Gli Algoritmi Evolutivi per la soluzione di problemi di ottimizzazione nell’ambito della gestione delle risorse idriche = Evolutionary Algorithms for solving optimization problems in the field of Water Resources

Nell’ambito delle Water Resources, dove il termine anglofono include non solo aspetti ingegneristici (anche economici, sociali…) legati all’utilizzo ed alla gestione delle risorse idriche, sorgono spontaneamente problemi complessi che richiedono soluzioni fornite attraverso metodi di ottimizzazione. Il problema della progettazione e gestione ottimale di sistemi legati all’utilizzo delle acque, mostra molteplici difficoltà (non-linearità, discontinuità, multi-dimensionalità, multi-modalità…), che negli ultimi tre decenni si sono affrontate, ricorrendo ad una sempre crescente gamma di metodologie ispirate a processi biologici. Nella prima parte di questo lavoro sono inquadrati i problemi di ottimizzazione in generale: ne viene fornita una definizione operativa, se ne descrivono le peculiarità nell’ambito delle Water Resources, mostrando come essi sorgano necessariamente in tutte le branche dell’ingegneria idraulica ed ambientale; nella progettazione e nella gestione delle reti di distribuzione dell’acqua, nella pianificazione operativa di sistemi di bacini, nella calibrazione di modelli di simulazione idraulici o idrologici ed altrove. Nella seconda parte, sono invece illustrati gli approcci metaeuristici ampiamente utilizzati in letteratura scientifica per risolvere problemi di ottimizzazione. In special modo viene descritta ed analizzata la classe predominante tra tali approcci, quella degli algoritmi basati sulla metafora evolutiva: gli Algoritmi Evolutivi, appunto. Nel presente lavoro, oltre alla struttura generale, al funzionamento ed agli operatori inclusi in questi metodi, sono mostrati con maggiore dettaglio alcuni Algoritmi Evolutivi fondamentali, fornendo le basi per la loro implementazione. Sono presi in considerazione gli approcci dedicati alla risoluzione di problemi di ottimizzazione singolo-obiettivo (Single-objective Optimization Problems), successivamente quelli dedicati alla risoluzione di problemi multi-obiettivo (Multi-objective Optimization Problems). A seguire, sono illustrate alcune significative applicazioni presenti in letteratura dei metodi approfonditi, con riferimento a diversi ambiti dell’Ingegneria Idraulica, con un focus specifico sulla progettazione di sistemi di distribuzione dell’acqua (Water Distribution Systems). A completamento dei punti precedenti, sono presentate e discusse alcune ulteriori tematiche legate al paradigma evolutivo.