Improvement of Reservoir Rule Curve using Flower Pollination Algorithm

Abstract

The purpose of this research was to apply the optimization method by the specific technique of flower pollination algorithm (FPA) cooperating with the simulation model in order to improve the rule curve of reservoirs. The minimal average water shortage, the minimal average excess water, the minimal frequency of water shortages, the minimal frequency of excess water were used as the objective function for searching procedure. This study has considered the monthly data of reservoir rule curves from the Nam Oon Reservior, Sakon Nakhon province, the Lam Pao Reservior, Kalasin province, and the Ubonratana Reservoir in Khon Kaen province as the case studies for this research. The data that has been monthly collected consists of the average quantity of runoff that has flown in to Nam Oon Reservior, Sakon Nakhon province, Lam Pao Reservior, Kalasin province, Ubonratana Reservior Khon Kaen province, the water requirement from reservoirs, the hydrological data, and the physical data of reservoirs. Moreover, this study has synthesized 1,000 samples of runoff data that has flown in to reservoirs in order to evaluate the efficiency of rule curves simulated from the process model. The result were displayed the situations of water shortage and excess water in term of frequency, duration time, average water quantity, and the highest water quantity.

The results of this research shown that four objective functions above can produce new rule curves which the physicals were similar to the current ones for all reservoirs due to the influences of runoff in each season and the same reservoir operation conditions. The results after testing new rule curves compared with the current ones show that new rule curves improved by the objective function of the minimal average water shortage can mitigate flood and drought situations better than other rule curves produced by other objective functions and better than current rule curves for all reservoirs. The results can conclude that FPA with the objective function of the minimal average water shortage connecting with reservoir simulation model has more efficiency to search optimal rule curves.

การวิจัยครั้งนี้มีความมุ่งหมายเพื่อประยุกต์ใช้วิธีหาค่าที่เหมาะสมที่สุดด้วยวิธีการถ่ายละอองเรณูดอกไม้ร่วมกับแบบจำลองการเลียนแบบเพื่อปรับปรุงโค้งควบคุมของอ่างเก็บน้ำ โดยใช้ค่าเฉลี่ยของการขาดแคลนน้ำน้อยที่สุด ค่าเฉลี่ยการไหลล้นน้อยที่สุด ความถี่ของการขาดแคลนน้ำน้อยที่สุด ความถี่ของการไหลล้นน้อยที่สุด เป็นฟังก์ชั่นวัตถุประสงค์ในกระบวนการค้นหาคำตอบโค้งควบคุมที่เหมาะสม การศึกษานี้พิจารณาข้อมูลโค้งควบคุมรายเดือนของอ่างเก็บน้ำน้ำอูน จังหวัดสกลนคร อ่างเก็บน้ำลำปาว จังหวัดกาฬสินธุ์และอ่างเก็บน้ำอุบลรัตน์ จังหวัดขอนแก่น เป็นกรณีศึกษา ซึ่งประกอบไปด้วยข้อมูลปริมาณน้ำท่าเฉลี่ยรายเดือนที่ไหลเข้าอ่างเก็บน้ำน้ำอูน ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2536 - พ.ศ. 2560 อ่างเก็บน้ำลำปาว ตั้งแต่ปี พ.ศ.2514 – พ.ศ.2560 และอ่างเก็บน้ำอุบลรัตน์ ตั้งแต่ปี พ.ศ.2513 – พ.ศ.2560 ข้อมูลความต้องการใช้น้ำจากอ่างเก็บน้ำ ข้อมูลอุทกวิทยา และข้อมูลทางกายภาพของอ่างเก็บน้ำ นอกจากนี้ยังได้สังเคราะห์ข้อมูลน้ำท่ารายเดือนที่ไหลเข้าอ่างเก็บน้ำอ่างละจำนวน 1,000 ชุดข้อมูล เพื่อใช้ประเมินประสิทธิภาพของโค้งควบคุมที่ได้จากแบบจำลอง ซึ่งจะแสดงผลเป็นสถานการณ์น้ำขาดแคลนและน้ำไหลล้น ในรูปแบบความถี่ ช่วงเวลาของการเกิดเหตุการณ์ ปริมาณน้ำเฉลี่ย และปริมาณน้ำสูงสุด

ผลการศึกษาพบว่าเมื่อใช้ฟังก์ชั่นวัตถุประสงค์ทั้ง 4 รูปแบบข้างต้นนั้นจะได้โค้งควบคุมใหม่ที่มีรูปร่างคล้ายคลึงกับโค้งควบคุมเดิมทุกอ่าง เนื่องจากอิทธิพลของน้ำท่าในแต่ละฤดูกาลและเงื่อนไขอื่นในการปฏิบัติการอ่างเก็บน้ำที่เหมือนกัน เมื่อนำโค้งควบคุมใหม่เหล่านี้ไปประเมินและเปรียบเทียบกับโค้งควบคุมเดิมที่ใช้อยู่พบว่าโค้งใหม่ที่หาโดยใช้ค่าเฉลี่ยของการขาดแคลนน้ำน้อยที่สุดเป็นฟังก์ชั่นวัตถุประสงค์ในกระบวนการค้นหา สามารถบรรเทาสภาวะน้ำท่วมและน้ำขาดแคลนได้ดีกว่าโค้งที่เกิดจากการใช้ฟังก์ชั่นวัตถุประสงค์อื่นและยังดีกว่าโค้งควบคุมเดิมเหมือนกันทุกอ่าง ผลการศึกษาสรุปได้ว่าวิธีการหาค่าที่เหมาะสมที่สุดด้วยวิธีการถ่ายละอองเรณูดอกไม้โดยใช้ค่าเฉลี่ยของการขาดแคลนน้ำน้อยที่สุดเป็นฟังก์ชั่นวัตถุประสงค์ในกระบวนการค้นหาสามารถประยุกต์ใช้ร่วมกับการศึกษาเลียนแบบเพื่อค้นหาโค้งควบคุมที่เหมาะสมของอ่างเก็บน้ำได้