شماره ركورد
26246
شماره راهنما
CIV3 35
عنوان
بهره برداري از مخزن سد چند منظوره در شرايط خشكسالي با استفاده از قوانين جيره بندي
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي عمران- مهندسي و مديريت منابع آب
دانشكده
مهندسي عمران و حمل و نقل
تاريخ دفاع
1405/04/31
صفحه شمار
189ص .
استاد راهنما
رامتين معيني
لينك پروفايل استاد راهنما
استاد مشاور
مهري اكبري
كليدواژه فارسي
منحني فرمان جيره بندي , سياست بهره برداري استاندارد , خشكسالي , تغيير اقليم , بهره برداري چند هدفه
چكيده فارسي
امروزه با توجه به محدوديت منابع آب، افزايش جمعيت، رشد اقتصادي، توسعه شهرها و وقوع خشكساليهاي پيدرپي، بهرهبرداري بهينه از منابع آب سطحي در ايران از اهميت ويژهاي برخوردار است. از سوي ديگر، توزيع ناهمگن زماني و مكاني بارش و جريانهاي سطحي، قرارگيري بخش عمده كشور در اقليم خشك و نيمهخشك و همچنين اثرات تغيير اقليم از جمله افزايش دما، تغيير الگوي بارش و تشديد رخدادهاي حدي، چالشهاي مديريت منابع آب را بيش از پيش افزايش داده است. در چنين شرايطي، تدوين سياستهاي بهرهبرداري كارآمد و انعطافپذير براي مخازن سدها به منظور كاهش اثرات كمآبي و خشكسالي ضروري به نظر ميرسد. در اين مطالعه، رويكردي جديد براي تعيين قوانين بهرهبرداري از مخزن سد مارون ارائه شد كه سياستهاي بهرهبرداري را در شرايط خشكسالي بهبود ميبخشد. براي اين منظور، مدلهاي بهينهسازي براي هر دو منحني فرمان جيره بندي گسسته و پيوسته فرموله شدند و نتايج با سياست بهره برداري استاندارد مقايسه شدند. سيسات جيره بندي گسسته، پيوسته و سياست بهره برداري استاندارد براي دو حالت تك هدفه ساده و برقابي تعيين شد و مدل جيره بندي گسسته براي حالت چند هدفه نيز تعيين و نتايج با هم مقايسه شده است. مدلهاي مذكور با بهرهگيري از الگوريتم ژنتيك حل شدند. در اين پژوهش، متغيرهاي بارش، دماي حداقل و دماي حداكثر براي دوره 2020 تا 2050 با استفاده از خروجي مدل تغيير اقليم CanESM2 تحت سناريوي انتشار RCP 8.5 و از طريق نرمافزار SDSM ريزمقياسنمايي و شبيهسازي شدند و جريان ورودي به مخزن نيز با تلفيق برنامهريزي ژنتيك و شبكههاي عصبي مصنوعي تخمين زده شد. علاوه بر اين، دو شاخص خشكسالي شاخص بارش استاندارد و شاخص رواناب استاندارد براي بررسي شرايط خشكسالي در دورههاي مختلف مورد استفاده قرار گرفتند. همچنين به منظور توسعه مدل هاي جيره بندي گسسته و تطبيق پذيري آن با شرايط خشكسالي، شاخص خشكسالي بارش استاندارد را با مدل هاي مذكور در هر سه حالت تك هدف ساده، برقابي و چند هدفه تركيب كرده.نتايج نشان داد كه مدل جيره بندي گسسته از جيره بندي پيوسته و سياست بهره برداري استاندارد براي حفظ ذخيره مخزن و كاهش كمبود شديد آب بهتر عمل ميكند. اگرچه عملكرد جيره بندي پيوسته مشابه سياست بهره برداري بود، اما منجر به ذخيره بيشتر در پايان دوره بهرهبرداري به دليل كاهش جريان ورودي شد. يافتهها نشان داد كه رويكرد جيرهبندي گسسته، با پذيرش دورههاي كمبود بيشتر و عدم تأمين بخشي از نيازها در هر گام زماني، امكان ذخيره آب در مخزن و جلوگيري از بروز كمبودهاي شديد را فراهم ميسازد. بيشينه كمبود در تأمين نياز پاييندست در مدل جيرهبندي گسسته نسبت به جيرهبندي پيوسته و سياست بهرهبرداري استاندارد كاهش يافته است. با اعمال شاخص خشكسالي در مدل بهرهبرداري ساده، مقدار تابع هدف از 5568 به 5133 ميليون متر مكعب كاهش يافته و ميانگين حجم ذخيره مخزن از 546.5 به 499 ميليون مترمكعب كاهش يافته است، كه نشاندهنده تخصيص كارآمدتر منابع براي كاهش كمبود نياز پاييندست است. در مدل برقابي، مقدار تابع هدف از 150 به 135 كاهش يافته و ميانگين توان توليدي از 45484 به 51157 مگاوات افزايش يافته، در حالي كه ميانگين حجم ذخيره مخزن از 600 به 356 ميليون مترمكعب كاهش يافته است. در حالت چندهدفه، مقدار تابع هدف در حالت با شاخص خشكسالي نسبت به بدون آن افزايش يافته و ميانگين توان توليدي به ترتيب 42066 و 45523 مگاوات و ميانگين حجم ذخيره مخزن به ترتيب 696 و 482 ميليون مترمكعب بوده است. مدل جيرهبندي چندهدفه با شاخص خشكسالي به عنوان مدل نهايي تحت دادههاي اقليمي شبيهسازي شده (2020 تا 2050) ارزيابي شد و كاهش شاخصهاي عملكردي و ميانگين حجم ذخيره مخزن مشاهده گرديد كه ناشي از كاهش بارندگي، افزايش دما و افزايش وقوع خشكسالي در دوره شبيهسازي است. همچنين مشخص شد كه مدلهاي جيرهبندي طراحيشده بر اساس شرايط فعلي ممكن است براي شرايط آينده بهينه نباشند و مدلهاي بهرهبرداري كه با تغييرات اقليمي آينده همگامسازي نشدهاند، نميتوانند پايداري سيستم را تضمين كنند.
كليدواژه لاتين
hedging rule , Standard Operating Policy (SOP) , drought , Climate Change , Multi-objective Operation
عنوان لاتين
Operation of multi-purpose dam reservoir in drought conditions using hedging rules
گروه آموزشي
مهندسي عمران
چكيده لاتين
Nowadays, due to limited water resources, population growth, economic development, urban expansion, and recurrent drought events, the optimal operation of surface water resources in Iran has become increasingly important. Moreover, the uneven spatial and temporal distribution of precipitation and surface runoff, the predominance of arid and semi-arid climates across much of the country, and the impacts of climate change—including rising temperatures, altered precipitation patterns, and intensified extreme events—have further increased the challenges of water resources management. Under such conditions, developing efficient and flexible reservoir operation policies to mitigate the impacts of water scarcity and drought is essential. In this study, a novel approach was proposed for deriving operation rules for the Maroon Dam reservoir to improve reservoir management under drought conditions. To this end, optimization models were formulated for both discrete and continuous hedging rule curves, and their performance was compared with the Standard Operating Policy (SOP). Discrete and continuous hedging policies, along with SOP, were developed for single-objective water supply and hydropower operation scenarios, while the discrete hedging model was further extended to a multi-objective operation framework. All models were solved using a Genetic Algorithm (GA). In this research, precipitation, minimum temperature, and maximum temperature for the period 2020–2050 were downscaled and simulated using the Statistical DownScaling Model (SDSM) based on outputs from the CanESM2 climate model under the RCP 8.5 emission scenario. Reservoir inflow was estimated through a hybrid approach combining Genetic Programming (GP) and Artificial Neural Networks (ANNs). Furthermore, two drought indices, namely the Standardized Precipitation Index (SPI) and the Standardized Runoff Index (SRI), were employed to characterize drought conditions over different periods. To enhance the adaptability of the discrete hedging models to drought conditions, the SPI was integrated into the operation models under single-objective water supply, hydropower, and multi-objective operation scenarios. The results indicated that the discrete hedging policy outperformed both the continuous hedging policy and SOP in preserving reservoir storage and mitigating severe water shortages. Although the continuous hedging policy exhibited performance similar to SOP, it resulted in higher end-of-period storage due to reduced inflows. The findings revealed that the discrete hedging approach, by accepting more frequent but less severe shortages and intentionally supplying only a portion of demands at each time step, enables water conservation within the reservoir and prevents severe deficits during drought periods. Consequently, the maximum downstream water deficit under the discrete hedging policy was reduced compared to both the continuous hedging policy and SOP. In the single-objective water supply model, incorporating the drought index reduced the objective function value from 5568 to 5133, while the average reservoir storage decreased from 546.5 to 499 million cubic meters, indicating a more efficient allocation of water resources for reducing downstream deficits. In the hydropower model, the objective function value decreased from 150 to 135, and average energy production increased from 45,484 to 51,157 MW, whereas average reservoir storage declined from 600 to 356 million cubic meters. Under the multi-objective scenario, the objective function value increased when the drought index was incorporated, while the average energy production and reservoir storage were 42,066 and 45,523 MW, and 696 and 482 million cubic meters, respectively. Finally, the multi-objective discrete hedging model integrated with the drought index was selected as the final model and evaluated under future climate conditions (2020–2050).
تعداد فصل ها
6
فهرست مطالب pdf
172003
نويسنده