تعیین سیاست بهره برداری بهینه چندهدفه از مخزن سد بوستان با استفاده از الگوریتم های نهنگ و NSGA-II مبتنی بر تئوری بازی ها و روش آنتروپی شانون

نویسندگان

چکیده

استفاده از روش ها و ابزارهای بهینه‌سازی برای بهره‌برداری چندهدفه از مخازن امری اجتناب ناپذیر است. در این پژوهش پس از معرفی الگوریتم بهینه‌سازی چندهدفه نهنگ (MOWOA)، عملکرد آن در مسأله بهره‌برداری بهینه از مخزن سد بوستان براساس روش حل تعارض کالای‌ و ‌اشمورودینسکی ارزیابی شد. در مسأله بهینه‌سازی حاضر ضمن اعمال محدودیت های معادلات پیوستگی مخزن، توابع هدف به‌صورت کمینه سازی کمبودهای نیاز آبی اراضی پایین دست و کمینه‌سازی انحراف از حجم ایده‌آل کنترل سیل طی دوره بهره‌برداری تعریف گردید. عملکرد حاصل از الگوریتم‌های پیشنهادی با الگوریتم NSGA-II به عنوان یکی از الگوریتم‌های رایج در این زمینه مقایسه شد. عملکرد مدل بر اساس شاخص های اطمینان‌پذیری، برگشت‌پذیری، آسیب‌پذیری و پایداری مورد مقایسه و ارزیابی قرار گرفتند و برای حل تعارض موجود بین اهداف، از روش‌های مبتنی بر نظریه بازی‌ها (روش کالای و اشمورودینسکی) برای یافتن جواب بهینه استفاده شد. نتایج حاصل از بهینه‌ساری نشان دادند که در هر دو تابع هدف تامین نیاز آبی و کنترل سیلاب، MOWOA عملکرد بهتری را نسبت به NSGA-II از خود نشان می‌دهد. در خصوص مدت زمان انجام عملیات بهینه‌سازی، MOWOA به ‌دلیل دارابودن پارامترهای تنظیمی کمتر، سریعتر از NSGA-II به همگرایی می‌رسد. شاخص های ارزیابی عمکرد مدل حاکی از آن است که از دیدگاه اطمینان‌پذیری MOWOA از مقادیر بالاتری (?? درصد) نسبت به الگوریتم NSGA-II برخوردار است. نتایج به‌دست آمده از روش آنتروپی شانون برای وزن دهی شاخص ها نشان می‌دهد که پارامترهای ارزیابی مدل دارای وزن بیشتری نسبت به توابع هدف می‌باشند. نتایج حاصل از روش کالای و اشمورودینسکی نشان داد که سیاست های بهره‌برداری از مخزن بوستان انطباق بسیار مناسبی را با MOWOA نشان می‌دهد. از سوی دیگر از آنجائیکه مطلوبترین و نامطلوبترین مقادیر توابع هدف بدست آمده بوسیله MOWOA کمتر است، می‌توان عملکرد MOWOA را مناسب تر تشخیص داد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Multi-Objective Optimal Operation Policy of Boostan Dam Reservoir Using Whale and NSGA-II Algorithms Based on Game Theory and Shannon Entropy Method

نویسندگان [English]

  • Amirpouya Sarraf
  • Alireza Donyaii
  • Hassan Ahmadi
چکیده [English]

It is inevitable to use optimization methods for multi-objective reservoirs' operation. In this research, after introducing the whale multi-objective optimization algorithm, its performance as optimal operation of the Boostan dam reservoir was evaluated based on the Conflict Resolution Method of Kalai-Smorodinsky. In the present optimization problem, while applying the constraints of reservoir continuity equations, the objective functions were defined as minimization of downstream water demand deficiencies and minimizing reservoir volume for flood control during the operation period. The performance of the proposed algorithm was compared with NSGA-II as one of the common algorithms in this field. Model performance was compared and evaluated based on reliability, reversibility, vulnerability and sustainability indices. To solve the conflict between the goals, the game theory-based method (Kalai-Smorodinsky method) was used to find the optimal solution. The optimization results showed better performance of the whale multi-objective algorithm than NSGA-II, in both objective functions. In terms of optimization time, the multi-objective whale algorithm converges faster than NSGA-II because of the fewer regulatory parameters. The model performance evaluation indices show that whale algorithm reliability is higher (??%) than NSGA-II. Moreover, the results of Shannon entropy method for weighting the indices showed that the model evaluation parameters are more weighted than the objective functions. The results of the Kalai-Smorodinsky method showed that the operation policies of Boostan Dam Reservoir have got a very good agreement with the whale multi-objective algorithm. On the other hand, since the most and the least desirable objective function values estimated by the whale multi-objective optimization algorithm are less than the other one, the performance of the whale multi-objective algorithm can be more appropriately identified.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Optimization
  • Multi-Objective Operation
  • Model performance evaluation indices
  • Shannon entropy Method
  • NSGA-II optimization algorithm
  • Whale optimization algorithm
  • Game theory
  • Boostan Dam Reservoir