عنوان پایان‌نامه
ساخت مدل ریاضی جهت شبیه سازی اکسیژن محلول درسیستمهای رودخانه ای وتخصیص بهینه تخلیه آلاینده ها
- رشته تحصیلی
- مهندسی محیط زیست -منابع آب
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه دانشکده محیط زیست شماره ثبت: ENV 982;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 58338
- تاریخ دفاع
- ۰۹ تیر ۱۳۹۲
- دانشجو
- امین کیاقادی
- استاد راهنما
- مجتبی اردستانی, بابک امیدوار
- چکیده
- امروزه آلودگی آب یک مشکل بزرگ جهانی است که به ارزیابی مداوم و تجدیدنظر در سیاست منابع آبی در همه سطوح احتیاج دارد. اکسیژن محلول به عنوان یکی از مهمترین شاخص های کیفیت آب دارای نقشی حیاتی در بقای جانداران آبزی بوده و به لحاظ جلوگیری از تولید محصولات نهایی واکنش های شیمیایی و بیوشیمیایی در سیستم های بی-هوازی در داخل آب، دارای اهمیت است. در این پایان نامه تلاش شده است تا مدلی ساده در عین حال دقیق جهت شبیه-سازی غلظت اکسیژن محلول در سیستم های رودخانه ای طراحی شود، به گونه¬ای که این مدل در عین سادگی و تعداد محدود پارامترهای هیدرولیکی و غیرهیدرولیکی ورودی به آن، از لحاظ دقت در تعیین غلظت اکسیژن محلول در وضعیت مطلوبی قرار گیرد. در راستای نیل به این اهداف مدل ریاضی یک بعدی که دارای قابلیت واسنجی با استفاده از الگوریتم-های هوشمند بهینه¬سازی نیز بوده طراحی شد. مدل ارائه شده دارای 3 زیر مدل: هیدرولیکی، بازه¬بندی و محاسبه پارامترها و کیفی می¬باشد. ابتدا زیرمدل هیدرولیکی با استفاده از اطلاعات هیدرولیکی 5 ساله رودخانه هراز توسط 3 الگوریتم هوشمند بهینه سازی؛ ژنتیک، پخش ذرات و جستجوی گرانشی اجرا شد و ضرایب هیدرولیکی مورد نیاز جهت محاسبه سرعت، عمق و عرض رودخانه بر حسب دبی به دست آمدند. نتایج بیانگر عملکرد بهتر الگوریتم پخش ذرات در قیاس با سایر الگوریتم¬ها بودند. پس از این مرحله با استفاده از ضرایب هیدرولیکی به دست آمده و وارد کردن اطلاعات مربوط به آلاینده¬ها و شرایط مرزی، در زیر مدل بازه¬بندی و محاسبه پارامترها به طور هوشمند اقدام به بازه¬بندی طول رودخانه و محاسبه پارامترهای مورد نیاز جهت محاسبه غلظت BOD5 و اکسیژن محلول در زیر مدل کیفی شد. معادله استفاده شده در زیرمدل کیفی از نوع معادله دیفرانسیل ناهمگن مرتبه دوم بوده که به روش تحلیلی-سیستماتیک در مدل حل شده است. در نهایت مدل با استفاده از همان الگوریتم¬های هوشمند مورد استفاده در زیرمدل هیدورلیکی واسنجی شد و با استفاده از داده¬های جدید مورد صحت سنجی قرار گرفت. نتایج، بیانگر دقت بالای مدل در شبیه¬سازی غلظت اکسیژن محلول می¬باشد به گونه¬ای که خطای مدل پیش از واسنجی، پس از واسنجی و در مرحله صحت سنجی به ترتیب کمتر از 7، کمتر از 5 و کمتر از 3 درصد بوده است. در ادامه زیر مدل جانمایی جهت حل یک مساله مدیریت کیفی منابع آب طراحی گردید. کاربرد این زیر مدل در تعیین محل دقیق احداث و نیز تخمین میزان غلظت یک آلاینده خاص در فاضلاب خروجی یک کارخانه جدید در مجاورت رودخانه پیش از احداث آن می باشد. واژگان کلیدی: مدل سازی اکسیژن محلول، سیستم های رودخانه ای، الگوریتم های هوشمند بهینه سازی، جانمایی
- Abstract
- Nowadays, water pollution is a major worldwide problem which is required constant assessment and revision of water resource policy at all levels. Dissolved Oxygen (DO) as one of the most important indicators of water quality is vital to the survival of aquatic organisms, and it is also important to prevent he production of the final products of chemical and biochemical reactions in water’s anaerobic systems. This study has attempted to design a simple yet accurate model to simulate the concentration of dissolved oxygen in river systems, such a way that; this simple model can be run by limited number of hydraulic and nonhydrulic parameters, but has desirabke accuracy to simulate the concentration of dissolved oxygen. To reach this goal, an one dimentional mathematical model has been designed which has the abitlity of calibration by intelligent optimization algorithms. The proposed model has the three following sub-models: hydraulic coefficient calculator, estimator of intervals and parameters and finally the water quality sub-model. First, hydraulic coefficient calculator sub-model with three different intelligent optimization algorithms; Gentic, Particle Swarm Optimizatiom, and Gravitatinal Search Algorithm has been implemented by using the 5-year hydrolic data of Haraz river, so the hydraulic coefficients required for the calculating velocity, depth and width of the river in terms of discharge were obtained. The results showed the better performance of Particle Swarm Optimizatiom algorithm in comparission with other algorithms. After this step, the estimator of intervals and parameters sub-model has inteligentaly proceed to calculate the river’s intervals and parameters which are requiered for simulation of concentration of BOD5 and dissolved oxygen in water quality sub-model by using obtained hydrolic coefficients, pullutant’s data and boundry conditions. The equation used in water quality sub-model is a second order inhomogeneous differential equation which is solved with a systematic-analytical method. Finally, the water quality sub-model has calibrated by the same inteligent algorithms used in previous sub-model, then a validation test performed by new series of data. The results indicates the high accuracy of the presented model for concentration of dissolved oxygen’s simulation. The model’s error before calibration, after calibration and after validation were less than 7, 5 and 3 percent respectively. After these steps, the allocation sub-model has designed to solve a water quality management problem. This sub-model is used to determine the the exact location and concentration of a specific pollutants in wastewater of a factory, prior to the construction of a new factory in the vicinity of river. KeyWords: Dissolved Oxygen Modeling, River’s systems, Intelligent Optimization Algorithms,Allocation
