Στρατηγικές εναλλασσόμενης άντλησης υπόγειων υδατικών πόρων
Authors: Ναγκούλης Νικόλαος 
Published: November 2022

Οι υπόγειοι υδατικοί πόροι, παρά τις δυνατότητες τους να αποτελέσουν πυλώνα σταθερότητας στην ικανοποίηση των υδατικών αναγκών, δεν έχουν αξιοποιηθεί αρκετά σε παγκόσμιο επίπεδο. Σε χώρες όπου γίνεται συστηματική εκμετάλλευση των υπόγειων υδατικών πόρων, η εκμετάλλευση αυτή συχνά γίνεται απερίσκεπτα, με αποτέλεσμα να παρατηρούνται φαινόμενα υπεράντλησης. Σε αυτή τη διατριβή προτείνονται συνεργατικά σχήματα εναλλασσόμενης άντλησης ως μια εναλλακτική για την εκμετάλλευση υπόγειων υδάτων αφού πρώτα εξεταστούν για την πιθανή αποτελεσματικότητά τους χρησιμοποιώντας μεθόδους στρατηγικής ανάλυσης. Αρχικά, εξετάζονται αναλυτικά οι πτώσεις στάθμης δυο γεωτρήσεων στην περίπτωση που αυτές αντλούν εναλλάξ και στην περίπτωση που αντλούν ταυτόχρονα από τον ίδιο υδροφορέα, θεωρώντας ίσες παροχές και γνωστά τα χαρακτηριστικά του υδροφορέα. Αποδεικνύεται ότι οι μέγιστες πτώσεις στάθμης που προκαλούνται από την εναλλασσόμενης άντληση είναι πάντα μικρότερες από αυτές της ταυτόχρονης άντλησης. Η διαφορά αυτή γενικά μεταφράζεται σε μείωση της κατανάλωσης ενέργειας, καθώς και του κόστους άντλησης. Επίσης προτείνονται δυο απλουστευμένες σχέσεις, μια για την μείωση των πτώσεων στάθμης και μια για τη μείωση του κόστους άντλησης, οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν εύκολα από μελετητές στην πράξη για την προώθηση των προγραμμάτων εναλλασσόμενης άντλησης. Αξιοποιώντας τα θεωρητικά αποτελέσματα της προαναφερθείσας ανάλυσης, στο επόμενο κεφάλαιο δημιουργείται ένα παίγνιο χρωματισμού γράφων, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί από μια διαχειριστική αρχή για να διευκολύνει τους χρήστες των γεωτρήσεων να καταλήξουν σε προγράμματα εναλλασσόμενης άντλησης, ώστε να μειώσουν το κόστος τους. Οι παίκτες διαλέγουν με τη σειρά το πρόγραμμα άντλησης της προτίμησής τους, ενώ μια διαχειριστική αρχή τους ενημερώνει για το κέρδος που θα αποκομίσουν από την κάθε κίνησή τους. Το σύστημα οδηγείται σε μια ισορροπία Nash, καθώς τελικά κανείς δεν μπορεί να αυξήσει επιπλέον τις αποδόσεις του αλλάζοντας τη συμπεριφορά του. Έπειτα αξιοποιούνται οι χρωματικοί γράφοι. Ειδικότερα, θεωρώντας 4 προγράμματα άντλησης και παίκτες αδιάφορους μεταξύ των προγραμμάτων αυτών, εξετάστηκαν 2-χρωματικοί και 4-χρωματικοί γράφοι πλησιέστερου γείτονα (1-NNG, 3-NNG αντίστοιχα), ως προς το πόσο εύστοχοι είναι στην εύρεση της βέλτιστης λύσης για την κατανομή των παικτών σε προγράμματα άντλησης. Οι Γενετικοί αλγόριθμοι χρησιμοποιήθηκαν για την εύρεση της βέλτιστης κατανομής, και τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με αυτά των χρωματικών γράφων. Η μέθοδος των χρωματικών γράφων, όχι μόνο μειώνει σημαντικά το υπολογιστικό κόστος της εύρεσης της βέλτιστης κατανομής των προγραμμάτων άντλησης, μα μπορεί και να χρησιμοποιηθεί με τη μορφή απλών συμβουλών προς τους χρήστες, προτρέποντας τους να αντλούν διαφορετική ώρα από τον κοντινότερο γείτονά τους. Στη συνέχεια εξετάζεται το όφελος της εναλλασσόμενης άντλησης ως προς την αντιμετώπιση της υφαλμύρισης σε έναν υποθετικό παράκτιο υδροφορέα που έχει προσομοιωθεί με τη χρήση του SEAWAT. Στη συγκεκριμένη περίπτωση αξιοποιείται η συνεργατική θεωρία παιγνίων για την επίλυση δυο προβλημάτων βελτιστοποίησης, χρησιμοποιώντας προγράμματα εναλλασσόμενης άντλησης. Το ζητούμενο είναι πως θα κατανεμηθεί μια επιδότηση. Για την επίλυση του προβλήματος αυτού χρησιμοποιείται η αξία κατά Shapley. Τέλος καθώς για την εφαρμογή του κυρίως μέρους της διατριβής είναι απαραίτητη η γνώση των χαρακτηριστικών του υδροφορέα (μεταφορικότητα, αποθηκευτικότητα), δημιουργήθηκε ένας αλγόριθμος, ο οποίος συνδυάζει την εξίσωση Theis με γενετικούς αλγορίθμους για την επίλυση του «αντίστροφου προβλήματος της υπόγειας υδραυλικής», δηλαδή την εύρεση των τιμών Τ, S από καμπύλες πτώσης στάθμης ενός πιεζομέτρου.