Thai Water Parthership

The Application of Genetic Algorithm to Multiple Reservoir Releases

คณิสร นำชัยสวัสดิ์วงศ์ กัมปนาท ภักดีกุล วีรฉัตร์ ฉัตรปัญญาเจริญ

และ วัชระ เสือดี คณะสิ่งแวดล้อมและทรัพยากรศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล สถาบันพัฒนาการชลประทาน กรมชลประทาน

ABSTRACT - The main purpose of this research is to apply a genetic algorithm (GA) to the practical multiple reservoir release problem in which various water utilisations are considered. The investigation of developed GA technique, which is an optimisation approach based on the mechanics of natural selection, derived from the theory of natural evolution, was carried out through application to the Mae Klong River Basin. The objective function is the maximisation of release benefits, and the penalty functions are included if the downstream demands do not satisfied. A real world multiple reservoir release problem was solved satisfactorily using the GA approach. The results of the GA were compared with those of Electricity Generating Authority of Thailand's simulation model. The GA derived rule curves bring the higher benefits, in terms of irrigation production and electricity production. GA rule curves also lead to the reduction of irrigation deficits, and salinity control deficits.

KEY WORDS - genetic algorithm, reservoir release, optimisation, Mae Klong River Basin

บทคัดย่อ - วัตถุประสงค์หลักของการศึกษาครั้งนี้คือการประยุกต์ใช้พันธุกรรมทางคอมพิวเตอร์ (Genetic Algorithm: GA) ในการแก้ปัญหาการระบายน้ำจากระบบอ่างเก็บน้ำเพื่อส่งน้ำให้กับความต้องการ ใช้น้ำในด้านต่าง ๆ ในการศึกษาครั้งนี้ได้นำ GA ซึ่งเป็นวิธีการหาค่าเหมาะสมที่สุดที่เลียนแบบกลไกการคัดเลือกตามธรรมชาติ ซึ่งมีรากฐานมาจากทฤษฎีวิวัฒนาการทางธรรมชาติมาประยุกต์ใช้กับระบบอ่างเก็บ น้ำของลุ่มน้ำแม่กลอง โดยมีฟังก์ชั่นเป้าหมายเป็นการหาค่าสูงสุดของผลประโยชน์จากการระบายน้ำ และใช้ Penalty Function ในกรณีที่ไม่สามารถระบายน้ำให้เพียงพอกับความต้องการท้ายน้ำได้ ผลการศึกษาพบว่า GA สามารถแก้ปัญหาการปล่อยน้ำจากระบบอ่างเก็บน้ำจริงในพื้นที่ศึกษาได้เป็น อย่างดี เมื่อเปรียบเทียบผลการศึกษากับแบบจำลองสถานการณ์ของการไฟฟ้าฝ่ายผลิตปรากฏ ว่าโค้งปฏิบัติการอ่างเก็บน้ำที่ได้จาก GA ก่อให้เกิดผลประโยชน์ในด้านการผลิตทางการเกษตรและการผลิตกระแสไฟฟ้าสูงกว่า และทำให้เกิดความขาดแคลนน้ำในการชลประทานและการป้องกันการรุกตัวของน้ำเค็ม น้อยกว่า
คำสำคัญ - พันธุกรรมทางคอมพิวเตอร์, การระบายน้ำจากระบบอ่างเก็บน้ำ, การหาค่าเหมาะสมที่สุด, ลุ่มน้ำแม่กลอง

กัมปนาท ภักดีกุล PhD (Civil & Environmental Engineering, The Univ. of Edinburgh, UK)

1 Lect.. Faculty of Environment and Resource Studies, Mahidol University, Salaya,

Nakhonpathom 73170 Thailand E-Mail: อีเมลนี้จะถูกป้องกันจากสแปมบอท แต่คุณต้องเปิดการใช้งานจาวาสคริปก่อน

2 Sr. Lect., School of Civ. and Envir. Engrg., Univ. of Edinburgh, Edinburgh EH9 3JN, UK. E-mail: อีเมลนี้จะถูกป้องกันจากสแปมบอท แต่คุณต้องเปิดการใช้งานจาวาสคริปก่อน

บทคัดย่อ

ความต้องการใช้น้ำกำลังสูงขึ้นอย่างเร่งด่วนในโลก ที่ กำลังพัฒนา ช่องว่างระหว่างความต้องการน้ำกับน้ำต้นทุนที่มีอยู่จริงกำลังขยายกว้างขึ้น ทำให้การจัดการน้ำที่มีประสิทธิภาพเป็นสิ่งสำคัญอย่างเอกอุ ในระดับโลกนั้น น้ำใช้เพื่อการเพาะปลูกพืชเป็นแหล่งน้ำจืดที่มหาศาลที่ใหญ่ที่สุด ดังนั้นการปรับปรุงการจัดการน้ำในระบบส่งน้ำนั้นเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง หากทรัพยากรน้ำที่มีอยู่อย่างจำกัดนั้นจะต้องมีการจัดสรรกันอย่างเป็นธรรม เท่าๆกันโดยคำนึงถึงประโยชน์ที่จะได้รับสูงสุด การวางแผนการส่งน้ำตามกำหนดเวลาในระบบการส่งน้ำที่มีขนาดใหญ่มากนั้นมีความ สำคัญยิ่ง หากการปรับปรุงการส่งน้ำให้ดีขึ้นแม้น้อยนิดอาจนำมาซึ่งผลตอบแทนที่คุ้มค่า อย่างมหาศาล

บทความวิชาการนี้ได้นำเสนอวิธีการหาค่าอุตมภาพสูง สุดโดย "อัลกอริทั่มพันธุศาสตร์" กับปัญหาการส่งน้ำตามรอบเวลา มีการเสนอแนะ objective functionใหม่ที่ได้ผลดีกว่าเมื่อใช้กับปัญหาดังกล่าว ซึ่งต่างจากเดิมที่มีผู้เคยศึกษาไว้โดยวิธีการโปรแกรมเชิงเส้นอันมีความสลับ ซับซ้อนและยุ่งยากกว่า บทความนี้ได้อธิบายการทำงานของ "อัลกอริทั่มพันธุศาสตร์" ในฐานะที่เป็นทางเลือกใหม่ของการแก้ปัญหา

อัลกอริทั่มพันธุศาสตร์มีการคิดค้นเมื่อกว่า 30 ปีมานี้เอง เป็นวิธีการที่ง่ายๆ ไม่ยุ่งยาก ยืดหยุ่น สามารถใช้ได้ทั้งปัญหาที่มี objective function เป็น linear หรือ non-linear ในบทความยังได้มีการวิเคราะห์หาค่า sensitivity analysis ของการทำงานของอัลกอริทั่มไว้ด้วย

ฐานคิดการจัดการทรัพยากรน้ำเชิงบูรณาการที่ชาติต้องการ

การสัมมนาเรื่อง "แผนพัฒนา 25 ลุ่มน้ำ กับการมีส่วนร่วมของประชาชน"

วันที่ 23 กันยายน และ 7 ตุลาคม 2548

จัดโดยคณะกรรมาธิการการพัฒนาสังคมและความมั่นคงของมนุษย์

คณะอนุกรรมาธิการสิทธิในทรัพยากรน้ำและแร่ คณะกรรมาธิการสิทธิมนุษยชนแห่งชาติวุฒิสภา

กัมปนาท ภักดีกุล PhD

"การจัดการทรัพยากรน้ำเชิงบูรณาการ" ได้ยินกันมากในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา มีเป้าหมายเพื่อการพัฒนาที่ยั่งยืน (Sustainable Development) โดยที่ประชุมนานาชาติว่าด้วยน้ำและสิ่งแวดล้อม (The International Conference on Water and the Environment, ICWE) ได้ให้ความหมายของ การจัดการทรัพยากรน้ำเชิงบูรณาการ หรือ Integrated Water Resources Management (IWRM) ไว้ว่า "...เป็นกระบวนการซึ่งจะช่วยนานาประเทศ แก้ไขปัญหาที่เกี่ยวกับน้ำให้เกิดคุ้มค่าและตามแนวทางความยั่งยืน"

โลกพูดถึง IWRM กันครั้งแรกเมื่อเดือนมกราคม ปี ค.ศ.1992 (พ.ศ.2535) ที่เมืองดับบลิน (Dublin) ประเทศไอร์แลนด์ (Ireland) ซึ่งต่อมาเป็นที่ยอมรับกันในระดับนานาชาติในการประชุมสิ่งแวดล้อมโลกในเดือน มิถุนายน ปีเดียวกัน ที่เมืองริโอเดอจาเนโร (Rio De Janeiro) ประเทศบราซิล (Brazil) ว่า IWRM เป็นกระบวนการจัดการทรัพยากรน้ำที่ถูกต้องและจำเป็นต่อโลก เพื่อการจัดการทรัพยากรน้ำอย่างยั่งยืน (ICWE, 1992)

ที่ประชุม ICWE เห็นพ้องว่า ถ้าน้ำจืดได้รับการจัดการและการพัฒนาอย่างถูกต้องตามแนวทางที่ยั่งยืน โลกก็จะมีน้ำที่เพียงพอที่จะผลิตอาหาร พลังงาน เศรษฐกิจ และความต้องการขั้นพื้นฐานได้ กล่าวคือ โลกทุกวันนี้ยังมีน้ำใช้อย่างเพียงพอ แต่วิกฤตน้ำในปัจจุบันคือวิกฤตของการจัดการที่ดี ความแห้งแล้งที่เกิดขึ้นและการจัดการน้ำที่ผิดวิธี ก่อให้เกิดปัญหาต่อโลกอย่างรุนแรงและเป็นการคุกคามความยั่งยืนและการพิทักษ์ สภาพแวดล้อม

2nd Asia Pacific Workshop on Ecohydrology,

Cibinong, West Java, Indonesia, 21-26 July 2003

ANALYSIS OF ECOHYDROLOGY OF SOIL MOISTURE BALANCE FOR IRRIGATION SCHEDULING

by 1Tawatchai Tingsanchali and 2Kampanad Bhaktikul

1Professor, School of Civil Engineering, Asian Institute of Technology, P.O. Box 4 Klong Luang, Pathumtahni, Thailand

2Assistant Professor, Faculty of Environment and Resources Studies, Mahidol University, Thailand

Abstract

Water demand and water resources utilization are increasing rapidly in developing countries. The gap between water demand and water supply is widening making effective use and efficient water resources management unavoidable. The sustainable use of water is important and improved water resources management within the irrigation system is essential if scarce resources are to be used in an equitable manner and to their maximum benefit. This research focuses into the relationship between vegetation, soil and water conditions and hydrology with an emphasis on water scheduling of soil water regime to meet the plant water requirements. An analysis is carried out using Genetic Algorithm Technique (GA) which is a universal method and can handle a wide range of problems in optimization. This paper describes the development of GA and its application to analyze ecohydrology of soil moisture balance for irrigation scheduling in a test irrigation system. The optimal operation of the irrigation system is determined considering irrigation on rotational basis. An objective function for water scheduling is formulated along with constraints or restrictions that related to the field soil moisture balance and canal capacity. The formulation is related to the determination of periods of opening and closing of the canals. The results indicate that the Genetic Algorithm is capable of solving scheduling problems for irrigation system under water stress and non water stress conditions. It was found that under water stress conditions, the Genetic Algorithm could provide a reasonable optimal solution for irrigation water scheduling. Comparison of irrigation scheduling under water stress condition and non-water stress condition has been made. Under water stress condition, the irrigation frequency was reduced compared to the non-stress condition. As a result the water losses associated with canal opening and closing is also reduced. The solution yields equity on soil moisture content among irrigation schemes competing for the same water resources.