کمینه‌سازی هزینه‌های پمپاژ درآبخوان آزاد تحت مدل شبیه‌سازی - بهینه‌سازی با استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی سطوح شیبدار

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

2 دانشیار گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

3 گروه برق و الکترونیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

چکیده

با توجه به پیچیدگی‌های محیط آب زیرزمینی، ابداع فن‌آوری‌های نو و بهره‌گیری از روش‌های پیشرفته در این امر، کمک شایانی در بهبود مدیریت منابع آب زیرزمینی کرده است. در این مطالعه جهت مدیریت بهره‌‌برداری از آبخوان از مدل ارائه شده شبیه‌سازی-بهینه‌سازی FEM-MOIPO استفاده شد. مدل‌سازی ریاضی آبخوان با استفاده از شبیه‌سازی عددی اجزاء محدود با در نظر گرفتن معادلات دو بعدی جریان آب زیرزمینی انجام شد. در این مطالعه 3 سناریو جهت مدیریت بهینه بررسی شد که در هر سناریو با تعداد چاه‌های مشخص مختلف میزان افت و هزینه‌ی مورد نیاز برای پمپاژ با توجه به نیاز آب مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین منطقه‌ی مورد مطالعه با توجه به مقدار ضریب هدایت هیدرولیکی به 3 ناحیه تقسیم گردید. در نهایت هزینه‌ی پمپاژ چاه‌های بهره‌برداری با توجه به هدف مورد نظر (موقعیت چاه‌ها جهت بهره‌برداری بهینه، کاهش سطح افت) با استفاده از روش نوین الگوریتم صفحات شیب‌دار چند هدفه بهینه گردید. نتایج نشان داد با توجه به این که آبخوان فرضی از 7 چاه پمپاژ برخوردار است با غیر فعال کردن دو چاه در سناریوی 1، آبخوان دارای کم‌ترین هزینه جهت پمپاژ و افت سطح آب بود. همچنین سطح آب محاسبه شده توسط مدل اجزاء محدود با سطح آب مشاهداتی مدل مقایسه شدند به طوری که خطای نسبی و خطای جذر میانگین مربعات به ترتیب 0.00024 و 0.223 محاسبه شد که نشان‌دهنده‌ی دقت بالای مدل می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Minimization of Pumping Costs of Unconfined Aquifer under Simulation - Optimization Model Using the Inclined Planes system Optimization Algorithm

نویسندگان [English]

  • Zahra Baazm 1
  • Mahdi Naseri 1
  • Abolfazl Akbarpour 2
  • Seyed Hamid Zahiri 3
1 Civil Engineering Department, Faculty of Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran
2 Associate Professor, Department of Civil Engineering, University of Birjand., Birjand., Iran
3 Electrical Engineering Department, Faculty of Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran
چکیده [English]

Given the complexity of the underground water environment, the invention of new technologies and the use of advanced techniques in this area has contributed greatly to improving the management of groundwater resources. In this study, FEM-IPO simulation-optimization model was used to manage the groundwater operation. The aquifer mathematical modeling was done by the numerical simulation of the finite elements, taking into account two-dimensional equations of groundwater flow. In this study, three scenarios were considered for the optimum management. In each scenario with different and distinctive wells, the amount of losses and costs required for pumping according to water requirement was evaluated. Also, the studied area was divided into 3 regions based on the amount of hydraulic conduction coefficient. Finally, the cost of the pumping of the wells according to the target (well positioning for the optimal utilization, the reduction of the dropping level) was optimized using the sloped surface algorithm. The results showed that considering the hypothetical aquifer of 7 pumping wells, by disabling two wells in scenario 1, the aquifer had the lowest cost for pumping and water loss. The water level calculated by the finite element model was compared with the observed water level so that the relative error and root mean square error were calculated to be 0.00024 and 0.223 respectively indicating high accuracy of the model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Groundwater
  • Optimization Inclined Planes system Algorithm
  • Pumping
  • FEM