بخشی از مقاله
خلاصه
با توجه به اهميت رودخانه ها در زندگي بشر، پايداري اكوسيستم و گوناگوني عوامل آلاينده، امروزه مديريت كيفيت رودخانه ها و ارايه راهكارهاي كاهش آلودگي آن مورد توجه محققين قرار گرفته است. لذا در اين تحقيق ابتدا شبيه سازي كيفي و سپس بهينه سازي رودخانه بر اساس بار آلاينده و هزينه تصفيه انجام مي گيرد و هدف از اين كار پيشنهاد مجموعه اي از راهكارها و سياست هاي كاهش يا تخصيص بار آلودگي مي باشد. اين راهكارهاي مديريتي استفادهب از نظريه بازي ها در رودخانه د ز پياده گشت كه نتايج حاصله كارايي مدل فوق را تاييد مي نمايد.
كلمات كليدي: شبيه سازي كيفي رودخانه،تخصيص بار الودگي، تئوري رفع اختلاف، نظريه بازي ها
.١ مقدمه
بهرهبرداري از منابع آب و مديريت كيفيت آب در سامانه رودخانهاي در دهههاي گذشته مورد توجه محققين و سياستگذاران بخش آب قرار داشته است . امروزه حداقل كيفيت آب از پارامترهاي مهمي است كه بسته به استفاده، از طرق سازمانهاي مختلف داراي محدوديتهايي است . بدين معني كه بسته به مصارف مختلف استانداردهاي مختلفي براي كيفيت آب تعيين شده است . از اين رو، كيفيت آب نيز از معيارهاي تعيينكننده در تعيين سياست بهرهبرداري از منابع آب موجود است]١.[ يكي از موارد مهم در بحث بهرهبرداري كمي و كيفي از منابع آب موجود، رفع اختلاف بين تصميمگيرندگان و تأثيرپذيرندگان اين سيستمها ميباشد. معمولا در بهرهبرداريهاي كمي-كيفي از منابع آب، بخشها و سازمانهاي مختلفي مانند وزارت نيرو، سازمان حفاظت محيط زيست، وزارت جهاد كشاورزي، وزارت صنايع و معادن و بخشهاي خصوصي ديگر دخالت دارند و اهداف و مطلوبيتهاي آنها در بسياري از مواقع در تضاد با يكديگر مي-باشند و هر كدام از قدرت نسبي متفاوتي در تصميمگيري برخوردارند]٢.[ ديدگاههاي مختلف طرفهاي درگير و ذينفعان هر كدام به نوبه خود حائز اهميت ميباشند. امروزه استفاده از مدلهاي رفع اختلاف و تئوري بازيها كه امكان در نظر گرفتن نظرات تصميمگيرندگان مختلف در يك سيستم و نيز تأمين حداقل اهداف هر يك از ذينفعان را فراهم ميسازند، به تدريج جايگزين مدلهاي تصميمگيري چند معياره شدهاند. در اين تحقيق ساختارهاي جديدي براي مديريت كيفيت آب رودخانهها ارائه ميشود كه در ساختارهاي پيشنهادي، با استفاده از مدل رفع اختلاف و تئوري بازيها، نظر يا هدف هريك از طرفين تا حد امكان تأمين ميشود تا بدين ترتيب در مديريت كيفي رودخانهها ضمن حفظ كيفيت آب در حد مطلوب و برآورده كردن حداقل منافع ذينفعان خروجي ها را تا حدامكان پيش بيني كند .
٢. منطقه مورد مطالعه
استان خوزستان با مساحتي حدود ٦٤٢٣٦ كيلومتر مربع، بين ٤٧ درجه و ٤١ دقيقه تا ٥٠ درجه و ٣٩ دقيقه طول شرقي از نصفالنهار گرينويچ و ٢٩ درجه و ٥٨ دقيقه تا ٣٣ درجه و٤ دقيقه عرض شمالي از خط استوا، در جنوب غربي ايران واقع شده است . استان خوزستان نيز به لحاظ شرايط جغرافيايي و هيدرولوژيكي از بيشترين سهم آبهاي شيرين در كل كشور برخوردار است . به طوريكه با جريان ٥ رودخانه بزرگ و پر آب ايران - كارون، كرخه، دز، جراحي و هنديجان - حدود ٣٣درصد كل منابع آب سطحي را به خود اختصاص داده است. حوزه آبريز كارون و دز مجموعاً بيش از ٧٠ درصد جمعيت، ٤٥ درصد از اراضي آبي و ٨٠ درصد صنايع استان را در خود جاي داده و استقرار فعاليت بيش از ٣٠ درصد صنايع مادر و طرح هاي عظيم نظير قند دزفول، كاغذ سازي پارس، كشت و صنعت ها و صنايع وابسته و ... در آن مشهود است. در حال حاضر حجم بسيار بالايي از زه آب اراضي كشاورزي و همچنين فاضلاب صنعتي، كه بيشترين سهم به صنايع سلولزي و غذايي تعلق دارد، به اين محيط هاي آبي تخليه مي گردد و اين نشان مي دهد كه نه تنها آب شرب مردم بلكه كيفيت آب براي كشاورزي و توليد محصول با كيفيت و كميت مطلوب با مشكلات جدي مواجه خواهد بود]٣. [ طول مسير رودخانه از سد انحرافي دزفول كه محل آبگيري شبكه آبياري دز ميباشد تا محل اتصال به كارون حدود ١٢٠ كيلومتر است. در اين محدوده در مناطق ميانآب دزفول و ديمچه از آب رودخانه دز به طريق ثقلي بهرهبرداري ميشود. همچنين با استفاده از تعداد زيادي از پمپها، اراضي مجاور بستر رودخانه آبياري ميگردند]٣.[ شكل١- موقعيت حوضه مطالعاتي رودخانه دز در اين تحقيق رودخانه دز در بازه سد دز تا بند قير به منظور شبيه سازي كيفي در نظر گرفته شده است.كه در شكل ٢ بازه ي مورد نظر به همراه منابع آلاينده نقطه اي آن مشخص شده است كه شامل صنايع تصفيه شكر هفته تپه، كاغذسازي پارس، پرورش ماهي و ده ها واحد كوچك و متوسط منطقه مي شود.
٣. روش مورد استفاده شكل٢- موقعيت بازه مطالعاتي - سد دز-بند قير - به طور كلي روند مورد استفاده در اين تحقيق براي مديريت كيفيت رودخانه را مي توان به سه دسته مدل هاي شبيه سازي، بهينه سازي و رفع اختلاف تقسيم بندي نمود كه مي توان براي اين هدف از حداقل كردن تخطي از ميزان BOD استاندارد بهره جست. در شكل ٣ ساختار كلي مورد نظر در اين تحقيق نشان داده شده است.
شكل ٣-ساختار كلي روش انجام كار
١,٣. مدل هاي شبيه سازي
مدل هاي شبيه سازي مدل هايي هستند كه براي پيش بيني رفتار يك سيستم مورد استفاده قرار مي گيرند. اين مدل ها به صورت مستقيم نمي توانند گزينه هاي مناسب مديريتي را براي محدوديت هاي داده شده محاسبه كنند. بنابراين در قالب سناريوهاي مختلف سيستم را شبيه سازي مي كنند و از خروجي هاي آنها براي مديريت سيستم استفاده مي شود . اين مدل ها پركاربردترين مدل هاي مورد استفاده در مديريت كيفي سيستم هاي منابع آب هستند. شكل كلي همه مدل هاي شبيه سازي عددي كيفيت آب يكسان بوده و همه آنها داراي مجموعه اي از معادلات ديفرانسيل - يك معادله براي هر ماده يا موجود زنده - هستند . پس از آنكه استريتر - Streeter - و فلپس - Phelps - در سال ١٩٢٥ روابط معروف خود را براي پيش بيني ميزان اكسيژن محلول در رودخانه ها ارائه نمودند، انواع مختلفي از مدل هاي شبيه سازي كيفي رودخانه ها، مخازن، خليج ها و آبهاي زيرزميني تدوين شده و تكامل پيدا كردند ]٤.[ در دهه هاي گذشته تلفيق مدل هاي شبيه سازي به طور مكرر براي مديريت كيفي رودخانه ها به كار رفته است . در اين روش ها ابتدا رودخانه به چند بازه تقسيم شده كه اين تقسيم بندي مي تواند در مقاطعي كه تغيير ناگهاني در ميزان دبي رودخانه يا كيفيت آن صورت مي گيرد. بر مبناي اين تقسيمنديب پارامترهاي مورد نظر در معادلات حاكم بر مسأله در هر بازه محاسبه و معمولاً در طول آن ثابت در نظر گرفته مي شود. سپس معادلات بهينه سازي رياضي به منظور دستيابي به اهداف مورد نظر مانند حداقل سازي هزينه هاي تصفيه به همراه محدوديت هاي موجود براي متغيرهاي كيفي نوشته شده و مسأله به كمك تكنيك هاي حل مسائل بهينه سازي حل شده و مقادير بهينه متغيرهاي تصميم به دست مي آيند. داده هاي مورد نياز براي مدلسازي DO، BOD، دما و دبي در ورودي به هر بازه مي باشد. در بررسي نتايج تحقيق، مقدار تخطي از استاندارد نقطه كنترل - محل پيوند رودخانه دز به رودخانه كارون - در نظر گرفته شده است كه ميزان BOD استاندارد برابر ٥ ميلي گرم بر ليتر فرض شده است ]٦. [
٢,٣. الگوريتم هاي هوشمند بهينه سازي
مهمترين مساله در برنامه ريزي كيفي براي يك رودخانه، حفظ كيفيت آب از طريق تعيين درصد تصفيه بهينه براي واحد هاي آلاينده سيستم مي باشد .در اين پژوهش از روشي موسوم به الگوريتم MOPSO استفاده مي شود. به كمك تئوري بازي ها اهداف تصميم گيرندگان مختلف جمع بندي شده و به يك هدف تركيبي دست مي يابيم كه در شكل ٣ رابطه تحليل تصميم چند معياره و بازي نشان داده شده است.
