وبلاگ

به گفته کینز« برای واژگون کردن بنیاد یک جامعه هیچ راهی زیرکانه تر و مطمئن تر از ایجاد فساد در پول آن جامعه نیست، این کار تمام نیروهای پنهانی حاصل از قوانین اقتصادی را چنان در راه تخریب جامعه به کار می گیرد که در هر یک میلیون از مردم آن جامعه حتی یک نفر هم قادر به تشخیص علت آن تخریب نیست [1]»   سیاست پولی هنر ارشاد پول است. هنر ارشاد پول رایج کشور برای حفظ ارزش آن و تسهیل رشد مداوم اقتصادی جامعه.

 

یکی از مهم ترین موضوعات اقتصاد کلان ، سیاست های پولی و ارتباط آن با سطح قیمت ها و میزان تولید ملی است. چگونگی تنظیم این سیاست ها و تبیین رابطه آن با سایر متغیرهای اقتصاد کلان در اقتصادهای در حال گذار دارای اهمیت فراوان می باشد.

 

سیاست پولی، مجموعه تصمیمات و اقدامات مقامات پولی کشور در کنترل عرضه و تقاضای پول برای تاثیرگذاری بر سطح فعالیت های اقتصادی می باشد. معمولا سطح قیمت ها و میزان تولید واقعی به عنوان مهم ترین متغیر های کلان اقتصادی مطرح می شوند که افزایش، کاهش و یا ثبات آن ها از اهداف مورد نظر سیاست های اقتصادی از جمله سیاست های پولی محسوب می شود.

 

قطعا پاسخ به این سوال که آیا پول در عملکرد واقعی اقتصادی تاثیرگذار می‌باشد یا خیر و اینکه اگر پول تاثیرگذار است، اقتصاد را چگونه تحت تاثیر خود قرار خواهد داد، به نحو تعیین‌کننده‌ای در نوع سیستم پولی و نحوه مدیریت آن اثرگذار می‌باشد.

 

اگر از پول در مجرای صحیح تولید و مبادله استفاده شود موجب خوشبختی و رفاه و تعادل است و گرنه موجب بی تعادلی، تورم و بحران. زیرا اقدام های پولی ابتکاری، با پیش داوری های مساعد و نامساعد همراهند نه فقط به سبب خاطره های خوش یا ناگوار گذشته و وجود شیادان فرصت طلب بلکه به خاطر اینکه اهرم سیاست پولی قادر است به قدرت اتم آثار متفاوت در جهان عدالت و رفاه یا استثمار و طغیان و تباهی به همراه آورد.

 

 

• اهمیت و ارزش تحقیق

 

سیاست های پولی و اثرگذاری آن بر متغیرهای حقیقی در اقتصاد همواره یکی از مباحث مهم اقتصاددانان بوده است. اهمیت این مساله از آن رو است که در هر اقتصاد باید ابتدا نسبت به نحوه و میزان اثر گذاری سیاست های پولی مطمئن بوده و سپس نسبت به انتخاب و اعمال سیاست پولی بهینه تصمیم گیری کرد. چرا که اگر سیاست های نادرست انتخاب شود، علاوه بر هزینه های اعمال این سیاست ها، نتایج زیان باری ایجاد خواهد شد و به اقتصاد کشور آسیب های جدی وارد می آید.

 

سیاست های پولی دارای اهمیت ویژه ای می باشد. چگونگی تنظیم سیاست های پولی و استفاده از ابزارهای پولی، بر عملکرد اقتصاد تاثیر شگرفی خواهد داشت. اعمال سیاست های مناسب پولی نقش بسزایی در رشد اقتصادی و تثبیت قیمت ها و در نتیجه شفافیت بازارها و روان بودن تصمیمات اقتصادی ایفا می کند. تصمیم گیری های آسان ، هزینه های اقتصادی و اجتماعی را کاهش داده و راه را برای تحرک عوامل تولید و بهبود وضعیت تولیدی هموار می کند و در پی آن جامعه به توسعه پایدار و بلند مدت دست می یابد.

 

اما در کشورهای در حال توسعه به دلیل عدم استقلال بانک مرکزی و عدم وجود بازارهای پیشرفته مالی ، سیاست های پولی معمولا از کارایی لازم برخوردار نیست. تحقیق حاضر بر این است که ارتباط متغیرهای سیاست پولی ، تورم و تولید را مورد بحث و بررسی قرار داده و میزان اثر گذاری هر کدام از متغیرهای ابزاری را بر سطح قیمت ها و تولید برآورد کند و به این پرسش پاسخ دهد که آیا سیاست پولی باید برای حداقل کردن انحرافات تولید واقعی نسبت به تولید بالقوه به کار برده شود؟ آیا سیاست های پولی باید برای تثبیت سطح قیمت ها استفاده شود؟ مهم تر از این ها، پول چه نقشی در افزایش رشد بلند مدت اقتصادی دارد؟

 

مساله ای که سیاست گذاران در کشورهای در حال توسعه با آن مواجه اند این است که آیا یک کشور می تواند بدون تثبیت پولی به نرخ رشد اقتصادی بالا دست یابد؟

 

اگرچه در کشورهای در حال توسعه دستیابی به رشد اقتصادی سریع و تغییر در ترکیب تولید یک اصل اولیه است اما رشد تولید و تغییر ساختار از ثبات قیمت ها مستقل نیست. اگر از فشار تورمی که در خلال فرایند توسعه ظاهر می شود، چشم پوشی گردد و نرخ تورم بتواند به سرعت افزایش یابد منابع به طور غیر کارا تخصیص خواهند یافت و این امر در نهایت مانعی برای توسعه می شود. اهداف ثبات قیمت ها و رشد اقتصادی با هم آمیخته است، هر گونه تفکیک بین نقش سیاست های پولی در رشد و تثبیت در کشورهای در حال توسعه، مصنوعی و گمراه کننده است. اگر سیاست های پولی در ایفای نقش خود ناتوان باشند، مشکلات ناشی از تورم هدف بلند مدت نرخ رشد را به طور معکوس تحت تاثیر قرار می دهد. بنابراین نقش اساسی سیاست های پولی در کشورهای در حال توسعه این است که محیط اقتصادی با ثبات و مساعدی را برای رشد اقتصادی فراهم نمایند.

 

آمارها نشان می دهد که سیاست های اجرا شده توسط تصمیم گیران اقتصادی کشور نه تنها نتوانسته به دستیابی به اهداف اقتصادی از جمله افزایش تولید ملی و کاهش تورم کمک نماید بلکه خود این سیاست ها، زمینه های نامساعد شدن وضع اقتصادی را فراهم کرده است، که از آن جمله می توان به افزایش بی رویه سطح عمومی قیمت ها و نااطمینانی مردم اشاره کرد.

 

شاید اگر مسئولان اقتصادی کشور هیچ گونه سیاستی اعمال نمی کردند وضع کنونی اقتصاد به مراتب بهتر می بود. ناآگاهی مسئولان از میزان و چگونگی تاثیرگذاری سیاست های پولی بر متغیر های اقتصادی سبب شده است که به دنبال هر سیاستی از سیاست های تصحیح خطا استفاده شود که این ناطمینانی در امر سیاست گذاری منجر به نااطمینانی هر چه بیشتر فعالان اقتصادی می گردد و روز به روز اقتصاد را در بحران عمیق تری فرو می برد. نرخ رشد نه چندان خوب و تورم بسیار بالا نشان از بی کفایتی سیاست های پولی دارد.

/%d8%af%d8%a7%d9%86%d9%84%d9%88%d8%af-%d9%be%d8%a7%db%8c%d8%a7%d9%86-%d9%86%d8%a7%d9%85%d9%87-%d8%a7%d8%b1%d8%b4%d8%af%d8%a8%d8%b1%d8%b1%d8%b3%db%8c-%d8%aa%d8%a7%d8%ab%db%8c%d8%b1-%da%a9%d8%a7%d8%b1/

 

 

 

سیاست گذاران اقتصادی جهت تاثیر گذاری بر اقتصاد در جهات مورد نظر و نیل به اهداف اقتصادی، نظیر رشد اقتصادی و ثبات قیمت ها، از سیاست های اقتصادی متعددی بهره می جویند. بنابراین آن ها باید آگاهی هر چه دقیق تری نسبت به میزان استفاده از ابزارهای سیاستی که آنان را به اهداف مورد نظر سوق می دهد و نتایج سیاست های اتخاذی خود، داشته باشند.

 

تحقیق پیش رو بر آن است که مشخص نماید طی سالیان گذشته ، سیاست های پولی در ایران به چه میزان از کارآمدی و توانایی برای تاثیر گذاری بر متغیر های اقتصادی و بهبود آن ها در جهت نیل به اهداف برنامه های توسعه اقتصادی برخوردار بوده است و در میان ابزار های متفاوت اجرای سیاست پولی، کدام سیاست ها کارآمدی بالاتری را نسبت به سایر ابزارهای سیاست پولی داشته اند و توانایی این ابزارها در جهت دستیابی به تولید بالاتر و تورم پایین تر به چه میزان بوده است.

 

برنامه های پنج ساله توسعه اقتصادی، معیار مناسبی برای ارزیابی عملکرد سیاست های پولی در ایران محسوب می شوند. با توجه به این نکته که رشد نقدینگی در طول برنامه های مذکور همواره بسیار فراتر از اهداف تعیین شده است لذا ثبات قیمت ها در ایران امری دست نیافتنی خواهد بود.

 

در کشورهای در حال توسعه ای مانند ایران به دلیل عدم استقلال بانک مرکزی و عدم وجود بازارهای پیشرفته مالی ، سیاست های پولی معمولا از کارایی لازم برخوردار نیستند. تحقیق حاضر بر این است که ارتباط ابزارهای سیاست پولی ، تورم و تولید را مورد بحث و بررسی قرار داده و میزان اثر گذاری هر کدام از متغیرهای ابزاری را بر سطح قیمت ها و تولید برآورد کند.

 

 

• اهداف تحقیق

 

هدف از تدوین رساله حاضر دستیابی به پاسخ سوالات پیش رو می باشد:

 

 

• آیا سیاست های پولی در ایران از کارآمدی لازم برای تاثیر گذاری بر سطح تولید ناخالص داخلی برخوردارند؟

 

• آیا سیاست های پولی در ایران از کارآمدی لازم برای تاثیر گذاری بر سطح قیمت ها برخوردارند؟

 

• کدام ابزار سیاست پولی کارآمدی بیشتری برای تحت تاثیر قرار دادن و بهبود تولید ناخالص داخلی دارد؟

 

• کدام ابزار سیاست پولی کارآمدی بیشتری برای تحت تاثیر قرار دادن و بهبود سطح قیمت ها دارد؟

 

 

 

 

 

 

• فرضیه های تحقیق

 

بر اساس سوالات مذکور فرضیه های این تحقیق به صورت زیر مطرح می گردد:

 

 

• سیاست پولی بر تولید ناخالص داخلی تاثیر گذار است.

 

• سیاست پولی بر سطح قیمت ها تاثیر گذار است.

 

• سیاست تغییر در حجم پول توانایی بیشتری در تاثیر گذاری بر تولید ناخالص داخلی را دارا می باشد.

 

• سیاست تغییر در حجم پول توانایی بیشتری در تاثیر گذاری بر سطح قیمت ها را دارا می باشد.

 

 

 

 

 

 

• روش تحقیق

 

تجزیه و تحلیل از روش اقتصادسنجی « خود رگرسیون برداری » ( VAR[1] )، است. معمولا برای بررسی رفتار متقابل چند متغیر سری زمانی از سیستم معادلات هم زمان استفاده می گردد. هر یک از معادلات این سیستم بر مبنای نظریه های اقتصادی تبیین شده است. در واقع، در چنین سیستم هایی در مورد اینکه هر یک از متغیر های درون زا بر اساس مبانی تئوریک تابعی از چه متغیرهایی هستند باید تصمیم گیری شود. در چنین الگویی برخی از متغیرها درون زا و گروهی دیگر از متغیرها برون زا یا از پیش تعیین شده تلقی می گردند. قبل از برآورد چنین الگویی لازم است از مشخص بودن معادلات این سیستم اطمینان حاصل کرد. به این معنی که با توجه به مساله تشخیص معادلات سیستم، روش های مناسب تخمین مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین قبل از برآورد سیستم معادلات همزمان لازم است متغیرهای الگو را به دو دسته درونزا و برون زا تقسیم بندی کرده و سپس به شناسایی الگو دست یافت. چنین تصمیماتی معمولا توسط محقق صورت می گیرد که به شدت از سوی سیمز ( 1980 ) مورد انتقاد واقع شده است. در واقع وجود مشکلاتی در رابطه با سیستم معادلات همزمان از جمله قضاوت در مورد درون زایی یا برون زایی متغیرها، موجب ارائه الگوی جدیدی به نام الگوی خود رگرسیون برداری یا الگوی VAR به وسیله وی گردید. الگوهایی که سعی می کند رفتار یک متغیر را بر اساس مقادیر گذشته آن متغیر وسایر متغیرهای موجود در سیستم به صورت همزمان توضیح دهند، الگوی خود رگرسیون برداری (VAR ) نامیده می شود.

 

از مزیت های الگوی VAR این است كه نیازی به نگرانی درباره تعیین درون زا و برون زا بودن متغیرها نیست. زیرا تمام متغیرهای مدل درون زا محسوب می شوند. از طرف دیگر، پیش بینی هایی که از این روش به دست می آید در بسیاری از موارد بهتر از نتایج مدل های پیچیده معادلات همزمان است. این الگو قادر است رابطه خطی بین متغیر های ابزار و اهداف را از تابع عکس العمل ( IRF ) تبیین و مورد استفاده قرار داده تا مسیر های مطلوب متغیر های هدف شناسایی شوند.

 

امروزه رهیافت VAR به یک روش رایج در تحلیل های سیاست اقتصادی تبدیل شده است. این رهیافت روشی ساده و قوی برای توصیف اثرات متقابل چندین متغیر را فراهم می کند. این روش توانایی شناسایی اثرپذیری اقتصاد کلان از تصمیمات سیاسی و عکس العمل بازخورد مقامات سیاسی به نوسانات اقتصادی را دارد.

 

 

 

ساختار الگوی خود رگرسیون برداری (VAR )به صورت زیر می باشد:

 

                                   (1-1)                                           

 

 

 

به طوری كه متغیر های R و Z به ترتیب متعیر های ابزاری و هدف می باشند. A(L) یک تابع تاخیری چند جمله ای پارامتر های ضرایب مدل است، a مقدار ثابت، u عامل خطا (با شرایط استاندارد)، وt  نماد زمان می باشند.

 

 

• واژه های کلیدی

 

سیاست پولی: مجموعه تصمیمات و اقدامات مقامات پولی کشور در کنترل عرضه و تقاضای پول برای تاثیرگذاری بر سطح فعالیت های اقتصادی می باشد

 

مدل خود رگرسیون برداری: رهیافت VAR، به یک روش رایج در تحلیل های سیاست اقتصادی تبدیل شده است. که سعی می کند رفتار یک متغیر را بر اساس مقادیر گذشته آن متغیر و تعدادی از متغیرهای مختلف دیگر به صورت همزمان توضیح دهد.

 

تابع عکس العمل: اثر یک انحراف معیار تکانه متغیر را روی متغیرهای دیگر

 

متغیر برون زا : متغیری که مقدار آن خارج از سیستم تعیین می گردد.

 

متغیر درون زا: متغیری که مقدار آن داخل سیستم تعیین می شود.

 

[1] . Vector Auto-regressive (VAR)

در طول 150 سال گذشته، گاز طبیعی نقشی حیاتی را در زمینهی گسترش و توسعه صنایع جوامع پیشرفته و در حال توسعه بازی کرده و جانشینی کاملاً مناسب برای سوختهایی نظیر ذغال سنگ و نفت به شمار میآمد. به دلیل ارزانی و طبیعت دوست بودن این نوع سوخت (نسبت به باقی سوختهای فسیلی)، گاز طبیعی توانسته است جایگاه مناسبی را بهعنوان منبعای برای تامین انرژی امروز و فردا به دست آورد. گاز متان در مقایسه با سایر سوختهای فسیلی متداول، از پایینتــرین ارزش حرارتی برخوردار است و مانند سایر هیدروكربورها، قابلیت تبدیل به مواد با ارزش افزوده بالا را دارد. جایگزینی آن بهجای مصرف فرآورده های نفتی تا حدودی میتواند صیانت از منابع باارزش نفتی را تسریع بخشد. همچنین، از آنجا كه از یک دهه گذشته، رویكرد جهانی به كاهش آلاینده های محیط زیست وارد مرحلهی نوینی شده، گسترش استفاده از گاز طبیعی بهعنوان سوختی پاك، در دستور كار اكثر كشورهای جهان از جمله ایران قرار گرفته است. شکل 1-1 نشان دهندهی میزان افزایش گرایش نسبت به گاز طبیعی در طی 36 سال (از سال 1973 تا 2009) بهعنوان یک منبع انرژی پرطرفدار میباشد [1]. در این نمودار بیشترین تامین کننده انرژی جهان همچنان منابع مربوط به نفت خام با 5/52% در سـال 1973 و 1/37% در سال 2009 معرفی میگردند؛ با این وجود میـزان استفاده از این منبع انـــرژی

/%d8%af%d8%a7%d9%86%d9%84%d9%88%d8%af-%d9%be%d8%a7%db%8c%d8%a7%d9%86-%d9%86%d8%a7%d9%85%d9%87%d8%a8%d8%b1%d8%b1%d8%b3%d9%8a-%d8%b1%d8%a7%d9%87%da%a9%d8%a7%d8%b1%d9%87%d8%a7%d9%8a-%d8%b9%d9%84%d9%85/

 

 

 
شکل 1-1 . تحولات میزان مصرف منابع اصلی انرژی در سال 1973 و انتهای 2009
 
در 36 سال اخیر با 4/15% کاهش روبرو بوده و این در حالـی است که استفاده از گاز طبیــعی به عنوان منبع تامین انرژی با 2/5% رشد از 19% در سال 1973 به 2/24% در پایان سال 2009 رسیده است.
 
ایران، پل ارتباطی حوزهی دریای خزر و آسیای میانه در شمال با خلیج فارس و كشورهای هند و پاكستان در جنوب شرق كشور از یک طرف و تركیه و اروپا از طرف دیگر میباشد. بنابراین ایران با دارا بودن ذخایر عظیم گازطبیعی و سامانهی گستردهی انتقال گاز داخلی كشور، عامل تعیین كننده و مؤثری در تأمین بخشی از تقاضای بین المللی گازطبیعی بهشمار میرود. از سوی دیگر ایران بهعنوان بزرگترین تولیدكننده و مصرف كنندهی گاز در منطقه خاورمیانه، تمایل قابل ملاحظهای برای بهره گیری از مزیت نسبی گازطبیعی در اقتصاد ملی دارد. لذا سیاست جایگزینی گاز با سایر حاملهای انرژی متعارف مصرفی و ارتقای جایگاه كشور در بازارهای بین المللی گاز، بهعنوان اهداف بلند مدت سیاست انرژی كشور، همواره مدنظر بوده است. در ادامه تعاریفی دربارهی گاز طبیعی و شرایط تولید و انتقال گاز طبیعی در ایران و سایر کشورهای عمدهی تولید کننده مرور و بررسی میگردد.

بررسی معایب شبکه های آبرسانی شهری (بعنوان نمونه شبکه ی آب لنگرود) و بهینه سازی و طراحی شبکه ی بهینه برای یک منطقه ی خاص با بهره گرفتن از الگوریتم جفتیابی زنبورهای عسل HBMO
 
با توجه به بحران جهانی آب، امروزه رویکردی ویژه به طراحی و استفاده ی بهینه از شبکه های آبرسانی در سرتاسر کره خاکی پدید آمده است. این نگرش بویژه در کشورهای در حال توسعه مانند ایران بسیار جدی تر می بایست دنبال شود. همانگونه که از نتایج ارائه شده در این پایان نامه برخواهد آمد ؛ شبکه ی آبرسانی لنگرود علاوه بر فرسودگی و غیرمهندسی ساز بودن آن عملکرد مناسبی برای توزیع آب بصورت صحیح برای ساکنان شهر ندارد. کمبود فشار و دبی، آشکارا در نقاط متعددی از شهر برای مردم ایجاد مشکل کرده است. در این پایان نامه روشی کاربردی جهت بهینه سازی شبکه ی آبرسانی شهر لنگرود با بهره گرفتن از یکی جدیدترین الگوریتمهای فراکاوشی به نام الگوریتم جفتیابی زنبورهای عسل ارائه گردیده است که علاوه بر بار آکادمیک کاربردی نیز می تواند باشد. ویژگی تمام شبکه های فرسوده اینست که با کمبود اطلاعات مواجه اند لذا در این پایان نامه از تقریبهای نوینی برای تخمین آنها استفاده گردید. مهمترین این تقریبها یکی در تخمین دبی ها در گره های اصلی شبکه با روش منحنی های تیسن و به کمک نرم افزار جی آی اس به کار رفته است و دیگری در کالیبراسیون ضرایب زبری در لوله های شبکه ؛ که بطور مفصل یک بخش از پایان نامه را به خود اختصاص داده است. آنچه در این فرایند انجام گرفته است نهایتا جهت تعیین وضعیت فعلی شبکه بوده است. در فصل پایانی بعنوان اطلاعات ورودی برای بهینه سازی شبکه مورد استفاده قرار گرفته است. بهینه سازی مدل کلی شبکه با بهره گرفتن از الگوریتم فراکاوشی و تکاملی جفتیابی زنبورهای عسل انجام گرفته است.
کلیدواژه: بهینه سازی ، شبکه های آب شهری ؛ جفتیابی زنبورهای عسل ؛ کالیبراسیون دبی و ضرایب زبری
 
Abstract
Developing an optimization process for a specific urban water distribution system (Langarud city’s water network) using Honey-Bee Mating Optimization
Saman Sabbaghpour
In the developing countries, many of the urban water networks are so old and they are not designed as well as modern cities, therefore, it is of high concerns to find the basic information of a water network specially the friction factors of the pipes. Even sometimes the flow rate in the main nodes of the network is not known. This problem should be solved before doing any other calculations on the network.
In this dissertation a new meta-heuristic approach based on the nature of honey bees mating have been used for the calibration of a real city in the north of Iran named Langarud. This city has nearly a population of 68000 people and about 43000 water users. Langarud’s area is about 900 square kilometers. The method is used to determine the Hazen-Williams roughness factor of the main pipes of the town and a correction factor for the nodal demands in the main nodes of the network. As the flow rate is not known in the main nodes , Theisen polygons method were used to approximation of the flow rates in the main nodes.
After calibrating the network, HBMO technique is used again so as to optimize the Langarud’s water network model

/%d8%af%d8%a7%d9%86%d9%84%d9%88%d8%af-%d9%be%d8%a7%db%8c%d8%a7%d9%86-%d9%86%d8%a7%d9%85%d9%87-%d8%a8%d8%b1%d8%b1%d8%b3%db%8c-%d9%85%d8%b9%d8%a7%db%8c%d8%a8-%d8%b4%d8%a8%da%a9%d9%87-%d9%87%d8%a7%db%8c/

 

 which has been achieved from the calibration process. The optimization stage is held for increasing the pressure in nodes uniformly with changing the pipes diameters in a way that the cost of this changing becomes the least. This is a multi-objective optimization as the operational parameters of the network will be optimized simultaneously with the cost of changing network’s pipes.

After the optimization process, the network’s parameters are improved and as the HBMO algorithm was previously used to a benchmark problem named New York Tunnel and showed a great consistency in results with other best methods in the literature, the accuracy of the method is proved. This algorithm is linked by the Epanet software and has the ability to be used for other proposes of optimization like designing a new network optimally. In the end of the thesis, an analysis is held to the results of both calibration and optimization stages.
 
Keywords: Pressure drop, Honey-Bee Mating, Urban water network, Water distribution, Optimization.
 
 
فصل اول : کلیات
 فصل اول : کلیات
 

 

• پیشگفتار

در قرن اخیر یکی از مهمترین مسائلی که ذهن بشر را درگیر ساخته است ؛ تمام شدن منابع طبیعی مورد نیاز اوست. یکی از مهمترین این منابع که به واقع زندگی بدون آن ناممکن است ؛ آب یا همان مایع حیات است. در این میان شکی نیست دستیابی به آب آشامیدنی سالم و پاکیزه حق هر انسانی است و این مورد حتی در مجمع عمومی سازمان ملل نیز بعنوان یکی از حقوق بنیادین بشر شناخته شده است. هم اینك كمبود فزاینده آب در بسیاری از كشورها به یک بحران تبدیل شده است. یک دهه قبل پیش بینی می شد كه تا سال 2025 یک سوم كشورها با كمبود آب مواجه خواهند شد. با این حال هم اینك به آستانه این بحران نزدیک شده ایم.‏ هم اینك دو میلیارد نفر از مردم جهان در كشورهایی زندگی می كنند كه دارای بحران آب هستند و در صورتی كه روندهای جاری تغییر پیدا نكند تا سال 2025 دو سوم مردم دنیا با این بحران روبه رو خواهند شد. بدتر اینكه همان طوری كه در قرن گذشته بر سر تصاحب منابع نفتی جنگ روی می داد ممكن است در قرن حاضر جنگ هایی برای كنترل منابع آب رخ دهد.‏ در قرن بیستم جمعیت جهان سه برابر شد ولی مصرف آب هفت برابر بیشتر شد. تا سال 2025 كه دو میلیارد نفر دیگر به جمعیت جهان افزوده می شود، انسان ها به 80 درصد افزایش در ذخایر آب نیاز خواهند داشت. هیچ كس نمی داند كه این آب از كجا خواهد آمد!.‏ زیرا ذخایر آب کره خاکی کاملا محدود است. خشکسالی از دیرباز یکی از دغدغه های انسان بوده است و امروز با گرمایش زمین در اثر آلودگی های زیست محیطی و گسترش بیابانها و مناطق خشک انسان به فکر فرو رفته است تا راهی جهت مقابله با بحران جهانی آب پیدا کند.
در طی سالهای میانی و پایانی قرن گذشته تلاش روزافزونی توسط دانشمندان جهان در عرصه های مرتبط با آب صورت گرفت تا منجر به راه حلهایی برای مهار بحران آب گردد. یکی از مهمترین این راه ها مصرف بهینه ی این ماده ی حیاتی است و نمود اصلی آن در طراحی شبکه های آبرسانی شهری یا نشت یابی و اصلاح آنهاست. بدون شک میزان آب زیادی در تاسیسات آبرسانی یک شهر در گذشته به هدر می رفت. نشت لوله های آب در اثر خوردگیهای ایجاد شده در جداره ی لوله ها ؛ عملکرد نادرست پمپها ؛ مشکلات فنی مخازن و بطور خلاصه دو عامل فرسودگی و طراحی غیرمهندسی تاسیسات یک شبکه ی آبرسانی شهری عمده ی مواردی هستند که می توانند علاوه بر به هدر رفتن این مایع ارزشمند ؛ موجباتی را فراهم آورد تا عملکرد یک شبکه دچار اختلال گردد. این اختلال ها بصورت فشار زیاد یا کم آب در مناطق مصرف خود را نشان می دهد. بعلاوه این موارد می توانند موجب توزیع ناهمگون آب در میان افراد یک جامعه ی شهری شود.
در کشورهای توسعه یافته از مدتها قبل طراحی شبکه های شهری بر اساس روش های نوین مهندسی بعنوان یک راهکار در جهت حراست از منابع آب آن مرز و بوم در دستور کار مهندسان آن کشورها قرار گرفته است . ضمن آنکه تلاش گسترده ای از اواسط دهه ی 60 میلادی در این کشورها جهت بازسازی و ارتقا شبکه های فرسوده ی شهرها آغاز گردیده که همچنان ادامه دارد. اما در کشورهای در حال توسعه به تازگی ضرورت بازسازی و بهسازی شبکه های آبرسانی فرسوده بعنوان یک راه حل فرار از بحران آب احساس شده است . این ضرورت بویژه در سرزمین مادری ما ایران بسیار حساس تر و بایسته تر به نظر می آید چرا که ایران در منطقه ای از زمین قرار گرفته است که از کم آبی رنج می برد و از لحاظ بارندگی در سطح نیمه خشک و خشک قرار دارد.
روش های مختلف علمی جهت بهینه سازی عملکرد یا طراحی شبکه های آبرسانی شهری ابداع و استفاده شده است که می توان از میان آنها به بهینه سازی حذفی ؛ بهینه سازی با الگوریتمهای غیرخطی و بهینه سازی با الگوریتمهای فراکاوشی اشاره کرد. اکثر روش های به کار رفته تا کنون بیشتر به بهینه سازی شبکه های فرضی و نمونه ای پرداخته اند که برخی از آنها طرحهایی بسیار ساده از شبکه های واقعی آبرسانی شهری موجود می باشند . اگرچه با پیشرفت فناوری های اطلاعاتی و کامپیوتری امکانات گسترده تری برای بهینه سازی شبکه های آبرسانی بوجود آمده است اما همچنان بهینه سازی یک شبکه ی آبرسانی شهری واقعی و موجود بی اندازه وقت گیر و دور از ذهن می نماید. این مورد بیش از آنکه بعلت نارسایی سیستمهای کامپیوتری باشد بعلت حجم گسترده ی اطلاعات شبکه های آبرسانی است. البته در آغاز قرن جدید با بوجود آمدن نرم افزارهای تحلیل شبکه مثل واترجمز[1] افقهایی جهت رسیدن به این مهم در نظر دانشمندان این رشته ترسیم گردیده است.
[1] Water GEMs

آلودگی هوا پدیده جدیدی نیست که امروزه به صورت یک معضل در آمده باشد و ذهن انسانها را برای پیش‌بینی کردن آن به دغدغه انداخته باشد. متأسفانه فعالیت‌های روز افزون انسانها مخصوصاً پس از انقلاب صنعتی باعث ایجاد آلودگی هوا در مقیاس‌های بزرگ شده است.
واضح است که شناخت رفتارهای زیستی در تولید آلاینده‌های هوا کمکی در مدیریت و کنترل کیفیت هوا و در نتیجه آن بالا بردن سطح سلامت اجتماعی و کاهش اثرات سوء آلودگی هوا می‌تواند داشته باشد؛ چرا که با داشتن این شناخت می‌توان برنامه‌ریزی لازم جهت کاهش منابع تولید آلودگی هوا و در ادامه آن داشتن محیطی سالم را در فکر پروراند.
مؤسسه حفاظت از محیط زیست آمریكا EPA، شش آلاینده اصلی را به عنوان معیار برای بررسی میزان آلودگی هوا انتخاب نموده و آن ها را به دو دسته اولیه و ثانویه تقسیم كرده است. آلاینده‌های اولیه موادی هستند كه از منابع مستقیماً به هوای محیط وارد می‌شوند و شامل پنج آلاینده منواكسیدكربنCO، دی‌اكسیدنیتروژن NO2، دی‌اكسیدگوگرد SO2، ذرات معلق با قطر كمتر از 10 میكرون PM10 و هیدروكربن‌های فرار VOCs می‌باشند. آلاینده‌های ثانویه به موادی اطلاق می‌شود كه در اثر فعل و انفعالات موجود در هوای اطراف زمین بوجود می‌آید و در این گروه می‌توان از ازن O3 نام برد.
در این تحقیق از میان آلاینده‌های نام برده پیش‌بینی دو آلایندۀ CO و O3 مبنای کار قرار گرفته است. ضرورت پیش‌بینی ازن را به دلیل اثرات منفی آن بر سلامتی انسان، حیوانات و گیاهان می‌دانیم و اینکه با مدلسازی ازن می‌توان اقدام به هشدار سریع در مکان‌هایی که غلظت آن بالا می‌رود، کرد. همچنین از آنجائیکه منبع اصلی تولید گاز مونو کسید کربن اتومبیل‌ها هستند بنابراین به دلیل حجم ترافیكی سنگین ناشی از ترابری در شهر تهران، استفاده از خودروهای غیراستاندارد و مشكل احتراق ناقص سوخت‌های مورد استفاده در خودروها،

/%d8%af%d8%a7%d9%86%d9%84%d9%88%d8%af-%d9%be%d8%a7%db%8c%d8%a7%d9%86-%d9%86%d8%a7%d9%85%d9%87-%d8%a7%d8%b1%d8%af%d8%b4%d8%a8%d8%b1%d8%b1%d8%b3%db%8c-%d9%88-%d8%a7%d8%b1%d8%b2%db%8c%d8%a7%d8%a8%db%8c/

 

 پیش‌بینی CO را مورد توجه قرار داده‌ایم. با توجه به اثرات مهلكی كه مونوكسید كربن می‌تواند بر سلامتی انسان داشته باشد، اتخاذ تصمیمات لازم برای برنامه ریزی صحیح در مقابله با این معضل ضروری به نظر می‌رسد.

همان طور که نیاز است بایستی برای داشتن تصمیمی مناسب در آینده، اطلاعات مناسبی از رفتار سیستم خود بدست آوریم تا بتوانیم با مدلسازی رفتار سیستم، چگونگی عملکرد آن را در دیگر زمان‌ها بررسی کنیم. در چنین مسیری پس از مدلسازی مناسب از سیستم می‌توانیم، پیش‌بینی مناسبی از رفتار آن در آینده و در نتیجه تصمیمات بهینه‌تری برای جلوگیری از حوادث نا‌خواسته ایجاد نمائیم. در مسیر مدلسازی سیستم‌ها، شناخت پارامتر‌های اثر‌گذار در سیستم، ارتباط این پارامترها و نوع اثر گذاری هر یک در سیستم از جمله اصلی‌ترین بحث در تحلیل و شناسایی سیستم می‌باشد.
با این رویکرد ما در این تحقیق به دنبال تحلیلی مناسب از محیط هستیم تا بتوانیم رفتار آن را پیش‌بینی کرده و ترسیم دقیق‌تری از آینده را برای خود داشته باشیم. برای مدلسازی رفتار آلاینده‌های هوا غالبا روش‌های شبکه‌های عصبی، منطق فازی، رگرسیون‌ها و روش‌های آماری مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این تحقیق ما بدنبال این هستیم که با بهره گرفتن از روش شبکه‌های عصبی و رگرسیون‌های خطی به مدلسازی و پیش‌بینی دو آلایندۀ CO و O3 بپردازیم.
شبکه­ های عصبی از توانایی بالایی در استخراج الگوها از میان داده ­ها و همچنین حل مسائل پیچیده با ماهیت طبیعی برخوردار هستند. دقت اجرای این شبکه­ ها در حالت وابستگی پارامترهای ورودی و حتی وجود نویز در داده ­ها مناسب بوده و با امکان آموزش­پذیری مجدد در هنگام ورود داده‌های جدید، از انعطاف­پذیری بالایی برخوردار هستند. در این تحقیق از میان معماری‌های مختلف شبکه‌های عصبی، از دو شبکۀ عصبی پرسپترون چند لایه[1] و شبکه عصبی المن[2] به منظور پیش‌بینی دو آلایندۀ CO و O3 استفاده شده است. شبکۀ عصبی پرسپترون چند لایه علی رغم کلاسیک بودن آن در مدلسازی‌ سیستم‌های هوشمند، بدلیل انعطاف پذیری زیاد آن در مدلسازی فرایندها و نیز کاربرد فراوان آن در بحث پیش‌بینی آلاینده‌های هوا انتخاب شده است. همچنین در این تحقیق از شبکه عصبی المن بدلیل ماهیت ساختاری و کاربردی این شبکه در مدلسازی سری‌های زمانی بهره گرفته‌ایم.
در روش‌های رگرسیون لزوم تخمین دقیق نتایج و بدست آوردن روابط بین پارامترها و متغیرهای مؤثر در نتایج، طیف وسیعی از این روش‌ها را بوجود آورده است که از جمله این روش‌های رگرسیون می‌توان از روش رگرسیون بیز[3] نام برد. در این تحقیق برای تعیین توزیع پسین برآورد بیز از روش زنجیره­­های مارکف مونت کارلو استفاده می‌کنیم.
در این تحقیق برآنیم که با مدلسازی فرایند دو آلایندۀ CO و O3 با بهره گرفتن از دو روش شبکۀ عصبی و رگرسیون بیز، به بررسی دقت حاصله از روش شبکه عصبی، بعنوان یک روش غیرخطی هوشمند و رگرسیون بیز، بعنوان یک روش خطی کلاسیک پرداخته و میزان کارایی و انعطاف پذیری روش‌های بکارگرفته را در مدلسازی دو آلایندۀ CO و O3 مورد بررسی قرار دهیم. همچنین با پیاده سازی شبکه‌های عصبی MLP و المن به منظور پیش‌بینی دو آلایندۀ CO و O3، دقت این دو شبکه را برای مدلسازی مقایسه می‌کنیم.
[1] Multilayer Perceptrons (MLP)
[2] Elman
[3] Bayes

آهنگران و متالورژهای باستانی به سرعت متوجه شدند که یک نیاز حیاتی برای محصولات آنها، پوشش و سطحی سخت بر روی پایه­ای قوی اما چقرمه می باشد. مثالهایی از این محصولات با چنین خواصی شمشیرها و زره­ها می باشند. به دنبال تکامل صنعت، تقاضای بیشتری برای محصولاتی با سطوح سخت پدید آمد و طیف وسیعی از روش های سخت­سازی گسترش یافت که عمدتاً بر مبنای واکنش­های گاز- جامد و نفوذ در حالت جامد بودند.
فرایندهای سخت سازی عمدتاً وابسته به زمان و تنها قابل اعمال به مواد خاصی بودند. بنابراین روش هایی پرهزینه و غیر قابل انعطاف بودند. پس تعجب آور نیست که طی قرن اخیر تلاشهای هم جهت زیادی در راستای بهبود روش های پوشش دهی انجام گردید که موجب پیدایش تکنولوژیی با عنوان مهندسی سطح شد. مهندسی سطح شامل کاربرد تکنولوژی‌‌های سنتی و یا نوین عملیات حرارتی و یا دیگر عملیات سطحی نظیر انواع روش‌های پوشش‌دهی بر روی مواد و قطعات حساس مهندسی به منظور دستیابی به یک ماده مرکب با خواصی است که در هیچ یک از مواد تشکیل دهنده مغز و یا سطح قطعه به تنهایی وجود ندارد. اغلب دیده شده که تکنولوژی‌‌های مختلف سطحی را بر روی قطعات مهندسی از پیش طراحی و ساخته شده اعمال می‌‌کنند.
اصطلاح مهندسی سطح[1] از اوایل دهه ۱۹۸۰ متداول گردید و به عنوان پایه مشخصی که بسیاری از میدان‌های مهندسی، فیزیک و علم مواد را در خصوص قطعات صنعتی پوشش می‌‌دهد، در نظر گرفته شد. سطح قطعات صنعتی، مهم‌ترین بخش آنهاست زیرا بسیاری از شکست‌‌ها، از سطح شروع می‌‌شود. لذا، حفاظت و مقاوم‌سازی سطح از مسائل بسیار حساس و تعیین‌کننده کیفیت و عمر قطعات و در نهایت، کارآیی یک واحد تولیدی و بهای تمام شده محصول می‌‌باشد.
انگیزه برای توسعه و گسترش عملیات حرارتی سطحی و مهندسی سطح تا حدودی بر می‌‌گردد به پیشرفت‌‌های سریع و وسیع در تکنولوژی‌‌هایی نظیر لیزر، ‌پرتو الکترونی، ‌عملیات حرارتی شیمیایی، ‌انواع روش‌‌های لایه­نشانی، نوآوری در رابطه با پوشش‌‌های مهندسی و … . علاوه بر این منشأ و مبانی و اصول مهندسی سطح را باید در تکنولوژی‌‌های سنتی عملیات حرارتی سطحی نظیر تبرید سریع به منظور سخت کردن، ‌کربن‌دهی و نیتروژن‌دهی آلیاژ‌های آهن جستجو کرد. ده­ها سال است که طراحان قطعات مهندسی در تمام بخش‌‌های تولیدی صنایع با بهره گرفتن از فرایند کنترل شده تبدیل آستنیت به مارتنزیت بطور موضعی بر روی سطح قطعات توانسته‌اند آلیاژ‌های آهنی مرکب تهیه کنند به نحوی که مجموعه ساخته شده بدلیل خواص ویژه و منحصر به فرد آن در هیچ یک از نواحی سطحی و یا حجمی به تنهایی قابل حصول نمی‌باشد.
ظهور تکنولوژی‌‌های نوین سطحی برای اولین بار این فرصت استثنایی را برای مهندسان فراهم کرد که بتوانند قطعات ساخته شده از آلیاژ‌های غیرآهنی و حتی مواد غیرفلزی را نیز تحت عملیات سطحی قرار دهند. بدین ترتیب دامنه کاربرد مهندسی سطح گسترش یافته و نه تنها آلیاژ‌های آهنی بلکه آلیاژ‌های غیرآهنی و حتی در مواردی مواد غیرفلزی و پلیمر‌ها را نیز در برگرفته است.
یکی از دستاوردها در راستای بهبود روش های پوشش دهی، پیدایش تکنیک­های پاشش حرارتی بود. که شامل پاشش ذرات مایع و یا قسمتی مایع بر روی سطح مورد نظر می باشد. اگر مواد پوشش و شرایط پاشش مناسب باشد، یک رسوب چسبنده به وجود خواهد آمد که منجر به تولید قطعه­ای می­ شود که نیازهای شرایط کاری و سرویس را برآورده می­سازد.

/%d8%af%d8%a7%d9%86%d9%84%d9%88%d8%af-%d9%be%d8%a7%db%8c%d8%a7%d9%86-%d9%86%d8%a7%d9%85%d9%87-%da%a9%d8%a7%d8%b1%d8%b4%d9%86%d8%a7%d8%b3%db%8c-%d8%a7%d8%b1%d8%b4%d8%af%d9%be%d8%a7%d8%b4%d8%b4-%d8%ad/

 

 

 
 
1- 2- خلاصه ای در مورد تاریخچه فرایند
قدمت پاشش حرارتی به سال 1911 برمی گردد. هنگامی که دکتر شوپ[2] آزمایشاتی را انجام داد که در آنها فلزات مذاب توسط جریان گازی، با فشار بالا اتمیزه شده و به سمت سطح مورد نظر هدایت می­شدند. فرایند شوپ شامل بوته­ای بود که حاوی فلز مذاب بود و هوای فشرده داغ به منزله نیروی محرکه­ای بود که باعث ایجاد فشار کافی به منظور خرد کردن فلز مذاب می­شد و یک جت اسپری را بوجود می­آورد. سیستم کاملاً ابتدایی و ناکارآمد بود. در ادامه کار شوپ پیشرفتهایی در این فرایند بوجود آمد اما معایبی چون محدود بودن آن به فلزاتی با نقطه ذوب پائین، خوردگی شدید فلز مذاب یا عدم امکان ایجاد فرایند مداوم کافی بودند تا پیشرفتهای بیشتر متوقف شوند [1].
پس از آن شوپ جهت فعالیت های خود را عوض کرد و در سال 1912 اولین وسیله برای پاشش سیمهای فلزی[3] تهیه شد. سیمی به داخل یک شعله سوخت تغذیه می­ شود به صورتی که نوک آن ذوب شده و توسط هوای فشرد شده، اتمیزه شده و قطرات حاصل به سمت هدف برای ایجاد پوشش هدایت می­شوند. جدا از پیشرفتهایی در زمینه نازل و طراحی تفنگ و سایر جزئیات، اصول اصلی فرایندهای کنونی نیز همان اصول فرایند شوپ است. این تکنیک اسپری شعله­ای[4] نامیده می شود و شامل گروه بزرگی از روش های اسپری حرارتی می شود که در آنها از پودر، سیم یا مفتول استفاده می شود. هنگامی که شوپ در سال 1914 از الکتریسیته برای ذوب ماده اولیه[5] استفاده کرد، مفهوم جدیدی در پاشش حرارتی بیان گردید. پیشرفته­ترین تجهیزاتی که توسط شوپ تولید شد، کاملاً شبیه به اسپری قوسی الکتریکی اکنون بود. در این روش دو سیم رسانا با هم به داخل تفنگ تغذیه می شوند و بین آنها قوسی ایجاد می شود سپس جت هوای فشرده فلز ذوب شده را به سمت زیرلایه هدایت می کند. مشکل اصلی در این تکنیک ها و تجهیزات ابتدایی، ماده اولیه بود. در تمام آنها از موادی با نقطه ذوب پائین استفاده می­­شد و در نتیجه کاربردهای آنها محدود بودند [1].
سالها گذشت و تقاضا برای مواد مقاوم در دمای بالا افزایش یافت تا در دهه 1950، سیستم های جدیدی که باعث تقویت بازار اسپری حرارتی شدند، ظاهر شدند. ابتدا اصلاحاتی در پاشش شعله ای سیم انجام شد و سپس تکنیک پاشش شعله­ای مفتولی برای سرامیک ها که منجر به امکان استفاده از آلومینا و زیرکونیای تثبیت شده بود، بوجود آمد. یکی از توسعه های مهم پاشش پلاسمای اتمسفری[6] در سال 1960 بود [1و2].
تقریباً در سال 1960 بود که جیانینی[7] و همکارانش پاشش پلاسمای اتمسفری را با بهره گرفتن از مولد پلاسمای گاردین و لوتز[8] معرفی کردند. مخلوطی از گازهایی چون نیتروژن یا آرگون با هیدروژن یا هلیوم توسط یک قوس الکتریکی یا یک جت پلاسما یونیزه می شود. بالا رفتن دما در اثر منبع پلاسما قادر به ذوب کردن محدوده وسیعی از مواد است و این امر امکان رسوب مواد با نقطه ذوب بالا را فراهم می کند. در ادامه و در اواخر دهه 1970 و اوایل 1980 تکنیکهای اسپری پلاسما در خلأ[9] و اسپری پلاسما فشار پائین[10] بوجود آمدند. مزیت اصلی این روشها نسبت به پاشش پلاسما در هوا، کاهش میزان اکسیداسیون مواد فلزی و همچنین کاهش درصد تخلخلهای بوجود آمده در پوشش می­باشد. عموماً تکنیکهایی که در آنها اتمسفر کنترل می­ شود در صنایع هوا فضا کاربرد دارند که گاهی کیفیت و ماندگاری نسبت به هزینه اهمیت بیشتری دارد [1].
شکل1-1 انواع فرایندهای پاشش حرارتی را نشان می دهد. نام فرایندها به صورت سایه دار نشان داده شده است.
شکل 1-1. انواع فرایندهای پاشش حرارتی [1].
 
در طی دهه اخیر پلاسما اسپری به عنوان یکی از مهمترین روش های ایجاد پوششی با شرایط مطلوب روی سطح، بدون توجه به ریزساختار درونی آن گسترش یافت. این تکنیک روش موثری برای ایجاد پوششهای فلزی، سرامیکی و کامپوزیتی ( فلز و سرامیک) برای محدوده متعددی از کاربردهای صنعتی است [3و4].
[1] Surface Engineering
[2] Schoop
[3] Spraying metal wires
[4] Flame spray
[5] Feed stock
[6] Atmospheric plasma spray (APS)
[7] Giannini
[8] Gerdien & Lotz
[9] Vacuum plasma spray (VPS)
[10] Low pressure plasma spray (LPPS)