Διαχείριση υδατικών πόρων στη λεκάνη Κορώνειας: εφαρμογή της ασαφούς λογικής
Creators: name: Γκινίδη, Παναγιώτα Δ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2011
Subjects: Προσομοίωση
Γραμμικός Προγραμματισμός
Ασαφής Λογική
Λεκάνη
Simulation
Linear Programming
Fuzzy logic
Watershed

description: Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η συμπεριφορά και η διαχείριση του υδροφορέα της υπολεκάνης Κορώνειας που βρίσκεται κάτω από τη λίμνη Κορώνεια και καταλαμβάνει μια έκταση περίπου 232 km2. Η διαδικασία της προσομοίωσης του υδροφορέα και η εύρεση του υδατικού ισοζυγίου πραγματοποιήθηκαν με τη βοήθεια των ακόλουθων μεθόδων και μοντέλων: Αρχικά τα υδρολογικά και γεωμετρικά χαρακτηριστικά του υδροφορέα που αναλύθηκαν παραπάνω, εισάγονται στο μοντέλο Modflow της Γεωλογικής υπηρεσίας των Ηνωμένων Πολιτειών (United states Geological Survey), με τη βοήθεια του οποίου έγινε η προσομοίωση του υδροφορέα. Η έρευνα της βέλτιστης διαχείρισης του υδροφορέα επιτεύχθηκε με τη βοήθεια των ακόλουθων μεθόδων: 1. Με τη μέθοδο βελτιστοποίησης Simplex του γραμμικού προγραμματισμού. Ο σκοπός της διαχείρισης του υπόγειου ύδατος είναι ο καθορισμός της βέλτιστης παροχής σε ορισμένες από τις γεωτρήσεις που υφίστανται στην περιοχή, καθώς επίσης και η επίτευξη της κατάλληλης πιεζομετρίας σε αυτές, έτσι ώστε να μην εξαντλείται ο υδροφορέας, με το μικρότερο δυνατό κόστος. 2. Με τη χρήση της κλασσικής μεθόδου ασαφούς γραμμικού προγραμματισμού, όπου εξετάζεται η συμπεριφορά του υδροφορέα σε προβλήματα διαχείρισής του υπό καθεστώς αβεβαιότητας. Στο κλασικό μοντέλο του ασαφούς γραμμικού προγραμματισμού θα υποτεθεί ότι ο λήπτης της απόφασης θέτει ένα επίπεδο προσδοκίας «z», για την τιμή της αντικειμενικής συνάρτησης και ότι καθένας από τους περιορισμούς αποτελούν ασαφή σύνολα. Για την εύρεση της βέλτιστης λύσης γίνονται δεκτές ανεκτές παραβιάσεις pi των περιορισμών και της αντικειμενικής συνάρτησης. 3. Με τη χρήση μιας τροποποιημένης μεθόδου ασαφούς γραμμικού προγραμματισμού, η οποία ακολουθεί τους κανόνες που διέπουν την κλασσική μέθοδο με τη διαφορά ότι, στην περίπτωση αυτή, εισάγεται μια νέα παραβίαση ti, που ορίζει το μέτρο του βαθμού παραβίασης pi, του i περιορισμού. Από τη διατριβή προέκυψαν τα ακόλουθα συμπεράσματα: α. Από την προσομοίωση του υπόγειου υδροφορέα με το πρόγραμμα Modflow, διαπιστώθηκε ότι ο όγκος του νερού που εισέρχεται στον υδροφορέα με τη μορφή των χειμάρρων που βρίσκονται στην ευρύτερη περιοχή και ο οποίος προέρχεται από τις βροχοπτώσεις, ανέρχεται σε 41 000 000 m3 περίπου. Αντίστοιχα η κατανάλωση του υδάτινου δυναμικού, προέρχεται από τις αντλήσεις, για τις οποίες απαιτούνται 70 000 000 m3. Το γεγονός αυτό συνεπάγεται αυτόματα την δημιουργία ελλείμματος 29 000 000 m3. β. Μελετώντας τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την εφαρμογή των τριών μεθόδων βελτιστοποίησης, προέκυψαν τα παρακάτω συμπεράσματα: α. Από τα αποτελέσματα του κλασσικού γραμμικού προγραμματισμού προκύπτει ότι οι γεωτρήσεις των οποίων οι παροχές μεταβάλλονται βρίσκονται καλά κατανεμημένες σε όλη την έκταση του υδροφορέα. Το ίδιο συμβαίνει και με την τροποποιημένη μέθοδο του ασαφούς γραμμικού προγραμματισμού. Αντίθετα, μεγαλύτερες διακυμάνσεις στις παροχές των γεωτρήσεων παρατηρούνται κατά την εφαρμογή της κλασσικής μεθόδου της ασαφούς λογικής. β. Το άθροισμα των παροχών στον ασαφή γραμμικό προγραμματισμό παρουσιάζεται μειωμένο σε σχέση με τον κλασσικό γραμμικό προγραμματισμό. Η διαχείριση του υδροφορέα με την τροποποιημένη μέθοδο, δεν επιτρέπει μεγάλες μεταβολές στη συνολική παροχή των αντλήσεων, αλλά τη διατηρεί σε επίπεδα ίδια με αυτά που αρχικά θεωρήθηκαν ως τα ανώτερα επιτρεπόμενα. γ. H τιμή της αντικειμενικής συνάρτησης δεν παρουσιάζει ιδιαίτερες διαφορές μεταξύ της κλασσικής μεθόδου του ασαφούς γραμμικού προγραμματισμού και της αντίστοιχης τροποποιημένης. δ. Το μοντέλο της τροποποιημένης μεθόδου είναι ευρύτερο του μοντέλου του απλού ασαφούς γραμμικού προγραμματισμού, γιατί έχει το πλεονέκτημα ότι χρησιμοποιείται για περιπτώσεις ανάλυσης ευαισθησίας.
description: The present study deals with the behavior and management of Koronia aquifer - located beneath Lake Koronia - and occupies an area of approximately 232 km2. The process of simulation of the aquifer and the finding of water balance have been carried out with the help of the following methods and models:Firstly, the hydrology and geometric characteristics of the aquifer, as discussed above, have been introduced to the Modflow model of the Geological Service of the United States (United states Geological Survey), with the help of which, the simulation of the aquifer has been made possible. The investigation of optimal management of the aquifer has been carried out by use of the following methods: 1. The Simplex optimization method of linear programming. The aim of groundwater management is to determine the best supplying mode in some of the existing wells in the area, as well as getting the appropriate hydraulic heads in them, so that the aquifer is running at the lowest possible cost. 2. By use of the classical method of fuzzy linear programming, the behavior of the aquifer is examined in terms of management problems under uncertainty circumstances. In the classic model of the fuzzy linear programming it should be assumed that the decision maker sets a ‘z’ level of expectation as to the value of the objective function and it should also be assumed that each of the constraints constitutes fuzzy sets. To reach the optimal solution, pi violations of constraints and of objective function are acceptable. 3. By use of a modified method of fuzzy linear programming which follows the rules of the classical method. The difference in the case is that a new violation ‘ti’ is introduced, which defines the measure of pi violation degree for the i constraint. The following conclusions have come up from the above thesis: 1. From the simulation of groundwater, the Modflow program certified that the volume of water which enters the aquifer in the form of streams (located in the surrounding area) and which derives from rainfalls, amounts to 41 000 000 m3 approximately. Similarly, the consumption of water resources comes from pumping, for which 70 000 000 m3 are required. This automatically implies a deficit of 29 000 000 m3 which is large enough quantity, taking under consideration that the study of this phenomenon took place for just a twelve month period. α. The study of the results which have come up from the application of the three optimization methods, revealed the following conclusions: β. The results of the classical linear programming have shown that the wells, for which pumping rates are changed, are well distributed throughout the aquifer. The same goes for the modified method of the fuzzy linear programming. By contrast, larger fluctuations in the pumping rates are observed when it comes to the application of the classical fuzzy method. α. The total pumping rate in the fuzzy linear programming is much lower in comparison to the classical linear programming. The management of the aquifer through the modified method does not allow considerable changes in the total amount of pumping water, but keeps it at similar levels to those that have originally been considered as the highest prescribed. β. The value of the objective function shows no particular differences between the classical method of fuzzy linear programming and the corresponding modified. c. The model of the modified method is wider than the model of the classical fuzzy linear programming because it has the advantage of being used for cases of sensitivity analysis.