بهینه سازی مقطع سدهای انحرافی با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات

مقدمه و هدف پژوهش: طراحی هیدرولیکی سدهای انحرافی به طور سنتی بسیار پیچیده و زمان بر است و لازم است طراح چندین بار مفروضات استفاده شده را تغییر دهد تا به طراحی پایدار با حجم بتن ریزی مناسب دست یابد. در دنیای پیشرفته و پررقابت امروزی، به دلیل کمبود مواد اولیه و نیاز به راندمان بهتر، مهندسان طراح مجبور به طراحی بهینه و اقتصادی تر هستند. بنابراین لازم است هزینه بتن در طراحی این سدها کاهش یابد و در عین حال پایداری سد نیز تضمین شود. در این تحقیق، کاربرد یک الگوریتم فرا ابتکاری به منظور کمینه سازی تابع وزن سد انحرافی و در نتیجه هزینه ی بتن ریزی سد همزمان با تآمین تابع های مربوط به پایداری سد بررسی شده است.

مواد و روش ها: الگوریتم بکار گرفته شده در این پژوهش الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) می باشد. با توجه به ماهیت این الگوریتم و مسئله ی مورد پژوهش، ایجاد تغییرات در مراحل اجرایی الگوریتم ضروری است. لذا با ایجاد تغییراتی در الگوریتمPSO، این الگوریتم برای حل مسئله ی بهینه سازی وزن سد با درنظر گرفتن محدودیت های این مسئله، توسعه داده شد. این تغییرات شامل کنترل سرعت ذرات جستجوگر و نرمال سازی موقعیت ذرات در فضای امکان پذیر مسئله می باشد. سد انحرافی مورد مطالعه در این پژوهش سد نازلیان واقع در استان کرمانشاه است. متغیرهای تصمیم در مسئله ی بهینه سازی شامل ارتفاع دیوار آب بند بالادست و پایین دست، طول و ضخامت کف بند بتنی در بالادست و ضخامت حوضچه آرامش می باشد. به منظور بهینه سازی این ابعاد، با انجام تحلیل حساسیت، پارامترهای با بیشترین تاثیرگذاری بر روی عملکرد الگوریتم مشخص شدند.

نتایج و بحث: در این پژوهش براساس نتایج حساسیت سنجی تعداد ذرات یا اندازه ی جمعیت الگوریتم PSO، تعداد ۲۰ ذره برای اندازه ی جمعیت ذرات انتخاب شد. با توجه به نمودارهمگرایی الگوریتم PSO در اجراهای مختلف، برای اطمینان از یافتن پاسخ بهینه سراسری و اجتناب از محاسبات و ارزیابی های اضافی، تعداد تکرار الگوریتم برابر با ۱۰۰۰ به دست آمد. با توجه به بهترین اجرای الگوریتم PSO، وزن سد مورد مطالعه در پاسخ بهینه ی این الگوریتم برابر با ۸۰/۵۲ تن در واحد عرض سد به دست آمد. بهترین پاسخ به مسئله طراحی بهینه سد دارای ابعاد ۶/۷ متر برای طول کف بند بالادست، ۶/۰ متر برای ضخامت کف بند بالادست، ۶/۰ متر برای ضخامت حوضچه آرامش، ۱ متر برای ارتفاع آب بند بالادست و ۱/۱ متر برای ارتفاع آب بند پایین دست بود.

نتیجه گیری: به طور کلی نتیجه ی پژوهش حاضر حاکی از عملکرد و سرعت مطلوب الگوریتم PSO در یافتن پاسخ بهینه ی مسئله ی طراحی سد انحرافی با کمترین وزن سد همراه با رعایت شاخص های پایداری می باشد. استفاده از این الگوریتم به منظور یافتن پارامترهای بهینه برای طراحی سدهای انحرافی می تواند اطلاعات مفیدی را در اختیار مدیران اجرایی قرار دهد تا بهترین و بهینه ترین طراحی را با حداقل هزینه و زمان بسیار کم با رعایت فاکتورهای ایمنی پایداری سدهای انحرافی ارائه دهند. برنامه تدوین شده در این تحقیق شرایط لازم و کافی را برای طراحی بهینه مقطع سدهای انحرافی فراهم می کند و از نظر اعتبار عمومی و عملی قابل اعتماد است اما دارای محدودیت هایی است. از جمله محدودیت های این روش این است که مقطع به دست آمده بر اساس کد توسعه یافته در این مطالعه باید بعدا برای معیارهای تنش مختلف (با استفاده از روش اجزای محدود) و برای شرایط خاص که در هر پروژه متفاوت است (زلزله، سیل، رسوب گذاری و غیره) مورد آزمایش قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

بهینه سازی ازدحام ذرات ، پایداری ، سد انحرافی نازلیان