حداقل‌سازی تعداد چاه‌های شبکه اندازه‌گیری سطح آب زیرزمینی در منطقه با استفاده از روش‌های زمین‌آمار و بهینه‌سازی (مطالعه موردی : دشت دزفول-اندیمشک)

Abstract

سابقه و هدف: آب‌های زیرزمینی هم به دلیل کمیت و هم به دلیل کیفیت جزء با ارزش‌ترین منابع آب به‌شمار می‌روند. اندازه‌گیری تراز سطح آب زیرزمینی یکی از گام‌های اساسی و ضروری مطالعات آب زیرزمینی محسوب می‌شود. از آنجا که اندازه‌گیری داده‌ها در نقاط محدودی انجام می‌شود، و از طرفی این اندازه‌گیری‌ها بایستی به سطح تعمیم داده شود، تعیین محل‌های بهینه اندازه‌گیری شبکه امری مهم به‌شمار می‌رود. بر همین اساس در مطالعه حاضر با هدف کاهش تعداد چاه‌‌های اندازه‌گیری (چاه‌های مشاهده‌ای)، تعدادی از چاه‌ها به‌گونه‌ای حذف گردید که چاه‌‌های باقیمانده یک ترکیب بهینه داشته باشند.<br /> مواد و روش‌ها: در این پژوهش دشت دزفول- اندیمشک واقع در شمال استان خوزستان به عنوان مطالعه موردی مبنای کار قرار گرفت. روش کریجینگ که بهترین تخمین‌گر خطی نااریب به‌شمار می‌رود برای میان‌یابی مورد استفاده قرار گرفت. براساس داده‌های اندازه‌گیری شده 76 چاه مشاهده‌ای مورد مطالعه در این دشت، یک واریوگرام تئوری بر داده‌های واریوگرام تجربی برازش داده شد. سپس به‌منظور یافتن ترکیب بهینه چاه‌ها از یک روش بهینه‌سازی تحت عنوان الگوریتم تابو (که یک الگوریتم فراکاوشی محسوب می‌شود) بهره گرفته شد. بدین منظور دو برنامه کامپیوتری شامل GSLIB برای مدل کردن روش کریجینگ و MATLAB برای انجام محاسبات الگوریتم جستجوی تابو مورد استفاده قرار گرفتند. با اتصال دادن این دو برنامه و فراهم آوردن شرایطی برای تبادل اطلاعات میان آن‌ها، یک مدل تحت عنوان مدل بهینه‌ساز به‌گونه‌ای حاصل شد تا قابلیت بهینه‌سازی شبکه اندازه‌‌گیری سطح آب زیرزمینی فراهم گردد. توزیع چاه‌ها به‌گونه‌ای صورت می‌گیرد که واریانس خطای تخمین کریجینک در محدوده مورد مطالعه حداقل گردد.<br /> یافته‌ها: مدل بهینه‌ساز حاصل برای پنج حالت کاملاً متفاوت اجرا گردید. در حالت‌های اول تا سوم که هدف آن صرفاً صحت‌سنجی مدل بوده، بترتیب انتخاب بهینه یک، دو و سه چاه مشاهده‌ای ارائه شد که با مقایسه با روش جستجوی کامل، صحت کارکرد مدل مورد تأیید قرار گرفت. در حالت‌های چهارم و پنجم، انتخاب بهینه 50 و 60 چاه مشاهده‌ای از میان 76 چاه موجود ارائه گردید که تراز سطح آب زیرزمینی برای این حالت‌ها مورد مقایسه قرار گرفت و حاکی از تطابق خوب نتایج در مقایسه با تراز سطح آب زیرزمینی ناشی از کل چاه‌ها (76 چاه) می‌باشد.<br /> نتیجه‌گیری: با توجه به اینکه واریوگرام منطقه یک واریوگرام همسان‌گرد بوده، توزیع چاه‌ها نیز در امتدادهای مختلف بطور یکنواخت بوده، این نتیجه براساس نتایج حالت‌های اول تا سوم که تعداد چاه‌ها کم می‌باشد بخوبی ملموس می‌باشد. نتایج حاصل از بهینه‌سازی 50 و 60 چاه مشاهده‌ای بدون هیچ‌گونه دخالتی در طی فرایند بهینه‌سازی توسط مدل حاضر و بطور خودکار ارائه شده که مقایسات تراز سطح آب زیرزمینی دقت نتایج مدل را تایید می‌کند. همچنین نتایج حاکی از صرفه جویی بسیار زیاد زمان بواسطه استفاده از مدل حاضر می‌باشد.