بهینه‌سازی چندهدفه سرریزهای پلکانی در جهت کاهش هزینه‌های طراحی و بیشینه کردن استهلاک انرژی (مطالعه موردی: سرریز سد مخزنی ساروق)

در دهه‌های اخیر، با پیشرفت علوم کامپیوتری و تکنولوژی‌های نوین، طراحی و بهره‌برداری بهینه سرریزهای پلکانی مورد توجه فراوان مهندسین و طراحان هیدرولیک قرار گرفته است. بسیاری از مطالعات با هدف افزایش میزان استهلاک انرژی بر روی این سرریزها صورت گرفته است. در این سرریزها، پله‌ها نقش موثری در کاهش انرژی جریان دارند. در مقاله حاضر، به منظور دستیابی به یک مدل استوار در طراحی چند منظوره سرریزهای پلکانی با در نظر گرفتن هزینه‌های ساخت و ساز و استهلاک انرژی، یکی از الگوریتم‌های بهینه‌سازی فراکاوشی تحت عنوان، الگوریتم سنجاقک بهبود داده شده است. سپس از مدل توسعه داده شده برای طراحی سرریز سد ساروق استفاده شد. بررسی نتایج به‌دست آمده از طرح بهینه سرریز در فاز اول تحقیق، حاکی از افزایش میزان استهلاک انرژی به ازای دبی‌های 422، 560.2 و 776.9 مترمکعب بر ثانیه، به‌ترتیب برابر 81، 59 و 73 درصد در مقایسه با طرح موجود بود. همچنین میزان افزایش حجم طرح سرریز نیز به ازای افزایش استهلاک انرژی برای دبی‌های مذکور به‌ترتیب در حدود 24، 35 و 38 درصد بوده است. در فاز دوم مطالعه نیز استفاده از رویکرد بهینه‌سازی چند‌هدفه، منجر به ارائه مجموعه‌ای از طرح‌های بهینه سرریز به‌صورت نمودار پارتو نمودار پارتو گردید. مقایسه عملکرد الگوریتم سنجاقک بهبود داده شده با نسخه اصلی آن و الگوریتم‌های ژنتیک چندهدفه و اجتماع ذرات چند هدفه، حاکی از دقت و سرعت بالای الگوریتم پیشنهادی در طراحی سریزهای پلکانی بود.

multi-objective optimization of stepped spillways in order to reduce the design costs and maximize the energy dissipation (case study: sarooq reservoir spillway)

introduction: as dams are one of the most important water storage resources in water projects, proper construction and operation management of them is one of the most important responsibilities of water resource managers. one of the important parts in the construction of any dam is the design of the dam spillway, which is responsible for discharging excess water from the reservoir to downstream in case of floods. destruction or inefficiency of spillways causes severe damage to the dam or even causes its complete destruction, that is why the design and construction of this part of the dam is very important. among different types of spillways, stepped spillways, in addition to passing excess water from the reservoir of dams, are a structure that consumes flow energy. until now, studies in this field have primarily focused on the single-objective optimization of stepped spillways, which usually aims to optimize, minimize construction costs or maximize energy consumption.rarely have these studies simultaneously considered optimizing spillway dimensions with respect to both cost and energy consumption. in this study, a multi-objective optimization model has been developed for the first time, utilizing the enhanced version of the dragonfly optimization algorithm. the model aims to minimize the volume of concrete used while maximizing energy consumption in the design of stepped spillways.methodology: in the design of the stepped spillway, the discharge parameters (q) and the horizontal length of the overflow (l) are among the most important input parameters, which are determined based on the initial studies of topography and hydrology and are considered constant during the design. according to the purpose of the present research, an optimal combination of effective parameters in the design of a stepped spillway, including slope, width and height of the spillway, water pressure on the spillway, and step height should be determined in a way that leads to the highest energy consumption and the lowest design costs with by-law restrictions should be taken into account. in the current research, the objective function, which consists of decision variables, should simultaneously provide the maximum amount of energy consumption and the minimum volume of consumed concrete, while satisfying the constraints and hydraulic conditions of the design problem. for this purpose, the dragonfly optimization algorithm, which is one of the powerful algorithms of collective intelligence methods, and was first proposed by mirjalili.