بهره‌برداري بهينه از منابع آب زيرزميني ساحلي با استفاده از مدل تصميم شبيه‌سازي ـ بهينه‌سازي مبتني بر پردازش موازي (مطالعه موردي آبخوان ساحلي عجب‌شير، ايران)

Optimal Extraction from Coastal Groundwater Resources using Parallel Processing Based Simulation - Optimization Decision Model (Case Study of Ajabshir Coastal Aquifer, Iran)

آب‌ زيرزميني در مناطق ساحلي يكي از منابع اصلي آب شيرين به شمار مي‌آيد. در صورت پيشروي آب شور دريا به آبخوان‌هاي ساحلي، بهبود وضعيت منابع آب زيرزميني نيازمند اقدامات درازمدت و پرهزينه مي‌باشد. لذا پيشگيري از وقوع پيشروي بي‌رويه آب شور دريا امري ضروري است. براي اين منظور مي‌توان از مدل‌هاي شبيه‌سازي ـ بهينه‌سازي تلفيقي به‌عنوان مدل تصميم براي تعيين راهبردهاي مديريتي بهينه استفاده نمود. در اين مطالعه از مدل تصميم شبيه‌سازي ـ بهينه‌سازي آبخوان ساحلي دشت عجب‌شير با بهره‌گيري از مدل عددي سوترا و الگوريتم بهينه‌سازي فراكاوشي جامعه مورچه‌ها براي اتخاذ تصميمات مديريتي مدنظر، استفاده شده است. به‌منظور كاهش زمان اجراي مدل، از پردازش موازي در محاسبات جمعيت الگوريتم بهينه‌سازي استفاده شده است و اين امر سبب تسريع محاسبات گرديد. دو مسئله مديريتي مورد بررسي در اين مطالعه شامل توابع هدف و قيودي با رفتار متضاد بوده است كه حداقل نمودن نرخ تغذيه خالص (به معني حداكثر كردن برداشت از آبخوان) و كنترل پيشروي آب شور (جلوگيري از بدتر شدن وضعيت شوري در نقاط كنترلي) را سبب مي‌شود. نتايج حاصل از اجراي مدل تصميم شبيه‌سازي ـ بهينه‌سازي نشان داد كه با تغيير الگوي برداشت از نواحي مختلف آبخوان، در مسئله اول تغذيه خالص آبخوان در نيمه دوم سال نسبت به شرايط فعلي 87/1- ميليون مترمكعب كاهش مي‌يابد (افزايش برداشت) و در مسئله دوم، متوسط غلظت شوري در نقاط كنترل، 30 درصد كاهش پيدا مي‌كند.

Groundwater is one of the main sources of freshwater in coastal areas. In case of occurrence seawater intrusion into coastal aquifers, remediation of aquifer requires long-term and expensive efforts. Therefore, it is essential to prevent of excessive seawater intrusion. For this purpose, a simulation - optimization model can be used as a decision model for determining the optimal management strategies. In this study, a simulation - optimization decision model of Ajabshir plain aquifer has been used via the SUTRA numerical model and the evolutionary optimization algorithm of ant colony optimization. In order to reduce the runtime of simulation - optimization decision model, parallel processing in the population computations of optimization algorithm was used as this caused to reduce the runtime. Two management problems have been examined in this study with objective functions and constraints under opposite behavior one is minimizing the net recharge rate (meaning the maximizing extraction from the aquifer and the other is controlling the seawater intrusion (preventing the deterioration of the salinity situation at the control points). Results from simulation - optimization decision model exhibited that by changing the extraction of aquifer zones, the net recharge of the aquifer in the second half of year decreases -1.87 million cubic meters compared to the current situation (Increase extraction) in the first management problem while in the second management problem, the average salinity concentration at the control points decreases 30%.