Εκτίμηση απόδοσης νερού από παράκτιους υδροφορείς με χρήση αριθμητικών μοντέλων και μεθόδων βελτιστοποίησης - Δήμος, Χαράλαμπος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών. Τομέας Έργων Υποδομής και Αγροτικής Ανάπτυξης, 2015)
Οι απαιτήσεις σε γλυκό νερό αυξάνονται όλο και περισσότερο και ιδιαίτερα σε παράκτιες περιοχές κατά τους θερινούς μήνες όπου η ζήτηση είναι ιδιαιτέρως υψηλή εξαιτίας του τουρισμού. Αυτή η αυξημένη ανάγκη για γλυκό νερό προκαλεί την υφαλμύρωση των παράκτιων υδροφορέων λόγω της υψηλής ζήτησης. Για την αντιστροφή αυτού του φαινομένου είναι αναγκαία η μελέτη του προκειμένου να αντλούνται οι μέγιστες δυνατές ποσότητες αποφεύγοντας την υφαλμύρωση των φρεάτων, γι’ αυτό το λόγο είναι αναγκαία η ανάπτυξη μοντέλων προσομοίωσης και βελτιστοποίησης. Το πρόβλημα προσομοίωσης του υδροφορέα και βελτιστοποίησης των παροχών άντλησης ή τροφοδοσίας έχει απασχολήσει τη διεθνή επιστημονική κοινότητα. Ο Gorelick (1983) ανέπτυξε μεθόδους συνδυασμένης εφαρμογής των μοντέλων προσομοίωσης και βελτιστοποίησης με στόχο την ορθολογική διαχείριση ενός υδροφορέα. Ο πλέον διαδεδομένος τρόπος απόδοσης της διεπιφάνειας κατά τη μελέτη της υφαλμύρωσης είναι η θεώρηση της απότομης διεπιφάνειας – sharp interface (Emch and Yeh 1998, Cheng & Ouazar 1999, Cheng et al. 2000, Mantoglou 2002). Οι Strack (1976), Bear (1979), και Cheng & Ouazar (1999) παρουσιάζουν και εφαρμόζουν την Ανάλυση κατά Strack που χρησιμοποιείται και στη συγκεκριμένη εργασία για τη μελέτη της της υφαλμύρωσης. Στη βελτιστοποίηση οι περισσότερες πηγές εστιάζουν στην εύρεση των βέλτιστων παροχών άντλησης με δεδομένες θέσεις φρεάτων και όχι και στην εύρεση των βέλτιστων θέσεων. Αυτοί οι οποίοι επέκτειναν το πρόβλημα είναι οι Gorelick et al. (1984) και Wang and Halfeld (1994). Η γραμμικότητα (Ahlfeld and Sawer 1990, Hallaji and Yazicigil 1996, Mantoglou 2002) ή η μη γραμμικότητα (Gorelick et al. 1984, Shamir et al. 1984, Wang and Ahlfeld 1994, Hallazi and Yazicigil 1996, Emch and Yeh 1998, Mantoglou 2002), η συνέχεια της αντικειμενικής συνάρτησης και η ύπαρξη παραγώγων και τοπικών ελαχίστων (Cheng et al. 2000) καθορίζουν την κατάλληλη μέθοδο βελτιστοποίησης. Με το πρόβλημα της βελτιστοποίησης με ταυτόχρονη εύρεση των βέλτιστων θέσεων των πηγαδιών έχουν κυρίως ασχοληθεί οι Mantoglou, Papantoniou (2008) αλλά στην συγκεκριμένη διπλωματική δεν θα γίνει αναφορά στο συγκεκριμένο πρόβλημα. vi Στην παρούσα εργασία πραγματοποιείται μια μελέτη στον παράκτιο φρεάτιο υδροφορέα στο Βαθύ της Καλύμνου. Αρχικά ορίζεται ένα μοντέλο προσομοίωσης χρησιμοποιώντας τα πραγματικά δεδομένα του υδροφορέα, σύμφωνα με τα οποία το PMWIN σε συνδυασμό με το MODFLOW δημιουργούν το μοντέλο προσομοίωσης και πρόγνωσης της συμπεριφοράς του. Στη συνέχεια συντάσσονται κατάλληλα προγράμματα στο MATLAB σύμφωνα με τα οποία πραγματοποιείται βελτιστοποίηση στον υδροφορέα με δεδομένες θέσεις φρεάτων τηρώντας δυο περιορισμούς προκειμένου να αποφευχθεί η υφαλμύρωση των φρεάτων. Έπειτα πραγματοποιούνται δύο βελτιστοποιήσεις χρησιμοποιώντας τα πραγματικά δεδομένα του υδροφορέα, με τους αλγόριθμους βελτιστοποίησης S.Q.P. και Interior Point η κάθε μια αντίστοιχα. Με βάση τα αποτελέσματα που προέκυψαν επιλέγεται ο Interior Point για την συνέχιση της εφαρμογής λόγω της πιο γρήγορης σύγκλισης που έχει. Ακολουθούν βελτιστοποιήσεις στον συγκεκριμένο υδροφορέα μειώνοντας ποσοστιαία την επιφανειακή τροφοδοσία, για να εξεταστεί η ευαισθησία στην μείωση των παροχών αντλήσεων με βάση τη μείωση της επιφανειακής τροφοδοσίας. Το συμπέρασμα που προκύπτει είναι πως οι παροχές άντλησης μειώνονται σχεδόν γραμμικά μέχρι 43% μείωση της επιφανειακής τροφοδοσία. Εν συνεχεία πραγματοποιούνται τέσσερις βελτιστοποιήσεις αλλάζοντας τις θέσεις των φρεάτων και τοποθετώντας τα σε διαφορετικές θέσεις πάνω στον υδροφορέα προκειμένου να ελεγχθεί η ευαισθησία στην αλλαγή των παροχών άντλησης με βάση την αλλαγή των θέσεων των φρεάτων, αλλά να βρεθεί και ο τρόπος με τον οποίο τα πηγάδια πρέπει να είναι τοποθετημένα για να προκύπτουν μεγάλες παροχές άντλησης. Το συμπέρασμα που προέκυψε είναι πως ο βέλτιστος τρόπος τοποθέτησης του είναι έτσι ώστε αυτά να είναι διασπαρμένα σε όλο το μήκος και πλάτος του υδροφορέα.