مدل هاي مرسوم كامپيوتري از ديرباز براي محاسبات عددي مورد استفاده قرار گرفته است و در دو دهه اخير سيستم هاي كارشناسي براي طيف متنوعي از فعاليتهاي مهندسي منابع آب در مواقعي كه تصميم گيريها متكي به مجموعه اي از قواعد بوده، بسيار موفق عمل كرده اند. در مقاله حاضر روش شناسي براي تدوين چنين سيستم‌هايي در مديريت و برنامه ريزي طرح هاي مقابله با خشكسالي با استفاده از سيستم هاي كارشناسي تشريح و قابليت هاي آن بر اساس يك كار انجام شده ارائه مي شود. در اين كار يك مدل برنامه ريزي خطي تهيه و با استفاده از آمار گذشته سياست هاي بهينه بهره برداري از منابع آب تعيين شده است. اين سياست ها در قالب مجموعه اي از قواعد در يك سيستم كارشناسي وارده شده و بر اساس آنها مديران قادر شده اند تا سياست هاي بهينه مقابله با خشكسالي را بر اساس زمان شدت خشكسالي و سايز مشخصات سيستم منابع آب تعيين نمايند.
واژه هاي كليدي: خشكسالي، سيستم هاي كارشناسي، مديريت منابع آب، برنامه ريزي خشكسالي

مقدمه
امروزه سيستم هاي كارشناسي (expert system, ES) مترادف با تهيه برنامه هاي كامپيوتري جذاب و كاربر دوست شده اند كه امكان استفاده از تجارب گذشته را براي حال و تصميم گيرندگان فعلي مهيا مي سازند. چنين سيستم هايي امكان توسعه مدلهايي را بر مبناي مجموعه اي از قواعد (rule-based) با ادبياتي ساده براي انتقال تجربه گذشته به سيستم فراهم مي آورند و در صورت تدوين درست آنها، امكان حل مشكلات را حتي بهتر از استفاده افراد متخصص ميسر مي سازند. طي سه دهه قبل، سيستم هاي كارشناسي به عنوان ابزاري موثر جهت كمك در برنامه ريزي، طراحي و بهره برداري براي طيف متنوعي از كارهاي عمراني توصيه و مورد استفاده قرار گرفته است و علت آن نيز اتكاء اين نوع كارها به مباحث نظري، آزمايشات عملي و تجربه مي باشد.
مانع اصلي براي استفاده از سيستم هاي كارشناسي در مسائل مربوط به كارهاي عمراني، توانايي در تعريف دقيق مسئله و مشكل موردنظر مي باشد. در مسائلي كه براي حل آنها به تعدادي زياد پارامترهاي ورودي، فضاي محدودي از جواب، و يا محاسبات تكراري احتياج است، برنامه نويسي هاي كامپيوتري مرسوم نسبت به برنامه نويسي با بسته هاي نرم افزاري سيستم كارشناسي (rule-based) بهتر مي باشد. اما براي آن دسته از مسائل كه هم به محاسبات رياضي احتياج دارند و هم به متغيرهايي كه به تجربه و با نظر كارشناسي تعيين مي شوند، پيوند برنامه نويسي هاي كامپيوتري مرسوم و سيستم هاي كارشناسي بسيار مطلوب و ضامن توجه به كليه مولفه هاي مسئله مورد بحث خواهد بود. بدين منظور بايد بخشي از مسئله كه مربوط به برنامه نويسي هاي كامپيوتري مرسوم است بطور مشخص و شفاف از بخشي كه به سيستم كارشناسي مرتبط مي گردد، تميز داده شود.
همانند بسياري از مسائل مربوط به طراحي در مهندسي عمران، شبيه سازي مرسوم و مدل هاي بهينه سازي مي توانند در تجزيه و تحليل تصميمات مديريتي بسيار مفيد باشند. استفاده از چنين مدلهايي، ويژگيهاي غيرقطعي فزايندهاي هيدرولوژيكي را در محاسبات به خوبي دخالت مي دهند. اما در تفسير نتايج به ارزيابي هايي بر مبناي تجريه و قضاوت هاي كارشناسي نياز مي باشد. مقاله حاضر نقش سيستم هاي كارشناسي را براي تجزيه و تحليل اين قسمت جهت سياست گذاري در مديريت خشكسالي منابع آب با شرح يكي از كارهاي انجام شده به نمايش مي گذارد.

برنامه ريزي در منابع آب
كامپيوتر حدود پنجاه سال است كه به خدمت مديريت منابع آب درآمده است. يك سال پس از معرفي كامپيوتر 640 IBM-MODEL در سال 1954، تجزيه و تحليل كامپيوتري دره نيل با آن انجام گرفت و از آن پس تاكنون بطور روز افزون در بخش هاي مختلف منابع آب، اعم از مطالعات، طراحي، بهينه سازي، مديريت و برنامه ريزي جاي خود را باز كرده است. اما بحث ورود نظرات كارشناسي و قضاوت هاي مهندسي اواخر دهه 1970 شروع شد Loucks و همكاران روش شناسي براي برنامه ريزي منابع آب ارايه نمودند كه تركيبي از برنامه نويسي مرسوم در بهينه سازي و برنامه نويسي بطور سوال و جواب بود كه طي آن نظرات كارشناسي نيز اعمال مي گرديد Sulivan , Labadie (2) مدل قويتري را براي پشتيباني از تصميم گيري ارائه دادند كه از سه بخش تشكيل مي شد: (1) يك پايگاه اطلاعاتي براي مديريت اده ها (2) زير برنامه براي تجزيه و تحليل پيش بيني و برآوردها (3) و يك رو برنامه (interface) براي ارائه نتايج به كاربر اين تلاش ها مقدمه اي براي ورود ES به مديريت منابع آب بود.

سيستم هاي كارشناسي
سيستم هاي كارشناسي سيستم هايي بر مبناي دانش (knowledge-base) هستند كه دانش موجود در زمينه خاصي را بكار مي برند و براي حل مسائل آنها را تفسير مي كنند كه در غير اين صورت براي حل چنين مسائلي لازم بود از فرد متخصص استفاده گردد. قدرت ES ابتدا از پايگاه دانش آن ناشي مي گردد كه در آن ذخيره شده است. اين سيستم ها قابليت آن را دارند كه از فرد متخصص قوي تر عمل كنند ولي در كل كمك كننده به تصميم گيران هستند نه جايگزين آنها پايگاه دانش در ES مجموعه سازمان يافته اي از داده اطلاعات و واقعيات در مورد حوزه علمي سيستم مي باشد. يك ES در فرايندي تحت عنوان مهندسي دانش ساخته مي شود كه در آن دانش حوزه ES از افراد متخصص و ساير منابع استخراج مي گردد.
براي ارائه دانش روشهاي مختلفي پيشنهاد شده است كه مرسوم ترين آن production rules مي باشد و سيستم هاي كارشناسي كه از اين روش استفاده مي كنند را سيستم هاي قاعده اي rule-based مي خوانند. در اين روش قاعده شامل يك اگر (IF) (يك شرط يا قضيه) و سپس (THEN) (يك عمل يا نتيجه مي باشد). اين قواعد به زبان مناسب براي تهيه ES استفاده مي شوند.
دو محيط مربوط به استخراج دانش و كاربرد ES همراه با اجزاء و ارتباط آنها در شكل (1) به نمايش درآمده است. امكانات تشريح Explanation Facilities نحوه اينكه چگونه ES به مرحله توصيه رسيده است را تشريح مي كند(مي تواند با زبان طبيعي باشد يا فرضا شماره قواعد به كار رفته را توضيح دهد). موتور تفسير Inference engine واقعيت هاي موجود پيرامون موضوع مورد بررسي را از پايگاه دانش سيستم Knowledge Base برداشت و تركيب مي نمايد تا به مرحله توصيه برسد. واقعيت هاي داده شده در حافظه كاري Working Memory وارد مي گردد. موتور تفسير مرتبا قواعد مربوط به مورد بررسي را از پايگاه دانش، شناسايي مي كند و ضمن تفسير آنها اطلاعات بدست آمده را در حافظه كاري جمع آوري مي كند تا به نتيجه نهايي برسد.

كاربرد سيستم كارشناسي در مديريت خشكسالي
در بحث هاي مرتبط با خشكسالي، سيستم هاي كارشناسي در موارد مختلف مانند مديريت (4و5) و پايش خشكسالي (6) مورد استفاده قرار گرفته است. در اين مقابله شرحي از استفاده اين سيستم براي مديريت خشكسالي ارائه مي گردد كه مي تواند افقي از توانايي و نحوه استفاده از آن را ارائه دهد.

تعريف مسئله
در سال 1986 ميلادي بنا به ضرورت هايي يك سيستم پشتيباني از تصميم گيري براي مديريت خشكسالي در شهر سياتل واشنگتن تدوين شد كه مولفه اصلي آن سيستم كارشناسي است (4) با استفاده از اين سيستم دست اندركاران مديريت آب اين شهر قادر هستند توان بالقوه وقوع خشكسالي و محاسبات فني انجام شده در خصوص بهينه سازي بهره برداري از منابع آب را ارزيابي نموده و بطور گرافيكي احتمال خشكسالي را با توجه به دو بخش قبلي نشان دهند. ارزيابي ضربه پذيري سيستم از خشكسالي با مجموعه اي از پرسش و پاسخ ها انجام مي گردد و سياست هاي استفاده مديران طراحي شده تا آنان را در تصميم گيري هاي پيچيده براي شروع برنامه هاي اعمال محدوديت در بهره برداري از منابع آب، ياري دهد شرح مختصري از سيستم آب شهري سياتل همراه با اهداف آن در ادامه مي آيد ابتدا مدل LP كه براي برآورد آورد سيستم و امكان بالقوه خسارات اقتصادي مي باشد، تشريح شده، سپس نحوه مشاركت نتايج مدل LP در سيستم كارشناسي و در نهايت سيستم مديريت خشكسالي ارائه شده است.
در سال تدوين اين سيستم، اداره آب اين شهر سياتل (Seattle Water Department SWD) مسئوليت توزيع آب را در وسعتي برابر 400 مايل مربع با جمعيت 000/541 نفر و مراكز توليد آب آشاميدني كه آب 000/549 نفر را تامين مي كردند عده دار بود. منبع تامين آب اين شهر، رودخانه هاي تولت و سدار مي باشند كه از غرب شهر عبور مي كنند. حدوداً 000/000/108 گالن در روز (gpd) از سيستم رودخانه حداقل آب براي آبزيان بوده است. سيستم رودخانه سدار بخاطر وجود حقابه براي نيازهاي برق آبي ترابري و حفظ ارتفاع سطح آب در درياچه واشنگتن بسيار پيچيده است شكل (2) سيستم تامين آب اين شهر را نشان مي دهد.
به منظور اطمينان از كفايت آب در آينده SWD هر پنج سال يك طرح جامع را منظور انجام مي دهد و براي برنامه ريزي و طراحي تاكيد دارد كه تقاضاي آب تنها در يك واقعه خشكسالي طي پنجاه سال برآورد نگردند، به عبارت ديگر 98% قابليت اطمينان مدنظر سياست گذاران آن مي باشد. بررسي روند تقاضا در آن زمان نشان داد تا اواخر دهه 1980 ميزان مصرف به 000/000/169 gpd خواهد رسيد كه اين ميزان برابر مقدار آورد مطمئن سيستم بود، لذا وقوع يك خشكسالي شديد سريعا سيستم را تحت تاثير خود قرار مي داد.
براي برخورد با خشكسالي هاي بالقوه منطقه SWD برنامه مقابله با كمبود آب (WSRP water shortage response plan) را تدوين نموده بود كه چهارچوب لازم را براي مديريت خشكسالي در هنگام وقوع آن، مشخص مي كرد. هدف WSRP اين بود كه خسارات اقتصادي ناشي از خشكسالي را حداقل سازد و در عين حال حداقل آب موردنياز براي حفظ سلامتي جامعه و خطوط لوله آتش نشاني براي تامين امنيت شهر فراهم گردد. اين طرح شامل دو سناريو مختلف چند مرحله اي بود، يكي برخورد با خشكسالي در اواخر تابستان و ديگري براي مقابله با كاهش منابع ابي در پاييز پيوست 1، خلاصه اي از برنامه پنج مرحله اي مقابله با خشكسالي را در تابستان ارائه مي دهد. در اين برنامه نوع محدوديت هايي كه لازم است به اجرا درآيند، اقدامات مشتركين و مقدار آب صرفه جويي شده براي هر يك از پنج مرحله آمده است. بعلاوه مطالعاتي انجام گرديد تا منحني مقدار خسارات اقتصادي به عنوان تابعي از كمبود آب برآورد شود.
هر زمان كه WSRP اجرا مي شود، افت درآمدي در منطقه بواسطه اعمال سياست هاي انقباضي در توزيع آب بوجود خواهد آمد. شروع و مرحله بندي اعمال محدوديت ها در مصرف اب، تصميم مديريتي مشكلي در زمان احتمال وقوع خشكسالي مي باشد. هر چه برنامه WSRP زودتر فعال گردد از شدت خسارتهاي اقتصادي ناشي از خشكسالي نيز كاسته مي شود. زيرا با توزيع آب كنترل شده در درازمدت مي توان از ميزان خسارتها كاست. هر چند لازم است كاستن از خسارات به واسطه اجراي برنامه فوق با عدم وقوع خشكسالي و يا كمتر از شدت پيش بيني شده آن مقايسه گردد (يعني در اين حالت از توان آب موجود سيستم كمتر استفاده شده و اين نيز خسارت است) وجود عدم قطعيت در WSRP انعكاس منفي از توانايي SWD در حفظ و توزيع آب قابل اطمينان را به همراه دارد.

متدولوژي
در تدوين سيستم فوق پاسخ به دو سوال اساسي رودرروي SWD مدنظر بوده است (1) شرايط فعلي منابع آب در مقايسه با گذشته، چگونه است؟ يعني بر اساس شرايط حاضر احتمال رخداد خشكسالي وجود دار (2) اگر برنامه WSRP به اجراء گذاشته شود مرحله بندي آن چگونه باشد تا خسارات ناشي از خشكسالي حداقل شود؟ هدف اين بود كه كيفيت تصميم گيري ها در مديريت خشكسالي با مجموعه بشيتري از اطلاعات كمي بالا رود و اين امكان ايجاد گردد كه كاربران اهميت اطلاعات كيفي را تعيين نمايند و در فرايند تصميم گيري ها دخالت دهند. به علت پيچيدگي مساله در روش موردنظر روش هاي مرسوم محاسباتي و ابزارهاي سيستم كارشناسي هر دو مورد استفاده قرار گرفتند و اين مجموعه سيستم مديريت آب ( WMS Water Management System) را بنا نهادند.

مولفه هاي سيستم مديريت آب WMS
(WMS) شامل دو برنامه مرتبط يكي از تحليل هاي پيش از وقوع خشكسالي و ديگري حين خشكسالي مي باشد كه دياگرام آن در شكل (3) نشان داده شده است. مولفه هاي برنامه مربوط به تحليل هاي پيش از خشكسالي عبارتند از مصاحبه كامل با پرسنل SWD تدوين مدل برنامه ريزي خطي (LP) و تهيه پايگاه اطلاعاتي تا اطلاعات توليد شده با مدل (LP) در آن ذخيره و به نحو مطلوب قابل دريافت مجدد باشد. اجراي مدل (LP) مرحله بعدي بود كه خشكسالي هاي گذشته و تاثير سياست هاي مختلف مديريتي بر آن را بطور كمي ارزيابي و تجزيه و تحليل نمايد و بر اساس تعداد سناريو بهينه در پاسخ به كمبود اب تدوين مي شود. اين سناريوها شامل انجام بهينه طرح پنج مرحله اي مقابله با خشكسالي طي مدت 16 هفته براي تركيب مختلفي از ذخاير منابع آب در هنگام شروع طرح ها است و نهايتاً نتايج مدل (LP) در پايگاه اطلاعاتي ذخيره مي گردد. اطلاعات توليد شده با تحليل هاي پيش از خشكسالي جنبه كلي دارد و آگاهي و بصيرت را در برنامه ريزي سبب مي شود ولي راهنماي مشخصي در بهره برداري ارائه نمي دهد.
تحليل هاي حين خشكسالي آن قسمت از طرح است كه براي كمك به عمليات بهره برداري در هنگام وقوع خشكسالي طراحي شده و زماني شروع مي گردند كه تشخيص داده مي شود خشكسالي مي تواند بر روي بهره برداري از منابع اب تاثير بگذارد. با استفاده از سيستم كارشناسي كاربران مي توانند اطلاعات تهيه شده با مدل (LP) مربوط به نحوه آورد سيستم منابع آب و احتمال كمبود در آنها را داشته باشند. كاربران همچنين مي توانند از سيستم براي تدوين سياست هاي مديريتي كه در آن عمليات بهره برداري با توجه وقت سال، وضعيت منابع آب موجود و شدت خشكسالي موردتوجه قرار گرفته باشد، استفاده نمايند.



نگاهي به سياست هاي بهره برداري و گزينه هاي مديريتي
چندين جلسه بين SWD و تيم تحقيقاتي براي درك بهتر از نحوه فرايند تصميم گيري در مديريت خشكسالي توسط SWD برگزار گرديد ليكن روش ارزيابي دقيقي براي تجزيه و تحليل خشكسالي يا شروع طرح هاي مقابله با خشكسالي ملاحظه نشد. يكي از دلايل آن اين بود كه علاوه بر SWD چندين بنگاه ديگر در سطح فدرال، ايالت، و محلي، متاثر از سياست هاي مقابل با خشكسالي مي شوند و اهداف گوناگون و متناقضي در مديريت خشكسالي توسط آنان مطرح مي گردد بطوريكه تا آن زمان امكان حصول به يك توافق جامع ميسر نشده بود. دليل دوم پيچيدگي هاي خاص مسئله و روش حل آن مي باشد كه در آن تصميمات نياز به ارزيابي امكان بالقوه ريسك از وقايع غير قطعي دارند.
در طرح قبلي خشكسالي SWD در مواقع لازم با حضور نمايندگان بنگاه هاي بالا جلساتي تشكيل مي شد و نسبت به اقدامات لازم جهت مقابله با خشكسالي تصميم گيري مي گرديد (شكل 4) توجه طرح معطوف به كل ذخيره سيستم منابع آب، پيش بيني ورودي هاي سيستم، و پيش بيني تقاضاي آب بود و داده هاي محدودي در آن به كار گرفته مي شد، همچنين تسهيلات كامپيوتري براي كمك به تصميم گيري ها، جايي نداشت.
در نهايت از مصاحبه ها روشي مشخص و دقيقي براي بهره برداري در وضعيت موجود دريافت نشد. هر چند در تعريف اهداف بهره برداري در بنگاه هاي مختلف تهيه فهرست محدوديت هاي فيزكيي سيستم و تعريف محدوديت هاي بهره برداري با توجه به ملاحظات عمومي و سياسي، مفيد واقع گرديد.
مدل خطي بهينه سازي بواسطه طبيعت پيچيده راهبردهاي مديريت خشكسالي يك مدل برنامه ريزي خطي از سيستم تامين آب براي اندازه گيري توان بالقوه ريسك در خشكسالي تدوين گرديد. اين مدل راهبردهاي اجراي طرح مقابله با خشكسالي را بر مبناي شرايط اوليه ذخاير آبي تقاضا براي آب و ورودي به سيستم طي شانزده هفته تعيين مي كند بطوريكه خسارتهاي اقتصادي ناشي از كاهش آب حداقل گردد. (زمان شانزده هفته بر مبناي حداكثر طول دوره خشكسالي گذشته انتخاب شده است)
قيودات (constrains) فيزيكي سيستم مانند ظرفيت مخزن سدها و پمپ ها، در برنامه ريزي خطي دخالت داده شد و تعداد ديگري از ملاحظات بهره برداري نيز كه مدنظر SWD بود به مدل اضافه گرديد. توابع خطي قطعه اي محدب، براي تعيين استفاده از مراحل پنجگانه طرح مقابله با كمبود آب (پيوست 1) براي تامين نيازهاي اجرايي SWD تهيه گرديد و مرزهاي بالايي براي هر مرحله از صرفه جويي بر اساس حداكثر كاهش ممكن در استفاده از آب تعيين شدند. قيوداتي نيز مورد استفاده قرار گرفتند تا افزايش مرحله اي را در مراحل طرح سبب گردد و اجازه دهد تنا يك مرحله در هفته افزايش صورت پذيرد كه در عمل نيز اينگونه مي بود. براي مثال مرحله 1 حداقل بايد يك هفته فعال باشد قبل از اينكه مرحله 2 به اجرا درآيد. برنامه ريزي خطي با استفاده از بسته نرم افزاري LP83 انجام گرفت. اندازه مسئله از 400 تا 800 قيد بسته به شرايط سيستم در تغيير بود.
آورد سيستم: مانند بسياري از سازمان هاي مسئول در توزيع آب SWD در پيش بيني آينده آوردهاي آب در مواقع خشكسالي توفيق كمي داشته است. براي ارزيابي ريسك، آمار ثبت شده از جريان رودخانه مورد استفاده قرار گرفت (46 سال تا زمان مطالعات) بديهي است كه تناوب جريان هاي گذشته در اينده الزاماً تكرار نخواهد شد هر چند آمار 46 ساله از رودخانه به اندازه كافي محدوده وسيعي از تناوبات ممكن را ارائه مي داد تا بر مبناي معيارهاي قابل اطميناني تهيه گردد.
براي پاسخ به اين سوال كه چگونه شرايط فعلي با وقايع گذشته ارتباط دارد (ايا احتمال رخداد خشكسالي با توجه به شرايط فعلي وجود دارد)؟ مدل ابتدا براي كليه 46 سال اجرا گرديد تا تابع توزيع تجمعي (CDF commutative distribution function) براي حداكثر آورد سيستم محاسبه شود در اين خصوص آورد به عنوان حداكثر مقدار آبي كه مي توانداز سيستم براي 16 هفته برداشت شود بدون اينكه شكست (failur) بخورد تعريف گردد. اين مقدار CDF براي شروع در دوره (جولاي و سپتامبر) و شرايط اوليه مخزن (60 و 80 درصد ذخيره سيستم) محاسبه شد.
تجزيه و تحليل آماري روي خروجي آورد سيستم آب كه با مدل برنامه ريزي خطي براي 46 سال آماري توليد شده بود انجام شد تا بتوان با اعمال توزيع آماري بر آنها، احتمال وقوع را برآورد نمود. مقادير آوردها رسم شد و بطور يكنواخت، توزيع لگاريتمي خطي بر آنها برازش خوبي نشان مي داد.
سناريوهاي WSRP از آنجاييكه مدل كردن تمامي سناريوهاي ممكن عملي نبود، مواردي انتخاب گرديد تا معرف خشكشالي هاي گذشته باشند و براي طراحي شرايط استثنايي مورد استفاده قرار گيرند. اين وقاع بر اساس بررسي آمار گذشته انتخاب گرديد كه شامل پنج دوره خشكسالي مربوط به سال هاي 1929، 1938، 1940، 1952 و 1957 بود. شرايط اوليه در اجراي مدل هفته اول هر يك از ماههاي تابستان (ژوئن، جولاي، آگست و سپتامبر) دو سطح مختلف تقاضا gpd 000/000/000/170، 000/000/000/180) و سه سطح اوليه از ذخيره سيستم (بين 60 تا 100 درصد) در نظر گرفته شد كه در مجموع 120 سناريو را ايجاد مي كرد و محدوده متنوعي از سناريوهاي صرفه جويي و توزيع محافظه كارانه آب را توليد مي نمود.
نتايج اجراي مدل برنامه ريزي خطي در شرايط فوق سياست گذاري بهينه در توزيع آب براي 120 سناريو خشكسالي بود. اين نتايج هم زمان بهينه را براي شروع محدوديت ها و هم سطح بهينه اعمال محدوديت ها را بر اساس حداقل كردن خسارات اقتصادي تعيين مي كردند.
سيستم كارشناسي قواعد مديريت خشكسالي با سازماندهي سناريوهاي خشكسالي فوق با توجه به هفته شروع شرايط اوليه جريان هاي بعدي نتايج آورد سيستم و خسارات اقتصادي تعيين شد. سپس اين قواعد با معيارهاي طرح مقابله با كمبود اب براي شروع اعمال محدوديت كه توسط SWD در سال 1986 تدوين شده بود، مقايسه گرديد. نتايج حاصل از اين مقايسه به عنوان قواعد نهايي انتخاب و به زبان سيستم كارشناسي ترجمه و وارد سيستم شد تا بتواند توان بالقوه دوره هاي خشكسالي را شناسايي كند. نرم افزار سيستم كارشناسي (1985 Level Five Research) +2 INSIGHT2 براي تهيه WMS مرد استفاده قرار گرفت INSIGHT2+ بخاطر توانايي آن در انجام محاسبات رياضي، دخالت اطلاعات غيرقطعي و جزئي و امكانات آن در تصميم گيري هاي منطقي انتخاب گرديد. در INSIGHT 2+ امكان ارتباط (link) با برنامه هايي كه با ديگر زبانهاي برنامه نويسي نوشته شده باشند وجود دارد. مجموعه اين امانات در تهيه WMS به كار گرفته شد.
هدف اوليه WMS اين است كه بر اساس شرايط كه كاربر از فصل جاري و وضعيت منابع آب تعريف مي كند، آيا امكان خشكسالي وجود دارد؟ اطلاعات لازم براي پاسخ سيستم مجموعه قواعدي است كه كل ذخيره موجود سيستم منابع آبي سطح تقاضاي پيش بيني شده و زماني از سال كه خشكسالي در آن بررسي مي شود را تبيين مي كند يك مثال از قواعدي كه در INSIGHT 2+ استفاده مي گردد مطابق زير مي باشد:
اگر هفته در اول جولاي قرار دارد
و ذخيره اوليه سيستم 90/000 اگر فوت است
و تقاضاي اوليه gpd 000/000/170 است
و پيش بيني جريان رودخانه بيش از متوسط است
سپس هيچ محدوديتي لازم به اجراء نمي باشد.
پايگاه اطلاعاتي و تواناي هاي گرافيكي مديريت پايگاه اطلاعاتي و توانايي هاي گرافيكي در سيستم كارشناسي براي دسترسي به حجم زياد خروجي هاي مدل LP و ارائه آن به شكل گرافيكي گنجانده گرديد پايگاه اطلاعاتي انواع مختلف داده ها را از مدل LP دريافت و در جداول ورودي سيستم كارشناسي قرار مي دهد، همچنين امكان ورود داده هاي جديد به هنگام كردن تنظيم و جابه جايي داده هاي جديد به هنگام كردن تنظيم و جابجايي داده ها در سيستم كارشناسي را مهيا مي كند.
استفاده از WMS-WMS متدولوژي جامعي براي طرح مديريت خشكسالي مي باشد كه راهبردهاي WSRP را براي 16 هفته ارائه مي دهد و تعيين مي نمايد چه زماني و با چه شدتي محدوديت ها بايد شروع گردند (شكل 5) تلاش زيادي صورت گرفت تا روند تصميم گيري عوض نگردد بلكه با اطلاعات كمي بيشتر و امكان بيشتر اينكه كاربران بتوانند اثر و حساسيت تغيير در فرضيات اوليه را در نتايج كاري خود ارزيابي كنند فرايند تصميم گيري ارتقاء يابد و تدقيق گردد.
WMS بطور هفتگي براي ماه هاي تابستان طراحي شده و با ارائه اطلاعات موجود از شرايط حاضر سيستم تامين آب، آغاز مي گردد. اطلاعات موردنياز شامل وقت سال، ميزان تقاضاي آب، كمبود سيتسم و پيش بيني ورودي ها مي باشد. ورودي ها مي توانند عددي (مثلا 000/000/180GPD) يا منطقي (بالاي متوسط) باشند اگر WMS نشان مي دهد كه امكان خشكسالي كم است كاربر مي تواند برنامه را متوقف نمايد و مجدداً آن را براي هفته بعدي ارزيابي نمايد.
هنگامي كه توان بالقوه معني داري براي بروز خشكسالي توسط WMS تشخيص داده شد، پايگاه اطلاعاتي سيستم فعال مي گردد. سپس WMS كمبود بالقوه آب براي دوره مورد بررسي را با استفاده از پايگاه اطلاعاتي كه از قبل توسط مدل LP محاسبه شده و CDF آورد سيستم را بر اساس شرايطي كه توسط كاربر وارد شده ارائه مي دهد (شكل 6) تابع توزيع تجمعي (CDF) آورد احتمال اينكه برآورد سيستم كمتر يا مساوي مقداري خاص باشد را بر مبناي اطلاعات گذشته ارائه مي دهد. همچنين آورد متوسط سيستم براي دور 46 ساله همراه با آورد با احتمال 10، 20 و 30 درصد ارائه مي شود. اين كار باعث مي گردد تا كاربر تبواند نگاهي به شرايط موجود منابع آب بر اساس مقايسه با اطلاعات گذشته داشته باشد. همچنين ممكن است كاربر آورد را براي درصد احتمال خاص موردنظرش تعيين كند. اگر لازم باشد كاربر مي تواند درخواست كند تا CDF و يا سيستم فهرستي از 10 سال آمار گذشته را كه بر اساس شراي اوليه موجود (مشابه سال جاري) بيشترين خسارات را ديده اند ارائه دهد.
WMS اجازه مي دهد تا كاربر خشكسالي خاصي را از بين سالهاي گذشته براي ارزيابي هاي بعدي انتخاب نمايد. همچنين سيستم اين فرصت را براي كاربر فراهم مي سازد تا پاسخ توصيه شده براي مقابله خشكسالي در ده سال خشكسالي هاي گذشته را ببيند (شكل 8) بدين ترتيب سالهاي خاصي را مي توان بر اساس احتمال رخداد برآورد شده آن يا ميزان خسارت اقتصادي و يا بر اين اساس كه كاربر تا چه حد احساس مي كند شراط سال جاري مشابه سالي خاص در گذشته است، انتخاب كرد. قضاوت در مورد مشابهت بين سالها بر اساس زمان شروع خشكسالي شدت خشكسالي و طول دوره برآورد شده از خشكسالي است. ستون هاي عمودي روي شكل (9) مرحله عمليات بهينه را براي هر هفته نشان مي دهد. ارتفاع هر ستون معرف مرحله صرفه جويي بر اساس پنج مرحله (پيوست 1)‌در هفته مي باشد. جاهاي خالي كه بدون ستون هستند مواردي را نشان مي دهد كه نياز به هيچگونه اعمال محدوديت نمي باشد. اين ممكن است مربوط به قبل از وقوع خشكسالي، زماين كه ذخاير آب سدها و مقدار جريان رودخانه ها زياد بوده يا بعد از وقوع خشكسالي وقتي كه جريان رودخانه افزايش پيدا كرده است باشد نمودار نشان مي دهد كه چگونه خشكسالي حاضر را بر اساس اطلاعات خشكسالي هاي مشابه قبل مي توان مديريت كرد.
جهت راهنمايي كاربر در توصيه استفاده بهينه از مراحل صرفه جويي آب WMS اجازه مي دهد تا وي وزن هايي را (بين 0 تا 100 درصد) براي هر كدام از دوره هاي خشكسالي به نمايش درآمده (بر اساس تشخيصي مي دهد كه تا چهحد اين دوره ها شبيه شرايط وضع موجود است) اعمال نمايد. سپس سيستم مراحل صرفه جويي را براي دوره 16 هفته اي با توجه به وزن هاي داده شده ارائه مي دهد.
دياگرام مراحل صرفه جويي برآورد شده راهنماي كلي براي استفاده WSRP خواهد بود، كه در آن نشان مي دهد، چه زماني اقدامات مربوط به صرفه جويي اب بايد شروع گردد و حداكثر درجه مراحل WSRP براي حداقل كردن خسارات واقعه خشكسالي چقدر بايد باشد. ميزان صحت راهبردهاي اعمال شده در خشكسالي جاري تابع مشابهت بين خشكسالي سالهاي گذشته و سال جاري و دقت ضرائب داده شده است.


جمع بندي و نتيجه گيري
هرچند سيستم هاي كارشناسي بصورت مستقل براي تصميم گيري در جنبه هاي مختلف از جمله منابع آب بطور اعم و خشكسالي بطور اخص قابل توصيه نمي باشند، ولي استفاده از آنها همواره با مدل هاي مرسوم محاسباتي يك مجموعه كارآمد و با پشتوانه اطلاعاتي بسيار قابل را براي پشتيباني از تصميم گيري فراهم مي آورد. كاربرد سيستم كارشناسي در ساير نقاط جهان براي مديريت خشكسالي نشان داده كه اين سيستم ضمن بهره گيري از تجربيات گذشته، باعث شده است مديريت خشكسالي بطور دقيق تر وسازمان يافته تر صورت پذيرد. لذا با توجه به تجربيات موفق در بكارگيري اين سيستم ها، در درجه اول انجام مجموعه اي از كارهاي تحقيقاتي جهت بالابردن سطح دانش بخش منابع آب كشور و سپس آموزش و استفاده از آنها كاملا قابل توصيه مي باشد.

قدرداني و سپاسگزاري
لازم مي داند از نظرات و نكات ارائه شده توسط آقاي مهندس هادي ميرابوالقاسمي كارشناس ارشد مهندسين مشاور اب تهران در تدوين اين مقاله كمال سپاسگزاري را نمايد.

پيوست شماره 1: خلاصه اي از مراحل برنامه پاسخ به كم آبي (6)
مرحله اول – امكان بالقوه ضعيف
علت استفاده از آن
1-كل سيستم ذخائر تا اول ژوئن پرنشده است
2- ذخيره سدها قبل از فصل نياز ابي حداكثر پر نخواهد شد
عكس العمل سيستم مديريت آب
1- استفاده غير ضروري از آب متوقف گردد
2- ورودي به درياچه از GPD 000/000/3 به 000/000/2 كاهش يابد
اقدام مشتركين: هيچ
كل صرفه جويي قابل پيش بيني GPD 000/000/3

مرحله دوم امكان بالقوه متوسط
علت استفاده از آن
1- پيش بيني مي گردد كه كل سيستم ذخيره زير معيار 98% اطمينان قرار گيرد
2- كاهش ورودي به سيستم در حال ادامه است
3- شرايط خشك تر آب و هوايي از نرمال قابل پيش بيني مي باشد.
عكس العمل سيستم مديريت آب: خروجي از سدهاي سدار و تولت به نحوي تنظيم گردد كه ذخيره آنها افزايش يابد.
اقدام مشتركين كاهش داوطلبانه مصرف آب در محدوده خارج از خانه
كل صرفه جويي قابل پيش بيني GPD 000/000/77

مرحله سوم كاهش جدي
علت استفاده از آن
1-پيش بيني مي گردد كه كل سيستم ذخيره زير معيار 98% اطمينان قرار گيرد
2- كاهش ورودي به سيستم در حال ادامه است
3- شرايط خشك تر آب و هوايي از نرمال قابل پيش بيني مي باشد.
عكس العمل سيستم مديريت آب: خروجي از سدهاي سدار و تولت تا حالت بحراني كاهش يابد
اقدام مشتركين دستور كاهش مصرف آب در محدوده خارج از خانه
كل صرفه جويي قابل پيش بيني gpd 000/000/20

مرحله چهارم كاهش شديد
عبت استفاده از آن:
1- پيش بيني مي گردد كه كل سيستم ذخيره زير معيار 98% اطمينان قرار گيرد.
2- كاهش ورودي به سيستم در حال ادامه است
3- شرايط خشك تر آب و هوايي از نرمال قابل پيش بيني مي باشد
4- ورود به فصل حداكثر مصرف
عكس العمل سيستم مديريت اب
1-خروجي از سدهاي سدار و تولد تا حالت بحراني كاهش يابد.
2- كاهش جريان براي مصارف ترابري
اقدام مشتركين
1- دستور كاهش مصرف آب در محدوده خارج از خانه
2- كاهش داوطلبانه مصرف آب در محدوده داخل از خانه
3- كاهش داوطلبانه مصرف آب در بخش تجاري
كل صرفه جويي قابل پيش بيني fpd 000/000/121

مرحله پنجم شرايط بحراني و اضطراري:
علت استفاده از آن نياز مشتركين و فشار لازم سيستم قابل تامين نمي باشد.
1- خروجي از سدهاي سدار و تولت تا حالت بحراني كاهش يابد.
2- كاهش جريان براي مصارف ترابري
اقدام مشتركين جيره بندي آب به منظور 40% صرفه جويي در مصرف آب
كل صرفه جويي قابل پيش بيني gpd 000/000/574
مراجع
1- Loucks, D.P., Kindler, J. and Fedra, K, Interactive Water Resource Modeling and Model Use An overview, Water resources Research, Vol. 14(101), pp: 105-156, 1985
2- Labadie, J., and Sullivan, C., Computerized decision Support Systems for Water Managers , J. Water Resources Planning and Managemnt ASCE, Voll 112 N.3, pp: 299-307, 1986
3- Zwas, V., Foudation of Informantion System Irwin Mc-Graw Hill, 1998
4- Palmer, R., Expert system for drought management planning ADCE, J. of Computing in Civil Engineerign, Vol, 1, no. 4 pp: 284-297, 1987
5- Chang, T.J., Moore, D., An Expert Systme Approach for Water Management in CaseofDrought,
http://www.computer.org/proceedings/iss/8218/82180332 abs.htm,2000
6- Tioa J. Chang, Heng Zhrnh, Xenia A.Kleopa, Choo B. Teoh, Development of An Expert system for daily drought Monitorign, ASCE, J. Computing in Civil Engineering, Vol, 10, No. 1, pp:20-24, 1996 

سعيد مريد
دانشگاه تربيت مدرس، صندوق پستي 336-14115 تهران

خبرنگار : فاطمه پورآدم

تائيد کننده : کد مطلب 16

تاريخ ايجاد : 20 خرداد 1387 ساعت 14:21

کد مطلب : 4318

ارسال اين مطلب به دوستان	دريافت فايل مطلب	نسخه قابل چاپ