Irrigation and Water Engineering

Irrigation and Water Engineering

Prediction and Optimization of Storage of Mahabad Dam Reservoir Using Continuous Genetic Algorithm (CGA)

Document Type : Original Article

Authors
Ali Sardar Shahraki 1
Somayeh Emami 2
1 Department of Agricultural Economics, University of Sistan and Baluchestan.
2 PhD in water structures, department of water science and engineering, Tabriz University, Tabriz, Iran
10.22125/iwe.2024.425782.1768
Abstract
Due to the severe water crisis in the Mahabad Dam, it is felt necessary for the continuous management of water resources, the necessity of forecasting and optimizing this dam. Planning to optimize the use of water resources is an optimization problem, which requires the use of complex, multi-variable and multi-constrained optimization methods. In this paper, a new method is proposed to predict reservoir dam storage. Continuous Genetic Algorithm (CGA) is a new method in the field of evolutionary computing that optimizes the optimal response of various problems and is applied in the Mahabad dam. This algorithm, in comparison with other algorithms, optimizes the speed of optimal response. In this research, annual optimization for Mahabad reservoir for the whole year was conducted to achieve the optimal policy using continuous genetic algorithm. The results of this research showed a minor error (2.4%) in the implementation of the algorithm. In addition, the application of continuous genetic algorithm to the annual optimization problem and its comparison with observational data suggests the very high success rate of the proposed method.
Keywords
Continuous Genetic Algorithm
Optimization
Predicted Reservoir Storage
Mahabad Dam
Subjects
اسدی­پور ن، کرمی م، شاهی­نژاد ب، 1391. به­کارگیری الگوریتم ژنتیک در تعیین پارامترهای منطق فازی برای بهینه­سازی هیدروگراف خروجی مخزن سد. مجله پژوهش آب ایران. 6 (10).
باجلانی، ص.، شعبانلو، س.، یوسفوند، ف.، ایزدبخش، م. ع. و رجبی، ا. (1402). کاربرد الگوریتم چندهدفه گرگ خاکستری در بهره برداری بهینه از مخازن سدها در مناطق کم آب. تحقیقات آب و خاک ایران، 54(2): 299-318. 
ثمره هاشمی، م. و بارانی، غ. ع. (1385). استفاده الگوریتم ژنتیک جهت بهینه‌سازی عملکرد سدها با بکارگیری نرم افزار مطلب 7. اولین همایش منطقه ای بهره‌برداری از منابع آب حوضه‌های کارون و زاینده رود (فرصت‌ها و چالش‌ها). شهرکرد، ایران.
دوانی مطلق، ا.، صادقیان، م.ص.، جاوید، ا. ح. و عسگری، م. ص. (1400). بهینه سازی بهره برداری از مخزن سد طالقان با استفاده از الگوریتم گرگ خاکستری و هیبرید آن با الگوریتم ژنتیک. فصلنامه علمی تخصصی مهندسی آب, 9(2), 1-16.‎
رجب­­پور ر، طالب­بیدختی ن، رخشنده­رو غ ر، 1394. توسعه و کاربرد روش JSPO در بهینه­سازی بهره­برداری از آبگیرهای سدها. مجله­ی مهندسی منابع آب. 8: 47-59.
صابر چناری ک، عبقری ه، عرفانیان م، قلی­زاده س، 1391. ارائه مدل کوتاه مدت بهره­­برداری بهینه از منابع آب با استفاده از الگوریتم جامعه ذرات و مقایسه آن با الگوریتم ژنتیک. پژوهش­های آبخیزداری. 97: 63-72.
طاهری، ا. س.، موسوی، س. ف. و کرمی، ح. (1402). بهینه‌سازی بهره‌برداری از مخزن سد با استفاده از الگوریتم‌های فراابتکاری تحت شرایط خشکسالی هواشناسی (مطالعه موردی: سد آیدوغموش). فصلنامه علوم آب و خاک، 27(2): 90-71.
فرهمندآذر، ب.، طلعت اهری، س.، حسن‌زاده، ج. و فتحی، س. (1386). پیش‌بینی ذخیره مخزن سد با استفاده از روش بهینه‌سازی ACS. (1386). اولین همایش ملی سد و سازه‌های هیدرولیکی. دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرج، کرج، ایران.
مهدی­پور ا، بزرگ حداد ا، 1391. بهینه­سازی بهره­برداری از آبگیر سدهای چند منظوره با کاربرد الگوریتم بهینه­سازی مجموعه ذرات. مجله آب و فاصلاب. 4: 97-105.
بهرامی، ع. (1398). نقش سیستم های خاکورزی حفاظتی در توسعه پایدار کشاورزی و روستایی.
علیایی، ا. و مرتضوی، ا. (1398). واکاوی نقش تعاونی ها در مدیریت پایدار منابع آب در کشاورزی با تمرکز بر توسعه سامانه های نوین آبیاری، چهارمین کنگره بین المللی توسعه کشاورزی، منابع طبیعی، محیط زیست و گردشگری ایران، تبریز.
کماسی، ش.، حسن‌پور، ک. و کریمی، س. (1398). کشاورزی ارگانیک و نقش آن در توسعه کشاورزی پایدار، دومین کنفرانس بین المللی و ششمین کنفرانس ملی کشاورزی ارگانیک و مرسوم، اردبیل.
مودی، مهدیه، 1399، نقش آب در توسعه پایدار با تأکید بر حوزه ی کشاورزی، همایش ملی آب، فرهنگ و پژوهش‌های علوم انسانی، بیرجند.
Emami, S., & Parsa, J. (2020). Comparative evaluation of imperialist competitive algorithm and artificial neural networks for estimation of reservoirs storage capacity. Applied Water Science, 10(7), 1-13.
Achite, M., Emami, S., Jehanzaib, M., Katipoğlu, O. M., & Emami, H. (2023). An election algorithm combined with support vector regression for estimating hydrological drought. Modeling Earth Systems and Environment, 1-11.
Afshar A, Emami M J, Masoumi F. (2014). Optimizing water supply and hydropower reservoir operation rule curves: An imperialist competitive algorithm approach. Engineering Optimization. 46(10): 170-181.
Chang Jian–Xia, Huang Qiang wang Yi–Min. (2005). Genetic algorithms for optimal reservoir dispatching. Journal Water Resource Managament. ASCE. 19: 321-331.
Fahmy H S, King J P, Wentzel M W, seton J A. 1994. Economic optimization of river management using algerthms. Paper No. 943034, ASAE 1994 Int. Summer Meating , Am. Soc of Agricultural Engrs. St. Joseph.
Ghafari Moghadam, Z., Moradi, E., Hashemi Tabar, M., Sardar Shahraki, A. 2021. An Analysis of the Water Crisis under Different Scenarios in the Agriculture Sector of Sistan Region: the Approach of Future Studies, Journal of Water Research in Agriculture, 35(2): 201-216.
Ghaffari Moghadam, Z., HashemiTabar, M., Sardar Shahraki, A. 2022. Economic Model for Optimal Allocation of Water Resources with an Emphasis on Risk and Consistency Index in the Sistan Region: The Application of Interval Two-Stage Stochastic Programming Method, Environmental Energy and Economic Research, 6(3): 1-13.
Ghaffari Moghadam, Z., Moradi, E., Hashemi Tabar, M., Sardar Shahraki, A. 2022. Optimal Allocation of Water Resources in the Agricultural Sector by Using The Stackelberg-Nash-Cournot Model and emphasis on water market (Case Study: Sistan Plain Pipe Water Transfer Project), Iranian journal of Ecohydrology, 9(1): 273-289.
Goldberg D E. 1989. Genetic algorithms in search, optimization and machine learning. Addison-Wesley, Reading, Mass.
Khairi, M., Safdari, M., Sardar Shahraki, A. 2022. An Integrated Investigation into the Socioeconomic Factors Threatening Crop Marketing: A Comparative Study on Faryab Province of Afghanistan and the Sistan Region of Iran, Environmental Energy and Economic Research, 6(2): 1-20.
Kiani Ghalehsard, S., Shahraki, J., Akbari, A., Sardar Shahraki, A. 2021. Assessment of the impacts of climate change and variability on water resources and use, food security, and economic welfare in Iran, Environment, Development and Sustainability, 23(10): 14666-14682.
Kim, S. J., Bae, S. J., Lee, S. J., & Jang, M. W. (2022). Monthly Agricultural Reservoir Storage Forecasting Using Machine Learning. Atmosphere, 13(11), 1887.
Mutlo Y. (2016). Optimization of Reservoir Operation Using Cuckoo Search Algorithm: Example of Adiguzel Dam, Denizli, Turkey. Mathematical Problems in Engineering. 2016 (2016), ID.1316038.  
Pires, A., Morato, J., Peixoto, H., Botero, V., Zuluaga, L., & Figueroa, A. (2017). Sustainability Assessment of indicators for integrated water resources management. Science of the total environment, 578, 139-147.
Sardar Shahraki A., Shahraki J., Hashemi Monfared SA. 2018. An Integrated Fuzzy Multi-Criteria Decision-Making Method Combined with the WEAP Model for Prioritizing Agricultural Development, Case Study: Hirmand Catchment. ECOPERSIA. 6(4): 205-214.
Sardar Shahraki A., Shahraki J., Hashemi Monfared SA. 2018. Application of Fuzzy Technique for Order-Preference by Similarity to Ideal Solution (FTOPSIS) to Prioritize Water Resource Development Economic Scenarios in Pishin Catchment. International Journal of Business and Development Studies. 10(1): 77-94.
Wardlaw R, Sharif M. (2000). Evaluation of Genetic alporthm for optimal reservoir system operation. Journal of Water Resources Planning and Management. 125 (1).