Βελτιστοποίηση διαχείρισης ρηγματωμένων παράκτιων υδροφορέων με προβλήματα ρύπανσης
Authors: Κοντός Γιάννης 
Published: August 2021

Σκοπός της διδακτορικής διατριβής είναι η βέλτιστη διαχείριση ρηγματωμένων υδροφορέων με προβλήματα ρύπανσης ή υφαλμύρισης, με χρήση της μεθόδου των γενετικών αλγόριθμων. Η διατριβή χωρίζεται σε δύο μέρη. Στο πρώτο μέρος μελετάται η περίπτωση υδροφορέα με κηλίδες ρύπανσης και μονοδιάστατα ρήγματα. Οι κηλίδες απειλούν υπάρχον σύστημα γεωτρήσεων πόσιμου νερού, οπότε χρησιμοποιούνται πρόσθετα πηγάδια (ΠΠ) για την εξασφάλιση παροχής πόσιμου νερού, όσο ο ρύπος παραμένει δραστικός. Στόχος είναι η ελαχιστοποίηση του συνολικού κόστους του συστήματος πηγαδιών, με εύρεση κατάλληλων συντεταγμένων και παροχών των ΠΠ, αλλά και κατάλληλη κατανομή της απαιτούμενης παροχής πόσιμου νερού στα υπάρχοντα πηγάδια. Αρχικά, τα ΠΠ είναι μόνο άντλησης, ενώ λαμβάνεται υπόψη μόνο το κόστος άντλησης, οπότε διαμορφώνεται πρόβλημα υδραυλικού ελέγχου ρύπανσης (ΥΕ). Στη συνέχεια, συμπεριλαμβάνεται και το κόστος δικτύου αγωγών για την απαγωγή του νερού που αντλείται από ΠΠ σε δεξαμενή, ενώ σε επόμενο στάδιο προστίθεται και το κόστος επεξεργασίας του ρυπασμένου αντλούμενου νερού από τα ΠΠ για ρύπο χαμηλού και υψηλού κόστους επεξεργασίας. Ο αλγόριθμος έχει τη δυνατότητα να επιλέξει λύση άντλησης και επεξεργασίας ή ΥΕ. Επίσης, εισάγεται η δυνατότητα προσθήκης πηγαδιών φόρτισης και μελετάται το εναλλακτικό σκεπτικό λύσης με συνεισφορά του αντλούμενου πόσιμου νερού από ΠΠ στη συνολική παροχή, με πρόβλεψη σύνδεσης των ΠΠ άντλησης στο υπάρχον δίκτυο. Η προσομοίωση του διδιάστατου απλοποιημένου πεδίου ροής και της κίνησης του ρύπου γίνεται με τη μέθοδο των κινούμενων σωματιδίων και η βελτιστοποίηση με τη μέθοδο των γενετικών αλγόριθμων, οπότε και διερευνάται η επιρροή των τιμών πιθανότητας μετάλλαξης και διασταύρωσης. Δίνεται βάση στην αναγνώριση και κατηγοριοποίηση των διαφορετικών σκεπτικών (προφίλ ροής) που παράγονται, στην ποιοτική δηλαδή βελτιστοποίηση εκτός της αλγεβρικής. Δημιουργούνται εφαρμογές λογισμικού, φιλικές προς τον χρήστη και που λύνουν το γενικό πρόβλημα. Στο δεύτερο μέρος της διατριβής μελετάται η περίπτωση παράκτιου ρηγματωμένου υδροφορέα με δύο ζώνες διαφορετικής μεταφορικότητας, με ρήγμα σε επαφή με τη θάλασσα. Στην απλή εκδοχή του προβλήματος, δύο πηγάδια άντλησης γνωστών θέσεων εντός του πεδίου παρέχουν πόσιμο νερό σε υποτιθέμενο παρακείμενο οικισμό. Σκοπός είναι η βελτιστοποίηση διαχείρισης του υδροφορέα αυτού με στόχο τη μεγιστοποίηση της συνολικής αντλούμενης παροχής πόσιμου νερού, χωρίς άντληση θαλασσινού νερού. Στην πιο σύνθετη εκδοχή του προβλήματος, άγνωστες μεταβλητές αποτελούν και οι συντεταγμένες των δύο πηγαδιών, οπότε πλέον στόχος είναι και η βέλτιστη χωροθέτηση εκτός της παροχής των δύο πηγαδιών. Η βελτιστοποίηση γίνεται με γενετικούς αλγόριθμους, ενώ η προσομοίωση του διδιάστατου απλοποιημένου πεδίου ροής γίνεται με τη μέθοδο των οριακών στοιχείων. Εξετάζονται δύο περιπτώσεις προσομοίωσης του ρήγματος σε επαφή με τη θάλασσα για διάφορα μήκη ρήγματος: α) Το ρήγμα προσομοιώνεται ως εσωτερικό όριο και θεωρείται γραμμικό στοιχείο με μονοδιάστατη ροή και αυξημένη μεταφορικότητα σε σχέση με τις ζώνες του πεδίου, που επιτρέπει όμως τη μεταφορά ρευστού εγκάρσια των οριακών στοιχείων του ρήγματος (παραδοχή συνέχειας του πιεζομετρικού φορτίου εκατέρωθεν του ρήγματος). β) Το ρήγμα προσομοιώνεται ως εξωτερικό όριο και θεωρείται συνέχεια της ακτογραμμής με μηδενικό δυναμικό. Η θεώρηση αυτή είναι συντηρητική και έχει σκοπό να λειτουργήσει συμπληρωματικά στην προηγούμενη. Λειτουργεί σαν όριο ασφαλείας και είναι δυνατόν να αποτελέσει μια πρώτη, αλλά σίγουρη και ασφαλή, πρόταση διαχείρισης ρηγματωμένου παράκτιου υδροφορέα.