بهینه‌سازی بهره‌برداری تلفیقی از منابع آب‌های سطحی، زیرزمینی و نامتعارف دشت هشتگرد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران،ایران.

2 گروه مهندسی آب،دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران،ایران.

3 گروه زمین شناسی، دانشکده علوم طبیعی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران.

4 گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران.

چکیده

بهره‌برداری تلفیقی منابع آب‌های سطحی، زیرزمینی و نامتعارف در مقایسه با بهره‌برداری جداگانه این منابع، منجر به افزایش اعتمادپذیری و کاهش کمبودها و هزینه‌های بهره‌برداری می‌گردد. در این تحقیق دو گزینه بهره‌برداری از آب زیرزمینی و بهره‌برداری تلفیقی منابع آب حوضه هشتگرد در قالب مدل‌های ترکیبی مورد توجه قرار گرفت. به این منظور دو مدل شبیه‌سازی و بهینه‌سازی به نام‌هایGMS و PSO به ترتیب برای محاسبه‌ی بیلان آب ‌زیرزمینی و بهره‌برداری تلفیقی منابع آب، هر دو با هدف حداقل‌سازی افت تراز آبخوان ارائه شده ‌است. در این رویکرد ابتدا رفتار آب ‌زیرزمینی به کمک نرم‌افزار مدل شبیه‌سازی مادفلو در قالب پارامترهای هیدرودینامیکی و بیلان آبخوان مشخص شد و سپس این مقادیر در مدل بهینه‌سازی قرار گرفت. نتایج مدل شبیه‌سازی نشان داد که در شرایط ناپایدار برای سال آبی 91-90 بیلان آب‌ زیرزمینی دشت هشتگرد منفی، تقریباً سالانه برابر با 17 میلیون مترمکعب است. نتیجه حل مدل بهینه‌سازی نشان داد که بیشترین افزایش ذخیره مخزن در تمام زون‌ها به ترتیب مربوط به ماه‌های آبان، فروردین و بهمن می‌باشد. در هر چهار زون مقدار برداشت آب‌زیرزمینی به طور متوسط برای 60 درصد ماه‌ها، با حد مرزی ذخیره آبخوان روبه رو هستند. بر اساس شرایط حاکم بر منطقه و نتایج به دست آمده از مدل‌ها، با استفاده حداکثری از آب‌های سطحی، برگشتی و آب-های نامتعارف می‌توان تا حد امکان از کاهش سطح آب ‌زیرزمینی جلوگیری کرد. به طوری که در ماه‌هایی که مقدار ذخیره برابر صفر است نباید بیش از مقادیر ارائه شده از آب ‌زیرزمینی برداشت شود. بنابراین بهترین راهکار استفاده ترکیبی از همه منابع آبی موجود در هر زون برای مدیریت منابع آب و جلوگیری از افزایش برداشت در مناطقی با نیاز آبی بالا می باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Optimization of Conjunctive Use of Surface Water, Groundwater and Wastewater Resources in Hashtgerd Plain

نویسندگان [English]

  • Hossein Sedghi 1
  • Fariba Alaviany 2
  • Asghar Asghari moghaddam 3
  • Hossein Babazadeh 4
1 Department of Water Engineering, , Faculty of Agriculture and Natural Resources, Islamic Azad University of Science & Research Branch,
2 Department of Water Engineering,Faculty of Agriculture and Natural Resources, Islamic Azad University of Science & Research Campus,
3 Department of Geology, Faculty of Natural Sciences, University of Tabriz, Tabriz. Iran.
4 Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Islamic Azad University of Science & Research Branch,Tehran, Iran.
چکیده [English]

A study is undertaken to exploit the contrast between disjunctive use and conjunctive use of multiple resources comprising: surface water, groundwater and wastewater. The primary aim is the increase in system reliability but decrease in water deficits and operational costs. Groundwater budget is studied by two alternatives models of (GMS) and conjunctive use of water resources (PSO) are considered for Hashtgerd basin in Iran. In both models, the objective function is minimization of mean groundwater drawdown. The first step in this approach is estimation of the hydrodynamic parameters and groundwater budget in steady and unsteady conditions using a simulation by GMS model. The next step involves incorporating these amount of groundwater budget into the optimization model. The results of the simulation model indicate that groundwater budget of Hashtgerd plain is negative, which reservoir storage loss is almost 17 MCM per year (2011-12). The results of the optimization model indicate that the most increases of the aquifer storge are in November, April and Februry, respectively, and the discharg of groundwaters in all zones of basin is located at the borderline for sixty percent of months. According to conditions in the plain and the results of the optimization model, the groundwater shoudn,t been withdrawal more than presented values when the reservoir storge changes is zero, then the maximum use of surface water and wastewater Could avoid more groundwater declination. Eventually the best solution to mange water resources to avoid over abstraction is the hybrid use of all water resources within each zone.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Conjunctive use
  • Optimization Model
  • Simulation Model
  • Wastewaters

مراجع

عابدی کوپایی، ج.، 1382. روش های پیشگیری از اتلاف منابع آب. فرهنگستان علوم جمهوری اسلامی ایران، مجموعه مقالات روشپیشگیری از اتلاف منابع آب، صفحه 207 تا  218.
مهجوری، ن.، 1383. مدل تعادل­بخشی کمی-کیفی آب‌های زیرزمینی دشت کاشان. پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تهران.
محمدرضاپور طبری، م.، 1388. مدل‌سازی بهره­برداری تلفیقی از منابع آب سطحی و زیرزمینی بر پایه عدم دقت در مقیاس منطقه‌ای. پایان‌نامه دکتری، دانشگاه صنعتی امیرکبیر.
Anderson, M.P. and Woessner, W.W., 1992.  Applied Groundwater Modeling: Simulation of Flow and Advective Transport, Academic Press, 381p.
Basagaoglu, H., Marino, M. A., Shumway, R. H., 1999. Deilta-form approximating problem for a conjunctive water resource management model, Advances in Water Resources, 23(2), 69-81.
Buras, N., 1963. Conjunctive operation of dams and aquifers, Journal of Hydraulic Division (ASCE), 89(6), 111-131.
Clerc, M., 1999.  The Swarm and the Queen: Towards a Deterministic and Adaptive Particle Swarm Optimization, In: Congress on Evolutionary Computation, (pp.1951-1955) Washington D.C.
Karamouz, M., Mohammad Rezapour Tabari, M., Kerachian, R., and Zahraie, B., 2005. Conjunctive use of surface and groundwater resources with emphasis on water quality, World Water and Environmental Resources Congress 2005, Raymond Walton, Anchorage, Alaska, USA. May 15-19.
Kennedy, J., and Eberhart R., 1995.  Particle Swarm Optimization, In: Proceedings of the International Conference on Neural Networks.” Perth, Australia, IEEE, Piscataway.
Meraji, S. H., Afshar, M. H., and Afshar, A., 2006. Reservoir operation by particle swarm optimization algorithm, 7th International Conference of Civil Engineering (ICCE 7 th), Tehran, Iran.
Mobasheri, F., and Sharon, G., 1969. Optimal conjunctive use of surface and ground water: a non-linear programming approach, Journal of Hydrology, 50(11), 609-619.
Montalvo, I., Izquierdoa, J., Pereza, R., and Tungb,M.M., 2008. Particle Swarm Optimizationapplied to the design of water supply systems,Computers and Mathematics with ApplicationsNo.56, PP. 769–776.
Onta, P. R., Gupta, A. D., and Harboe,R., 1991. Multistep planning model for conjunctive use of surface-     and ground-water resources, Journal of Water Resources Planning and Management (ASCE), 117(6), 662-678.
Nishikawa, T., 1998. Water resources optimization model for Santa Barbara, California. Journal of Water Resources Planning and Management.124 (5):1213 –1235.
Saberchenari, K. abghari, A. Tabari, H., 2016. Application of PSO algorithm in short-term optimization of reservoir operation, journal of Environmental Monitoring and Assessment, 188(667):1-11.
Safavi, H. R., Darzi, F., and Marino, M. A., 2010. Simulation- optimizationmodeling of conjunctive useof surface water and groundwater, Water  Resources Management, 24(10), 1965-1988.
 
 
Safavi, H., Chakraei, I., Kabiri.Samani, A., Golmohammadi, M., 2013. Optimal Reservoir Operation Based on Conjunctive Use of Surface Water and Groundwater Using Neuro-Fuzzy Systems, WaterResour Manage 27:4259–4275.
 Sulaiman Kharmah, R. A., 2007. Optimal management of groundwater pumping, the case of the Eocene Aquifer, Palestine. MSc thesis. Faculty of Graduate Studies, at An-Najah National University, Nablus, Palestine, 136 p.                                                         
Suribabu. C. R., and Neelakantan. T. R., 2008.Design of water distribution networks usingparticle swarm optimization, Urban WaterJournal, Vol. 3, No. 2, June 2006, 111 – 120.
هیدروژئولوژی
دوره 4، شماره 2
ناشر
اسفند 1398
صفحه 48-62

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار