تدوین مدل شبیه‌سازی-بهینه‌سازی مدیریت تغذیه‌گرایی در مخازن آب سطحی با رویکرد پویایی سیستمها

در این تحقیق برای نخستین بار یک مدل شبیه سازی-بهینه سازی بر پایه پویایی سیستم با نرم افزار anylogic برای مدیریت تغذیه گرایی در مخازن سدها  ارائه شده است. بدین منظور روابط عناصر مرتبط با تغذیه گرایی در لایه های مختلف سد کرخه و در ارتباط با هم در قالب یک مدل پویایی سیستم فرموله شدند. مقایسه نتایج مدل شبیه سازی تدوین شده با نتایج مدل های شبیه سازی cequalw2 و vensim در یک بازه زمانی یکساله نشان داد که مقدار ضریب همبستگی(𝑟^2) برای متغیرهای فسفات، آمونیوم، نیترات، اکسیژن محلول و کلروفیل آ بین دو مدل anylogic و cequalw2 به ترتیب برابر 0.89 ، 0.81 ، 0.78، 0.75 و 0.86 و مقدار این ضریب برای متغیرهای یاد شده بین نتایج دو مدل anylogic و vensim برابر با 0.98، 0.94، 0.90، 0.93 و 0.97 می باشند که همبستگی بالای بین نتایج مدل anylogic را با دو مدل یاد شده نشان می دهد. سپس با ترکیب مدل شبیه سازی تدوین شده  با مدل بهینه سازی بازپخت فلزات، یک مدل شبیه سازی-بهینه سازی برای تعیین مقادیر بهینه خروجی آب از  مخزن، با لحاظ اهداف کمی و کیفی بدست آمد. در اینجا مقدار میانگین مربعات خطاها بین نتایج دو مدل برای لایه های پایینی، میانی و بالایی مخزن به ترتیب برابر با 0.004، 0.007 و 0.010 و مقدار ضریب همبستگی(𝑟^2) به ترتیب برابر با 0.91، 0.9 و 0.79 بودند که حکایت از نزدیک بودن نتایج دو مدل دارد. این درحالی است که زمان اجرای مدل saanylogic به مراتب کم تر از مدل sace_qual_w2 می باشد. بدین ترتیب مطالعه حاضر کارآیی مدل پیشنهادی را در مدیریت تغذیه گرایی مخازن سدها نشان داد.

Development of SimulationOptimization Model for Eutrophication Management in Surface Water Reservoirs by System Dynamic Approach

In this research, for the first time, a simulationoptimization system dynamicbased model with Anylogic software for reservoir eutrophication management is presented. Thus, the relationships of the elements related to eutrophication were formulated in different layers of Karkheh Dam and in relation to each other in the system dynamics form. comparing the presented results with the results of the CEQUALW2 and Vensim simulation models over a oneyear period showed that the value of the correlation coefficient (𝑅2) for the variables phosphate, ammonium, nitrate, Dissolved oxygen and ChlorophyllA between the two models of Anylogic and CEQUALW2 is equal to 0.89, 0.81, 0.78, 0.75 and 0.86, respectively, and the value of this coefficient for the mentioned variables is equal between the two models of Anylogic and Vensim. With 0.98, 0.94, 0.90, 0.93 and 0.97, which shows the high correlation between the results of Anylogic model with the two mentioned models. Then, by combining the developed model in Anylogic environment with a simulated annealing optimization model, a simulationoptimization model was developed to determine the optimal values of water releases from different layers of reservoir in 15 years’ horizon considering the quantitative and qualitative objectives. Here, the RMSE between the results of the two models for the lower, middle and upper layers of the reservoir is 0.004, 0.007 and 0.010, respectively, and 𝑅2 is 0.91, 0.9 and 0.79. The results indicated that the results of the two models were similiar. This study showed the effectiveness of the proposed model in the management of dam eutrophication.