جغرافیا و برنامه ریزی منطقه‌ای

جغرافیا و برنامه ریزی منطقه‌ای

طراحی بهینه سد خاکی همگن با پنجه سنگی با استفاده از الگوریتم بهینه سازی چند هدفه ازدحام ذرات

نوع مقاله : مقاله علمی -پژوهشی کاربردی

نویسندگان
1 2. گروه مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز، ایران
2 گروه مهندسی عمران، واحد اصفهان (خوارسگان)، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران
3 1. گروه مهندسی عمران، واحد اصفهان (خوارسگان)، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران
10.22034/jgeoq.2026.594446.4513
چکیده
سدها سازه های بسیار مهمی هستند که برای آبیاری، کنترل سیلاب، تولید برق و اب و غیره استفاده می شوند. ساخت سد بسیار پرهزینه و زمان بر است. از این رو، بهینه سازی سدها برای به حداقل رساندن هزینه ضروری و امری چالش برانگیز است. هدف این مقاله بهینه سازی سد خاکی همگن با پنجه سنگی با توجه به هزینه ساخت می باشد. در این نوع سد هزینه عملیات سنگی که در بستراستفاده می شود معمولا 2 تا 20 برابر بیشتر از عملیات خاکی در بدنه سد است. باید توجه داشت برای جلوگیری از آسیب و از دست دادن آب اضافی، تراوش در داخل بدنه سد باید کمترین حد ممکن را داشته باشد و این امر با بزرگ شده بدنه امکان پذیر است . این طراحی شامل معیار گرادیان هیدرولیکی و معیار پایداری شیب در بالادست و پایین دست سد در حالتهای مخزن پر و مخزن خالی و تخلیه سریع مخزن است. برای حل این مسئله که یک مسئله چند هدفه با محدودیت های غیر خطی است الگوریتم بهینه سازی گروه ذرات با چند تابع هدف (MOPSO) مورد استفاده قرار گرفته است. برای به دست آوردن فرمول های مناسب برای اعمال قیود بیش از 350 مدل سد در نرم افزار ژئو- استودیو (Geo-Studio) مدل سازی و با استفاده از تحلیل رگرسیون ، قیود حاصل شده است. سپس این فرمولها برای بهینه سازی سد در الگوریتم فراابتکاری فوق الذکر مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که روش پیشنهادی کارآمد بوده و نتایج مناسبی ارائه می دهد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Optimum Design of Rock Toe Earth Dam Using MOPSO Algorithm

نویسندگان English

Abdolhossein Baghlani 1
Arash Ebrahimnezhad 2
Ali Khoshfetrat 3
1 Department of Civil Engineering, Shiraz University of Technology, Shiraz , Iran
2 Department of Civil Engineering, Isf.C, Islamic Azad University, Isfahan , Iran
3 Department of Civil Engineering, Isf.C, Islamic Azad University, Isfahan , Iran
چکیده English

Dams are highly important structures used for irrigation, flood control, power generation, water supply, and other purposes. Since dam construction is both costly and time-consuming, optimizing dam designs to minimize construction costs is essential, yet challenging. This study aims to optimize the design of a homogeneous earth dam with a rock toe by considering its construction cost. In this type of dam, the cost of rockfill operations at the dam toe is typically 2 to 20 times higher than that of earthwork operations in the dam body. It should also be noted that seepage through the dam body must be minimized to prevent structural damage and excessive water loss. This can generally be achieved by increasing the dimensions of the dam body.The proposed design considers the hydraulic gradient criterion as well as the stability of the upstream and downstream slopes under full-reservoir, empty-reservoir, and rapid-drawdown conditions. To solve this multi-objective optimization problem involving nonlinear constraints, the Multi-Objective Particle Swarm Optimization (MOPSO) algorithm was employed. To derive appropriate equations for applying the constraints, more than 350 dam models were developed and analyzed using GeoStudio software. The constraint equations were subsequently obtained through regression analysis. These equations were then incorporated into the aforementioned metaheuristic algorithm to optimize the dam design. The results demonstrate that the proposed method is efficient and provides satisfactory solutions.

کلیدواژه‌ها English

Multi-Objective Particle Swarm Optimization
homogeneous earth dam with a rock toe
slope stability
seepage
GeoStudio