طراحي شبكه پايش كيفي آب‌هاي زيرزميني با استفاده از روش بهينه‌سازي الگوريتم ژنتيك (مطالعه موردي: آبخوان دشت گيلان)

سابقه و هدف: توزيع مكاني و دقت داده هاي كيفي در مديريت منابع آب زيرزميني ضروري است. معمولا اين داده ها از چاه هاي پايش جمع آوري مي شود كه به صورت مكاني در حوضه آبريز يا آبخوان مورد مطالعه توزيع شده است. در طراحي شبكه پايش، حداقل تعداد چاه هاي پايش با توزيع مكاني بهينه و مناسب از نظر اقتصادي مورد نياز است. بنابراين نحوه توزيع چاه ها و تعداد آن ها در طراحي شبكه پايش كيفي يكي از موارد مهم در بهينه سازي مسائل مربوط به آب زيرزميني است. هدف از اين مطالعه، يافتن شبكه پايش بهينه با حداقل تعداد چاه ها در آبخوان دشت گيلان است، به طوري كه، توزيع مكاني مناسبي از نظر پارامترهاي كيفيت آب زيرزميني داشته باشد. با توجه به اينكه يكي از مهمترين معيارهاي كيفيت آب زيرزميني شوري است كه با پارامترهايي مانند كل جامدات محلول (TDS)، يون كلر (Cl) و هدايت الكتريكي (EC) اندازه گيري مي شود، در اين مطالعه پارامتر EC به عنوان پارامتر كيفي در طراحي شبكه پايش انتخاب گرديد. مواد و روش ها: براي جستجوي بهينه شبكه پايش كيفي از الگوريتم بهينه سازي ژنتيك (GA) استفاده شد. در اين روش، يك شبكه ممكن از چاه هاي پايشي كه در منطقه واقع شده است به عنوان يك كروموزوم در نظر گرفته مي شود و هر چاه پايش، ژن هاي كروموزوم هستند كه با ساختار دودويي (صفر و يك) كدگذاري مي شوند. در صورتي كه انتخاب شود يك و در غير اين صورت صفر خواهد بود. در اين مطالعه همزمان دو تابع هدف متضاد حل مي شود. هدف اول حداكثر كردن تطابق (برازش) بين توزيع هاي EC محاسبه شده در شبكه پايش موجود و شبكه جديد است. كه اين تطابق با استفاده از كارايي مدل نش ساتكليف ارزيابي مي شود. هدف دوم نيز با در نظر گرفتن محدوديت مربوط به هزينه، حداقل كردن تعداد چاه هاي پايش در شبكه جديد ايجاد شده مي باشد. اين دو هدف در يك تابع هدف تعريف مي شود كه در آن تركيب هاي مختلفي از دو هدف با اعمال ضريب وزني w مورد بررسي قرار مي گيرد. نتايج و بحث: نتايج ارزيابي ها نشان داد كه انتخاب جواب بهينه تا حد زيادي به تعيين ضريب وزني w بستگي دارد. بنابراين بايد مقدار w را با توجه به متعادل ترين جواب انتخاب شود. متعادل ترين جواب به اين معناست كه بين هزينه و پراكنش مكاني چاه ها در منطقه يك رابطه قابل قبولي برقرار باشد. در ادامه، براي انتخاب بهترين جواب بهتر است علاوه بر استفاده از ضريب كارايي نش ساتكليف از شاخص هاي عملكرد ديگري مانند PBIAS، RMSE، ضريب رگرسيون و انحراف معيار نيز استفاده شود. به طور كلي، نتايج بدست آمده در اين مطالعه با توجه به اين شاخص ها قابل قبول بوده است. همچنين، بررسي توزيع مكاني و مقايسه ميانگين مقادير EC مشاهده شده در منطقه و EC محاسبه شده در شبكه بهينه با توجه به همه چاه هاي پايش انتخاب شده نشان مي دهد كه مقادير بهينه شده بزرگتر از ميانگين مقادير مشاهده شده در منطقه است. بنابراين به وضوح نتيجه گيري مي شود كه شبكه بهينه شده داده هاي كيفي آب زيرزميني مناطق آلوده تر را فراهم مي كند. نتيجه گيري: نتايج نشان داد كه كاربرد روش بهينه سازي به طور قابل ملاحظه اي تعداد چاه هاي پايش را با توجه به توزيع مكاني مقادير EC كاهش مي دهد. علاوه بر اين، شبكه پايش طوري طراحي شد كه تعداد نقاط نمونه برداري در مناطق با آلودگي كمتر، حذف شد و در مناطقي با آلودگي بيشتر، اضافه شد. در طراحي شبكه پايش كيفي آب زيرزميني بهتر است به صورت دوره اي بهينه سازي انجام شود، زيرا انتظار مي رود كارايي شبكه پايش با اضافه شدن چاه هاي جديد به شبكه تغيير كند. ارزيابي هاي پي در پي شبكه پايش به صورت هر چند سال يك بار، در تعيين ارزيابي درازمدت كيفيت آب زيرزميني و عوامل موثر در آن كمك مي كند كه مي تواند در برنامه ريزي و اعمال روش هايي براي بهبود كيفيت آب زيرزميني موثر باشد.