Heterojen bir akiferde pompaj kuyu karakteristiklerinin genetik algoritma ile belirlenmesi

Abstract

Bu çalışmada, heterojen bir akifer sistemi için pompaj kuyularının karakteristiklerinin (kuyu yeri ve sayıları, pompaj debileri) belirlenebildiği bir Simülasyon/Optimizasyon (S/O) modeli geliştirilmiştir. Geliştirilen S/O modelinde, yeraltı suyu hareketini temsil eden kısmi diferansiyel denklem sistemi blok-merkezli bir sonlu fark hesap şeması ile çözülmüş ve bu çözüm simülasyon modeli olarak kullanılmıştır. Bu model daha sonra, yerleşik yaklaşım kullanılarak Genetik Algoritma (GA) tabanlı bir optimizasyon modeli ile birleştirilmiştir. Geliştirilen S/O modeli ile kuyu karakteristikleri, mevcut gözlem kuyularında ölçülen ve hesaplanan hidrolik yük değerleri arasındaki hatanın minimize edilmesiyle belirlenmektedir. Kuyu yerlerinin belirlenebilmesi için “Hareketli alt bölge yaklaşımı” adı verilen bir çözüm tekniği geliştirilmiştir. Bu çözüm tekniğinde, kuyu yerleri optimizasyon modelinde karar değişkeni olarak kullanılmadan ilgili kuyu karakteristikleri belirlenebilmektedir. Geliştirilen çözüm tekniğinin performansı üç akifer modeli üzerinde test edilmiştir. Ayrıca, kullanılan çözüm parametrelerinin model sonuçları üzerindeki etkisini belirlemek amacıyla bir duyarlılık analizi yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar, geliştirilen çözüm tekniğinin akifer kuyu karakteristiklerinin belirlenmesinde etkin bir yöntem olarak kullanılabileceğini göstermiştir.

In this study, a Simulation/Optimization (S/O) model is proposed for the identification of unknown pumping well characteristics (i.e. location and numbers, pumping rates) for a heterogeneous aquifer system. In the proposed S/O model, the governing equation of groundwater flow is solved through a block-centered finite difference solution scheme within the simulation model. This model is then combined with a genetic algorithm (GA) based optimization model using embedded approach. The proposed S/O model finds the well characteristics by minimizing the residual error (RE) between simulated and observed head values at available observation sites. To determine the well locations, a solution technique entitled “moving sub-domain approach” is proposed. In this technique, the well characteristics can be determined without using the well locations as decision variables in the optimization model. The performance of the proposed solution tehnique is tested on three aquifer models. Furthermore, a sensitivity analysis is performed to determine the effect of the solution parameters to the solution accuracy. Results indicate that the proposed solution approach is an effective way of determining the unknown groundwater pumping well characteristics.