پيش‌بيني نرخ فرو نشست زمين با برآورد متغيرهاي هيدروليكي آبخوان، حاصل‌‌ شده از داده‌هاي آزمون پمپاژ و الگوريتم‌هاي بهينه‌‌سازي در منطقه 19 تهران

Predicting land subsidence rate by estimating aquifer hydraulic parameters, obtained from aquifer-test data and optimization algorithms in the district 19 of Tehran

مدلسازي آب زيرزميني، بررسي خطر فرونشست و مديريت صحيح منابع آب زيرزميني نيازمند برآورد دقيق متغيرهاي هيدروليكي آبخوان است. افزون بر اين، روش‌‌هاي پيشين و روش‌‌هاي گرافيكي معمول تقريبي، گران و زمان‌‌بر هستند. در اين پژوهش، ده سري از داده‌‌هاي آزمون پمپاژ، ثبت شده طي پنج سال (1387 تا 1391) در يك چاه در منطقه 19 در جنوب دشت تهران انتخاب شدند. همچنين، طي سال‌هاي ياد شده نرخ فرونشست براي هر سال توسط روش ژئودزي زميني ارزيابي شد. براي رفع مشكلات روش‌هاي پيشين، 3 كد كامپيوتري با به‌‌كارگيري الگوريتم‌هاي ژنتيك و الگوريتم چندنخبه‌گرايي بهينه‌سازي گروهي ذرات توسعه يافتند تا متغيرهاي هيدروليكي آبخوان را برآورد كنند. كفايت و كارايي كدهاي توسعه يافته، با به‌كارگيري 10 دسته داده مربوط به آبخوان محبوس آزموده شد‌ و سپس نتايج آنها با نتايج حاصل شده از روش گرافيكي حاصله از نرم افزار AquiferTest مقايسه شدند. بر‌‌ پايه نتايج تابع شايستگي، الگوريتم بهينه‌‌سازي چندنخبه‌‌گرايي گروهي ذرات و الگوريتم‌هاي ژنتيك‌‌ به‌‌ترتيب قابل اعتمادتر از روش گرافيكي براي برآورد متغيرهاي هيدروليكي آب زيرزميني بودند. افزون بر اين، تجزيه حساسيت متغيرهاي هيدروليكي در طول عملكرد روش‌هاي بهينه‌‌سازي ياد شده اثبات كرد كه نتايج بسيار دقيق و قابل اعتماد هستند. سپس با توجه به مقادير هدايت هيدروليكي حاصل طي سال‌‌هاي مختلف با استفاده از الگوريتم چندنخبه‌‌گرايي بهينه‌‌سازي گروهي ذرات رابطه‌اي ارايه شد تا بتواند تغييرات هدايت هيدروليكي را طي زمان پيش‌‌بيني كند و سپس رابطه ديگري به ‌‌دست آمد تا با توجه به مقادير هدايت هيدروليكي طي زمان مقدار نرخ فرونشست براي سال‌‌هاي آينده تعيين شود. همچنين در اين مقاله فرض شده‌‌ است با رسيدن هدايت هيدروليكي آبخوان مربوطه به مقدار آب زيرزميني برداشت نمي‌‌شود. در پايان با توجه به روابط به‌‌دست آمده و برداشت پيوسته آب زيرزميني در منطقه مربوط، 30 سال طول مي‌كشد تا هدايت هيدروليكي به برسد و در طول زمان 1387 تا 1417 در منطقه مربوط، 52/0متر فرونشست زمين حاصل مي‌‌شود. داده‌‌هاي نرخ فرونشست زمين حاصل از روش تداخلسنجي راداري ماهواره‌اي (InSAR) نيز درستي روابط حاصل را تأييد كردند.

Groundwater modeling, land subsidence hazards and proper management of groundwater resources of the alluvial aquifer in the district 19 of Tehran, south of Tehran Plain need precise estimation of aquifer hydraulic parameters. Besides, traditional techniques and usual graphical methods have been approximate, expensive and time-consuming. In this paper, ten sets of aquifer test data were selected; moreover, these data were recorded in a well located in district 19 of Tehran, southwest of Tehran Plain during five years (2008 to 2012). For solving the previous methods’ problems, three computer codes have been developed to optimize aquifer parameters using three optimization approaches on the other hand, two kinds of genetic algorithms and a multi-elitist particle swarm optimization (MEPSO) which avoid getting stuck in local optima and save time. The efficacy and efficiency of the developed codes have been examined using ten sets of aquifer test data of a confined aquifer, and then their results have been compared with the results obtained by the graphical approach using AquiferTest software. Based on the fitness function, i.e. sum of square errors, the MEPSO and the GAs in descending order are more reliable for estimating the parameters contrast with the graphical method. Furthermore, the sensitivity analysis of the parameters during the performance of the optimization approaches has authenticated that the results obtained are enough precise and reliable. Then an equation has been presented according to the amounts of hydraulic conductivity which have been obtained using MEPSO during the years and the amounts of land subsidence rates which have been obtained using geodetic measurement methods to predict the amounts of land subsidence rates through the time when the amount of hydraulic conductivity will reach to Ultimately, based on the equation, after 30 years the amount of hydraulic conductivity will reach to and the total amount of land subsidence will be 0.5213 m from 2008 to 2038 . Moreover, land subsidence rates’ data obtained from interferometry synthetic aperture radar (InSAR) have confirmed the accuracy of the equations.