23718

ارزيابي نقش همكاري و تبادل اطلاعات در مديريت و برنامه ريزي سيستم بزرگ مقياس منابع آبي با رويكرد مبتني بر عامل؛ مطالعه موردي سيستم رودخانه-مخزن بهشت آباد

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران

1396

1399/10/30

مطهره سعادت پور

مهنسي عمران

در اين تحقيق به بررسي نقش همكاري و تبادل اطلاعات ميان عاملين در سيستم رودخانه-مخزن در قالب مسئله تخصيص بار چند آلاينده و بهره برداري از مخزن و با در نظر گرفتن عامل‌هاي تخليه كننده آلاينده، عامل سازمان حفاظت محيط زيست و عامل بهره بردار از مخزن پرداخته شده است. به منظور شبيه سازي كيفي سيستم رودخانه-مخزن از مدل دو بعدي كيفيت و هيدروديناميك CE-QUAL-W2 استفاده شده است و به منظور حل مسائل بهينه سازي از الگوريتم فرا‌كاوشي جستجوي هارموني در حالت تك هدفه و چند هدفه استفاده شده است. هم چنين به منظور كاهش بار محاسباتي سنگين ناشي از اجراي مدل شبيه ساز در سيستم بزرگ مقياس رودخانه-مخزن از يك مدل جايگزين مبتني بر شبكه عصبي با رويكرد تطبيقي استفاده شده است. در اين تحقيق، متغيرهاي كيفي فسفات، نيترات، آمونيوم، اكسيژن محلول، جلبك و BOD و تاثير آنها بر روي يكديگر در مدل شبيه ساز كيفي لحاظ گرديده است. به منظور بررسي نقش همكاري عاملها و انتقال اطلاعات ميان آنها، چند مسئله مختلف تعريف شد. در مسئله اول، تخصيص بار چند آلاينده در سيستم رودخانه در دو حالت غيرهمكارانه و حالت همكارانه كه عامل‌هاي تخليه كننده آلاينده با يكديگر تشكيل ائتلاف داده و به تجارت بار آلودگي مي‌پردازند حل شده و نتايج نشان مي‌دهد كه در حالت همكارانه علاوه بر كاهش مجموع هزينه‌هاي تصفيه در حدود 7 درصد، كيفيت آب در رودخانه نيز حدود 5 درصد بهبود يافته است. در مسئله دوم با فرض انتقال ناقص اطلاعات از عاملين بالادست، بهره برداري از مخزن در دو گزينه همكاري/عدم همكاري عاملين بالادست در تخصيص بار چند آلاينده و آلايندههاي ورودي متاثر از آنان به مخزن حل گرديد. بر اساس نتايج حاصل از استخراج برنامه بهينه بهره برداري از مخزن، بهبود حدود 12 درصدي غلظت فسفات در نقطه خروجي مخزن در گزينه همكاري عاملين بالادست در تخصيص بار چند آلاينده حاصل گرديد. در مسئله چهارم و پنجم، تبادل كامل و همزمان دادهها و اطلاعات ميان كليه عاملين در سيستم رودخانه-مخزن مورد بررسي قرار گرفت و نتايج نشان داد كه در اين سناريو، علاوه بر بهبود تامين نياز كمي پايين دست، ميزان تخطي از حدود استاندارد اكسيژن محلول و فسفات 83 درصد كاهش يافته است. در مسئله ششم، تاثير بهرهبرداري از مخزن بر كيفيت آن در سناريوي تبادل كامل اطلاعات ميان عاملين و تفكيك اهداف تامين نياز پاياب سد و حوضه زاينده مورد مطالعه قرار گرفت. بر اساس نتايج حاصل، مجموع ميزان تخطي غلظت فسفات و اكسيژن محلول از مقادير استاندارد در حالت برداشت از آبگير‌هاي مخزن، كه نياز حوضه بهشت آباد را تامين مي‌‌نمايند، نسبت به برداشت از تونل انتقال آب، كه تامين نياز حوضه زاينده رود از آن انجام مي‌گيرد، به ميزان 43 درصد كاهش پيدا كرده است. هم چنين نتايج نشان داد استفاده از تابع هدف كاهش تخطي از حدود استاندارد متغيرهاي كيفي اكسيژن محلول و فسفات براي عامل سازمان حفاظت محيط زيست، مي‌تواند تاكيد و اهميت بيشتر مباحث كيفيت آب را در كليه حالتهاي تبادل كامل و ناقص اطلاعات ميان عاملين، نسبت به تابع هدف شاخص تروفي (TSI) نمايش دهد، بعبارتي تعريف تابع هدف كاهش تخطي غلظت اكسيژن محلول و فسفات در نقاط كنترلي نسبت به تعريف بهبود شاخص TSI، سبب بهبود قابل ملاحظهاي در شاخصههاي كيفي در نقاط كنترلي مختلف سيستم و حالتهاي گوناگون تعامل عاملين گرديده است.

1400/03/07

Evaluating the Effects of Cooperation and Information Exchange in Large Scale Water Resources System with Agent-based Approach; Behesht-Abad River-Reservoir System as Case Study

1/1/1900 12:00:00 AM

In this research, the role of cooperation and exchange of information among agents in the river-reservoir system in both multi-pollutant waste load allocation (MPWLA) and reservoir operation problems is considered. CE-QUAL-W2 as 2D hydrodynamic and water quality simulation model (WQSM) is coupled to single/multi-objective harmony search algorithm (MOHS) to derive MPWLA program and the reservoir operation strategies in selective withdrawal scheme (SWS). The agents in the river-reservoir system consists of fish farmers, the environmental protection agency (EPA), and the reservoir operator. The adaptive surrogate WQSMs are replaced in CE-QUAL-W2 to overcome the computational burdens of the numerical differential equations in the hydrodynamic and water quality status. In this study, water quality parameters such as PO4, NH4, NO3, BOD, DO, and algae and the interactions among various nutrients and hydrodynamic features are studied. In order to investigate the role of cooperation and information exchange, several problems are studied. In the first problem, the non-cooperative and cooperative approach are applied in MPWLA problem in the river system. The results show that in the cooperative scenario, the treatment costs reduced about 7% and the river water quality status are improved by 5%. In the second and third problem, the incomplete information exchange among agents in upstream cooperative and non-cooperative MPWLA programs is studied. The results show in the upstream cooperation MPWLA scenario, the optimal reservoir operation in SWS, could result in 12% improvement in PO4 concentration at the reservoir outflow in comparison to the downstream best water demand satisfaction scenario. The complete information exchange among agents in the river-reservoir system is studied, too. According to the results, in addition to improvement in downstream water demand satisfaction, the PO4 and DO standard violations are decreased about 83%. Furthermore, the effects of water demand satisfaction levels in Zayandeh-Roud and Behesht-Abad River basin on water quality status in the various control points are investigated. The results demonstrate that the reservoir intake water withdrawal (Behesht-Abad water supply system) could result in better water quality condition (improvement about 43% in PO4 and DO standard meeting) than Zayandeh-Roud tunnel withdrawal (Zayandeh-Roud water supply system). More detailed analysiz indicate the EPA objective based on reduction of water quality standard violations could lead to more emphasize and enhancement of water quality status in comparison to objective function based on trophy state index (TSI) in various modes of cooperation and the information exchange scenarios.

تخصيص بار چند آلاينده , مدل شبيه ساز CE-QUAL-W2 , مدل جايگزين تطبيقي , بهره برداري از مخزن با اهداف كمي و كيفي , سيستم رودخانه-مخزن , مدل بهينه ساز جستجوي هارموني

Multi-pollutant waste load allocation , CE-QUAL-W2 , Adaptive surrogate model , Artificial neural network (ANN) , Reservoir operation in river-reservoir system with quality and quantity objectives , Harmony search optimization algorithm