عنوان پایان‌نامه
تدوین مدل غیر قطعی تخصیص آب وبار آلودگی در رودخانه ها کاربرد تحلیل فاکتوریل
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران -مهندسی آب - منابع آب
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1891;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 62459
- تاریخ دفاع
- ۲۶ دی ۱۳۹۲
- دانشجو
- علی توکلی
- استاد راهنما
- رضا کراچیان
- چکیده
- در سامانه‌های رودخانه‌ای معمولاً بارهای آلودگی هر آب‌بر به میزان آب تخصیص داده شده به آن بستگی دارد. هدف کلی از تخصیص همزمان آب و بار آلودگی ، تدوین و اجرای مجموعه‌ای هماهنگ از راهکارهای مدیریت کمیت و کیفیت آب است به طوری که ضمن تخصیص بهینه آب بین آب‌بران و در نتیجه حداکثر نمودن سود، بار آلودگی وارد شده توسط آن‌ها در سامانه رودخانه‌ای به نحوی تخصیص داده شود که استانداردهای زیست محیطی نیز ارضا شوند. تخصیص آب و بار آلودگی، با عدم قطعیت‌های زیادی در تخمین بارهای آلودگی، ظرفیت پذیرش آلودگی سامانه رودخانه‌ای و ارزیابی اثربخشی راهکارهای در دسترس روبرو است. لذا، در این پایان‌نامه سعی شده است عدم قطعیت‌های مهم با استفاده از روش‌هایی مانند تحلیل فاکتوریل و برنامه‌ریزی تعاملی دومرحله‌ای فازی-استوکستیک (ITSFP) ، در نظر گرفته شوند. مزیت اصلی روش تحلیل فاکتوریل فراهم کردن امکان بررسی جزئیات اثرات اصلی و متقابل پارامترهای غیرقطعی روی عملکرد سامانه (تابع هدف) می‌باشد. روش برنامه‌ریزی تعاملی دومرحله‌ای فازی-استوکستیک نه‌تنها می‌تواند عدم قطعیت‌های موجود در تابع هدف و محدودیت‌ها را به صورت توابع عضویت فازی بازه‌ای لحاظ کند بلکه به تصمیم‌گیرندگان این اجازه را می‌دهد که بین دو معیار: قابلیت امکان محدودیت‌ها و درجه رضایت‌مندی تابع هدف تعادل برقرار کنند. در این، پایان نامه، تلاش گردید با استفاده از مدل‌های شبیه‌سازی کمیت و کیفیت بار آلودگی تولید شده در مزرعه و کیفیت آب در رودخانه، سیاست‌های بهینه مسأله تخصیص همزمان آب و بار آلودگی در شرایط عدم قطعیت به گونه‌ای ارائه شوند که مطلوبیت‌ها و محدودیت‌های موجود تا حد امکان رعایت شوند. دو مدل بهینه‌سازی-شبیه‌سازی پیشنهاد شده در این پایان‌نامه غیرخطی هستند و با استفاده از روش برنامه‌ریزی خطی تکرارشونده (ILP) به صورت خطی حل می‌شوند. همچنین در این پایان‌نامه، به منظور تخمین کمیت و کیفیت زهاب‌های برگشتی کشاورزی و کیفیت آب در رودخانه از مفهوم فرامدل‌سازی استفاده شده است. این رویکرد، زمان اجرای مدل‌های بهینه‌سازی را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد و از دقت مناسبی برخوردار است. از جمله نوآوریهای پایان‌نامه می‌توان به لحاظ عدم قطعیت‌های اصلی موجود و اثرات متقابل آن‌ها، در نظر گرفتن کمیت و کیفیت زهاب‌های برگشتی کشاورزی و در نظر گرفتن چندین آلاینده شاخص کیفیت آب رودخانه به طور توأمان اشاره کرد. کارایی مدل پیشنهادی با استفاده از اطلاعات کمی و کیفی رودخانه دز واقع در استان خوزستان، ارزیابی شده است. در سال‌های اخیر به دلیل افزایش فعالیت‌های کشاورزی، اصلی‌ترین مشکل آلودگی در رودخانه دز، آلودگی ناشی از جامدات محلول کل (TDS) و پاتوژن‌ها می‌باشد. نتایج این تحقیق، نشاندهنده کارایی مناسب مدل‌های پیشنهادی در تخصیص همزمان آب و بار آلودگی است، در حفظ معیارهای کیفیت آب (به طور مثال، حداکثر مقدار TDS کوچک‌تر یا مساوی 1000 mg/L) در طول دوره بحرانی رودخانه است. همچنین، مقایسه نتایج دو مدل پیشنهادی نشان می‌دهد که در سامانه‌های رودخانه‌ای، مدل تخصیص همزمان آب و بار آلودگی با لحاظ چندین متغیر کیفی آب از مدل تخصیص همزمان آب و بار آلودگی که فقط یک شاخص کیفی آب را لحاظ می‌کند، کارامدتر است. نتایج مدل‌ها همچنین نشان می‌دهد که در شرایط بحرانی و کم آبی، اولویت تخصیص آب با سومین و چهارمین آب‌بر می‌باشد. دلیل این امر، تأثیر قابل توجه این دو آب‌بر روی سود سامانه می‌باشد. همچنین، در این شرایط، کیفیت آب در بالادست رودخانه تأثیر بسزایی روی سود کل سامانه دارد. بر اساس نتایج مدل پیشنهادی دوم، راهکار استفاده از برکه‌های گندزدایی به‌خوبی می‌تواند در بهبود کیفیت آب رودخانه دز مفید باشد.
- Abstract
- In this thesis, a new methodology is developed to handle parameter uncertainties in water and waste load allocation (WWLA) in rivers by using factorial interval optimization and an interactive two-stage stochastic fuzzy programming (ITSFP) method. Factorial analysis is utilized to provide detailed effects of uncertain parameters and their interaction on the optimization model outputs. The ITSFP method is utilized to handle dual uncertainties that are expressed as fuzzy boundary intervals and exist in the objective function and the left and right hand side of constraints. An iterative linear programming (ILP) is also used for solving the non-linear optimization model. To accurately consider the impacts of the water and waste load allocation strategies on the river water quality, a calibrated QUAL2Kw model is linked with the WWLA optimization model. The Soil Water Atmosphere Plant (SWAP) simulation model is also utilized to determine the quantity and quality of each agricultural return flow. To control pollution loads of agricultural networks, it is assumed that a part of each agricultural return flow can be diverted to an evaporation pond and also another part of it can be stored in a detention pond. In detention ponds, contaminated water is exposed to solar radiation for disinfecting pathogens. Results of applying the methodology to the Dez River system in the southwestern part of Iran show its effectiveness and applicability for simultaneous water and waste load allocation in rivers.
