Improvement of Rule Curves of Ubolrat and Nanoon Reservoir Using Firefly Algorithm

Abstract

This research aims to apply the Firefly Algorithm (FA) connected with a reservoir simulation model in order to improve reservoir rule curves. The four objective functions of search procedure were the minimal average water shortage, the frequency of water shortage, the minimal excess water and the frequency of excess water. Monthly rule curves of the Nam Oon reservoir located in Sakorn Nakhon province and the Ubonrat reservoir located in Khon Kaen province were considered for this study, which consists of average monthly inflows into the reservoir, net water demand from the reservoir, hydrological data and physical data of reservoir. The 1,000 samples of generated inflow data were used to evaluate the performance of the new obtained rule curves. The results presented situations of water shortage and excess water in terms of frequency, duration, amount of average and maximum.

The results found that the pattern of the obtained rule curves from the Firefly Algorithm connected with a reservoir simulation model was different from the existing rule curves. When using these new rule curves to test the efficiency of mitigating water shortages and overflow situations by new rule curves that were performing well in all objective function cases of the search procedure. The obtained rule curves caused by the searching case when evaluating performance, they will be good in that situation. Furthermore, the results found that the new obtained rule curves from Firefly Algorithm technique can alleviate situations of water shortage and excess water more than the existing rule curves both considering historic inflow and synthetic inflow cases.

การวิจัยครั้งนี้มีความมุ่งหมายเพื่อประยุกต์ใช้แบบจำลองหิ่งห้อย ร่วมกับแบบจำลองการเลียนแบบระบบอ่างเก็บน้ำ เพื่อปรับปรุงโค้งควบคุมของอ่างเก็บน้ำ โดยใช้ฟังก์ชั่นวัตถุประสงค์ของการค้นหา 4 ฟังก์ชั่นวัตถุประสงค์ ได้แก่ ค่าเฉลี่ยของการขาดแคลนน้ำน้อยที่สุด ค่าความถี่ของการขาดแคลนน้ำน้อยที่สุด ค่าเฉลี่ยของการไหลล้นน้อยที่สุด และค่าความถี่ของการไหลล้นน้อยที่สุดในกระบวนการค้นหาคำตอบ การศึกษานี้พิจารณาข้อมูลโค้งควบคุมรายเดือนของอ่างเก็บน้ำน้ำอูน จังหวัดสกลนคร และอ่างเก็บน้ำอุบลรัตน์ จังหวัดขอนแก่น เป็นกรณีศึกษา ซึ่งประกอบไปด้วยข้อมูลปริมาณน้ำท่าเฉลี่ยรายเดือนที่ไหลเข้าอ่างเก็บน้ำ ข้อมูลอุทกวิทยา และข้อมูลทางกายภาพของอ่างเก็บน้ำ นอกจากนี้ยังได้สังเคราะห์ข้อมูลน้ำท่ารายเดือนที่ไหลเข้าอ่างเก็บน้ำจากข้อมูลอดีตจำนวน 1,000 ชุดข้อมูล เพื่อใช้ประเมินประสิทธิภาพของโค้งควบคุมที่ได้จากแบบจำลอง ซึ่งแสดงผลในรูปแบบความถี่ ช่วงเวลาของเหตุการณ์ ปริมาณน้ำเฉลี่ย และปริมาณน้ำสูงสุด ทั้งสถานการณ์น้ำขาดแคลนและน้ำไหลล้น

ผลการศึกษาพบว่าโค้งควบคุมใหม่ที่ได้จากแบบจำลองหิ่งห้อยร่วมกับแบบจำลองการเลียนแบบมีลักษณะรูปร่างแตกต่างกับโค้งควบคุมเดิม เมื่อนำโค้งควบคุมใหม่นี้ไปทดสอบเพื่อประเมินประสิทธิภาพในการบรรเทาสถานการณ์น้ำขาดแคลนและสถานการณ์น้ำไหลล้น พบว่าโค้งควบคุมใหม่ที่ได้มีประสิทธิภาพดีกว่าทุกฟังก์ชั่นวัตถุประสงค์ของการค้นหา กล่าวคือโค้งควบคุมที่เกิดจากกรณีใดเมื่อนำไปประเมินประสิทธิภาพก็จะดีในสถานการณ์นั้นๆ โดยสรุปวิธีหาค่าที่เหมาะสมที่สุดด้วยแบบจำลองหิ่งห้อยร่วมกับแบบจำลองการเลียนแบบอ่างเก็บน้ำสามารถประยุกต์ใช้ค้นหาโค้งควบคุมที่เหมาะสมของอ่างเก็บน้ำได้ สามารถบรรเทาสภาวะน้ำไหลล้นและน้ำขาดแคลนได้ดีกว่าโค้งควบคุมเดิม ทั้งในกรณีใช้ข้อมูลน้ำท่าอดีตและกรณีใช้ข้อมูลน้ำท่าสังเคราะห์ 1,000 ชุด