Υψηλής τάξης προσεγγίσεις και στοχαστική βελτιστοποίηση για μοντέλα υφαλμύρισης υπόγειων υδροφορέωνΥψηλής τάξης προσεγγίσεις και στοχαστική βελτιστοποίηση για μοντέλα υφαλμύρισης υπόγειων υδροφορέων Διδακτορική Διατριβή Doctoral Dissertation 2017-03-132017el Το φαινόμενο της υφαλμύρισης υδροφορέων γλυκού νερού αποτελεί ένα ιδιαίτερης σημασίας πρόβλημα, εμφανιζόμενο κυρίως σε παράκτιες περιοχές με τάσεις έντονα αυξητικές κατά τα τελευταία χρόνια, ιδιαίτερα κατά τους καλοκαιρινούς μήνες. Το φαινόμενο αυτό αντιπροσωπεύει το σύνολο των ενεργειών δια μέσου των οποίων υποβαθμίζεται η ποιότητα του νερού στο εσωτερικό ενός υδροφορέα, με συνέπεια ο ίδιος να καθίσταται μη ωφέλιμος για οποιαδήποτε ανθρώπινη δραστηριότητα. Η διαχείριση των αντλήσεων γλυκού νερού είναι, ως εκ τούτου, απολύτως επιβεβλημένη με σκοπό τη διατήρηση της ποιότητάς του στο εσωτερικό του υδροφορέα και κατά συνέπεια, την αποφυγή των αρνητικών οικονομικών συνεπειών που προκύπτουν από την υποβάθμισή του. Το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας στο πρόβλημα αυτό παραμένει αμείωτο για πάνω από έναν αιώνα, ενώ ιδιαίτερα κατά τα τελευταία χρόνια η έρευνα σχετικά με τη βελτιστοποίηση του συνολικού πλάνου διαχείρισης των αντλήσεων σε παράκτιες περιοχές έχει εντατικοποιηθεί. Σε αυτήν ακριβώς την ερευνητική προσπάθεια εντάσσεται και η παρούσα Διατριβή, με στόχο να συνεισφέρει στη διαδικασία ελέγχου των αντλήσεων ενός υδροφορέα, παρουσιάζοντας ένα μαθηματικό αλγόριθμο αποτελεσματικής διαχείρισής τους. Πιο συγκεκριμένα, στόχος μας στην παρούσα Διατριβή είναι η κατασκευή ενός αποτελεσματικού μαθηματικού αλγορίθμου, τον οποίο εφαρμόζοντας σε έναν παράκτιο υδροφορέα να μπορούμε να εξασφαλίσουμε τα εξής: α. τη μεγιστοποίηση των αντλήσεων γλυκού νερού στο εσωτερικό του υδροφορέα, με στόχο την κάλυψη των αναγκών σε γλυκό νερό των γειτονικών περιοχών, και β. την προστασία των γεωτρήσεων του υδροφορέα από το καταστρεπτικό φαινόμενο της υφαλμύρισης. Ως βασικό εργαλείο της διαδικασίας μοντελοποίησης των αντλήσεων προτείνουμε και εφαρμόζουμε μία κατάλληλα τροποποιημένη έκδοση του αλγορίθμου στοχαστικής βελτιστοποίησης AL.O.P.EX., προσαρμοσμένη στα υδραυλικά χαρακτηριστικά του προβλήματος. Πρόκειται για έναν ιδιαίτερα αποδοτικό αλγόριθμο, γνωστό στη βιβλιογραφία από προηγούμενη εφαρμογή του σε πλήθος σχετικών προβλημάτων μοντελοποίησης και στοχαστικής βελτιστοποίησης. Ταυτόχρονα, κατασκευάζουμε ένα πλήθος κυρώσεων ελέγχου της συμπεριφοράς του αλγορίθμου, έτσι ώστε οι αναγκαίοι από τη φύση του προβλήματος περιορισμοί να λαμβάνονται υπόψη κατά τη διάρκεια της διαδικασίας βελτιστοποίησης και ταυτόχρονα να την καθοδηγούν κατάλληλα. Στη συνέχεια, με στόχο τη διερεύνηση της συμπεριφοράς και της αποδοτικότητας της προτεινόμενης μεθοδολογίας βελτιστοποίησης, εφαρμόζουμε τον αλγόριθμο διαχείρισης που κατασκευάσαμε σε δύο παράκτιους υδροφορείς γλυκού νερού στα Ελληνικά νησιά της Καλύμνου και της Κρήτης αντίστοιχα. Εξετάζουμε πλήθος σεναρίων άντλησης, υπό την έννοια της μεταβολής των καιρικών συνθηκών που επικρατούν στην περιοχή, των ενδεχόμενων θέσεων των γεωτρήσεων άντλησης, αλλά και των αναγκών σε γλυκό νερό των υπερκείμενων περιοχών. Ως συνέπεια της έρευνας αυτής, προκύπτουν ιδιαίτερα ενθαρρυντικά συμπεράσματα τόσο για την αξιοπιστία της εφαρμοζόμενης διαδικασίας βελτιστοποίησης, όσο και για την ίδια τη διαχείριση των αντλήσεων γλυκού νερού στο εσωτερικό των υδροφορέων υπό μελέτη.Διδακτορική Διατριβή που εκπονήθηκε ως μέρος των απαιτήσεων για την απόκτηση του Διδακτορικού Διπλώματος στην κατεύθυνση Εφαρμοσμένα Μαθηματικά στις Επιστήμες Μηχανικών της Σχολής Μηχανικών Παραγωγής και Διοίκησης του Πολυτεχνείου Κρήτης.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/Πολυτεχνείο Κρήτης::Σχολή Μηχανικών Παραγωγής και ΔιοίκησηςStratis_Paraskevas_PhD_2017.pdfChania [Greece]Library of TUC2017-03-13application/pdf8.9 MBfree Stratis Paraskevas Στρατης Παρασκευας Τσομπανοπούλου Παναγιώτα Saridakis Ioannis Σαριδακης Ιωαννης Karatzas Giorgos Καρατζας Γιωργος Papadopoulou Eleni Παπαδοπουλου Ελενη Delis Anargyros Δελης Αναργυρος Vafeidis Antonios Βαφειδης Αντωνιος Mathioudakis Emmanouil Μαθιουδακης Εμμανουηλ Πολυτεχνείο Κρήτης Technical University of Crete P.T.C. AL.O.P.EX. Coastal aquifers Στοχαστική βελτιστοποίηση Stochastic optimization Salt water intrusion Παράκτιος υδροφορέας Διαχειριστικό πλάνο αντλήσεων Φαινόμενο υφαλμύρισης Παράκτια μηχανική