طراحي جانمايي و ظرفيت بهينه چاه هاي پمپاژ زهكشي با هدف افت سطح آب زيرزميني در مناطق شهري

Pumping Drainage Well Layout and Optimum Capacity Design to Lower Groundwater Table in Urban Areas

بالا بودن سطح آب زيرزميني در مناطق شهري باعث بروز مشكلات متعددي در سازه هاي موجود و پروژه هاي عمراني مي شود. در روش مرسوم زهكشي با حفر تعدادي چاه و پمپاژ آب از آبخوان، سطح ايستابي تا مقدار مطلوب پايين آورده مي شود. علي رغم كارايي قابل قبول اين روش، هزينه اجرايي آن غالباً زياد است. بنابراين بهينه سازي طراحي سيستم پمپاژ آب زيرزميني در اين گونه پروژه ها حائز اهميت بوده و مي تواند باعث صرفه جويي چشمگير در هزينه هاي نهايي شود. در اين پژوهش، حل مسئله جانمايي و ظرفيت بهينه چاه هاي پمپاژ با حداقل هزينه زهكشي و به منظور افت سطح آب زيرزميني با استفاده از رويكرد شبيه سازي- بهينه سازي مد نظر قرار گرفت. مدل شبيه سازي مورد استفاده به منظور بررسي رفتار آبخوان تحت تاثير احداث چاه هاي پمپاژ نرم افزار MODFLOW و الگوريتم بهينه سازي به منظور تعيين جانمايي و ظرفيت بهينه چاه هاي پمپاژ الگوريتم كرم شب تاب مي باشد. مدل توسعه يافته FOA-MODFLOW بر روي آبخوان محدوده مسجد جامع شهر كرمان به منظور طراحي و جانمايي بهينه چاه هاي پمپاژ آب تحت هدف كمينه سازي هزينه كل طرح اجرا شد. نتايج به دست آمده حاكي از آن است كه در محدوده مذكور، ضمن كاهش قابل توجه هزينه طرح نسبت به طرح پيشنهادي توسط مشاور پروژه، مي توان با احداث دو حلقه چاه با مجموع نرخ پمپاژ 5503 متر مكعب در روز، به ميزان حداقل 1/5 متر در محدوده مذكور افت ايجاد كرد، در شرايطي كه ميزان نشست زمين در محدوده طرح نيز در حد مجاز باشد. همچنين بررسي تاثير پارامترهاي مهم حاكم بر مسئله بيانگر تاثير مقادير حداكثر رقوم مجاز سطح آب زيرزميني و حداكثر دبي پمپاژ چاهها بر روي جواب هاي مسئله مي باشد. از طرف ديگر نتايج، عملكرد مناسب رويكرد شبيه سازي- بهينه سازي مورد استفاده در حل مسائل آب زيرزميني را نشان مي دهد. در اين رويكرد تلفيق يك مدل شبيه ساز با قابليت لحاظ جوانب مختلف سيستم آبخوان و يك الگوريتم بهينه ساز فراكاوشي با قابليت نيل به مقادير بهينه سراسري متغيرهاي تصميم، منتج به طراحي و جانمايي بهينه چاههاي برداشت از آبخوان با هدف افت سطح آب زيرزميني شد.

High groundwater levels in urban areas pose major problems in construction and mining projects. A typical and effective solution in these situations is to dig drainage wells to lower the water table to the desired level through an appropriate pumping strategy. Although the method is efficient، the operating costs are relatively high and it is، therefore، of great importance to optimize the groundwater pumping system to save costs. In this paper، a simulation-based optimization approach is exploited to minimize the total costs through optimizing the layout and capacity of pumping wells. For this purpose، MODFLOW، the groundwater simulation software، is used to investigate aquifer behavior under pumping wells and the well-known Firefly Optimization Algorithm is exploited to find the optimal well layout and capacity. The proposed FOA-MODFLOW model is tested on the small urban ancient Grand Mosque region in Kerman City، southeast of Iran، to minimize the cost of the draining project. Experimental results indicate that the proposed cost-effective design noticeably outperforms the one proposed by the consulting engineers in terms of both the number of drilled wells and the associated pumping costs. The optimal strategy observes the constraints and demands by constructing only two wells with a total pumping rate of 5503 m3/day and a water table drawdown of more than 1.5 m provided the ground subsidence is within the allowable limit of less than 80 mm. Additionally، examination of the values obtained for the various design parameters shows that the proposed strategy is the best and its sensitivity to maximum permissible water level and pumping rates is highest as compared with other similar designs.