Διερεύνηση του αντίστροφου προβλήματος ως προς τον πυθμένα στις υπόγειες ροές με συνδυασμό μοντέλων προσομοίωσης και γενετικών αλγορίθμων.

Abstract

The goal of this study is to provide an accurate estimation of aquifer bottom elevation by avoiding the drilling of deep boreholes. Contrary to classic interpolation methods that use bottom elevation values from deep boreholes for the estimation of bottom morphology, this study takes into account surface data as well, like observation wells measurements of hydraulic head. Inverse problem - in this case bottom elevation in relation to water table - results to highly sensitive bottom elevation values with respect to head. As a result, inverse method is not used for bottom elevation morphology purposes and the proposed method of interchange between flow rate and bottom elevation is used to overcome this problem. Interesting information, even with the lack of deep boreholes, originates with the use of the proposed method. If instead of using water table, flow rate terms are used, bottom elevation anomalies are magnified and are easier to be traced. An important, as well as unexpected, result is that the collection of additional data does not necessarily lead to better outcomes. It is proved that the location of observation wells plays more important role than the total number of observation wells. It is very important the fact that, under specific conditions, aquifers bottom elevation can be estimated using only surface data.

Στόχος της παρούσας διατριβής αποτελεί η ακριβής εκτίμηση της μορφολογίας του πυθμένα ενός υπόγειου υδροφορέα αποφεύγοντας τη διάνοιξη βαθιών γεωτρήσεων. Αντίθετα με τις κλασικές μεθόδους παρεμβολής που λαμβάνουν υπόψη τους μόνο τιμές πυθμένα προερχόμενες από τις διαθέσιμες βαθιές γεωτρήσεις της περιοχής, η μεθοδολογία που προτείνεται για τον καθορισμό της μορφής του πυθμένα, συνεκτιμά και τις τιμές υδραυλικού φορτίου από τις αβαθείς γεωτρήσεις. Ο υπολογισμός της μορφολογίας του πυθμένα συναρτήσει της ελεύθερης επιφάνειας του νερού, δηλαδή το αντίστροφο πρόβλημα, δίνει αποτελέσματα για το υψόμετρο του πυθμένα που εμφανίζουν μεγάλη ευαισθησία σε μικρές μεταβολές της στάθμης. Εξαιτίας αυτού, είναι δυνατή η χρήση του αντιστρόφου προβλήματος για την εύρεση της μορφής του πυθμένα και για να παρακαμφθεί το πρόβλημα χρησιμοποιείται η προτεινόμενη μέθοδος εναλλαγής παροχής - υψομέτρου πυθμένα. Ενδιαφέρουσες πληροφορίες για τη μορφολογία του πυθμένα, ακόμα και στην περίπτωση απουσίας βαθιών γεωτρήσεων προκύπτουν όταν εφαρμοστεί η προτεινόμενη μέθοδος. Εάν αντί της ελεύθερης επιφάνειας χρησιμοποιηθούν όροι παροχής, μεγεθύνονται οι ανωμαλίες του πυθμένα και η ανίχνευσή τους γίνεται ευκολότερη. Ένα ακόμα πολύ σημαντικό και απρόσμενο συμπέρασμα είναι ότι η συλλογή επιπλέον δεδομένων δεν εξασφαλίζει τη βελτίωση των αποτελεσμάτων. Όπως αποδεικνύεται και στην πράξη, ιδιαίτερη σημασία έχει η θέση συλλογής των δεδομένων και όχι η ποσότητα. Τέλος, σημαντική συνεισφορά της διατριβής στην εύρεση της μορφολογίας του υδροφορέα αποτελεί το γεγονός ότι καθιστά, υπό ορισμένες προϋποθέσεις, εφικτή την εκτίμηση της μορφολογίας του πυθμένα με χρήση μόνο επιφανειακών δεδομένων.