20721

۲۰۷۲۱

بهينه سازي تخصيص بار چند آلاينده مبتني بر استراتژي موازنه در سيستم رودخانه-مخزن ؛ مطالعه مورد بهشت آباد

كارشناسي ارشد

محيط زيست

۹۵-۹۸

۱۳۹۸/۳/۵

دكتر مطهره سعادت پور

عمران

در اين پژوهش، مسئله تخصيص بهينه بار چند آلاينده با لحاظ نمودن عدم قطعيت¬ها در قالب مساله بهينه سازي چند هدفه و نيز در نظر گرفتن مناقشات/اختلافات ذينفعان با بهره¬گيري از تئوري بازي¬ها در سيستم پيچيده رودخانه-مخزن در حالت پويا مورد بررسي قرار گرفته است. مدل عددي شبيه سازي دوبعدي هيدروديناميك و كيفيت آب CE-QUAL-W2 و الگوريتم بهينه سازي هوش ازدحامي ذرات (تك هدفه و چند هدفه) به منظور تعيين سياست/سياست¬هاي بهينه تخصيص بار آلاينده با هم تركيب شدند. جهت غلبه بر بار محاسباتي تحميلي ناشي از فراخواني¬هاي متعدد مدل شبيه ساز پويا (ديناميك) و دوبعدي در الگوريتم فراكاوشي، مدل جايگزين داده كاوي به¬كار گرفته شد. مدل¬هاي شبكه عصبي مصنوعي به عنوان جايگزين مدل شبيه ساز اصلي، با بهره¬گيري از تكنيك¬هاي انتخاب ورودي توسعه يافتند و با يك الگوي تكرارشونده تطبيقي در ارتباط با الگوريتم بهينه سازي قرار داده شدند. توابع عضويت فازي نيز جهت منظور نمودن ابهام و عدم دقت موجود در توابع هدف در مديريت سيستم رودخانه-مخزن به كار گرفته شدند. چارچوب¬هاي پيشنهادي اين تحقيق، بر سيستم رودخانه-مخزن بهشت آباد واقع در استان چهارمحال بختياري با تراكم بالاي مزارع پرورش ماهي و خطر تغذيه گرايي، اعمال و ارزيابي گرديد. برنامه¬هاي بهينه تخصيص بار آلودگي استخراج شده در قالب جبهه¬هاي پرتو و اعضاي گوشه اين جبهه در مقايسه با سناريوي شرايط موجود، بيانگر ارتقاء كيفيت منابع آبي در نقاط متعدد پايش در سيستم رودخانه-مخزن است. به منظور دستيابي به توسعه اقتصادي، بهبود شرايط اجتماعي و حفاظت زيست محيطي و برقراري توازن ميان اهداف متضاد ذي¬نفعان، كاربرد دو رويكرد تئوري چانه زني نش و بازي رهبر-پيرو در دو قالب مدل¬هاي قطعي و فازي مورد توجه قرار گرفت. بازي رهبر-پيرو با اولويت تصميم رهبر و سيستم تصميم گيري متوالي، به صورت مسئله برنامه ريزي دوسطحي فرموله و با استفاده از يك الگوريتم هوش ازدحامي ذرات سلسله مراتبي حل گرديد. بر اساس نتايج حاصل، به كارگيري رويكرد رهبر-پيرو با اولويت¬دهي به تصميم رهبر (سازمان حفاظت محيط زيست) بر تصميم پيروان (تخليه كنندگان آلاينده) منجر به كيفيت بهتري در نقاط پايش متعدد، تعيين مقادير جريمه بالاتر آلاينده¬هاي فسفات، نيترات وCBOD و توليدات كمتر ماهي، نسبت به كاربرد تئوري چانه زني نش با تصميم گيري هم¬زمان بازيكنان، گرديده است. علاوه بر اين مدل¬هاي فازي بازي رهبر-پيرو و بازي چانه زني نش، با لحاظ نمودن عدم قطعيت¬ها و ابهامات تعاريف توابع هدف و قيود، به دليل ماهيت غيرقطعي پديده¬ها و اثر آن بر فضاي تصميم گيري، منجر به نتايج متعادل¬تر با تعيين مقادير جريمه كمتر، توليد ماهي بيشتر و تخطي بيشتر كيفيت در نقاط پايش نسبت به مدل¬هاي قطعي همان بازي خواهد گرديد. همچنين، شاخص كارلسون در مخزن بهشت آباد در بازي قطعي رهبر-پيرو ارتقاء بسيار مناسب¬تري نسبت به بازي چانه زني نش و نيز شكل¬هاي فازي بازي¬ها نسبت به شرايط موجود خواهد گرديد.

1398/04/22

Equlibrium Strategy-based Optimization in Multi-Pollutant Waste Load Allocation in River-Reservoir System; Behesht Abad as Case Study

7/13/2019 12:00:00 AM

In this study, Multi-Pollutant Waste Load Allocation (MPWLA) models considering uncertainties have been developed in a river-reservoir system in multi-objective frameworks. Furthermore, game theory approaches such as leader-follower and Nash bargaining have been applied to resolve the conflicts among stakeholders involved in water resources management. To achieve the optimal MPWLA programs, the CE-QUAL-W2 as 2D hydrodynamic and water quality simulation model (WQSM) is coupled with the Particle Swarm Optimization (or Multi-Objective Particle Swarm Optimization) algorithm. To tackle the high computational burden, imposed by coupling the numerical WQSM in an optimization framework, data-driven surrogate models are employed. Artificial Neural Network (ANN) models are developed based on some input variable selection techniques as a substitute for the original WQSM in a repetitive adaptive pattern. Fuzzy membership functions are employed to deal with the uncertainties and address the imprecision and fuzziness in defining objective functions. To achieve social and economic development along with environmental conservation and equilibrate between conflicting goals of various stakeholders, Stackelberg game and Nash bargaining theory in deterministic and uncertain frameworks, are applied. To deal with the sequential decision system in Stackelberg game and prioritize the leader’s decision over followers’, the Stackelberg game is abstracted as a Bi-level Programming Problem (BLPP) and solved with a hierarchical PSO. The proposed methodologies have been implemented in Behesht-Abad river-reservoir system with a high density of fish farms located in the central part of Iran, Chaharmahal-Bakhtiari province. The results indicate that the optimal MPWLA programs have led to water quality enhancement in various monitoring points along with the Behesht-Abad river-reservoir system. Applying the Stackelberg game with the superiority of the leader has led to higher environmental fines, less fish production capacities, and consequently better water quality in comparison with the Nash bargaining game. Furthermore, the Fuzzy Stackelberg and Nash bargaining games result in lower environmental fines, higher fish production capacities, and consequently higher water quality violations in comparison with the deterministic framework of each game. The Carleston index in Stackelberg game is improved highly compared with the Fuzzy and deterministic Nash bargaining, fuzzy Stackelberg, and also the current condition.