بهينه‌سازي پارامترهاي طراحي زهكش زيرزميني باهدف كاهش خسارات محيط زيستي

Optimization of Drainage Design Parameters with the Aim of Reducing Environmental Damage in Steady-State C onditions

زمينه و هدف: قطر، عمق كارگذاري و فواصل لوله‌هاي زهكش سه متغير اساسي در طراحي شبكه‌هاي زهكش زيرزميني مي‌باشند. پساب خروجي از شبكه‌هاي زهكشي مي‌تواند اثرات مخرب زيادي بر محيط‌زيست بر جاي بگذارد. انتخاب مناسب متغيرهاي طراحي فوق مي‌تواند به كاهش خسارت محيطزيستي كمك نمايد. هدف از اين مقاله، ارايه مدلي به‌منظور انتخاب بهينه پارامترهاي طراحي سيستم زهكشي زيرزميني با هدف كاهش خسارات محيطزيستي ناشي از تخليه پساب به محيط‌زيست است، به نحوي پس از تخليه زهاب، غلظت شوري رودخانه از حد مجاز قابل‌قبول بيش‌تر نشود. روش بررسي: به اين منظور بيشينه نمودن اختلاف شوري زهاب خروجي و حد مجاز غلظت قابل تخليه به رودخانه به‌عنوان تابع هدف مدل در نظر گرفته شد. مدل بهينه‌سازي الگوريتم ژنتيك ([1]GA) كه يكي از انواع الگوريتم‌هاي تكاملي است مورداستفاده قرار گرفت، همچنين به منظور شبيه‌سازي انتقال شوري از مدل هوخهات استفاده شد. در مدل هوخهات انتقال آب به زهكش در دو بخش بالا و پايين سطح زهكش به‌صورت مجزا و با شوري‌هاي متفاوت مدل مي‌شود. به‌ منظور ارزيابي مدل پيشنهادي، يكي از واحدهاي شركت كشت و صنعت سلمان فارسي به‌عنوان مطالعه موردي انتخاب شد. برنامه‌نويسي روابط مورد استفاده در اين تحقيق شامل تابع شبيه‌سازي انتقال شوري هوخهات و همچنين الگوريتم بهينه‌سازي GA در محيط نرم‌افزار Matlab كد نويسي شده است. يافته‌ها: نتايج نشان مي‌دهد عمق كارگذاري لوله‌هاي زهكش عموماً بر حداقل عمق مجاز نصب منطبق هستند، به‌عبارت‌ديگر ازآن‌جاكه تابع هدف مدل دست‌يابي به حداقل خسارات محيطزيستي است، حداقل عمق نصب به‌عنوان عمق بهينه انتخاب شده است. پارامترهاي عمق، قطر و فاصله بهينه به‌دست‌آمده در اين مطالعه به ترتيب 3/1، 1/0 و 3/34 متر محاسبه شده است. همچنين نتايج بررسي حساسيت مدل پيشنهادي به تغيير دو فرض اوليه اجراي مدل، حداقل عمق مجاز نصب و عمق تثبيت سطح ايستابي نشان مي‌دهد با افزايش حداقل عمق مجاز نصب فاصله زهكش‌ها افزايش يافته و كاهش عمق تثبيت سطح ايستابي باعث افزايش فواصل زهكش‌ها و افزايش غلظت زهاب تخليه‌شده به محيط‌زيست مي‌شود. بحث و نتيجه‌گيري: در اين تحقيق و با استفاده از اطلاعات مطالعه موردي شركت كشت و صنعت سلمان فارسي، به منظور كاهش خسارت محيطزيستي ناشي از اجراي طرح‌هاي زهكشي، زهكش‌ها در حداقل عمق مجاز نصب قرار داده شوند.

Background and Objective: Diameter, insertion depth and spacing of drainage pipes are three crucial variables in the design of underground drainage network. Effluents have a great potential to leave lots of damage on the environment. The proper selection of design variables can lead to reducing the environmental damage. The purpose of this paper is to provide a model for selecting optimal design parameters for underground drainage systems to reduce environmental damage, in a way that after the discharge of drainage to the river, river salinity concentration does not exceed the acceptable limit. Method: For this purpose, maximization of difference between drainage water salinity and acceptable limit was considered as the objective function. Genetic Algorithm (GA), kind of evolutionary algorithm, has been used to simulate the transmission and the salt Hooghoudt model was used also. In Hooghoudt model water transition to drainage is modeled in two upper and lower individual part. In order to evaluate the proposed model, an agro-industrial unit Salman Farsi was chosen as case study. Matlab software was employed to program the formula and algorithm which has been used in this research, including Hooghoudt salinity transfer simulation function and GA algorithm optimization. Findings: Results show that the pipe depth is complying with minimum allowable depth. In other words, since the objective function of the model is to achieve minimal environmental damage, the minimum depth of installation is generally chosen. Optimum diameter, insertion depth and spacing have been obtained 1.3, 0.1 and 34.3 respectively. The results of the sensitivity of the model to change of the two basic assumptions, minimum allowable depth and stabilize the water table depth stabilizing, shows by increasing the allowable minimum depth of installation, drainage spacing increases and reducing the depth of the water table stabilizing will increase the drainage intervals and leads to increasing the concentration of drainage water discharged to the environment. Discussion and Conclusion: In this study and by using information about the Salman Farsi agro-industry company, to reduce the environmental damage caused by drainage projects, installation depth of drainage should be equal to the minimum allowable depth.