Βέλτιστη συνδυασμένη διαχείριση δύο υδροφορέων διαφορετικού βάθους με προβλήματα ρύπανσης
Creators: name: Πίτσικα, Χαρίκλεια Γεωργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2017
Subjects: Ρύπανση υδάτων
Διαχείριση υπόγειων υδάτων
Γενετικοί αλγόριθμοι
Water pollution
Groundwater resources management
Genetic Algorithms

description: Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η βέλτιστη διαχείριση ρηγματωμένων υδροφορέων με προβλήματα ρύπανσης με χρήση της μεθόδου των γενετικών αλγόριθμων. Συγκεκριμένα, μελετάται η περίπτωση δύο επάλληλων άπειρων υδροφορέων εκ των οποίων ο ανώτερος διαθέτει δύο ζώνες διαφορετικής μεταφορικότητας και παρουσιάζει πρόβλημα ρύπανσης. Η ρύπανση εμφανίζεται με μορφή κηλίδων και απειλεί υπάρχον σύστημα γεωτρήσεων, το οποίο τροφοδοτεί παρακείμενο οικισμό με μια απαιτούμενη παροχή πόσιμου νερού. Διερευνάται, λοιπόν, η βέλτιστη χωροθέτηση τεσσάρων πρόσθετων πηγαδιών άντλησης με σκοπό την εξασφάλιση της απαιτούμενης παροχής πόσιμου νερού στον οικισμό για καθορισμένο χρονικό διάστημα. Πρακτικό στόχο αποτελεί η ελαχιστοποίηση του συνολικού κόστους του τελικού συστήματος υπαρχόντων και πρόσθετων πηγαδιών. Τα ζητούμενα για την επίτευξη του στόχου αυτού είναι η εύρεση των συντεταγμένων των πρόσθετων πηγαδιών, η κατανομή της απαιτούμενης παροχής πόσιμου νερού σε υπάρχοντα και νέα πηγάδια και ο υδροφορέας από τον οποίο πρέπει να αντλεί κάθε νέο πηγάδι. Δεδομένα του προβλήματος αποτελούν οι θέσεις των δύο υπαρχόντων πηγαδιών, των κηλίδων ρύπανσης και των ρηγμάτων, οι διαστάσεις του υδροφορέα (1600x1600 m) και η ζητούμενη παροχή καθαρού νερού. Η διερεύνηση ξεκινά από απλές εκδοχές του προβλήματος και σταδιακά, με εισαγωγή νέων συνθηκών και κριτηρίων, αυξάνεται η πολυπλοκότητα. Έτσι, αρχικά μελετάται η περίπτωση παρουσίας μόνο του ρυπασμένου υδροφορέα και το προς ελαχιστοποίηση κόστος αφορά μόνο στο κόστος άντλησης όλων των πηγαδιών. Στη συνέχεια, λαμβάνεται υπόψη και το κόστος δικτύου αγωγών για την απαγωγή του νερού που αντλείται και τέλος, εξετάζεται η περίπτωση ύπαρξης και δεύτερου υδροφορέα σε μεγαλύτερο βάθος. Τέλος, παρουσιάζονται και αξιολογούνται τα αποτελέσματα του κώδικα και για τα τρία εξεταζόμενα σενάρια από όπου προκύπτει ότι οι γενετικοί αλγόριθμοι μπορούν να χρησιμοποηθούν με επιτυχία σε τέτοιου τύπου προβλήματα διαχείρισης υδατικών πόρων όπου μπορεί να αξιοποιηθεί το πλεονέκτημά τους να προτείνουν λύσεις διάφορων στρατηγικών
description: The subject of this diploma thesis is the optimal management of fractured aquifers with pollution problems using the method of genetic algorithms. In particular, the case of two infinite aquifers is studied, from which the upper one has two zones of different transmissivity and presents a pollution problem. Pollution occurs in the form of plumes and threatens an existing drilling system, which provides an adjacent settlement with the required clean water supply. The optimal placement of four additional production wells is therefore sought in order to ensure the required supply of clean water to the settlement for a specific period of time. The goal is to minimize the total cost of the final system of existing and additional wells. What is required in order to achieve this goal is to find the coordinates of the additional wells, the allocation of the required drinking water supply in existing and new wells and the aquifer from which each new well has to be pumped. The problem’s initial data consisted of the coordinates of the two existing wells, the pollution plumes and the fractures, the dimensions of the aquifer (1600x1600 m) and the required supply of clean water. Research starts with simpler versions of the problem and gradually, with the introduction of new conditions and criteria, the complexity increases. Thus, the case of the presence of only the polluted aquifer is initially studied, and the minimization cost only concerns the pumping cost. Then the cost of the pipeline network for the abstraction of the water being pumped is taken into account and finally the case of the existence of a second aquifer at a different depth. Finally, the results of the code are presented and evaluated for all three scenarios, which show that genetic algorithms can be successfully used in such water resource management problems and their advantage can be utilized in proposing several management strategies.