ترکیب روش حل معکوس و الگوریتم فراکاوشی برای محاسبه مقدار و موقعیت نشت در شبکه‌های توزیع آب

نویسندگان

گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

چکیده

نشت در شبکه‌های توزیع آب علاوه بر هدر رفت آب و انرژی موجب مشکلات اجتماعی و زیست محیطی نیز می‌شود. بنابراین تلاش برای نشت‌یابی و کاهش هزینه‌های آن تا حد ممکن بسیار با اهمیت است. در نشت‌یابی‌های انجام شده با روش‌های فراکاوشی، متغیرهای تصمیم شماره گره نشت و دبی نشت است. در این پژوهش روشی با ترکیب حل معکوس معادلات جریان و الگوریتم فراکاوشی ارائه شده است. در روش پیشنهادی، تنها شماره گره‌های نشت به عنوان متغیر تصمیم در روش جستجوی هارمونی در نظر گرفته شده و دبی نشت با استفاده از حل معکوس معادلات پیوستگی و انرژی محاسبه می‌شود. علاوه بر تعدادی اندازه‌گیری برای تابع هدف الگوریتم فراکاوشی، لازم است که به تعداد گره‌های نشت اندازه‌گیری فشار گره و دبی لوله برای مدل هیدرولیکی انجام شود. نتایج در دو شبکه فرضی نشان می‌دهد که این روش موقعیت و مقدار نشت را با دقت بالایی حتی در حالتی که دبی نشت کم باشد، تعیین و محاسبه می‌کند. در صورتی که در اندازه‌گیری فشار گره‌ها خطا وجود داشته باشد، با افزایش گره‌های تابع هدف موقعیت و مقدار نشت با دقت خوبی محاسبه می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Combining inverse solution method and meta-heuristic algorithm to calculate the amount and location of leaks in water distribution networks

نویسندگان [English]

  • Iman Rostami
  • Elham Darvishi
Department of Water Engineering, College of Agriculture, Razi University, Kermanshah, Iran
چکیده [English]

In addition to wasting water and energy, leaks in water distribution networks also cause social and environmental problems. So it is important to try to save as much as possible. In leaks made by meta-heuristic methods, the decision variables are leak node number and flow leakage. In this study, a method is presented with the combination of inverse solution of flow equations and meta-heuristic algorithm. In the proposed method, only the leakage node number is considered as the decision variable in the Harmony search method, and the leakage amount is calculated using the inverse solution of continuity and energy equations. In addition to a number of measurements for the objective function of the meta-heuristic algorithm, it is necessary to measure pressure nodes and discharge pipes as many as leakage nodes for the hydraulic model. The results in the two hypothetical networks show that this method determines and calculates the position and amount of leaks with high accuracy, even if the leakage amount is small. If there is an error in measuring the node pressure, the position and amount of leaks are calculated accurately by increasing the nodes of the objective function.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Leakage Detection
  • Inverse solution
  • harmony search
  • Water distribution system
فاضل ولیپور، ب. و فغفورمغربی، م. 1388. نشت‌یابی شبکه آبرسانی با اندازه‌گیری میدانی فشارهای گره‌ای. هشتمین کنفرانس هیدرولیکی ایران، دانشگاه تهران.
 بذری، م. و علامتیان، ا. 1393. شناسایی نشت به روش الگوریتم پرندگان در شبکه‌های توزیع آب، نهمین سمپوزیوم پیشرفتهای علوم و تکنولوژی، مشهد.
حسنزاده، ی. و فغفورمغربی، م. ۱۳۸۹. شناسایی نشت بر مبنای بهینه‌یابی به روش کلونی مورچه‌ها در شبکه‌های توزیع آب. نهمین کنفرانس هیدرولیک ایران. ایران، تهران.
جلیلی قاضی‌زاده، م. و معاشری، ر. 1397. یافتن موقعیت و تعیین مقدار دو نشت همزمان در شبکه‌های آبرسانی، دومین کنگره علوم و مهندسی آب و فاضلاب ایران و دومین همایش ملی عرضه و تقاضای آب شرب و بهداشتی.
کلیایی، پ. و محمدولی سامانی، ح. ۱۳۹۱. پیش‌بینی محل نشت در شبکه‌های توزیع آب با استفاده از شبکه‌های عصبی مصنوعی. نهمین کنگره بین المللی مهندسی عمران. ایران، اصفهان.
 نصیریان، ع. و فغفور مغربی، م. 1393. ارزیابی عملکرد مدل‌های بهینه‌سازی در کالیبراسیون و نشت‌یابی شبکه‌های توزیع آب با استفاده از مدل آزمایشگاهی، مجله آب و فاضلاب، 25(2)، 36-47.
عطاری، م. و فغفورمغربی، م. 1397. روش نوین نشت‌یابی با استفاده از شبکه‌های عصبی مصنوعی. مجله آب و فاضلاب، 29(1)، 14-26
 
El-Zahab, S., and Zayed, T. 2019. Leak detection in water distribution networks: an introductory overview. Smart Water, 4(1), 5.
Ramadevi, R., Jaiganesh, J., and Krishnamoorthy, N. R. 2018. Leak Detection Methods - A Technical Review. Springer Singapore, 125-139
Wu, Z.Y., and Sage, P., 2006. Water loss detection via genetic algorithm optimization based model calibration. ASCE 8th Annual International Symposium on Water Distribution System Analysis, Cincinnati, Ohio.
Boulos, P. F., and Wood, D. J. 1990. Explicit calculation of pipe network parameters. J. of Hydraulic Engineering, 116(11), 1329-1344.
Kun, D., Tian-Yu, L., Jun-Hui, W., and Jin-Song, G. 2015. Inversion Model of Water Distribution Systems for Nodal Demand Calibration. Journal of Water Resources Planning and Management, 141(9), 04015002.
Dini, M., and Tabesh, M. 2014. A new method for simultaneous calibration of demand pattern and Hazen-Williams coefficients in water distribution systems. Water Resour. Manage, 28(7), 2021–2034.
Geem, Z.W., Kim J.H. and Loganathan G.V. 2001. A new heuristic optimization algorithm: harmony search. Simulations, 76, 60–68.
 Lee, K. S., Geem Z.W., Lee S. H., Bae K. W. 2005. The harmony search heuristic algorithm for discrete structural optimization. Eng. Optim. 37, 663–684.
 Geem, Z. W., Kim, J. H., and Loganathan, G. V. 2002. Harmony search optimization: Application to pipe network design. International Journal of Modelling and Simulation, 22(2), 125–133.
 Karahan, H., Gurarslan, G., and Geem, Z. W. 2013. Parameter estimation of the nonlinear Muskingum flood‐routing model using a hybrid harmony search algorithm. Journal of Hydrologic Engineering, 18(3), 352–360.
 Todini, E., and Pilati, S. 1988. A gradient method for the solution of looped pipe networks. Computer applications in water supply, B. Coulbeck and C. H. Orr, eds., Vol. 1, Wiley, London, 1–20.
 Walski, T. M., Brill, E. D., Gessler, J., Goulter, I. C., Jeppson, R. M., Lansey, K., Lee, H. L., Liebman, J. C., Mays, L., Morgan, D. R., and Ormsbee, L. 1987. Battle of networks models: Epilogue. J. Water Resour. Plan. Manage, 113, 191-203.
 Poulakis, Z., D. Valougeorgis and C. Papadimitriou., 2003, Leakage detection in water pipe networks using a Bayesian probabilistic framework, Probabilistic Engineering Mechanics, 18, 315-327.