ارزیابی عملکرد مدل ترکیبی سیستم‌های عصبی- فازی ترکیبی و الگوریتم‌های فراکاوشی در بهره‌برداری بهینه از مخزن سد

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی آب، دانشکده عمران، دانشگاه تبریز

2 استاد، گروه مهندسی آب، دانشکده عمران، دانشگاه تبریز

3 دانشیار، گروه مهندسی سازه، دانشکده عمران، دانشگاه تبریز

چکیده

هدف کلی از این تحقیق توسعه مدل­های بهینه بهره­برداری از مخزن سد به منظور تأمین نیازهای مختلف پایین دست سد، بر مبنای منطق فازی و الگوریتم­های بهینه­سازی فراکاوشی می­باشد. در این راستا ابتدا مقادیر بهینه خروجی سد زاینده­رود واقع در استان اصفهان در طول دوره بهره­برداری بر اساس تابع هدف و قیودات مختلف، با در نظر گرفتن مقادیر ورودی به سد و نیز نیازهای پایین­دست، با استفاده از الگوریتم­های فراکاوشی شامل الگوریتم­های ژنتیک، اجتماع ذرات، تفاضل تکاملی، جستجوی هارمونی، جستجوی ذرات باردار استخراج ­گردید. در ادامه با توجه به مقادیر خروجی بهینه شده در طی یک دوره بلند مدت، با استفاده از مدل­های مبتنی بر منطق فازی از جمله مدل­های عصبی- فازی تطبیقی و یک مدل جدید ترکیبی از مدل عصبی- فازی تطبیقی و الگوریتم­های فراکاوشی، انواع مدل­های بهره­برداری توسعه داده شد و در نهایت عملکرد این مدل­ها با معیارهای مختلف از جمله اعتمادپذیری، برگشت پذیری، آسیب پذیری و پایداری ارزیابی ­گردید. نتایج بدست آمده حاکی از عملکرد مناسب سیستم ترکیبی جدید در توسعه مدل بهره­برداری از مخزن سد می­باشد. براین اساس مقدار معیار پایداری برای سیستم ترکیبی جدید و سیستم انفیس کلاسیک به ترتیب برابر با 30/0 و 18/0 بدست آمد. همچنین این سیستم ترکیبی با تأمین99/95 درصد از نیازهای کل پایین‌دست سد زاینده­رود عملکرد مناسبی از خود نشان داد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Performance Evaluation of a Hybrid ANFIS Model and Meta-Heuristic Algorithms in Optimal Operation of Dam Reservoir

نویسندگان [English]

  • M.H Rabiei 1
  • M.T Aalami 2
  • S Talatahari 3
1 PhD Student, Dept. of Water Engin., Faculty of Civil., Univ. of Tabriz, Tabriz, Iran
2 Professor, Dept. of Water Engin., Faculty of Civil., Univ. of Tabriz, Tabriz, Iran
3 Associate Professor, Dept. of Water Engin., Faculty of Civil., Univ. of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده [English]

The main purpose of this paper was to develop optimal models of reservoir operation in order to supply different downstream demands based on fuzzy logic and meta- heuristic algorithms. In this regard, firstly, the optimal values of the released water releases from Zayanderood reservoir during the operation period based on the objective functions and different constraints, were extracted using meta- heuristic algorithms including Genetic Algorithms, Particle Swarm Optimization, Differencial Evolution, Harmony Search and Charged System Search, considering the inflow and the downstream demands during this period. Then, with regard to the optimal values of the released water over a long period, using fuzzy logic based models such as ANFIS and a new combination of ANFIS and meta-heuristic algorithms, various types of operation models were developed. Finally, the performance of these models were evaluated with various performance evaluation criteria such as reliability, reversibility, vulnerability and sustainability.The results showed the proper performance of the new hybrid system in developing the reservoir operation model. According to the results, the sustainability values achieved by the new hybrid and classic systems were 0.30 and 0.18, respectively. Also, this hybrid system showed a good performance by supplying 95.99% of the total demands of Zayanderood reservoir system.

کلیدواژه‌ها [English]

  • ANFIS structure
  • Operation policy development
  • Time series prediction
  • uncertainty
Afshar MH and Hajiabadi R, 2018. A novel parallel cellular automata algorithm for multi-objective reservoir operation optimization. Water Resources Management 32(2): 785-803.
Banibashar M, Alami MT and Abbasi H, 2011. Optimum exploitation of multi- purpose Alavian Dam reservoir using ant colony algorithm. Water and Soil Science- University of Tabriz 20(4): 1-13. (In Persian)
Bozorg Haddad O, Moravej M and Loáiciga HA, 2014. Application of the water cycle algorithm to the optimal operation of reservoir systems. Journal of Irrigation and Drainage Engineering 141(5): 0401-4064.
Dinpazhoh Y, Sattari MT, Ebrahimi S and Darbandi S, 2017. Optimum operation of reservoir using the genetic algorithm and particle swarm optimization (case study: Alavian Dam). Water and Soil Science- University of Tabriz 27(2): 17-29. (In Persian)
Ehteram M, Mousavi SF, Karami H, Farzin S, Emami M, Othman FB, Amini Z, Kisi O and El-Shafie A, 2017. Fast convergence optimization model for single and multi-purposes reservoirs using hybrid algorithm. Advanced Engineering Informatics 32: 287-298.
Jang JSR, 1993. ANFIS: Adaptive Network Based Fuzzy Inference System. IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetices 23(3): 665-683.
Qaderi K, Akbarifard S, Madadi MR and Bakhtiari B, 2017. Optimal operation of multi-reservoirs by water cycle algorithm. Pp. 1-12. Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Water Management Thomas Telford Ltd.‏
Tilmant A, Vanclooster M, Duckstein L and Persoons E, 2002. Comparison of fuzzy and nonfuzzy optimal reservoir operating policies. Journal of Water Resources Planning and Management 128(6): 390-398.‏
Mehta R and Jain SK, 2009. Optimal operation of a multi-purpose reservoir using neuro-fuzzy technique. Water Resources Management 23(3): 509-529.‏
Nourani V, Abolvaset N and Salehi K, 2012. A hybrid goal programming method and Adaptive Neural-Fuzzy Inference System for optimal operation of a multi-objective two-reservoir system. Journal of Iran-Water Resources Research 8(2): 1-11.
Rouzegari N, Hassanzadeh Y and Sattari MT, 2018. Optimization of reservoir operational policy using simulated annealing algorithm (case study: Mahabad reservoir). Water and Soil Science- University of Tabriz 28(1): 173-185. (In Persian)
Safavi HR, Chakraei I, Kabiri-Samani A and Golmohammadi MH, 2013. Optimal reservoir operation based on conjunctive use of surface water and groundwater using neuro-fuzzy systems. Water Resources Management 27(12): 4259-4275.