Application of Bat Algorithm for Searching Optimal Rule Curves

Abstract

The purpose of this research is to apply the optimization method by the specific technique of bat algorithm (BA) cooperating with the reservoir simulation model in order to improve the rule curves of reservoir. The minimal average water shortage, the minimal average excess water, the least frequency of water shortage and the least frequency of excess water were used as the objective functions for solving process. This study considered the monthly data of reservoir rule curves from the Ubonratana Reservoir, Khon Kaen province, and Num Oon Reservoir, Sakon Nakhon province as the case studies. The monthly data were collected consists of the average inflow into the Ubonratana Reservoir from 1968 to 2017, the Num Oon Reservoir from 1992 to 2017 and future inflow of Num Oon reservoir from 2017 to 2036, the water requirement from reservoirs, the hydrological data, and the physical data of reservoirs. Moreover, this study synthesized 1,000 samples of inflow data in order to evaluate the efficiency of obtained rule curves from the proposed model. The result were displayed the situations of water shortage and excess water in term of frequency, duration time of situation, the average water quantity, and the highest water quantity.

The results of this research shown that four objective functions above can produce the new rule curves which the physicals were similar to the current ones for all reservoir due to the influences of seasonal inflow and the same operation conditions. The results after testing new rule curves compared with the current ones shown that new rule curves improved by the objective function of the minimal average water shortage can diminish excess water and water shortage better than other rule curves produced by other objective functions and still better than current rule curves for all reservoirs. The results can conclude that BA with the four objective functions connecting with reservoir simulation model using the minimal average water shortage has more efficiency to search optimal rule curves.

การวิจัยครั้งนี้มีความมุ่งหมายเพื่อประยุกต์ใช้วิธีการหาค่าที่เหมาะสมที่สุดด้วยการค้นหาแบบแบทร่วมกับแบบจำลองการเลียนแบบเพื่อปรับปรุงโค้งควบคุมของอ่างเก็บน้ำ โดยใช้ค่าเฉลี่ยของการขาดแคลนน้ำน้อยที่สุด ค่าเฉลี่ยของการไหลล้นน้อยที่สุด ค่าความถี่ของการขาดแคลนน้ำน้อยที่สุด และค่าความถี่การไหลล้นน้อยที่สุด เป็นฟังก์ชั่นวัตถุประสงค์ในกระบวนการค้นหาคำตอบ การศึกษานี้พิจารณาข้อมูลโค้งควบคุมรายเดือนของอ่างเก็บน้ำอุบลรัตน์ จังหวัดขอนแก่น และอ่างเก็บน้ำน้ำอูน จังหวัดสกลนคร เป็นกรณีศึกษา ซึ่งประกอบไปด้วยข้อมูลปริมาณน้ำท่าเฉลี่ยรายเดือนที่ไหลเข้าอ่างเก็บน้ำอุบลรัตน์ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2511 - พ.ศ. 2560 อ่างเก็บน้ำน้ำอูนตั้งแต่ปี พ.ศ. 2535 - พ.ศ. 2560 และข้อมูลน้ำท่าอนาคตของอ่างเก็บน้ำน้ำอูนจาก พ.ศ. 2560 - พ.ศ. 2578 ข้อมูลความต้องการใช้น้ำจากอ่างเก็บน้ำ ข้อมูลอุทกวิทยา และข้อมูลทางกายภาพของอ่างเก็บน้ำ นอกจากนี้ยังได้สังเคราะห์ข้อมูลน้ำท่ารายเดือนที่ไหลเข้าอ่างเก็บน้ำทั้งสองอ่างจำนวน 1,000 ชุด เพื่อใช้ประเมินประสิทธิภาพของโค้งควบคุมที่ได้จากแบบจำลอง ซึ่งจะแสดงผลเป็นสถานการณ์น้ำขาดแคลนและน้ำไหลล้น ในรูปแบบความถี่ ช่วงเวลาของเหตุการณ์ ปริมาณน้ำเฉลี่ย และปริมาณน้ำสูงสุด

ผลการศึกษาพบว่าเมื่อใช้ฟังก์ชั่นวัตถุประสงค์ทั้ง 4 รูปแบบข้างต้นนั้นจะได้โค้งควบคุมใหม่ที่มีรูปร่างคล้ายคลึงกับโค้งควบคุมเดิมทุกอ่าง เนื่องจากอิทธิพลของน้ำท่าในแต่ละฤดูกาลและเงื่อนไขอื่นที่เหมือนกัน เมื่อนำโค้งควบคุมใหม่เหล่านี้ไปทดสอบและเปรียบเทียบกับโค้งควบคุมเดิมที่ใช้อยู่ พบว่าโค้งใหม่ที่หาโดยใช้ค่าเฉลี่ยของการขาดแคลนน้ำน้อยที่สุดเป็นฟังก์ชั่นวัตถุประสงค์ในกระบวนการค้นหา สามารถบรรเทาสภาวะน้ำไหลล้นและน้ำขาดแคลนได้ดีกว่าโค้งที่เกิดจากการใช้ฟังก์ชั่นวัตถุประสงค์อื่น และยังดีกว่าโค้งควบคุมเดิมเหมือนกันทุกอ่าง ผลการศึกษาสรุปได้ว่าวิธีการหาค่าที่เหมาะสมที่สุดด้วยการค้นหาแบบแบท โดยใช้ฟังก์ชั่นวัตถุประสงค์ทั้ง 4 รูปแบบในการค้นหาคำตอบสามารถประยุกต์ใช้ร่วมกับการศึกษาเลียนแบบเพื่อค้นหาโค้งควบคุมของอ่างเก็บน้ำได้