شماره ركورد
33552
پديد آورنده
زهرا يزدان پرست
عنوان
چارچوب شبيهسازي- بهينهسازي مديريت يكپارچه حوضه آبريز-مخزن مبتني بر مدل جايگزين ؛ مطالعه موردي حوضه آبريز سيمره
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
رشته مهندسي عمران گرايش مهندسي و مديريت منابع آب
سال تحصيل
1400
تاريخ دفاع
1403/08/14
استاد راهنما
دكتر مطهره سعادت پور
استاد مشاور
دكتر مطهره سعادت پور
دانشكده
مهندسي عمران
چكيده
پژوهش حاضر به توسعه چارچوب شبيه سازي-بهينه سازي در مديريت يكپارچه سيستم حوضه آبريز-مخزن مبتني بر مدل جايگزين، در حوضه آبريز سيمره پرداخته است. در اين راستا، يك مدل يكپارچه براي شبيهسازي و ارزيابي استراتژيهاي حفاظت از كيفيت آب مخازن، كنترل منابع آلودگي نقطهاي و غيرنقطهاي بالادست، و بهرهبرداري بهينه از مخزن ارائه شده است. بهمنظور مدلسازي رواناب سطحي و انتقال بار آلاينده در سطح حوضه آبريز، از مدل SWAT و براي شبيهسازي كيفيت آب مخزن از مدل عددي CE-QUAL-W2 استفاده گرديد. همچنين، الگوريتم بهينهسازي چند هدفه هوش تجمعي ذرات (MOPSO) بهعنوان الگوريتم بهينهسازي، با مدلهاي شبيهساز هيدرولوژيكي و كيفي مرتبط شده است. با توجه به هزينه بالاي محاسباتي مدل CE-QUAL-W2، براي كاهش زمان اجرا، از مدلهاي جايگزين مبتني بر دادهكاوي نظير شبكه عصبي مصنوعي (ANN) و ماشين بردار پشتيبان (SVR) استفاده شد. مقايسه عملكرد اين روشها نشان داد كه مدل ماشين بردار پشتيبان (SVR) دقت بالاتري داشته و حجم محاسباتي را تا 85.71 درصد كاهش داده است.
در چارچوب شبيه سازي-بهينهسازي مبتني بر مدل جايگزين ارائهشده، متغيرهاي تصميم در سطح حوضه آبريز شامل درصد تصفيه آلودگيهاي نقطهاي، ابعاد نوارهاي فيلتري، اجراي حوضچههاي نگهداشت، درصد كاهش مصرف كود و سموم در اراضي كشاورزي، و انتخاب زيرحوضههاي بحراني بوده است. در مخزن، متغير تصميم كليدي ميزان رهاسازي ماهانه جريان طي يك دوره 16 ساله در نظر گرفته شد تا اثرات آن بر كيفيت آب و بهرهبرداري بهينه از مخزن بررسي شود. نتايج بهينهسازي نشان داد كه اجراي سناريوي مديريت بهينه، نسبت به سياست بهرهبرداري استاندارد، منجر به بهبود شاخص تغذيهگرايي (TSI) به ميزان 2.2 درصد شده است. همچنين، توليد انرژي برقآبي به ميزان 12.4 درصد افزايش يافته است. در بخش اقتصادي، سياستهاي بهينهسازي به قيمت افزايش هزينههاي مديريتي، باعث بهبود كيفيت آب و در برخي موارد افزايش توليد انرژي را ممكن ساختهاند. اين نتايج نشاندهنده تأثير مثبت يكپارچهسازي مدلهاي عددي و روشهاي بهينهسازي در مديريت توأمان حوضه آبريز و مخزن است. چارچوب پيشنهادي ارائهشده، با افزايش كيفيت آب، كاهش هزينههاي مديريتي، و افزايش بهرهوري توليد انرژي، يك راهكار عملي براي مديريت پايدار منابع آب ارائه ميدهد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/05/26
عنوان به انگليسي
Simulation-Optimization Framework for Integrated Watershed-Reservoir Management Based on an Alternative Model; Case Study of the Seymareh Watershed
تاريخ بهره برداري
11/5/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
زهرا يزدان پرست
چكيده به لاتين
The present study has developed a simulation-optimization framework for integrated management of the watershed-reservoir system based on an alternative model in the Seymareh watershed. In this regard, an integrated model has been presented for simulating and evaluating strategies for protecting reservoir water quality, controlling upstream point and non-point pollution sources, and optimizing reservoir utilization. In order to model surface runoff and pollutant load transfer at the watershed level, the SWAT model was used, and the CE-QUAL-W2 numerical model was used to simulate reservoir water quality. Also, the Multi-Objective Particle Swarm Intelligence Optimization (MOPSO) algorithm has been linked as an optimization algorithm with hydrological and qualitative simulation models. Given the high computational cost of the CE-QUAL-W2 model, alternative data mining-based models such as artificial neural networks (ANN) and support vector machines (SVR) were used to reduce the execution time. The performance comparison of these methods showed that the support vector machine (SVR) model had higher accuracy and reduced the computational volume by 85.71%.
In the simulation-optimization framework based on the proposed alternative model, the decision variables at the watershed level included the percentage of point pollution treatment, the dimensions of filter strips, the implementation of retention ponds, the percentage of reduction in fertilizer and pesticide use in agricultural lands, and the selection of critical sub-basins. In the reservoir, the key decision variable was the monthly flow release rate over a 16-year period to examine its effects on water quality and optimal reservoir utilization. The optimization results showed that the implementation of the optimal management scenario, compared to the standard exploitation policy, led to an improvement in the nutrient orientation index (TSI) by 2.2%. Also, hydroelectric energy production increased by 12.4%. In the economic sector, optimization policies have improved water quality and in some cases increased energy production at the cost of increased management costs. These results demonstrate the positive impact of integrating numerical models and optimization methods in the combined management of the watershed and reservoir. The proposed framework provides a practical solution for sustainable water resources management by improving water quality, reducing management costs, and increasing energy production efficiency.
كليدواژه هاي فارسي
مدل جايگزين , كنترل آلودگيهاي نقطهاي و غيرنقطهاي , الگوريتم چند هدفه هوش تجمعي ذرات , ANN , SVR , SWAT , CE-QUAL-W2
كليدواژه هاي لاتين
Alternative model , Point and non-point pollution control , Multi-objective particle aggregation intelligence algorithm , ANN , SVR , SAWT , CE-QUAL-W2
Author
Zahra Yazdanparast
SuperVisor
Dr Motahare Saadatpour