طراحی جانمایی و ظرفیت بهینه چاه‌های برداشت از آبخوان با استفاده از رویکرد شبیه‌سازی- بهینه‌سازی

جانمایی نامناسب چاه‌های بهره‌برداری از منابع آب زیرزمینی و برداشت بی‌رویه از آن‌ها، همواره تبعات اقتصادی فراوانی به همراه داشته و همچنین موجب خسارت‌های شدید به آبخوان می‌گردد. هدف این تحقیق توسعه یک مدل شبیه‌سازی بهینه‌سازی، به منظور طراحی محل و ظرفیت بهینه چاه‌های بهره‌برداری با در نظر گرفتن ملاحظات کمی و کیفی آب می‌باشد. مدل مذکور با تلفیق مدل شبیه‌سازی آب زیرزمینی modflow و الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات توسعه ‌یافته و به منظور کمینه‌سازی مجموع هزینه‌های حفاری چاه، انتقال و تصفیه آب در محدوده دشت سرخس واقع در شمال شرق ایران مورد استفاده قرار گرفته است. متغیرهای تصمیم مسئله مکان و نرخ پمپاژ چاه‌ها بوده و محدودیت‌های حداکثر نرخ پمپاژ و افت مجاز آبخوان به صورت قید در مدل با هدف تامین نیاز آب شرب شهر سرخس لحاظ شده است. نتایج به دست آمده نشان می‌دهد که با بهره‌گیری از مدل psomodflow، علاوه بر ارضای قیود مسئله میزان هزینه استحصال آب نسبت به طرح موجود در حال بهره‌برداری کاهش می‌یابد، به گونه‌ای که هزینه کل در شبکه بهینه طراحی‌شده 572 میلیون تومان و در طرح موجود با تعداد چاه یکسان برابر با 598 میلیون تومان به دست آمده که بیانگر کاهش 5 درصدی هزینه می‌باشد. همچنین نتایج تحلیل حساسیت نشان می‌دهد که تغییرات پارامتر هدایت هیدرولیکی آبخوان تاثیر زیادی بر نتایج به دست آمده ندارد. در حالیکه تغییرات نرخ پمپاژ بیشینه با تاثیر مستقیم در تعداد چاه‌های مورد نیاز باعث تغییرات قابل ملاحظه‌ای در هزینه نهایی می‌‌شود.

Optimal Design of Groundwater Wells' Placement and Pumping Rates by Use of a SimulationOptimization Approach

Improper wells location and excessive groundwater extraction can cause severe damage to aquifers and lead to numerous economic consequences. The purpose of this study is to develop a simulationoptimization model for determination of optimal wells' placement and pumping rates, while satisfying the requirement of quantitative and qualitative considerations. The proposed model integrates the groundwater flow simulation model MODFLOW and the Particle Swarm Optimization algorithm. The coupled PSOMODFLOW model has been applied to the Sarakhs aquifer in the northeast of Iran to minimize the total cost of drilling, transfering and water treatment for supplying the drinking demand of the Sarakhs city. Discharges as well as locations of the pumping wells were taken as the decision variables. Also, the maximum pumping rate and maximum watertable drawdown were incorporated as the problem's constraints. The results show that the proposed approach not only satisfies the constraints but also reduces the total cost of water withdrawal by 5% from 598 million Tomans in the present plan to 572 million Tomans in the optimum plan. Sensitivity analyses indicates that results are not significantly sensitive to changes in aquifer’s hydraulic conductivity, while the maximum pumping rate directly affects the number of required wells and can therefore make a considerable change in the final cost.