووع د این با رابطه در پیشین تحقیقا ،برقابی برداری بهرهبهصور.است شده ارائه شده تاكیه
1-9-4-ب بهره پیشین مطالعات بر مروریبوا اعتمادپوذیری مبنوای بر مخازن رداری
هدفتأمین)ساده برداری (بهره دست پایین نیاز
هدف با مخازن برداری بهره جهت کنون تا زیادی تحقیقاتأمینپاییری اعمماد مبنای بر دست پایین نیاز
تحقیقا این نمونه از .است گرفمه صورمیتوانتحقیق بهA. J. Askew[25]سال در9171نماود اشااره
از اسمااده با کهمدلهاشانس به مقید ی9احممااالتی پویاای ریزی برنامه(SDP)کاردن بهیناه در ساعی
.است نموده میکور مسئله
سال در9171M. Sniedovich[26]بهاره مسائله حال بارای مدلی توانست پویا ریزی برنامه مدل توسعه با
د ارائه پییری اعمماد مبنای بر مخزن از برداری.هد
S. P. Simonovic and M. a. Mariño[27]سال در9183ارائاه مسائله ایان حل برای ای مرحله سه ر یه
امر این .است نبوده مناسب باال اهداف تعداد با هدفه چند مخازن مسائل حل برای ر این البمه که کردند
1
Chance Constrained