به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت
جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه

stochastic dynamic programming

در نشریات گروه آب و خاک
تکرار جستجوی کلیدواژه stochastic dynamic programming در نشریات گروه کشاورزی
تکرار جستجوی کلیدواژه stochastic dynamic programming در مقالات مجلات علمی
  • حسام کریمی نژاد، سید احسان فاطمی*، مریم حافظ پرست مودت

    بهره برداری بهینه از مخازن سدهای کشور به عنوان اصلی ترین منابع آب های سطحی دارای اهمیت و جایگاه ویژه ی در مدیریت منابع آب می باشد. در این تحقیق، ابتدا با استفاده از روش جدید خوشه بندی K-means کلاسه دبی ورودی به مخزن سد در هر فصل بهینه شد و برای گسسته سازی حجم ذخیره مخزن از روش موران در 7 کلاسه استفاده شد. با کمک برنامه نویسی در محیط پایتون، آبدهی ورودی مخزن در هر فصل از 2 تا 20 کلاسه مختلف طبقه بندی شد. از میان 19 خوشه در نظر گرفته شده، برای کلاسه جریان شماره 5، بهترین نتایج در طبقه بندی دبی فصلی حاصل شده است. سپس مقدار l* در شرایط ایستا در ازای ترکیبات مختلف ازk و i به دست آمد. نتایج نشان داد که بیش ترین تغییرات در بهار تا 5 کلاسه مخزن و کمترین آن در تابستان با یک کلاسه از مخزن اتفاق افتاده است. بیشترین میزان احتمال خروجی از مخزن در فصول پاییز، زمستان و بهار برای کلاسه مخزن 4 اتفاق افتاده است و برای فصل تابستان به دلیل آبدهی کمتر و بالاتربودن میزان نیاز، این مقدار در کلاسه 5 مخزن اتفاق افتاده است. از آنجا که تغییر در کلاسه بندی جریان منجر به تغییر اساسی در ماتریس احتمال انتقال خواهد شد لذا استفاده از روش K-means در گسسته سازی آبدهی جریان با توجه به امکان بهینه شدن تعداد خوشه ها در هر دوره زمانی، می تواند در برنامه ریزی پویای تصادفی مخزن بسیار سودمند و تاثیرگذار باشد. لذا استفاده از این روش در بهره برداری از مخازن بصورت برنامه ریزی پویای تصادفی قویا توصیه می گردد.

    کلید واژگان: بهره برداری مخزن، SDP، پایتون، زنجیره مارکوف
    Hesam Kariminezhad, Seyed Ehsan Fatemi *, Maryam Hafezparast Mavadat
    Introduction

    One of the Principles of water resources management is the optimal use of the reservoirs as the main sources of surface water, and this issue has a special importance in the science of water engineering. In this research, the new K-means clustering method to discretize reservoir inflow has been presented for the Stochastic Dynamic Programming(SDP). In addition, the Moran's method is used to discretize the reservoir storage. By the programming in the Python environment, the historical reservoir inflow in each season is classified to different clusters and obtained the best inflow cluster for each season. The effects of this clustering is also considering in the SDP of Jamishan reservoir. In general, the change in inflow classification will lead to a fundamental change in the transition probability matrix. Thus, the use of K-means method for the reservoir inflow discretization, due to the possibility of optimizing the number of clusters in each time period, can be very useful for the SDP. finally, it is strongly recommended to use K-means method to discretize reservoir inflow for reservoir operation by SDP.

    Methodology

    K-means is an object-based algorithm that selects representative clusters from the data itself rather than averaging them. K-means of a cluster is the most central element of a cluster. The purpose of this method is to reduce sensitivity to large values in the data set. Each cluster is introduced with one of the data close to the centers. According to the number of data categories (k), the value of the least squares function is minimized and the data are categorized in the best way. In addition, the Moran's method is used to discretize the reservoir storage. In this method, the upper and lower limit of the range of changes and the upper limit of each category are used as indicators of discretization of the reservoir volume. The study area includes Jamishan reservoir sub-basin with an area of 527.07 km2 located in the southwest of Sanghar city near the Pirsalman hydrometric station. This watershed is the part of Kermanshah province which is between 32-34° to 34-53° North latitude and 47-22° to 47-52° East longitude. The annual average of rainfall, evaporation and temperature are 441 mm, 1534 mm and 10 degrees Celsius, respectively.

    Results and discussion

    Evaluating the performance of the K-means model in 4 different seasons, showed that among the 19 considered clusters, the best result in seasonalclassification is obtained by the 5 inflow clusters according to the performance rate in fall, winter, spring and summer seasons - 142.57, -176.90,-475.36 and -2.10, respectively. The results of the First-order Markov chain, the possible values are given in Table 1 for 4 seasons in 5 clusters,and in this table, the specified numbers indicate the probability of moving each cluster for each season.In thefollowing, using the backward recursive function, the calculations are continued until reaching the stationary state condition. Finally, the value of l* was obtained for all 4 periods and different combinations of k and i as Fig.1. The results of Steady-state condition showed that l* happened mostly in spring up to 5 clusters of the reservoir storage and the least happened in summer with onecluster. Then, the calculations of the reservoir release probability in each period for each class of inflow and storage have been made. The highest value has occurred for reservoir storage class 4 in the autumn, winter, and spring seasons but in the summer season, due to less inflow and high water demand, it has happened in reservoir storage class 5.

    Conclusions

    In this research, the Stochastic Dynamic Programming (SDP) of the Jamishan dam reservoir is discussed using the K-means method in classifying the inflow discharge seasonally for the 41 years of historical data. Moran's method is also used to classify the storage volume of the reservoir into 7 classes. To calculate the transition probability matrix during the first-order Markov chain process, it is necessary to have the flow class in each period. For this purpose, the k-means method is used. The reservoir inflow in each season is classified from 2 to 20 classes by programming in the Python environment and especially with the Scikit-learn library. Evaluating the performance of the K-means model in 4 different seasons, showed that among the 19 considered clusters, the best result in seasonal classification is obtained by the 5 inflow clusters. Changing the number of inflow clusters leads to changes in the transition probability matrix and this process would change the results of reservoir operation. It can be said that the use of this flow classification method can have a significant impact on the management and optimization of dam reservoir performance. In general, the use of new classification methods such as the K-means method in the discretization of reservoir inflow for the reservoir stochastic dynamic programming can be very beneficial and effective.

    Keywords: Reservoir Operation, Stochastic Dynamic Programming, K-means, Markov Chain Process
  • ابراهیم ولیزادگان*، اسدالله دیندار سوها

     برای مواجهه با شرایط مختلف آبی، مدلی جهت تعیین سطح آبیاری و سطح زیر کشت بهینه برای محصولات عمده و رایج زراعی اراضی شبکه آبیاری و زهکشی مغان در پایاب سد ارس، توسعه داده شد. در این مدل در شرایط تصادفی، با در نظر گرفتن عدم قطعیت های مربوط به تامین آب مورد نیاز، متغیرهای تصمیم (سطح زیر کشت و سطوح آبیاری بهینه در گامهای زمانی معین) با استفاده از روش برنامه ریزی پویای تصادفی(SDP) بدست آمدند. تابع برگشتی، امید ریاضی حداکثر سود حاصل از کاشت محصولات زراعی در نظر گرفته شد. همچنین در شرایط قطعی، مدل با در نظر گرفتن 4 سناریو اجرا شد. نتایج حاکی از برتری الگوی کشت و سطوح آبیاری بهینه (حتی در شرایط کم آبی) از نظر تمامی شاخص های مورد بررسی نسبت به کشت رایج (حتی بدون محدودیت آب) در منطقه مورد نظراست. کمترین مقدار برای شاخص آب مورد نیاز در هکتار مربوط به سناریوی 2 (کاشت محصولات با نیاز آبی کم در شرایط آبیاری تحت فشار) می باشد که معادل 14/5368 مترمکعب است. این شاخص در سناریوهای 1، 3 و 4 به ترتیب 78/9079، 25/13496 و 73/9211 و در الگوی کشت رایج در منطقه 10900 مترمکعب بدست آمده است. بیشترین مقدار شاخص سود در واحد سطح (هکتار) مربوط به سناریوی 2 معادل 102میلیون ریال است. شاخص مذکور برای سناریوهای 1، 3 و4 به ترتیب 5/96، 73 و 5/89 میلیون ریال می باشد.

    کلید واژگان: سطح زیر کشت بهینه، سطح آبیاری بهینه، برنامه ریزی پویای تصادفی، دشت مغان
    Ebrahim, Valizadegan *, Asadollah Dindar Sooha

     To deal with different water conditions, a model was developed to determine the optimal irrigation level and the optimal cropping area for major agricultural crops in lands of Moghan irrigation and drainage network in downstream of Aras Dam. In this model, in the stochastic conditions, with considering the uncertainty of required water supply, decision variables (optimal irrigation levels and optimal planting area in certain time steps) are obtained using stochastic dynamic programming (SDP) method. Expected value of the maximum profit from planting crops is considered as the return function. Also in deterministic conditions, the model was run by considering 4 scenarios. The results show the superiority of cropping pattern and optimal irrigation levels (even in water deficiency conditions) in terms of all studied factors compared to the common cropping pattern (even without water deficiency) in the region. Minimum value for factor of the required water per hectare is related to scenario 2 (cropping of low water requirement crops with pressurized irrigation in deterministic conditions) which is equal to 5368.14 m3. This factor in scenarios 1, 3 and 4 is 9079.78; 13496.25and 9211.73 m3 respectively and in the common cropping pattern in the region is 10900m3. Maximum value for factor of profit per hectare is related to scenario 2, equal to 102 million Rials. The mentioned factor for scenarios 1, 3 and 4 are 96.5, 73 and 89.5 million Rials, respectively.

    Keywords: Optimal cropping area, Optimal irrigation level, Stochastic dynamic programming, Moghan plain
  • سید احسان فاطمی*، هیوا کوهی
    سابقه و هدف

    امروزه یکی از مشکلات موجود در کشور، کمبود آب می باشد و این مسئله، لزوم استفاده از یک مدیریت مناسب منابع آب را بیش از پیش آشکار می سازد. یکی از روش های استخراج قوانین بهره برداری از مخازن، روش برنامه ریزی پویای احتمالاتی (SDP) می باشد. در روش (SDP) یکی از مهم ترین عوامل برای رسیدن به جواب بهینه، نحوه گسسته سازی حجم مخزن و دبی های ورودی به مخزن می باشد. در این تحقیق، به منظور دستیابی به تعداد گسسته سازی بهینه حجم مخزن در روش برنامه ریزی پویای احتمالاتی، با در نظر گرفتن تابع هدف در سه حالت مختلف (0=α، 5/0=α و 1=α) و ثابت فرض نمودن تعداد کلاس دبی ورودی به مخزن، حالت های مختلفی از گسسته سازی حجم ذخیره به صورت 3، 5، 7 و 10 مورد بررسی قرار گرفته است.

    مواد و روش:

    در این مطالعه، مدل برنامه ریزی پویای احتمالاتی به منظور تعیین کلاس بهینه حجم مخرن سد جامیشان در توابع هدف مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. با داشتن سری تاریخی جریان ورودی به سد جامیشان و حجم مفید مخزن، جریان ورودی با روش طول بازه های مساوی به 3 کلاس و حجم مخزن با روش موران به کلاس های 3، 5، 7 و 10 گسسته سازی شد. با تعریف تابع هدف به صورت حداقل سازی خسارات سیستم برای هر ترکیب از کلاس جریان و حجم مخزن (k,i) روش برنامه ریزی پویای احتمالاتی انجام شد. با دستیابی به سیاست پایا برای هر دوره، مقادیر رهاسازی، حجم جریان و حجم مخزن به صورت قطعی برای هر دوره محاسبه شد.

    یافته ها

    نتایج نشان داد در حالت 0=α که فقط تامین مجموع نیازهای پایاب سد مدنظر است، کلاس بهینه حجم مخزن برابر 7=k انتخاب شد که به ازای آن حداقل مقدار در حجم کمبود تامین مشاهده شد. چنانچه تابع هدف 1=α باشد (فقط حجم مخزن هدف)، در این حالت حجم مخزن بهینه برابر10=k است که به ازای آن اختلاف حجم مخزن از مقدار مطلوب () از حالت ثابت خارج شد و اولین تغییر کاهشی در آن مشاهده شد. تعیین کلاس بهینه حجم مخزن در حالت 1=α متاثر از نوع روش گسسته سازی حجم مخزن است که در روش های موران و کلاسیک با نتایج یکسان، k بهینه برابر 10 و در روش ساوارنسکی 7=k انتخاب شد. در حالت 5/0=α (دو هدف رهاسازی از مخزن و حجم مخزن هدف) حجم مخزن منتخب بر اساس تابع هدف برابر 10=k انتخاب شد.

    نتیجه گیری

    درشرایطی که تابع هدف فقط تخصیص و خروجی از مخزن است، کلاس بهینه حجم مخزن در نقطه ای اتفاق خواهد افتاد که میزان حجم کمبودها با افزایش کلاس بندی مخزن ثابت بماند. در این حالت با تقسیم بندی حجم مخزن به 7 کلاس میزان حجم کمبود ثابت شده و 7=k به عنوان کلاس بهینه انتخاب شد. در سناریوی دوم، نقطه ای به عنوان بهترین گسسته سازی از حجم مخزن انتخاب شد که بیش ترین نزدیکی را با حجم ذخیره مورد نیاز () داشت، لذا در این حالت کلاس بهینه حجم مخزن 10=k است. در سناریوی سوم، با انتخاب کلاس 10 برای حجم مخزن، دو هدف حداقل سازی حجم ذخیره و رهاسازی از مقادیر مطلوب بهتر رعایت شد و مقدار تابع هدف در کلاس 10 اولین تغییر کاهشی را از خود نشان داد.

    کلید واژگان: برنامه ریزی پویای احتمالاتی، گسسته سازی حجم مخزن، بهره برداری مخزن، تابع هدف
    Seyed Ehsan Fatemi *, Hiwa Koohi
    Background and Objectives

    Nowadays, water scarcity is the current issue in Iran. This issue made the more necessity of using the proper water resources management more than the past. Stochastic Dynamic programming (SDP) is one of the methods to obtain the reservoir operation rules. In this method, one of the most important factors to find the optimal solution is discretization of the storage capacity and reservoir inflow. In this research, some storage classes (3, 5, 7 and 10) are analyzed to achieve the optimum storage discretization by SDP method, considering tree types of objective function (α = 0, α = 0.5, α = 1) with the constant reservoir inflow classes.

    Materials and Methods

    In this study, the SDP model has been used to find the optimal storage of Jamishan reservoir by any objective functions. By using historical reservoir inflow time series, reservoir inflow and storage are discretized in 3 classes with equal length intervals method and also 3, 5, 7 and 10 classes by Moran method, respectively. This method is applied by driving objective function as a minimization of system damage for each composition of the reservoir inflow and storage classes (k, i). By achieving the steady policy at each period, the amount of reservoir Inflow, storage and release are deterministically defined.

    Results

    The results showed that the optimal storage capacity, only water supply of downstream demands considered as an objective function, is k=7 and there is minimum water deficit in case of α=0. In addition, this would be 10 classes in case of α=1, which the amount of difference between reservoir storage and its desirable would be changed from constant value and the first decreasing change would be appear. Obtaining reservoir storage classes is also affected by method of discretization since this value is obtained 10 for classic and Moran method and 7 in Savarenskiy method. That is selected k = 10 based on the objective function in case of α = 0.5 considered two objectives of reservoir release storage volume simultaneously.

    Conclusion

    In case of α=0, the objective function is only reservoir release and water allocation, and of the optimal class of reservoir storage would occur at the point where water deficit is constant by increasing the number of storage classifications which k=7 is the optimal class. In the second scenario the objective function which is α=1 is selected as the best discretized class of the reservoir storage which has the closest vicinity to the target storage (Ts). So, in this case, k=10 is the optimum reservoir storage. In the third scenario, α = 0.5, there is a difference between to find the optimal solution when consider the TS or Tr as the criteria. Both objective function are well regarded in this case and also the first decreasing changes is happened in k=10.

    Keywords: Stochastic Dynamic programming, Reservoir storage discretization, Reservoir operation, Objective function
نکته
  • نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شده‌اند.
  • کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شده‌است. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال