مقایسه دو رویکرد معکوس شبیه‌سازی-بهینه‌سازی و مدل جایگزین انتقال در شناسایی مشخصات منبع آلاینده سیستم‌های یکپارچه آبخوان-رودخانه

Abstract

یکی از مهم‌ترین اقدامات در مدیریت کیفی منابع آب زیرزمینی و سطحی، شناسایی منابع آلوده‌کننده احتمالی و پایش مستمر آن-هاست. ازآنجایی‌که نحوه ارتباط کمی و کیفی یک سیستم یکپارچه آبخوان-رودخانه و الگوی زمانی آلودگی رهاشده در منشأ به‌سادگی قابل تشخیص نیست، نیاز به استفاده از روش‌های مؤثر شناسایی به صورت معکوس وجود دارد. در پژوهش حاضر، از رویکرد شبیه‌سازی-بهینه‌سازی برای حل معکوس معادله انتقال آلودگی در یک سیستم یکپارچه به‌منظور شناسایی مشخصات منبع آلاینده رهاشده در آبخوان تا رسیدن به رودخانه مجاور و حرکت در طول مسیر جریان، تنها از روی اطلاعات غلظت-زمان اندازه-گیری شده در ایستگاه کنترل رودخانه برای اولین بار استفاده شده است. به دلیل تکرارهای زیاد الگوریتم بهینه‌سازی در این رویکرد که منجر به هزینه محاسباتی بسیار بالایی خواهد شد، یک مدل جایگزین شبیه‌سازی بر اساس تئوری تابع انتقال بکار برده شد. مقایسه مدل‌ها و ارزیابی مزایا و معایب هرکدام برای دو مثال صورت پذیرفت. در مثال اول یک سیستم آبخوان-رودخانه فرضی و در مثال دوم به‌منظور لحاظ پیچیدگی بیشتر از ابعاد هندسی رودخانه کارون استفاده شد. نتایج حاکی از سرعت بیشتر مدل جایگزین پیشنهادی در بازیابی مشخصات منبع آلاینده حتی با استفاده از داده‌های مشاهداتی دارای خطا بوده است. یک‌بار اجرای مدل‌های شبیه‌سازی آلودگی در شرایط استفاده از مدل جایگزین انتقال تنها به 0/56 درصد زمان اجرای حاصل از یکپارچه‌سازی این مدل‌ها نیاز داشت که با توجه به تأثیر مستقیم آن در افزایش قابل‌توجه سرعت حل معکوس، استفاده از آن در سناریوهای واقعی مدیریتی و محیط زیستی که عموماً با محدودیت زمان مواجه است پیشنهاد می‌شود.

Keywords

• بازیابی تابع شدت منبع آلاینده
• مدیریت کیفی منابع آب
• مسأله معکوس
• معادله جابه جایی- پراکندگی