بهینه سازی چند هدفه خصوصیات سدهای تأخیری پاره سنگی با لحاظ شرایط هیدرولیکی و کاربرد روش های گزینش اجتماعی بردا و چانه زنی نش- هرسنی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار بخش مهندسی عمران و محیط زیست، دانشکده مهندسی، دانشگاه شیراز

2 دانش آموخته کارشناس ارشد سازه های آبی، بخش مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز

چکیده

در ایران، به دلیل ویژگیهای زمینشناسی و تخریبهای زیست محیطی، همه ساله سیل باعث وارد آمدن خسارات
فراوانی به جوامع و تأسیسات پایین دست میشود. سدهای تأخیری پاره سنگی ازجمله روشهای سازه ای برای تسکین
سیلاب میباشند. بدین روی لازم است که خصوصیات بهینه سدهای تأخیری پاره سنگی با در نظر گرفتن رفتار
هیدرولیکی این سدها مورد ارزیابی قرار گیرد. در این پژوهش، روش شناسی جدیدی بر مبنای مدل شبیه سازی داده مبنا،
و تئوری بازیها برای یافتن خصوصیات بهینه سدهای تأخیری پارهسنگی ارائه NSGA-II مدل بهینه سازی چند هدفه
و فرامدل شبکه عصبی مصنوعی (NSGA-ΙΙ) شده است. مدل پیشنهاد شده، برمبنای مدل الگوریتم ژنتیک چند هدفه
رابطه بین متغیرهای طراحی سد تأخیری پارهسنگی و ،MLP استوار میباشد. فرامدل (MLP) پرسپترون چند لایه
پارامترهای هیدرولیکی جریان سیلاب عبوری از محیط متخلخل سد را شبیهسازی مینماید. مدل شبیهسازی با پایه
با استفاده از نتایج حاصل از آزمایشهای انجامشده روی مدل فیزیکی محیط متخلخل پارهسنگی مورد آموزش و ،MLP
صحتسنجی شده به الگوریتم قدرتمند بهینهسازی چند هدفه MLP اعتبارسنجی قرار میگیرد. سپس، با اتصال مدل
منحنی تعامل بین اهداف متضاد بهینهسازی تعیین میگردد. جهت تعیین بهترین نقطه طراحی مورد توافق بین ،NSGA-ΙΙ
اهداف در منحنی تعامل اهداف بهینه سازی، مدل چانهزنی نش - هرسنی و روش گزینش اجتماعی امتیاز بردا به کار گرفته
میشوند. نتایج نشان میدهند که با استفاده از دو مدل مذکور، مقادیر متغیرهای طراحی یعنی ضخامت بهینه سد تأخیری
4) سانتیمتر /52 ،2/ 27 ) و ( 02 /58 ،27/ پارهسنگی و مقدار بهینه قطر میانگین سنگدانه موجود در بدنه سد، بهترتیب ( 1
حاصل گردیدهاند. شباهت نتایج مربوط به مشخصات بهینه سد تأخیری پارهسنگی حاصل از مدل چانهزنی نش- هرسنی
و روش گزینش اجتماعی امتیاز بردا، حاکی از پایداری روشهای مورد استفاده میباشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Multi-Objective Optimization of Detention Rockfill Dam Characteristics Considering Hydraulic Conditions and Application of Borda Count Social Choice and Nash- Harsanyi Bargaining Models

نویسندگان [English]

  • MR Nikoo 1
  • N Khorram 2
چکیده [English]

Floods inflict a large amount of loss on communities and installations in Iran due to the
geological characteristics and environmental destructions. Detention rockfill dams are important
structural methods to mitigate flood damages. So, it is necessary to assess the optimum
characteristics of detention rockfill dams considering their hydraulic performance. In this paper, a
novel methodology based on data-driven simulation model, NSGA-II multi-objective optimization
model and game theory is suggested in order to find the optimum features of detention rockfill
dams. The proposed model is on the basis of the multi-objective genetic algorithm model (NSGA-
ΙΙ) and the multilayer perceptron neural network meta-model (MLP). The MLP meta-model
simulates the relationship between desig

کلیدواژه‌ها [English]

  • Borda count social choice method
  • Detention rockfill dam
  • MLP
  • Nash-Harsanyi bargaining model
  • NSGA-ΙΙ
بازرگان­لاری م، مدیری ف و نیکو م، 1393. مدل شبیه­سازی- بهینه­سازی برای مدیریت مناسب امنیت شبکه­های توزیع آب شهری. مجله پژوهش آب ایران، شماره 14، صفحه­های127 تا 135.
بیژنی­منظر م و مهجوری­مجد ن، 1392. کاربرد چانه­زنی بازگشتی با بن­بست در تخصیص بار آلودگی در رودخانه­ها. هفتمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، زاهدان، 13 و 14 اردیبهشت.
خرم­شکوه ن، 1391. ضخامت بهینه و ظرفیت انتقال مخلوط رسوبات چسبنده و غیرچسبنده در سدهای تأخیری پاره­سنگی. پایان­نامه کارشناسی ارشد سازه­های آبی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز.
زمردیان م­ع و زاهد م، 1385. بهینه­سازی ضخامت سدهای پاره­سنگی با روش احتمالی مونت­کارلو. هفتمین سمینار بین­المللی مهندسی رودخانه، دانشگاه شهید چمران، اهواز، 24 تا 26 بهمن.
شایان­نژاد م، 1386. مقایسه روش­های شبکه عصبی مصنوعی و رگرسیون فازی در تحلیل هیدرولیکی جریان از میان سدهای پاره­سنگی. مجله پژوهش آب ایران، شماره 1، صفحه­های 11 تا 16.
عباسی م و مهجوری­مجد ن، 1392، تخصیص بار آلودگی در رودخانه­ها: کاربرد روش­های گزینش اجتماعی. سومین کنفرانس بین­المللی برنامه­ریزی و مدیریت محیط­زیست، دانشگاه تهران، تهران، 5 آذر.
مظاهری م، 1386. کاربرد شبکه­های عصبی مصنوعی در روندیابی هیدروگراف سیل از درون سدهای پاره­سنگی و تعیین هیدروگراف خروجی حوضه. پایان­نامه کارشناسی ارشد تأسیسات آبیاری، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس.
Ahmad N and Sunada DK, 1965. Nonlinear flow in porous media. Journal of Hydraulic Division 6(95): 1848-1857. 
Beygi S, Haddad O, Fallah-Mehdipour E and Mariño M, 2014. Bargaining models for optimal design of water distribution networks. Journal of Water Resources Planning and Management 140(1): 92–99.
Coulibali P, Anctil F and Bobee B, 2000. Daily reservoir inflow forecasting using artificial neural network with stopped training approach. Journal of Hydrology 230(3):­ 244-257.
Ding Y and Wang SSY, 2012. Optimal control of flood diversion in watershed using nonlinear ‎optimization. Advances in Water Resources 44: 30-48.‎
Ghosh S and Mujumdar PP, 2006. Risk minimization in water quality control problems of a river system. Advances in Water Resources 29(3): 458–470.
King FH, 1898. Principles and conditions of the movement of groundwater. U. S. Geol. Survey, 91th. Ann. Report, Part 2, pp. 59-294.
Nikoo MR, Kerachian R, Nikosokhan MH and Hatami bahman beiglou P, 2011. A game theoretic model for trading pollution discharge permits in river systems. International Journal of Environmental Science and Development 2(2): 162-166.
Nikoo MR, Varjavand I, Kerachian R, Pirooz MD and Karimi A, 2014. Multi objective optimum design of double-layer perforated-wall breakwaters: Application of NSGA-ΙΙ and barngaining models. Applied Ocean Research 47: 47-52.
Park CH, Joo JG and kim JH, 2011. Integrated washland optimization model for flood ‎mitigation using multi-objective genetic algorithm. Journal of Hydro-Environment Research ‎‎6 (2): 119-126.‎
Samani JMV, Samani HMV and Shaiannejad M, 2004. Reservoir routing with outflow ‎through rockfill dams. IAHR Journal of Hydraulic Research 42(4): 435-439.‎
Sheikhmohammadi M and Madani K, 2008. Bargaining over the Caspian Sea-the largest lake on the earth. Pp. 316, Proceeding of the World Environmental and Water Resources Congress, Honolulu, Hawaii, 10(40976).
Tayfur G, Swiatek D, Wita A and Singh VP, 2005. Case study: Finite element method and artificial Neural network models for flow through Jeziorsko earthfill dam in Poland. Journal of Hydraulic Engineering 131(6): 431-440.
Ward JK, 1964. Turbulent flow in porous media. Journal of Hydraulic Division, ASCE 5(90): 1-12.                                                                                   
Yazdi J and Salehi Neyshabouri SAA, 2014a. Identifying low impact development strategies for flood mitigation using a fuzzy-probabilistic approach. Environmental Modelling & Software 60: 31-44.
Yazdi J and Salehi Neyshabouri SAA, 2014b. Adaptive surrogate modeling for optimization of flood control detention dams. Environmental Modelling & Software 61: 106-120.