مدیریت آلودگی ورودی به رودخانه با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات، مطالعه موردی: رودخانه قشلاق

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مهندسی و مدیریت منابع آب، دانشکده مهندسی نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

2 گروه مهندسی عمران، دانشکده شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران.

3 دانشیار گروه عمران، دانشکده فنی، دانشگاه سیستان و بلوچستان

4 عضو هیات علمی گروه عمران

5 PhD in Civil Engineering, K.N.Toosi University of Technology, Iran

چکیده

آلوده­شدن آب­های سطحی به ویژه رودخانه ها، مشکلات جدی را در رابطه با سلامت انسان و محیط زیست به وجود آورده است. یافتن راه­حل­هایی کارآمد جهت کنترل آلودگی رودخانه­ها به منظور کاهش آسیب بر مصرف کننده و محافظت از محیط زیست، بسیار ضروری می­باشد. در این تحقیق، برنامه مدیریت کیفی رودخانه، راهکاری را به منظور کاهش آسیب آلودگی به مصرف کننده با استفاده از الگوریتم PSO می­دهد. منطقه مورد مطالعه، رودخانه قشلاق در کردستان ایران می­باشد. برنامه تخصیص ورود بار آلودگی در ساعت­های مختلف شبانه روز بوده و 8 منبع نقطه­ای، آلودگی را وارد رودخانه قشلاق می­کنند. همچنین در تمام ساعت­های شبانه­روز، برداشت آب از رودخانه قشلاق توسط مصرف کننده پایین دست انجام می­شود. 192 متغیر از متغیرهای تصمیم این تحقیق، متناظر با مقدار جرم آلودگی ورودی از این منابع در ساعت­های مختلف شبانه روز می­باشند و 8 متغیر تصمیم دیگر مربوط به موقعیت مکانی بهینه ورود آلودگی به رودخانه است. نتایج نشان داد که در حالت مدیریت شده غلظت آلودگی از حد مجاز بالاتر نرفت، در حالی که در حالت مدیریت نشده غلظت آلودگی در بسیاری از دقایق در طول رودخانه قشلاق، از حد مجاز بالاتر می­رود. برنامه مدیریت کیفی رودخانه که موقعیت مکانی بهینه و برنامه زمانی را برای ورود آلودگی به رودخانه تعیین می­کند، به میزان قابل توجهی آسیب به مصرف کننده را کاهش داد، به گونه­ای که تابع هدف مسئله به میزان 7/97% کاهش یافت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

River Pollution Discharge Management Using Particle Swarm Optimization Algorithm, Case Study: Gheshlagh River

نویسندگان [English]

  • Mahdi Khorashadizadeh 1
  • Gholamreza Azizyan 2
  • Seyed Arman Hashemi Monfared 3
  • ABOLFAZL AKBARPOUR 4
  • Amir Shabani 5
1 PhD in Civil Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Iran
2 Associate Professor, Department of Civil Engineering, University of Sistan and Baluchestan
3 University of Sistan and Baluchestan
4 CIVIL DEP,
5 PhD in Civil Engineering, K.N.Toosi University of Technology
چکیده [English]

Pollution of surface water especially rivers has created serious problems for both human health and environment. Finding efficient solutions for controlling river pollution is essential in order to reduce damage for the consumer to protect the environment. In this research, river quality management planning is determined in a way that minimized the rate of pollution damage with using particle swarm optimization. The case study is Gheshlagh River in Iran, Kurdistan province. The timetable for entering contamination is at different hours of the day, and eight source points enter contamination to the Gheshlagh River. Also in all hours of the day, water harvesting from the Gheshlagh River is carried out by the downstream consumers. The 192 of decision variables of this research are corresponding to the amount of contamination entering from these sources at different times. Also, 8 decision variables are corresponding to the optimal location of contamination entering to the river.  The results indicate that in the optimal condition the value of contamination does not exceed from the allowable limited.  However in the unmanaged condition, the contamination value exceeds the allowable limit. The river quality management planning which determines the optimal location and the timetable of pollution discharge, reduced significantly consumer's damages. So that the objective function of this study was reduced by 97.7%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pollution control
  • Optimal Location of Pollution Source
  • timetable
  • water harvesting
  • Damage for the Consumer
حجتی، ع. فریدحسینی، ع. علیزاده، ا. و انتظاری، م. 1392. مدل بهره برداری مخزن با رویه جیره بندی و کاربرد آن در تهیه منحنی فرمان سد دوستی. هفتمین کنگره ملی مهندسی عمران، زاهدان، دانشگاه سیستان و بلوچستان.
خراشادی زاده، م. عزیزیان، غ. هاشمی منفرد، س.، آ. و اکبرپور، ا. 1397. تحلیل حساسیت پارامترهای مدل دوبعدی انتقال آلودگی در آب‌های کم‌عمق به روش RSA. نشریه تحقیقات آب و خاک ایران، دوره 49، شماره 5، ص 1129-1119.
خراشادی زاده، م. هاشمی منفرد، س.، آ. اکبرپور، ا. پوررضا بیلندی، م. 1395. تحلیل عدم قطعیت مدل انتقال آلودگی در رودخانه به روش GLUE. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، شماره 3، جلد 10، ص 293-284.
خوشکام، ه. سعادت پور، م. و حیدرزاده، ن. 1396. تخصیص بهینه بار یک/چند آلاینده در رودخانه قشلاق رویکرد شبیه سازی- بهینه سازی. نشریه تحقیقات منابع آب ایران، سال سیزدهم، شماره 2، ص 114- 99.
دلاور، م. مرید، س. و مقدسی، م. 1393. توسعه مدل بهینه­ساز- شبیه­ساز مبتنی بر ریسک تخصیص منابع آب با استفاده از مفهوم ارزش در معرض خطر شرطی، مطالعه موردی شبکه آبیاری زاینده رود. نشریه تحقیقات منابع آب ایران، سال دهم، شماره 1، ص 14-1.
ستاری، م.، ت. عباسقلی نایب زاد، م. و میرعباسی نجف آبادی ر. 1393. پیش­بینی کیفیت آب­های سطحی با استفاده از روش درخت تصمیم. فصلنامه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب، سال چهارم، شماره 15، ص 88-76.
کهریزی، ه. فراستی، م. و بافکار، ع. 1393. آزمایش ناپیوسته حذف مس از محلول آبی توسط نانوساختار نی. مجله مهندسی بهداشت محیط، سال دوم، شماره 2، ص 88-76.
کیانی هرچگانی، م. کیانی هرچگانی، س. و صادقی، س.، ح.، ر. 1395. تحلیل تغییرات زمانی و مکانی کیفیت آب در حوزه آبخیز کارون با استفاده از روش­های آماری چند متغیره. فصلنامه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب، سال ششم، شماره 23، ص 48-34.
Batu, V, 2005. Applied flow and solute transport modeling in aquifers, fundamental principles and analytical and numerical methods. CRC Press.
Chen, C. W., and Wells, J. 1975. Boise River Water Quality-Ecological Model for Urban Planning study. Idaho water Resource Board and Idaho Dept, Walla.
Chen, J. S., Liu, C. W., Liang, C. P., Lai, K. H., 2012. Generalized analytical solutions to sequentially coupled multi-species advective-dispersive transport equations in a finite domain subject to an arbitrary time-dependent source boundary condition. Journal of Hydrology, 456: 101-109.
Craig, R. C., and Read, W. W., 2010. The Future of Analytical Solution Methods for Grounwater Flow and Transport Simulation. XVIII International Conference on Water Resources.
Diyawadana, D. M. N., Pathmarajah, S, Gunawardena, E. R. N., Vulnerability of smallholder farmers to climate change: a case study from Hakwatuna-Oya irrigation scheme in Sri Lanka. 2017. Tropical Agricultural Research, 28(3): 223-237.
Eberhart, R. C., and Kennedy, J., 1995. A new optimizer using particle swarm theory, in Proceedings of the sixth international symposium on micro machine and human science, 39-43.
Farasati, M, Haghighi, S, Boroun, S., Cd removal from aqueous solution using agricultural wastes. 2015. Desalination and Water Treatment, 1-11.
Farzi, S., Farasati, M, Farhadi Bansouleh, B, Pirsaheb, M., Evaluation of batch and continuous adsorption kinetic models of cadmium from aqueous solutions using sugarcane straw nano-structure absorbent. 2018. Desalination and Water Treatment, 115: 135-144.
Fischer, H. B., 1975. Discussion of simple method for predicting dispersion in streams. By McQuiver, R. S. and Keefer. T. N. J. Environ, Eng, 101: 453–455.
Khorashadizadeh, M, Azizyan, G, Hashemimanfared, SA, Akbarpour, A, Shabani, A., 2020. A timetable and spatial planning for pollutant entrance to the river. International Journal of Environmental Science and Technology 17(10):4171-4188.
Ne-Zheng, S., 1996. Mathematical Modeling of Groundwater pollution, Springer- Verlag, New York.
Pavan Kumar, K., Mohan, S., 2009. Development and Application of Multiobjective Fuzzy Waste Load Allocation Model. Proceedings of the 4th Indian International Conference on Artificial Intelligence, Tumkur, 16-18, Karnataka, India.
Rafiee Anzab, N., Mousavi, S. J., Rousta, B. A., Kim, J. H., 2016. Simulation-optimization for optimal sizing of water transfer systems, Harmony Search Algorithm, Advances in Intelligent Systems and Computing, Springer, Berlin, Heidelberg, 382: 365-375.
Saadatpour, M., Afshar, A., Khoshkam, H., 2019. Multi-objective multi-pollutant waste load allocation model for rivers using coupled archived simulated annealing algorithm with QUAL2Kw. Journal of Hydroinformatics.
Sahab, M. G., Toropov, V. V, and Gandomi, A. H., 2013. A review on traditional and modern structural optimization: problems and techniques. Metaheuristic Applications in Structures and Infrastructures, 25-47.
Shojaeefard, M. H., Tahani, M., Ehghaghi, M. B., M. Beglari., 2012. Numerical study of the effects of some geometric characteristics of a centrifugal pump impeller that pumps a viscous fluid.  Computers & Fluids, 60: 61–70.
Singh, P., Yadav, S. K., and Kumar, N., 2012. One-Dimensional pollutant’s advectivediffusive transport from a varying pulse-type point source through a medium of linear heterogeneity. J. Hydrol, Engin, 17(9): 1047-1052.
Subbarao Vemula, V. R., Mujumdar, P. P., and Subimal Ghosh, 2004. Risk Evaluation in Water Quality Management of a River System. Journal of Water Resources Planning and Management, ASCE, 130(5).
Van Genuchten, M. Th., and Alves, W. J., 1982. Analytical solutions of the one-dimensional convective-dispersive solute transport equation. U.S. Department of Agriculture, Technical Bulletin, No. 1661.
Yadav, R. R., Jaiswal, D. K., and Yadav, H. K., (2010). Analytical solution of one dimensional temporally dependent advection-dispersion equation in homogeneous porous media. Inter, J. Engin. Sci. Technol, 2: 141-148.