عنوان پایان‌نامه
بهینه سازی ایستگاه های پایش کیفیت آب مخازن سدها با استفاده از مفهوم ارزش اطلاعات
- رشته تحصیلی
- مهندس عمران- مهندسی محیط زیست
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 2283;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77399;کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 2283;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77399
- تاریخ دفاع
- ۰۷ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- نهال میمندی
- استاد راهنما
- رضا کراچیان
- چکیده
- در دهه اخیر با صرف منابع مالی و زمان زیاد، سد‌هایی با اهداف تأمین نیاز های آب شرب، آبیاری اراضی کشاورزی و غیره بر روی بسیاری از رودخانه‌های کشور احداث شده‌اند. برای تحقق مناسب این اهداف و تأمین آب با کیفیت مناسب، پایش مداوم و منظم کیفیت حجم عظیم آب مخازن سدها ضرورت دارد. یکی از مسائل اصلی در طراحی ایستگاه‌های پایش کیفیت آب مخازن سدها، هزینه نسبتاً زیاد نمونه‌برداری و آنالیز کیفیت آب به‌ویژه در شرایط افزایش تعداد محلهای نمونه‌برداری و تعداد متغیرهای کیفی مد نظر برای پایش می‌باشد. بنابراین، بهینه‌سازی موقعیت مکانی و تواتر نمونه‌برداری در تعیین نقاط مناسب پایش، با هدف کنترل و رصد هر چه بهتر کیفیت آب مخزن و در عین حال، کاهش هزینه‌ها از اهمیت بسزایی برخوردار است. بررسی وضعیت آب مخازن سدها با سایر منابع آبی متفاوت است زیرا کیفیت آب در مخازن سدها در جهت‌های مختلف تغییر می‌کند و دریاچه سدها معمولاً بزرگ و در خیلی از موارد بسیار عمیق‌اند. در این پایان‌نامه، سعی بر این است که یک روش شناسی (متدولوژی) جدید بر مبنای تئوری ارزش اطلاعات ، مدل شبیه‌سازی کیفیت آب و هیدرودینامیک CE-QUAL-W2 و مدل بهینه‌سازی برای تعیین محل بهینه ایستگاه‌های پایش در مخازن سدها ارائه گردد. طبق تئوری ارزش اطلاعات، هر نقطه پتانسیل پایش می‌تواند از نظر کیفیت آب دارای حالات‌های گوناگون با احتمال پیشین مشخص و پیام های مختلفی (از نظر وضعیت کیفیت آب مخزن در محل ها و زمان های دیگر) با احتمال های مشخصی باشد. هر پیام بر نظر تصمیم‌گیرنده در مورد حالت سیستم (کیفیت آب در محل های مختلف) تأثیر می‌گذارد و در صورت صحت یا اشتباه بودن نظر تصمیم گیرنده، پیام می‌تواند دارای ارزش یا خسارت باشد. با اندازه‌گیری در یک نقطه پایش پتانسیل، می‌توان احتمال های پیشین مربوط به وضعیت کیفیت آب را با قضیه بیز اصلاح کرد و ارزش خالص اطلاعات حاصل از آن ایستگاه را تخمین زد. سپس، نمودار ارزش خالص نقاط مختلف سیستم به‌عنوان نقاط پایش پتانسیل ترسیم شده و نقاط با مجموع بیشترین ارزش به عنوان نقاط پایش بهینه مخزن انتخاب می‌شوند. این فرآیند بهینه سازی مکانی ایستگاه های پایش برای هر تواتر زمانی تکرار می شود. فرآیند بهینه‌سازی زمانی-مکانی ایستگاه‌های پایش با روش آنتروپی نیز انجام شد و نتایج دو روش مقایسه شد. به دلیل تفاوت منطق این دو روش، جواب ها تا حدی متفاوت به دست آمد. بنابراین روش ارزش اطلاعات و آنتروپی، ترکیب و بهینه سازی زمانی-مکانی ایستگاه های پایش انجام شد. در گام آخر، با استفاده از روش استنتاج شهودی گزینه های مختلف بهینه تواتر مکانی-زمانی رتبه بندی می شوند و بهترین گزینه انتخاب می شود. در این پایان نامه از سد کرخه به عنوان مطالعه موردی استفاده شده است و موقعیت بهینه محل های نمونه‌برداری و فراوانی نمونه‌برداری بهینه محاسبه شده‌اند.
- Abstract
- Over the last decades, many dams have been constructed to address human needs such as supplying drinking and irrigation water demands. Fulfilling these goals and providing water with acceptable quality necessitate monitoring of reservoirs. The main issue in water quality monitoring in reservoirs is financial burden of sampling and analysis of water samples. To tackle this issue and provide comprehensive information about the spatial and temporal variations of water quality in these important water bodies, water quality monitoring networks for reservoir should be optimally designed. Because of three-dimensional variations of water quality in reservoirs, monitoring of water quality in systems is different from other water resources. In this regard, this thesis presents a new methodology for optimizing monitoring networks in reservoirs using the concept of value of information (VOI) and utilizing results of a calibrated numerical water quality simulation model. With reference to value of information theory, water quality of every checkpoint with a specific prior probability differs in time. After analyzing samples in potential monitoring points, the posterior probabilities are updated using Bayes theorem, and VOI is calculated. In other words, a new water quality data (message) changes decision maker's viewpoint of reservoir's water quality. If his or her decision is true or false, the message would have a value or damage. Then, the stations with maximum VOI is selected as optimal stations. This Process is repeated for each sampling frequency to obtain optimal monitoring network characteristics for each frequency. To compare the results of the proposed VOI-based methodology, a similar methodology is also developed using the Entropy theory. As the results of the two methodology were partially different, in the next step, the results are combined using a weighting method. At last, the optimal frequency and location of stations are chosen using the Evidential Reasoning method. The efficiency and applicability of the methodology is evaluated using available water quantity and quality data of Karkheh reservoir in Iran. Key words: Spatio-temporal Optimization, Water Quality Monitoring Network of Reservoirs, Value of Information Theory, Entropy Theory, Evidential Reasoning Method
