بهینه سازی چندهدفه در بهره برداری از منابع آب زیرزمینی با رویکرد کاهش نشست
چکیده
توسعه برداشت از آب های زیرزمینی به اندازه ای که مقدار تخلیه آبخوان از تغذیه آن بیشتر شود، موجب برهم خوردن تعادل در آبخوان شده و به صورت زمانی یا مکانی موجب کاهش ارتفاع هیدرولیکی می گردد. این پدیده کاهش فشار آب منفذی، افزایش تنش موثر وارد بر ذرات آبخوان شده و تحکیم لایه هایی از رسوبات ریزدانه را به دنبال دارد، که نتیجه آن به صورت نشست در سطح زمین نمایان می شود. در سال های اخیر افزایش برداشت از آبخوان دشت نیشابور واقع در شمال شرقی ایران، گزارش شده است که نتیجه آن افت سطح آب با میانگین 90 سانتی متر در سال و ثبت حداکثر نرخ نشست موضعی 19 سانتی متر در سال، بوده است. ایده های مطرح در این تحقیق در دو بخش مجزا بر روی دشت نیشابور پیاده شده است. در بخش اول ابتدا بر روی برآورد پارامترهای موثر بر نشست دشت نیشابور تمرکز شده است. پارامترهای مورد بررسی شامل ضخامت موثر لایه های ریزدانه تراکم پذیر و ذخیره ویژه کالبدی پلاستیک آبخوان (s_skv)، می باشند که به طور مستقیم در محاسبات مربوط به نشست های برگشت ناپذیر، وارد می شوند. نتیجه کار ارایه روشی مبتنی بر آنالیز تنش-کرنش برای تعیین مقادیر ذخیره ویژه کالبدی پلاستیک آبخوان بوده است. تعمیم این روش منجر به تهیه نقشه توزیع مقادیر s_skv برای رسوبات ریزدانه پراکنده در سطح دشت نیشابور گردید. سپس شبیه سازی نشست دشت نیشابور در بازه زمانی 1380 تا 1390 انجام، و با سناریوی ادامه پمپاژ فعلی، مقدار نشست های آتی شبیه سازی شده است. نتیجه حاصل از شبیه سازی وضع موجود و سناریوی پیش بینی نشان داد که مجموع تراکم ناشی از نشست آبخوان از 0.808 میلیارد مترمکعب در دهه 80 به 0.741 میلیارد مترمکعب در دهه 90 خواهد رسید. در بخش دوم تحقیق به موضوع بهینه سازی چندهدفه بهره برداری از آبخوان با رویکرد کاهش نشست پرداخته شده است. در این راستا تحقق اهدافی نظیر کاهش نشست و کاهش کسری مخزن آبخوان درعین دستیابی به بیشینه پمپاژ مورد نظر بوده است. متغیرهای تصمیم، ضرایب کاهش دبی پمپاژ از آبخوان بوده و از روش nsga ii برای حل مسأله بهینه سازی و دستیابی به پاسخ های بهینه استفاده است. برای ارتباط بین مدل شبیه ساز جریان آب زیرزمینی-نشست آبخوان و مسأله بهینه سازی، پس از مقایسه نتایج دو روش شبکه های عصبی مصنوعی و ماتریس پاسخ واحد، از روش شبکه های عصبی مصنوعی استفاده شده است. جبهه های بهینه پارتو نشان دادند به دلیل اینکه، اهدافی نظیر رسیدن به بیشینه پمپاژ و کمینه کسری مخزن در نقطه مقابل یکدیگر قرار دارند، نتیجه حاصل از حل مدل بهینه سازی سه هدفه (کمینه تراکم، کمینه کسری مخزن، بیشینه پمپاژ)، متفاوت با نتایج مدل بهینه سازی دو هدفه(تراکم کمینه-پمپاژ بیشینه) به دست آمد. در نهایت به ازای مقدار مشخصی از تراکم آبخوان نتاج بهینه سازی سه هدفه مقدار، برداشت بهینه کمتری را ارائه داد تا در کنار دو هدف دیگر، هدف کاهش کسری مخزن آبخوان نیز محقق گردد.