Multi-Objective Optimization of Resilient Design of the Multipurpose Reservoir in Conditions of Uncertain Climate Change
Loading...
Date
2018-08-21
ORCID
Advisor
Referee
Mark
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
MDPI AG
Altmetrics
Abstract
This paper presents and assesses a new approach to decision-making methods for the design of new reservoirs due in times of decreasing water resources. The methods used in this case are decision theory, Resilience and Robustness method. The methods have been selected primarily to analyze different design parameters of a new dam, mainly dam heights leading to different reservoir volumes. The study presents a novel approach to the optimal design of a multipurpose reservoir that would provide enough water for downstream environmental flow, residential and industrial water supply, agricultural water supply, and hydropower generation in the current conditions of climate uncertainty. Uncertainties are interpreted as possible future changes in the climate system using outputs from regional climatic models. In the case study, a simulation model was developed which is able to quantify long-term water balance and use this data to quantify resilience and robustness of its water supply. The simulation model was correlated to the GANetXL software in order to perform Genetic Algorithms based optimization of the reservoir’s operation. The simulation–optimization model was then applied to a real-life case study in the Czech Republic, in the Morava River Basin where a new dam with the multipurpose reservoir is planned to be built in the future. The results obtained in this way were analyzed in detail to identify the overall best solution consist of dam height and the total reservoir monthly outflow and new operational rules for the analyzed multipurpose reservoir.
Tento článek představuje a hodnotí nový přístup rozhodovacích metod pro navrhování nových nádrží v problematické době, kdy dochází ke snižování vodních zdrojů. Metody použité v tomto případě jsou teorie rozhodování, metoda odolnosti a robustnosti. Metody byly vybrány především pro analýzu různých konstrukčních parametrů nové přehrady, zejména různých výšek přehrad vedoucích k různým objemům nádrží. Studie představuje nový přístup k optimálnímu návrhu víceúčelové nádrže, která by zajistila dostatek vody v toku, zásobování pitné vody pro obyvateslstvo a průmysl, zásobování vody pro zemědělské využití a také pro výrobu vodní energie v současných podmínkách nejistoty klimatu. Nejistoty jsou interpretovány jako možné budoucí změny v klimatickém systému s využitím výstupů z regionálních klimatických modelů. V případové studii byl vyvinut simulační model, který je schopen stanovit dlouhodobou vodní bilanci a využívat tato data pro kvantifikaci odolnosti a robustnosti s ohledem na zásobování vodou. Simulační model byl propojen s programem GANetXL, aby bylo možné provádět optimalizaci provozu vodní nádrže s využitím genetických algoritmů. Simulačně-otpimalizační model byl poté aplikován na případovou studii v České republice v povodí řeky Moravy, kde je v budoucnu plánována výstavba nové víceúčelové přehrady. Získané výsledky byly podrobně analyzovány s cílem identifikovat optimální řešení výšky přehrady, celkového měsíčního odtoku nádrže a nových provozních pravidel analyzované víceúčelové nádrže.
Tento článek představuje a hodnotí nový přístup rozhodovacích metod pro navrhování nových nádrží v problematické době, kdy dochází ke snižování vodních zdrojů. Metody použité v tomto případě jsou teorie rozhodování, metoda odolnosti a robustnosti. Metody byly vybrány především pro analýzu různých konstrukčních parametrů nové přehrady, zejména různých výšek přehrad vedoucích k různým objemům nádrží. Studie představuje nový přístup k optimálnímu návrhu víceúčelové nádrže, která by zajistila dostatek vody v toku, zásobování pitné vody pro obyvateslstvo a průmysl, zásobování vody pro zemědělské využití a také pro výrobu vodní energie v současných podmínkách nejistoty klimatu. Nejistoty jsou interpretovány jako možné budoucí změny v klimatickém systému s využitím výstupů z regionálních klimatických modelů. V případové studii byl vyvinut simulační model, který je schopen stanovit dlouhodobou vodní bilanci a využívat tato data pro kvantifikaci odolnosti a robustnosti s ohledem na zásobování vodou. Simulační model byl propojen s programem GANetXL, aby bylo možné provádět optimalizaci provozu vodní nádrže s využitím genetických algoritmů. Simulačně-otpimalizační model byl poté aplikován na případovou studii v České republice v povodí řeky Moravy, kde je v budoucnu plánována výstavba nové víceúčelové přehrady. Získané výsledky byly podrobně analyzovány s cílem identifikovat optimální řešení výšky přehrady, celkového měsíčního odtoku nádrže a nových provozních pravidel analyzované víceúčelové nádrže.
Description
Keywords
Návrh a řízení víceúčelové nádrže, vodní deficit, simulační model nádrže, klimatická změna, víceúčelová optimalizace NSGA II, rezilience a robustnost, cena a výnosy, vodní energie, Design and operation of the multipurpose reservoir, water deficit, reservoir simulation model, climate change, multi-objective optimization NSGA II, resilience and robustness, costs and benefits, water energy
Citation
Document type
Peer-reviewed
Document version
Published version
Date of access to the full text
Language of document
en