بخشی از مقاله
چکیده:
کنترل رسوب ناشی از روانابها در حوضههای آبریز از مهمترین مسائل مطرح در این بخش میباشد. حوضچههای بازداشت از بهترین ابزار در کنترل رسوب حاصل از روانابها در یک حوضه آبریز میباشند. در این مقاله با استفاده از الگوریتم بهینهساز جامعه مورچگان، برنامه شبیهساز سوات - SWAT - و تئوری بازیهای همکارانه اقدام به طراحی بهینه حوضچههای بازداشت در یک حوضه آبریز کردهایم.
در این مقاله از الگوریتم بهینهساز جامعه مورچگان برای حداقل کردن تابع هدف هزینه ساخت استفاده شده است، که در آن شبیهسازی حوزه با استفاده از برنامه شبیهساز سوات - SWAT - انجام گرفته است. از آنروی که در یک حوضه آبریز حضور چند تصمیمگیرنده مستقل بسیار محتمل میباشد، در این تحقیق با استفاده از تئوری بازیهای همکارانه اقدام به بررسی همکاری احتمالی بین تصمیمگیرندگان دخیل در یک حوضه آبریز کردهایم.
مقدمه:
حوضچههای بازداشت سازههای آبی هستند که با تغییر روند حرکت آب در یک حوضه آبی باعث بدام افتادن رسوبات شده و مانع از فرسایش هرچه بیشتر حوضه آبریز به پاییندست آن میشوند. با طراحی حوضچههای بازداشت بزرگتر میتوان درصد بالاتری از رسوبات را بدام انداخت و مانع از ورود آنها به پاییندست حوضه گشت، در عین حال که طراحی حوضچههای بازداشت بزرگتر منجر به افزایش هزینههای ساخت این سازههای کنترل رسوب و سیلاب خواهد شد. حوضچههای بازداشت برای کنترل روانابها، رسوبات و مواد مغذی در مناطق شهری و روستایی بکار میروند. از حوضچههای بازداشت در کنترل سیلاب و رسوبات در مناطق کشاورزی بسیار استفاده میگردد.
طراحی حوضچههای بازداشت عملا به صورت جدا انجام شده و هریک از آنان مستقل از دیگری و برای کنترل رسوبات و سیلاب در زیر حوضه مربوط به خویش طراحی میشوند. از جمله تبعات منفی این شکل از طراحی تاثیر منفی این حوضچهها بر یکدیگر و افزایش هزینههای های ساخت آنان است.
طراحی مستقل حوضچههای آرامش در کنترل سیلاب خروجی از حوضههای آبی چندان موثر نبوده و حتی برخی اوقات با توجه به تاثیرات منفی احتمالی آنان بریکدیگر افزایش در مقدار حداکثر سیلاب خروجی از حوضه را بههمراه خواهند داشت امرسون و همکاران - 7 - هال و رانجیتان - 9 - تاکید داشتند که طراحی همزمان حوضچههای بازداشت به منظور کنترل رسوبات و مواد مغذی در حوضههای آبی هزینههای کمتری را نسبت به شرایطی به دست خواهد داد که در آن حوضچهها به طور جداگانه در هریک از زیر حوضهها طراحی میشوند.
به منظور طراحی یکپارچه BMP1 در حوضههای آبی، کاینی و همکاران - 11 - با استفاده از یک الگوریتم بهینهساز تک هدفه اقدام به حداقل کردن هزینههای ساخت BMP برای یک میزان مشخص از رسوبات و دبی در یک حوضه آبریز کردهاند.
در این تحقیق یک مدل بهینهساز با استفاده از الگوریتم جامعه مورچگان به منظور حداقل کردن هزینه طراحی حوضچههای آرامش ارائه شده است. نویسندگان در این مقاله با استفاده از الگوریتم بهینهساز جامعه مورچگان اقدام به پیدا کردن مقدار بهینه هزینه نسبت به میزان ثابتی از رسوب خروجی نمودنند.
در این مقاله شبیهسازی حوضه با استفاده از برنامه شبیهساز سوات انجام گرفته است و با اتصال برنامه شبیهساز با برنامه بهینهساز اقدام به پیدا کردن جواب مناسب نمودهایم. از آنروی که در یک حوضه آبریز حضور چند تصمیمگیرنده مستقل بسیار محتمل میباشد، در این تحقیق با استفاده از تئوری بازیهای همکارانه اقدام به بررسی همکاری احتمالی بین تصمیمگیرندگان دخیل در یک حوضه آبریز کردهایم.
مدل ارائه در این مقاله کاربردی بوده و محققین این حوزه را قادر خواهد ساخت تا به بتوانند هزینه بهینه را در کنترل رسوب خروجی در حوضههای آبزیر با توجه به میزان رسوب خروجی از آن بیابند.
پیاده سازی مساله
در این مقاله مساله اصلی طراحی اندازه و مکان حوضچههای بازداشت است که در آن:
حداقل کردن : کل هزینههای ساخت حوضچههای بازداشت به ازای میزان رسوب سالانه خروجی مشخصی از حوضه آبریز نسبت به : -1 رابطه پیوستگی ؛ -2 محدودیتهای اجرایی حوضچههای بازداشت در زمینهای با کاربری مختلف؛ -3 محدودیتهای سازهای حوضچههای بازداشت عبارت بالا به زبان ریاضی عبارت خواهد بود از:
:PONDC هزینه کل ساخت حوضچههای بازداشت؛ :PONDCij هزینه ساخت حوضچه j در زیر حوضه i؛ :Ak سطح حوضچه بازداشت در زیر حوزه k که حداکثر و حداقل میزان آن توسط کاربر تعیین میشود؛ : Amax برابر حداکثر میزان ممکن از حوضه که میتوان به حوضچه بازداشت اختصاص داد؛ :Ak,sb سطح زیر حوضه k، :fr میزان درصدی از زیر حوضه که به داخل پوند میریزد؛ :Sj میزان حجم پوند؛ :Sjmax حداکثر حجم پوند
و تساوی آخر بیانگر قیودات هیدرولیکی و هیدرولوژیکی میباشد که در طراحی پوندها باید در برنامه شبیهسازی رعایت شود. نکته: در طراحی پوندها باید دقت داشت که این سازههای آبی نباید در زیر حوضهای طراحی شوند که در آن پوشش غالب جنگلی و یا یک سازه آبی میباشد.
مساله
در این مقاله خاص دو حوضهای فرضی در کنار هم یکی به مساحت 68,35 کیلومتر مربع و دیگری به مساحت 170,790 کیلومتر مربع، در برنامه سوات و با اطلاعات پیش فرض آن، مدل گشته اند. فرض بر این است که هریک از این حوضهها متعلق به یک تصمیمگیرنده خاص میباشند. اطلاعات اولیه برای مدل کردن یک حوضه در برنامه سوات عبارتند از:
-1 اطلاعات هواشناسی منطقه که شامل بارشهای روزانه و حداقل و حداکثر دمای هوا در روزهای مختلف سال میباشد،
-2 مدل توپوگرافی منطقه - Digital Elevation Model - DEM - - ، -3 اطلاعات هیدرولوژیکی منطقه
