مدل فازی شبیه‌سازی- بهینه‌سازی در تخصیص بارآلاینده

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد مهندسی محیط زیست، دانشگاه علم و صنعت ایران

2 استاد دانشکده عمران دانشگاه علم و صنعت ایران

3 دانشجوی دکترای مدیریت، منابع آب، دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

در این مقاله از یک مدل شبیه‌سازی- بهینه‌سازی به منظور بهینه‌سازی تخصیص بار آلایندة منابع نقطه‌ای استفاده شده است. در طی فرآیند تصمیم‌گیری تخصیص بار آلاینده، پارامترهای تصادفی موجود در سیستم و اهداف مبهم  منجر به عدم‌ قطعیتهایی در مدل می‌گردند. در این مقاله از مجموعه‌‌های فازی با تابع عضویت مناسب به منظور مواجهه با عدم قطعیتهای ناشی از مبهم بودن اهداف استفاده شده است. مدل فازی تخصیص بار آلاینده از "QUAL2E" به عنوان یک مدل شبیه‌ساز و از الگوریتم ژنتیک به عنوان یک بهینه‌ساز استفاده می‌نماید که در نتیجه، ترکیبی ارضاء کننده از مقادیر حذف آلاینده‌ها از منابع آلاینده نقطه‌ای در اختیار ادارات حفاظت محیط زیست و تخلیه کنندگان قرار می‌گیرد. به منظور کنترل جوابها و عدم تخطی شرایط کیفی از استانداردها، از روش ضریب جریمه استفاده شده است. به طورکلی، روش تخصیص بار آلاینده درصدد ارائه راه‌ حلی تعاملی و سازشی بین ادارات حفاظت محیط‌زیست و تخلیه‌کنندگان می‌باشد. نتایج حاصل، حاکی از آن است که اهداف ادارات حفاظت محیط‌زیست مبنی بر دستیابی به غلظتهای مطلوب و نیز اهداف تخلیه‌کنندگان مبنی بر استفاده کامل از ظرفیت خودپالایی رودخانه به طور کامل تأمین نشده، بلکه تعاملی بین گروهها در دستیابی به مقاصدشان فراهم گردیده‌ است. این مدل فازی بهینه‌سازی تخصیص بار آلاینده برای یک مسئله فرضی حل شده و نتایج حاصل، همگرایی مناسبی به جواب بهینه کلی داشته‌اند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Fuzzy Simulation-Optimization Model for Waste Load Allocation

نویسندگان [English]

  • Motahhare Saadatpour 1
  • Abbas Afshar 2
  • Omid Bozorg Haddad 3
1 Grad. Student of Environmental Engineering, Iran University of Science and Technology
2 Professor, Faculty of Civil Engineering, Iran University of Science and Technology
3 Ph.D, Student of Water Resources Management, Iran University of Science and Technology
چکیده [English]

This paper present simulation-optimization models for waste load allocation from multiple point sources which include uncertainty due to vagueness of the parameters and goals. This model employs fuzzy sets with appropriate membership functions to deal with uncertainties due to vagueness. The fuzzy waste load allocation model (FWLAM) incorporate QUAL2E as a water quality simulation model and Genetic Algorithm (GA) as an optimization tool to find the optimal combination of the fraction removal level to the dischargers and pollution control agency (PCA). Penalty functions are employed to control the violations in the system.  The results demonstrate that the goal of PCA to achieve the best water quality and the goal of the dischargers to use the full assimilative capacity of the river have not been satisfied completely and a compromise solution between these goals is provided. This fuzzy optimization model with genetic algorithm has been used for a hypothetical problem. Results demonstrate a very suitable convergence of proposed optimization algorithm to the global optima.

کلیدواژه‌ها [English]

  • optimization
  • Waste Load Allocation
  • Fuzzy
  • Genetic algorithm
  • Simulation
1- Brown, C. L., and Barnwell, T. O.(1987). User's manual and documentation, the enhanced stream water quality models QUAL2E and QUAL2E-UNCAS., Environmental Research Laboratory Office of Research and Development U.S. Environmental Protection Agency, Athens, Georgia.

2- Burn, D. H., and Lence, B. J.(1992). “Comparison of Optimization Formulations for Waste Load Allocations.” J. Environ. Eng., 118(4), 597-612.

3- Fujiwara, O., Puangmaha, W., and Hanaki, K. (1988). “River Basin Water Quality Management in Stochastic Environment.” J. Environ. Eng., 114 (4), 864-877.

4- Takyi, K., and Lence, J. (1996). “Chebyshev Model for Water Quality Management.” J. Water. Resour. Plan. and Manage., 122 (1), 40-48.

5- Mujumdar, P.P., and Vemula, R.S. (2004). “Fuzzy Waste Load Allocation Model; Simulation-Optimization Approach.” J. of Computing in Civil Engineering,18 (2), 120-131.

6- McKinney, D. C., and Lin, K. D. (1994). ‘‘Genetic Algorithm Solution of Groundwater Management Models.’’ J. Water Resour. Res., 33 (6), 1897–1906.

7- Sasikumar, K., and Mujumdar, P. P. (1988). “Fuzzy Optimization Model for Water Quality Management of a River System.” J. Water Resour. Plan. and Manage., 124 (2), 79-87.

8- Goldberg, D. E., and Deb. K. (1991). A comparative analysis of selection schemes used in genetic algorithms, Foundation of Genetic Algorithms, Morgan Kaufman, San Mateo, Calif., 69-93.

9- Takyi, K., and Lence, J. (1995). “Markov Chain Model For Seasonal Water Quality Management.” J. Water Resour. Plan. and Manage., 121 (2), 144-156.

10- Chapra, S. D. (1997). Surface water quality modeling, 1st Ed. Mc Graw- Hill, INC.

11- سعادت‌پور، م. (1384). مدل شبیه‌سازی- بهینه‌سازی در تشخیص فازی بار آلاینده. پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، 72-66.