شماره ركورد
33710
پديد آورنده
مينا خسروي
عنوان
طراحي و بهره¬برداري همزمان سيستم¬هاي بهره¬برداري تلفيقي از منابع آب سطحي و زيرزميني تحت عدم قطعيت¬هاي هيدرولوژيكي
مقطع تحصيلي
دكتري تخصصي (PhD)
رشته تحصيلي
مهندسي عمران- مهندسي و مديريت منابع آب
سال تحصيل
1398
تاريخ دفاع
1404/4/17
استاد راهنما
عباس افشار
استاد مشاور
عباس قاهري
دانشكده
دانشكده مهندسي عمران
چكيده
بهرهبرداري تلفيقي از منابع آب سطحي و زيرزميني به تخصيص بهينه اين منابع بهمنظور بهبود تأمين اهداف طرح نسبت به زماني كه هر يك از اين منابع بهطور جداگانه مديريت شوند، اشاره دارد. هدف اصلي اين مطالعه توسعه مدل طراحي و بهره¬برداري همزمان يك سيستم بهره¬برداري تلفيقي سيكلي با لحاظ عدم قطعيتهاي جريان ورودي به مخزن سطحي است. سيستم¬ ذخيره سيكلي گونه¬اي از سيستم¬هاي بهره¬برداري تلفيقي است كه در آن مخزن آب سطحي و آبخوان همانند دو مخزن موازي عمل ميكنند كه ضمن حفظ ويژگيهاي خود، امكان تبادل آب تنظيم شده را نيز بين يكديگر فراهم ميسازند. اين پژوهش مشتمل بر سه مؤلفه طراحي، بهره¬برداري و مدل تركيبي طراحي و بهرهبرداري است. در مدل بهرهبرداري از ساختار برنامهريزي پوياي تصادفي كه در آن آبخوان به صورت تودهاي مدل شده، استفاده شده است. حل اين مدل سياستهاي (قواعد) بهرهبرداري فصلي را، با هدف بيشينه كردن اميد رياضي شاخص پايداري تخصيص آب به بخش كشاورزي كه تابعي از دو معيار اعتمادپذيري و آسيبپذيري است، در اختيار مدل طراحي قرار ميدهد. مدل طراحي با هدف حداقل كردن هزينههاي ساخت و بهره¬برداري توسعهيافته و در آن از الگوريتم بهينهسازي ازدحام ذرات (PSO) استفاده شده است. در نهايت، مدلهاي طراحي و بهرهبرداري در يك فرايند چرخشي و تبادل اطلاعاتي قرار گرفته و مدل تركيبي طراحي و بهرهبرداري را شكل ميدهند. تنها محدوديت اعمالشده در اين مرحله خطاي همگرايي است كه با توجه به محدوديت رايانه در اختيار قابلتغيير است. بهمنظور لحاظ كردن عدم قطعيت در مدل SDP، ماتريسهاي احتمال انتقال بين فصول مختلف با استفاده از روش خوشهبندي K-means استخراج ميشوند. بهمنظور كاهش بار محاسباتي مدل SDP روشي نوين معرفي و مورد استفاده قرار گرفته است كه عملكرد بسيار مطلوبي داشته است. علاوه بر اميد رياضي تابع هدف (شاخص پايداري)، اميد رياضي ساير مشخصات سيستم نيز با استفاده از مدل بهينهسازي SDP و بدون نياز به شبيه¬سازي محاسبه و ارائه شده است تا ديد جامعتر و بهتري از نحوه عملكرد قواعد فراهم شود. قواعد استخراجشده از مدل SDP با قواعد استخراجشده از الگوريتم M5 درخت تصميم، به عنوان نمونهاي از روشهاي احتمالاتي ضمني، مقايسه و بر مطلوبيت و برتري روش احتمالاتي صريح تأكيد شده است. با پيادهسازي مدل تركيبي SDP-PSO براي مؤلفههاي طراحي اوليه مختلف، گزينههاي پارتويي شاخص پايداري-هزينههاي ساخت و بهرهبرداري استخراج شدند. نهايتاً روش پيشنهادي در اين مطالعه با روش رايج طراحي و بهرهبرداري سيستمهاي بهرهبرداري تلفيقي مقايسه شد. نتايج مدل SDP نشان دادند كه اميد رياضي شاخص پايداري در سيستمي كه به ترتيب با استفاده از نتايج دو رويكرد رايج و پيشنهادي ساخته ميشود 0.85 و 0.97 خواهد بود. كلمات كليدي: بهرهبرداري تلفيقي از آبهاي سطحي و زيرزميني، قواعد بهرهبرداري، عدم قطعيت، برنامهريزي پوياي تصادفي، طراحي و بهرهبرداري همزمان، الگوريتم درخت تصميم، شبيهسازي
تاريخ ورود اطلاعات
1404/07/09
عنوان به انگليسي
Simultaneous design and operation of conjunctive use systems of surface and groundwater resources under hydrological uncertainties
تاريخ بهره برداري
7/8/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
مينا خسروي
چكيده به لاتين
Conjunctive use of surface and groundwater resources refers to the optimal allocation of these resources to improve planning objectives compared to managing them separately. The main aim of this study is to develop a simultaneous operation–design model for a cyclic conjunctive use system under inflow uncertainty. In such a system, surface reservoir and groundwater aquifer are treated as two physically interconnected parallel storages that allow for regulated water exchange while maintaining their individual characteristics. This research consists of three components: an operation model, a design model, and a hybrid design and operation model. The operation model employs a stochastic dynamic programming (SDP) framework in which the aquifer is modeled as a lumped system. Solving the model provides seasonal operational policies (rules) that maximize the expected value of a water allocation sustainability index for agriculture, defined as a function of reliability and vulnerability. The design model is developed with the objective of minimizing design and operational costs, using the particle swarm optimization (PSO) algorithm. Finally, the design and operation models are integrated in an iterative information-exchange process, forming the hybrid operation–design model. The only constraint applied at this stage is convergence error, which can be adjusted depending on computational limitations. To account for inflow uncertainty in the SDP model, seasonal transition probability matrices are derived using the K-means clustering method. To reduce the computational burden of the SDP, a novel approach is introduced and applied, demonstrating high performance. In addition to the expected value of the sustainability index (objective function), the expected values of other system characteristics are also computed directly from the SDP optimization model without requiring a separate simulation model, providing a broader understanding of the rule performance. The operational rules derived from the SDP model are compared with those obtained from the M5 decision tree algorithm as one of the algorithms used in the implicit stochastic method, highlighting the superiority of the explicit stochastic method. By implementing the hybrid SDP–PSO model for different initial design components, sustainability index-cost Pareto solutions were identified. Finally, the proposed method was compared with the conventional approach for the design and operation of conjunctive use systems. The SDP results indicate that the expected sustainability index would be 0.85 for the system developed using the conventional method and 0.97 for the system developed using the proposed approach, highlighting the effectiveness of the hybrid SDP–PSO framework.
كليدواژه هاي فارسي
بهرهبرداري تلفيقي از آبهاي سطحي و زيرزميني , قواعد بهرهبرداري , عدم قطعيت
كليدواژه هاي لاتين
Conjunctive use of surface and groundwater , Operational rules , uncertainty
Author
Mina khosravi
SuperVisor
Dr abbas Afshar