Αντιμετώπιση διαχειριστικών προβλημάτων υδροφορέων με συνοριακά στοιχεία και γενετικούς αλγορίθμους
Creators: name: Πήλιουρας, Μιχαήλ Γεωργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2017
Subjects: Υδροφορείς
Μέθοδος συνοριακών στοιχείων
Γενετικοί αλγόριθμοι
Aquifers
Boundary elements method
Genetic algorithms

description: Ο σκοπός της διατριβής είναι η ανάπτυξη αλγορίθμων για την επίλυση διαχειριστικών προβλημάτων υδροφορέων, όπως προβλήματα ελαχιστοποίησης κόστους εκμετάλλευσης των γεωτρήσεων ή προβλήματα αναζήτησης χαρακτηριστικών παραμέτρων του υδροφορέα. Τα δύο βασικά εργαλεία που χρησιμοποιούνται στους αλγόριθμους είναι η Μέθοδος Συνοριακών Στοιχείων και οι Γενετικοί Αλγόριθμοι. Η Μέθοδος Συνοριακών Στοιχείων χρησιμοποιείται για την επίλυση των διαφορικών εξισώσεων που διέπουν τη ροή νερού στο εσωτερικό του υδροφορέα σε συνδυασμό με τις συνθήκες ροής στα όριά του, ώστε να μπορεί να υπολογιστεί το υδραυλικό φορτίο στις θέσεις όπου μας ενδιαφέρει ανάλογα με τη φύση του προβλήματος. Οι Γενετικοί Αλγόριθμοι χρησιμοποιούνται για τη βελτιστοποίηση κατάλληλα σχηματισμένων συναρτήσεων, ώστε να ανταποκρίνονται στα ζητούμενα του κάθε προβλήματος. Ξεκινάμε εξετάζοντας τα βασικά χαρακτηριστικά των υδροφορέων και τα μαθηματικά μοντέλα που προσδιορίζουν τη ροή του νερού (κεφάλαιο 2). Συνεχίζουμε αναπτύσσοντας τη μέθοδο συνοριακών στοιχείων, με τις βασικές αρχές της και τον τρόπο που μπορεί να εφαρμοστεί σε προβλήματα υπογείων ροών (κεφάλαιο 3) και ακολούθως αναπτύσσουμε τις θεμελιώδης αρχές, τη δομή και τις εφαρμογές των γενετικών αλγορίθμων (κεφάλαιο 4). Εν τέλει, φτάνουμε στην τελική ανάπτυξη των αλγορίθμων, οι οποίοι παρουσιάζονται υπό τη μορφή διαγραμμάτων ροής και εφαρμόζονται με την κωδικοποίησή τους σε γλώσσα προγραμματισμού Java, για μία σειρά απλών και ενδεικτικών προβλημάτων (κεφάλαιο 5).
description: The primary goal of this thesis is the development of algorithms for the treatment of aquifer management problems, such as the minimization of pumping cost or calculation of unknown aquifer parameters. There are two basic tools which will be used in the algorithms: The Boundary Elements Method (BEM) and Genetic Algorithms (GA). The Boundary Elements Method is used in order to solve the partiallly differential equations which governs groundwater flow, combined with the boundary conditions on the boundary curve of the aquifer, thus resulting in the calculation of the hydraulic head at specified points. Genetic Algorithms are used for the optimization of appropriately formed (according to the specific requirements of each problem) functions. First of all, some basic concepts and principles regarding the aquifers must be analyzed, in the course of extracting the basic mathematical models, which govern groundwater flow in the interior of an aquifer (chapter 2). Next, we explicate the Boundary Elements Method, its basic principles and its application on groundwater flow problems (chapter 3). Subsequently, the fundamental principles and structure of Genetic Algorithms are developed (chapter 4). Finally, the aforementioned methods are combined into the development of the algorithms, which are presented in the form of flow charts and are applied via encoding in Java programming language, to a series of simple and indicative aquifer problems (chapter 5).