تخصیص بهینه بار آلودگی با استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی چند هدفه و تحلیل تصمیم چند معیاره

آب و خاک

مقاله 5، دوره 30، شماره 1 - شماره پیاپی 45، اردیبهشت 1395، صفحه 88-98   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v30i1.37787

نویسندگان

ام لیلا صابری؛ محمد حسین نیک سخن^* ؛ امین سارنگ

دانشگاه تهران

چکیده

با توجه به اهمیت رودخانه‌ها و حفظ کیفیت آب‌، مدیریت کیفیت آب و ارائه راهکارهای کاهش آلودگی مورد توجه قرار دارد. هدف از برنامه‌ریزی و مدیریت کیفیت سامانه ‌های رودخانه‌ای، تدوین و اجرای مجموعه‌ای هماهنگ از راهکارها و سیاست‌های کاهش یا تخصیص بار آلودگی ورودی به رودخانه است، به طوری که کیفیت آب با میزان قابل قبولی با استانداردهای زیست‌محیطی منطبق گردد. در این‌گونه مسائل، تصمیم‌گیرندگان و تأثیر‌پذیرندگان متعددی با مطلوبیت‌های متفاوت وجود دارند. برای مطالعه رفتارهای رقابتی تصمیم‌گیرندگان در چنین وضعیت‌هایی، از ابزاری ریاضی با نام نظریه بازی‌ها، استفاده می‌گردد. در این تحقیق، ابتدا اهداف تصمیم‌گیرندگان که شامل حداقل‌سازی مقدار تخطی از استاندارد کیفیت آب و مجموع هزینه‌های تصفیه و جریمه قابل پرداخت توسط تخلیه کنندگان می‌باشند، مشخص می‌‌گردد. سپس بر اساس مطلوبیت تصمیم‌گیرندگان، استراتژی‌هایی بر اساس توافق ایشان بر روی منحنی تعامل بین اهداف بدست آمده از روش بهینه‌سازی چند هدفه بر پایه الگوریتم حرکت ذرات، تعیین می‌شود. بدین ترتیب سیاست‌های اولیه مدیریت کیفیت آب به گونه‌ای تدوین می‌شوند که مطلوبیت تا حد امکان تامین گردد. سپس با استفاده از تئوری بازی‌های غیر همکارانه، از بین سناریوهای مطرح شده، بهترین آن‌ها با توجه به معیارهای در نظر گرفته ‌شده مشخص می‌شود. در این مدل از روش چانه‌زنی نش برای حل اختلاف استفاده شده است. اجرای روش پیشنهادی در رودخانه سفیدرود که شرایط کنونی درصد تصفیه تمامی منابع آلاینده برابر با صفر و BOD در نقطه کنترل 59/26 میلی‌گرم در لیتر است، بهینه‌ترین جواب بدست آمده از تئوری بازی‌ها مقدار BOD را تا 16/6 میلی‌گرم در لیتر کاهش می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

الگوریتم بهینه سازی حرکت ذرات؛ چانه‌زنی نش؛ سفیدرود؛ کیفیت آب

مراجع

1- Abrishamchi A., Danesh-Yazdi M., and Tajrishy M. 2011. Conflict Resolution of water resources allocations using Game Theoretic approach: The case of Orumieh River Basin in Iran. AWRA 2011 summer specially conference, Utah, USA.

2- Akbari N. 2012. Quantitative and Qualitative Management of the River System using Conflict Resolution Approach. Master Thesis, Environment Faculty, University of Tehran, Iran (in Persian).

3- Alikhan A., Rubia Z., Tyagi V.K., Anwar K., and Lew B. 2011. Sustainable Options of Post Trestment of USAB effluent Treating Sewage: A review. Resources, Conservation and Recycling, 55: 1232-1251.

4- Azadnia A., Zahraei, B. 2009. The Calibration of Non-linear Muskingum Method using Multi-Objective Particle Swarm Optimization (MOPSO). The Eighth International River Engineering Proceeding, 8-10 Juli 2009, Ahvaz, Iran (in Persian).

5- Azimi M., Ghavasiye A., Hashemi H., Barkatein S., Jafarigol F. 2010. Evaluation of River Self-Purfication Capacity using Qualitative Simulation, Case Study: The Sefidrud River.Natinal Water Conference (in Persian with English Abstract).

6- Environmental Protection Agency. 2010. Technical Report of the Prevention, Control and Reduce of the Pollution of TheSefidrud River (in Persian).

7- Environmental Protection Agency, Department of Marine Environemnt. 2012. Identification of National Standards and Prevention of Environmental Pollution in The Caspian Sea (in Persian).

8- FallahMehdipoor A. and Bozorg Haddad A. 2012. Optimization of Utilisation of Multi PurposeReserviours using Multi Objective Particle Swarm Optimization, Water and Waste Journal, 97-105:84 (in Persian).

9- Ganji A., Khalili D., and Karamouz M. 2007. Development of stochastic dynamic Nash game model for reservoir operation. I. The symmetric stochastic model with perfect information. Advances in Water Resources, 30: 528–542.

10- Hosseinzade H., Afshar A., Sharifi F. 2010. Optimization of Waste Load Allocation using Ant Colony Optimization Algorithem, Water Resource Research Journal, 1-13:17 (in Persian).

11- Jamshidi S., BadaliansGholikandi G., and Ahmadiar A. 2013. An Assessment of Using Water Quality Trading to Improve Water Quality Management. 3rd International Conference on Environmental Management and Planning, Tehran, Iran.

12- Kassab G., Halalsheh M., Klapwijk A., Fayyad M., and Vanlier J.B. 2010. Sequential Anaerobic Treatment for Domestic Wastewater-A review. Bioresource Technology, 101: 3299-3310.

13- Kerachian R., and Karamouz M. 2006. Optimal Reservoir Operation considering the Water Quality Issues: A Stochastic Conflict Resolution Approach. Water Resources Research, 42: 1-17.

14- Kerachian R., and Karamouz M. 2007. A stochastic conflict resolution model for water quality management in reservoir-river systems. Advances in Water Resources, 30: 866-882.

15- Madani K. 2010. Game theory and Water Resources. Journal of Hydrology, 381: 225_238.

16- Madani K., and Lund J.R. 2011. A Mont-Carlo game theoretic approach for Multi-Criteria Decision Making under uncertainty. Advances in Water Resources, 34: 607-616.

17- Malekpoorstalki S. 2010. Obtaining River Water Quality Management Policies using the Evolutionary Game Theories, Master Thesis, Civil Engineering Faculty, University of Tehran (in Persian).

18- Nash J.F. 1953. Two-person cooperative game. Econometria, 21: 128-140.

19- Niksokhan M.H., Kerachian R., and Amin P. 2009. A Stochastic Conflict Resolution Model for Trading Pollutant Discharge Permits in River Systems. Environmental Monitoring and Assessment, 154: 219-232.

20- Qods Consulting engineering company, 2012. Environmental studies report on great basin of the Sefidrud (in Persian).

21- U.S. Environmental Protection Agency. 2004. Biological Nutrient Removal and Costs. Office of Wastewater Management, Municipal Support Division, Municipal Technology Branch.

22- U.S. Environmental Protection Agency. 2008. Municipal Nutrient Removal Technologies Reference Document”, Office of Wastewater Management, Municipal Support Division, Municipal Technology Branch.