پیش‌بینی نرخ فرونشست زمین با برآورد متغیرهای هیدرولیکی آبخوان، حاصل‌‌ شده از داده‌های آزمون پمپاژ و الگوریتم‌های بهینه‌‌سازی در منطقه 19 تهران

Abstract

مدل‏سازی آب زیرزمینی، بررسی خطر فرونشست و مدیریت صحیح منابع آب زیرزمینی نیازمند برآورد دقیق متغیرهای هیدرولیکی آبخوان است. افزون بر این، روش‌‌های پیشین و روش‌‌های گرافیکی معمول تقریبی، گران و زمان‌‌بر هستند. در این پژوهش، ده سری از داده‌‌های آزمون پمپاژ، ثبت شده طی پنج سال (1387 تا 1391) در یک چاه در منطقه 19 در جنوب دشت تهران انتخاب شدند. همچنین، طی سال‌های یاد شده نرخ فرونشست برای هر سال توسط روش ژئودزی زمینی ارزیابی شد. برای رفع مشکلات روش‌های پیشین، 3 کد کامپیوتری با به‌‌‏کارگیری الگوریتم‌های ژنتیک و الگوریتم چندنخبه‌گرایی بهینه‌سازی گروهی ذرات توسعه یافتند تا متغیرهای هیدرولیکی آبخوان را برآورد کنند. کفایت و کارایی کدهای توسعه یافته، با به‌کارگیری 10 دسته داده مربوط به آبخوان محبوس آزموده شد‌ و سپس نتایج آنها با نتایج حاصل شده از روش گرافیکی حاصله از نرم افزار AquiferTest مقایسه شدند. بر‌‌ پایه نتایج تابع شایستگی، الگوریتم بهینه‌‌سازی چندنخبه‌‌گرایی گروهی ذرات و الگوریتم‌های ژنتیک‌‌ به‌‌ترتیب قابل اعتمادتر از روش گرافیکی برای برآورد متغیرهای هیدرولیکی آب زیرزمینی بودند. افزون بر این، تجزیه حساسیت متغیرهای هیدرولیکی در طول عملکرد روش‌های بهینه‌‌سازی یاد شده اثبات کرد که نتایج بسیار دقیق و قابل اعتماد هستند. سپس با توجه به مقادیر هدایت هیدرولیکی حاصل طی سال‌‌های مختلف با استفاده از الگوریتم چندنخبه‌‌گرایی بهینه‌‌سازی گروهی ذرات رابطه‌ای ارایه شد تا بتواند تغییرات هدایت هیدرولیکی را طی زمان پیش‌‌بینی کند و سپس رابطه دیگری به ‌‌دست آمد تا با توجه به مقادیر هدایت هیدرولیکی طی زمان مقدار نرخ فرونشست برای سال‌‌های آینده تعیین شود. همچنین در این مقاله فرض شده‌‌ است با رسیدن هدایت هیدرولیکی آبخوان مربوطه به مقدار آب زیرزمینی برداشت نمی‌‌شود. در پایان با توجه به روابط به‌‌دست آمده و برداشت پیوسته آب زیرزمینی در منطقه مربوط، 30 سال طول می‌کشد تا هدایت هیدرولیکی به برسد و در طول زمان 1387 تا 1417 در منطقه مربوط، 52/0متر فرونشست زمین حاصل می‌‌شود. داده‌‌های نرخ فرونشست زمین حاصل از روش تداخل‎سنجی راداری ماهواره‌ای (InSAR) نیز درستی روابط حاصل را تأیید کردند.