سمیه جنت رستمی؛ علی صلاحی
چکیده
سابقه و هدف: توزیع مکانی و دقت دادههای کیفی در مدیریت منابع آب زیرزمینی ضروری است. معمولا این دادهها از چاههای پایش جمعآوری میشود که به صورت مکانی در حوضه آبریز یا آبخوان مورد مطالعه توزیع شده است. در طراحی شبکه پایش، حداقل تعداد چاههای پایش با توزیع مکانی بهینه و مناسب از نظر اقتصادی مورد نیاز است. بنابراین نحوه توزیع ...
بیشتر
سابقه و هدف: توزیع مکانی و دقت دادههای کیفی در مدیریت منابع آب زیرزمینی ضروری است. معمولا این دادهها از چاههای پایش جمعآوری میشود که به صورت مکانی در حوضه آبریز یا آبخوان مورد مطالعه توزیع شده است. در طراحی شبکه پایش، حداقل تعداد چاههای پایش با توزیع مکانی بهینه و مناسب از نظر اقتصادی مورد نیاز است. بنابراین نحوه توزیع چاهها و تعداد آنها در طراحی شبکه پایش کیفی یکی از موارد مهم در بهینهسازی مسائل مربوط به آب زیرزمینی است. هدف از این مطالعه، یافتن شبکه پایش بهینه با حداقل تعداد چاهها در آبخوان دشت گیلان است، بهطوریکه، توزیع مکانی مناسبی از نظر پارامترهای کیفیت آب زیرزمینی داشته باشد. با توجه به اینکه یکی از مهمترین معیارهای کیفیت آب زیرزمینی شوری است که با پارامترهایی مانند کل جامدات محلول (TDS)، یون کلر (Cl) و هدایت الکتریکی (EC) اندازهگیری میشود، در این مطالعه پارامتر EC به عنوان پارامتر کیفی در طراحی شبکه پایش انتخاب گردید. مواد و روشها: برای جستجوی بهینه شبکه پایش کیفی از الگوریتم بهینهسازی ژنتیک (GA) استفاده شد. در این روش، یک شبکه ممکن از چاههای پایشی که در منطقه واقع شده است به عنوان یک کروموزوم در نظر گرفته میشود و هر چاه پایش، ژنهای کروموزوم هستند که با ساختار دودویی (صفر و یک) کدگذاری میشوند. در صورتیکه انتخاب شود یک و در غیر این صورت صفر خواهد بود. در این مطالعه همزمان دو تابع هدف متضاد حل میشود. هدف اول حداکثر کردن تطابق (برازش) بین توزیعهای EC محاسبه شده در شبکه پایش موجود و شبکه جدید است. که این تطابق با استفاده از کارایی مدل نش ساتکلیف ارزیابی میشود. هدف دوم نیز با در نظر گرفتن محدودیت مربوط به هزینه، حداقل کردن تعداد چاههای پایش در شبکه جدید ایجاد شده میباشد. این دو هدف در یک تابع هدف تعریف میشود که در آن ترکیبهای مختلفی از دو هدف با اعمال ضریب وزنی w مورد بررسی قرار میگیرد. نتایج و بحث: نتایج ارزیابیها نشان داد که انتخاب جواب بهینه تا حد زیادی به تعیین ضریب وزنی w بستگی دارد. بنابراین باید مقدار w را با توجه به متعادلترین جواب انتخاب شود. متعادلترین جواب به این معناست که بین هزینه و پراکنش مکانی چاهها در منطقه یک رابطه قابل قبولی برقرار باشد. در ادامه، برای انتخاب بهترین جواب بهتر است علاوه بر استفاده از ضریب کارایی نش ساتکلیف از شاخصهای عملکرد دیگری مانند PBIAS، RMSE، ضریب رگرسیون و انحراف معیار نیز استفاده شود. به طور کلی، نتایج بدست آمده در این مطالعه با توجه به این شاخصها قابل قبول بوده است. همچنین، بررسی توزیع مکانی و مقایسه میانگین مقادیر EC مشاهده شده در منطقه و EC محاسبه شده در شبکه بهینه با توجه به همه چاههای پایش انتخاب شده نشان میدهد که مقادیر بهینهشده بزرگتر از میانگین مقادیر مشاهده شده در منطقه است. بنابراین به وضوح نتیجهگیری میشود که شبکه بهینهشده دادههای کیفی آب زیرزمینی مناطق آلودهتر را فراهم میکند. نتیجه گیری: نتایج نشان داد که کاربرد روش بهینهسازی به طور قابل ملاحظهای تعداد چاههای پایش را با توجه به توزیع مکانی مقادیر EC کاهش میدهد. علاوه بر این، شبکه پایش طوری طراحی شد که تعداد نقاط نمونهبرداری در مناطق با آلودگی کمتر، حذف شد و در مناطقی با آلودگی بیشتر، اضافه شد. در طراحی شبکه پایش کیفی آب زیرزمینی بهتر است به صورت دورهای بهینهسازی انجام شود، زیرا انتظار میرود کارایی شبکه پایش با اضافه شدن چاههای جدید به شبکه تغییر کند. ارزیابیهای پی در پی شبکه پایش به صورت هر چند سال یک بار، در تعیین ارزیابی درازمدت کیفیت آب زیرزمینی و عوامل موثر در آن کمک میکند که میتواند در برنامهریزی و اعمال روشهایی برای بهبود کیفیت آب زیرزمینی موثر باشد.
علی پرتوی نیا؛ مریم اوتادی؛ امیرحسین علاالدینی
چکیده
سابقه و هدف: امروزه پساب صنعت‌های مختلف شامل مواد معدنی و آلی خطرناک از جمله ترکیبهای آروماتیک نظیر فنول‌ها، فلز‌های سنگین و رنگزا‌ها می‌باشند که بیشتر در غلظت‌های خیلی کم نیز سبب سرطان و مسمومیت میشوند. با توجه به روند افزایشی این آلاینده‌ها و بویژه ترکیبهای رنگزا در محیط‌زیست، مطالعه و توسعه روشهای جلوگیری از ورود و ...
بیشتر
سابقه و هدف: امروزه پساب صنعت‌های مختلف شامل مواد معدنی و آلی خطرناک از جمله ترکیبهای آروماتیک نظیر فنول‌ها، فلز‌های سنگین و رنگزا‌ها می‌باشند که بیشتر در غلظت‌های خیلی کم نیز سبب سرطان و مسمومیت میشوند. با توجه به روند افزایشی این آلاینده‌ها و بویژه ترکیبهای رنگزا در محیط‌زیست، مطالعه و توسعه روشهای جلوگیری از ورود و یا حذف این آلاینده‌ها دارای اهمیت میباشد. تولوئیدین قرمز یک رنگزا دارای گروه آزو است که بطور گسترده در صنایع نساجی برای رنگ آمیزی الیاف سلولزی استفاده میشود. بطور کلی روشهای مختلف شیمیایی، فیزیکی، زیستی، نوری و یا تلفیقی برای حذف انواع آلاینده‌ها و رنگزا‌ها از محیط‌زیست وجود دارد. در سال‌های اخیر روشهای زیست‌پالایی نظیر تجزیه‌زیستی بعنوان یک روش کارآمد برای حذف این آلاینده‌ها مورد توجه قرار گرفته است. از این‌رو، هدف‌های مطالعه حاضر، شامل بررسی میزان حذف رنگزا تولوئیدین قرمز از یک پساب رنگزای سنتزی، بررسی متغیرهای اثرگذار بر میزان حذف‌زیستی و بهینهسازی با استفاده از تکنیک سطح پاسخ میباشد که برای این بررسی باکتری نمک‌دوست هالوموناس سویه D2 مورد استفاده قرار گرفته است. مواد و روش ها: در این تحقیق، بررسی وضعیت تأثیرگذاری متغیرها و بهینهسازی شرایط عملکردی با استفاده از روش آماری و نرم‌افزار Design Expert نسخه 7 انجام شده و میزان تجزیه‌زیستی رنگزا با در نظر گرفتن 30 آزمایش با استفاده از روش رویه پاسخ (RSM) و طرح ترکیب مرکزی (CCD) بررسی شده است. با توجه به منبع‌های مطالعاتی و تحقیق‌های انجام شده قبلی در این راستا که بصورت یک عامل در یک زمان (OFAT) انجام شده‌اند، اثر 4 متغیر غلظت رنگزا (ppm 30-10)، غلظت نمک (10%-2)، pH (5/9-5/5) و دما (40-20) در حذف‌زیستی رنگزا مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش‌های حذف‌زیستی در فاز آبی برای یک پساب سنتزی مدل، در مقیاس ارلن و کشت ایستا در انکوباتور برای مدت زمان 10 روز انجام شده است. در ادامه تجزیه و تحلیل نتایج با روش آنالیز واریانس انجام شده است. نتایج و بحث: بر طبق نتایج به‌دست آمده و آنالیز واریانس، از بین 4 فاکتور انتخابی دو متغیر غلظت نمک و دما بیشترین تأثیر در میزان حذف‌زیستی رنگزا توسط باکتری در محدوده انتخابی داشته‌اند و همین‌طور با توجه به نتایج آنالیز آماری می‌توان گفت که غلظت رنگزا و pH احتمالاً اثرگذار بوده‌اند. همچنین اثرهای متقابلی مربوط به غلظت رنگزا و pH، غلظت نمک و pH، غلظت نمک و دما (در سطح 5%) بر میزان تجزیه‌زیستی پساب رنگی تأثیرگذار میباشد. از طرفی بیشترین میزان حذف‌زیستی رنگزا در پایان روز دهم معادل %62.4 محاسبه شد و شرایط بهینه برای بیشترین حذف‌زیستی رنگزا در این روز درpH معادل 8.5 و دمای 35 درجه سانتی‌گراد، غلظت نمک و رنگزا به ترتیب معادل %4 و ppm 16.8 به‌دست آمده است. در ادامه با استفاده از روش سطح پاسخ، تابع چند جمله‌ی درجه دوم برای میزان درصد حذف رنگزا از پساب در مدت زمان 10 روز با ضریب تعیین R2 معادل 0.95 بیان شد. همچنین متوسط خطا در بررسی میزان تجزیه‌زیستی پساب رنگزا با استفاده از مدل مطرح شده و دادههای آزمایشگاهی بطور متوسط 9.9 درصد محاسبه شد. نتیجهگیری: بر اساس نتایج، تابع درجه دوم پیشنهادی در این تحقیق برای باکتری نمک‌دوست هالوموناس سویه D2 در حذف‌زیستی رنگزای تولوئیدین قرمز، میتواند بعنوان یک مدل با دقت بالا و قابلیت پیش‌بینی مؤثر شرایط مختلف، مورد استفاده قرار گیرد. همچنین باکتری هالوموناس سویه D2 در این تحقیق، مشابه نتایج به‌دست آمده از تحقیق قبلی ما با استفاده از سویه Gb توانایی بالایی در تجزیه‌زیستی رنگزا در محیط‌های نامساعد و شور نشان داد، با این تفاوت که شرایط بهینه متفاوت بوده و سویه D2 برای استفاده در محیط‌های بازی پیشنهاد میشود.
امین حسینی اصل؛ محمد سعدی مسگری؛ علی اکبر متکان
دوره 16، شماره 2 ، تیر 1397، ، صفحه 165-184
چکیده
سابقه و هدف:
در تخصیص منابع آب، تقسیم مناسب منابع یک اصل اساسی است، اما تعیین آن به‌دلیل وجود معیارهای مختلف مشکل است. شبیه‌سازی سامانه‌های منابع آب که بتواند عوامل مؤثر را لحاظ کند و تعامل درونی اجزاء آن را نمایان سازد، اقدامی کارآمد در بهینه کردن تخصیص منابع آب به شمار می‌آید. بررسی‌های مختلف نشان میدهد که شبیه‌سازی چندعاملی ...
بیشتر
سابقه و هدف:
در تخصیص منابع آب، تقسیم مناسب منابع یک اصل اساسی است، اما تعیین آن به‌دلیل وجود معیارهای مختلف مشکل است. شبیه‌سازی سامانه‌های منابع آب که بتواند عوامل مؤثر را لحاظ کند و تعامل درونی اجزاء آن را نمایان سازد، اقدامی کارآمد در بهینه کردن تخصیص منابع آب به شمار می‌آید. بررسی‌های مختلف نشان میدهد که شبیه‌سازی چندعاملی به تنهایی یا در تلفیق با روشهای بهینهسازی به‌عنوان روشی مؤثر برای درک بهتر پیچیدگی‌های استفاده از آب و کاربران آب به کار می‌آید و الگوریتم ژنتیک نیز یکی از روشهای هوشمند تکاملی در بهینهسازی مسائل پیچیده غیرخطی است.
مواد و روشها:
چارچوب مفهومی مدل تخصیص آب پیشنهادی، تعامل عرضه و تقاضای آب با توجه به عوامل اقتصادی را در یکی از زیرحوضه‌های کویر مرکزی ارائه کرده است که مهمترین منابع آب آن را آب‌های زیرزمینی تشکیل می‌دهند. از مهمترین وظایف تخصیص‌دهنده آب، تخصیص آب به شکل بهینه به بخش‌های مختلف است. این کار با توجه به تقاضای آب موردنیاز هر یک از عامل‌های مصرف‌کننده انجام میشود. عامل کشاورزی که بیشترین سهم آب را به خود اختصاص میدهد، به قسمت‌های جزئی‌تری تقسیم میشود و در هر یک از محصولات به تنوع الگوی کشت، شرایط کم آبیاری و ... در جهت بهبود وضع اقتصادی و تخصیص بهینه منابع آب با توجه به دادهها و آمار در دسترس لحاظ میشود. در بخش صنعت، تولیدات و توابع آن در قالب یک تابع دربرگیرنده مجموع بنگاه‌ها مطرح میشود و در بخش شرب نیز، به‌دلیل اهمیت ویژه تأمین آب این بخش، کل مقدار آب مورد نیاز محاسبه و به‌طور کامل به این بخش اختصاص می‌یابد.
نتایج و بحث:
در منطقه مورد بررسی، بر اساس معیار بیشینه کردن سود اقتصادی و با توجه به منابع آب در دسترس، کشت نباتات علوفه‌ای و روغنی بهینه نیست. از سویی دیگر، در محصولات گروه غلات، به‌دلیل کم‌آبیاری و در محصولات باغی نیز به‌دلیل سودآوری بالای این محصولات سطح کشت بالا حفظ شده است و پس از غلات، درختان مثمر از قبیل: پسته، انار، انگور و خرما دارای بیشترین سطح هستند. بنابراین در بخش کشاورزی، بهره‌گیری از کم‌آبیاری در محصولات خانواده غلات و تغییر الگوی کشت با حذف محصولات دو خانواده نباتات علوفه‌ای و روغنی، منجر به بهینه شدن تخصیص آب میشود. در بخش صنعت، نکته حائز اهمیت، تأثیر تغییر تکنولوژی در کاهش تقاضای آب است و به‌دلیل سودآوری اقتصادی بالاتر این بخش نسبت به بخش کشاورزی، تخصیص بهینه در راستای افزایش سودآوری اقتصادی منجر به تخصیص بیشتر آب در مقایسه با مصرف فعلی شده است. از دیدگاه مدل توسعه‌یافته نیز، ارزیابی نتایج بهینهسازی در الگوریتم ژنتیک نشان داد که سرعت همگرایی در تکرارهای اولیه زیاد و به‌تدریج کاهش می‌یابد تا به همگرایی برسد و این همگرایی تابع بهینگی به‌تدریج حاصل میشود. همچنین واریانس کم تغییرات جواب نهایی الگوریتم در بازه صفر و یک، حاکی از ثبات مناسب این الگوریتم است.
نتیجهگیری:
استفاده از چارچوب پیشنهادی در منطقه مورد بررسی در افزایش سودآوری اقتصادی حاصل از تخصیص بهینه منابع آب به بخش‌های مختلف تأثیرگذار است و بر اساس آن، سطح زیرکشت و میزان تخصیص آب بهینه برای مصارف مختلف تعیین شده است. نتایج حاکی از گرایش به سمت تولید محصولات باغی پربازده به جای محصولات کشاورزی کم‌بازده و تخصیص بیشتر آب به بخش صنعت است.
مسلم حیدری؛ افشین هنربخش؛ مهدی پژوهش؛ مریم زنگی آبادی
دوره 16، شماره 1 ، فروردین 1397، ، صفحه 29-46
چکیده
سابقه و هدف: در چند دهه گذشته، مدل‌های متعددی از جمله مدل برنامهریزی خطی برای مدیریت و برنامهریزی در حوزه های آبخیز و تعیین الگوی کشت بهینه در برنامه‌ریزی‌های کشاورزی استفاده شده است.روشهای مدیریت و برنامهریزی برای تخصیص بهینه منابع برای به دست آوردن بیشترین منافع، از مهم ترین ابزارهای کاربردی در زمینه‌های مختلف علوم محیطی ...
بیشتر
سابقه و هدف: در چند دهه گذشته، مدل‌های متعددی از جمله مدل برنامهریزی خطی برای مدیریت و برنامهریزی در حوزه های آبخیز و تعیین الگوی کشت بهینه در برنامه‌ریزی‌های کشاورزی استفاده شده است.روشهای مدیریت و برنامهریزی برای تخصیص بهینه منابع برای به دست آوردن بیشترین منافع، از مهم ترین ابزارهای کاربردی در زمینه‌های مختلف علوم محیطی از جمله منابع طبیعی، منابع آب و...هستند.هدف از این پژوهش توسعه مدل بهینه استفاده از اراضی با رویکرد زیست‌محیطی با استفاده از ترکیب روشهای بهینهسازی ریاضی برنامهریزی خطی برای تعیین مساحت بهینه کاربری‌های اراضی با روش بهینهسازی مکانی تخصیص چندهدفه اراضی برای تعیین محل بهینه کاربری‌های اراضی است. مواد و روشها: در این پژوهش تلاش شده که با استفاده از روشهای بهینهسازی مدل زیست‌محیطی که سازگار با شرایط اجتماعی و اقتصادی حاکم بر حوزه آبخیز است برایاستفاده بهتر، حفظ و احیای منابع طبیعی موجود ارائه شود. به همین منظور از یک مدل تک‌هدفه برنامهریزی خطی با رویکرد زیست‌محیطی برای بهینهسازی کاربری اراضی و از یک مدل بهینهسازی چندهدفه برای تخصیص بهینه منابع استفاده شد. نتایج و بحث: پس از جمعآوری و تجزیه‌و‌تحلیل دادهها و ورود آنها به مدل بهینهسازی تک‌هدفه برنامهریزی خطی، ابتدا یک مدل ریاضی که مساحت بهینه کاربری‌های اراضی در حوضه را تعیین میکند توسعه داده شد و سپس با استفاده از مدل بهینهسازی مکانی چندهدفه تخصیص چندهدفه اراضی موقعیت بهینه کاربری‌های اراضی تعیین شد. مدل ترکیبی ارائه‌شده یک مدل کارآمد است زیرا قادر به تعیین همزمان مساحت و موقعیت مکانی کاربری‌های اراضی است. نتیجهگیری: نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهند که مدل ترکیبی ارائه‌شده میتواند مبنایی برای مدیریت صحیح منابع باشد و تا حدود 12 درصد فرسایش خاک را کاهش و حدود 96 درصد سود را افزایش دهد.
