ارائه روش بهینه‌یابی جدید براساس واسنجی برای مکان‌یابی نشت در شبکه‌های توزیع آب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 ' دانشگاه بیرجند، دانشکده مهندسی، گروه عمران

2 گروه عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، استان خراسان جنوبی

چکیده

اخیرا، روش‌‌های مبتنی بر واسنجی برای تشخیص نشت در شبکه‌‌های توزیع آب مورد توجه قرار گرفته­اند. این روش­ها اطلاعات شبکه واقعی شامل فشار و دبی را جمع­آوری می­کنند و تلاش می­کنند تا مصارف را در مدل هیدرولیکی شبکه تنظیم کنند تا نتایج مدل با مشاهدات منطبق ­شود. از این رو علاوه بر تحلیل هیدرولیکی به یک الگوریتم بهینه‌‌­یاب نیاز می‌‌باشد. در این تحقیق یک روش بهینه­یابی جدید مبتنی بر جمعیت معرفی گردیده است. در این روش شبکه به چند ناحیه تقسیم می­شود. نسل اول پاسخ­ها برای تلفات ظاهری شبکه و نشت هر ناحیه حدس زده می­شود و برازندگی پاسخ­ها محاسبه می­شود. علاوه بر آن پارامتر جدیدی که در این تحقیق برازندگی جزئی نامیده می­شود، برای هر ناحیه برای همه پاسخ­ها محاسبه می­گردد. کوچک بودن برازندگی جزئی یک ناحیه، مقدار صحیح نشت در آن ناحیه را پیش­بینی می­کند. با ادغام پاسخ­های برتر بدست آمده در یک نسل، در هر ناحیه، بازه­ای برای نسل بعدی محاسبه می­گردد. این بازه در نسل­های پیاپی کوچکتر می­شود و پاسخ صحیح پیدا می­شود. روش پیشنهادی با ایجاد نشت‌‌های فرضی روی شبکه توزیع آب بررسی شده است. نتایج بدست آمده از مدل با مقادیر فرضی اولیه و همچنین نتایج مدل واترجمز مقایسه شد. نتایج، توانایی روش بهینه‌‌یابی پیشنهادی را در شناسایی مقدار و موقعیت نشت نشان می‌‌دهد. نتایج حاصل از مقایسه این روش با واسنجی­گر داروین، دقت، همگرایی و سرعت بیشتر روش پیشنهادی را نشان می­دهد. برازندگی بدست آمده از روش تحقیق حاضر 654/0 و برازندگی حاصل از روش واسنجی نرم­افزار واترجمز 817/0 می­باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Developing a New Calibration-Based Optimization Method for Leak Detection in Water Distribution Networks

نویسندگان [English]

  • Marzieh ahrari 1
  • ali nasirian 2
1 Birjand University, Faculty of Engineering, Dept. of Civil Engineering
2 civil engineering department, engineering facility, university of Birjand, Birjand
چکیده [English]

Recently, calibration based methods are developed for leak detection in water distribution networks (WDN). These methods are collected the pressures and flows data of a real network and try to regulate the demands in hydraulic network model to match the model results with observations. Therefore, in addition of hydraulic analysis, an optimization algorithm is needed. In this study, a new population based optimization method is presented. In this method, the network first is zoned to some regions. First generation are guessed for appearance loss and leakage in each zone and answers fitness are calculated. Moreover, a new factor named minor fitness, developing in this research, is computed for each zone in all answers. A small minor fitness in a zone, predicts the correct value of leakage. With combination of the results of best answers, in each generation, a range is calculated for the next generation selection. This range become narrower in consecutive generations and the correct answer is found. The proposed method is investigated on a real network with hypothetical leakages. The results obtained in model are evaluated with the assumed value, as well as, WaterGEMS model results.  The results show the capability of the proposed optimization method in detection of the both location and the value of leakage. Comparing this method with Darwin calibrator show more accuracy, convergence and speed of the proposed method. The fitness in the present study method and WaterGEMS calibration are 0.654 and 0.817, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • : Calibration
  • Water Distribution Network
  • optimization
  • Darwin Calibrator
  • Leak Detection
آب و فاضلاب خراسان جنوبی شهرستان بیرجند. 1394. داده­های آماری مربوط به جریان ورودی به شبکه، آرشیو اطلاعات آب و فاضلاب خراسان جنوبی شهرستان بیرجند.
بوستانی، آ. و س. خداشناس. 1391. بررسی روش نشت­یابی در شبکه آب برمبنای رابطه فشار-نشت (ارائه کد بهینه­یابی مکان­یابی نشت). نشریه آب و توسعه پایدار، سال دوم، شماره 4، ص 66-59.
تابش، م. 1391. راهنمای شناخت و بررسی عوامل موثر در آب به حساب نیامده و راهکارهای آن، نشریه شماره 556، معاونت برنامه­ریزی و نظارت راهبردی نهاد ریاست جمهوری.
ثابت، م.، ع. نصیریان، م. محتتشم و م. احراری. 1398. تعیین مقدار و موقعیت نشت در شبکه‌های توزیع آب با استفاده از کالیبراسیون (مطالعه موردی: شبکه توزیع آب شهر گلبهار، خراسان رضوی)، نشریه آب و فاضلاب، سال سی­ام، شماره 6، ص 125-119.
 دفتر مطالعات پایه منابع آب. 1399. گزارش آخرین وضعیت بارندگی ایستگاه­های مبنای وزارت نیرو، وزارت نیرو، شرکت مدیریت منابع آب ایران، دفتر مطالعات پایه منابع آب، http://wrs.wrm.ir/m3/gozaresh.asp.
معاشری، ر. و م. جلیلی قاضی­زاده. 1397. یافتن موقعیت و تعیین مقدار دو نشت همزمان در شبکه‌های آبرسانی با استفاده از الگوریتم دومرحله‌ای. نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، DOI: https://doi.org/10.1007/s11269-018-2173-4.
Ali, N. A., G. Abozeid, M. S., Darweesh and M. Mamdouh. 2015. EVALUATION OF REHABILITATION SOLUTIONS FOR PERFORMANCE OF WATER PIPES NETWORK (CASE STUDY-EL-MINIA NEW CITY NETWORK). Journal of Engineering Sciences Assiut University, 43(5): 644-662.
Almandoz, J., E. Cabrera, F. Arregui, E. Cabrera Jr and R. Cobacho. 2005. Leakage assessment through water distribution network simulation. Journal of water resources planning and management, 131(6): 458-466.
Amoatey, P. K., A. Bárdossy and H. Steinmetz. 2018. Inverse Optimization based Detection of Leaks from Simulated Pressure in Water Networks, Part 1: Analysis for a single Leak. Journal of Water Management Modeling.
Amoatey, P. K., A. Bárdossy and H. Steinmetz. 2018. Inverse Optimization based Detection of Leaks from Simulated Pressure in Water Networks, Part 2: Analysis for Two Leaks. Journal of Water Management Modeling.
Eryiğit, M. 2017. Water loss detection in water distribution networks by artificial immune systems-based on model calibration. Pamukkale University Journal of Engineering Sciences, 23(9): 1014-1018.
Hajibandeh, E. and S. Nazif. 2018. Pressure zoning approach for leak detection in water distribution systems based on a multi objective ant colony optimization, Water Resources Management, 32(7): 2287-2300.
Karamouz, M., M. Tabesh, S. Nazif and A. Moridi. 2005. Estimation of hydraulic pressure in water networks using artificial neural networks and fuzzy logic. Journal of Water and Wastewater, 56: 3-14.
Moasheri, R. and M. Jalili-Ghazizadeh. 2019. Locating of Probabilistic Leakage Areas in Water Distribution Networks by a Calibration Method Using the Imperialist Competitive Algorithm. Water Resources Management, 1-15.
Nasirian, A., M. F. Maghrebi and S. Yazdani. 2013. Leakage detection in water distribution network based on a new heuristic genetic algorithm model. Journal of Water Resource and Protection, 5(3): 294.
Pudar, R. S. and J. A. Liggett. 1992. Leaks in pipe networks. Journal of Hydraulic Engineering, 118(7): 1031-1046.
Sage, P. 2005. Developments in use of network models for leakage management at United Utilities North West. in CIWEM North West and North Wales Branch Water Treatment and Distribution Conference, Warrington, UK, 1-31.
Shamir, U. Y. and C. D. Howard. 1968. Water distribution systems analysis. Journal of the Hydraulics Division, 94(1): 219-234.
Sophocleous, S., D. Savić and Z. Kapelan. 2018. Leak Detection and Localization Based on Search Space Reduction and Hydraulic Modelling. in WDSA/CCWI Joint Conference Proceedings.
Sophocleous, S., D. Savić, Z. Kapelan and O. Giustolisi. 2017. A two-stage calibration for detection of leakage hotspots in a real water distribution network. Procedia Eng, 186: 168–176.   
Świtnicka, K., P. Suchorab and B. Kowalska. 2017. The optimisation of a water distribution system using Bentley WaterGEMS software. In ITM Web of Conferences, 15: 03009.  
Wu, Z. Y. and P. Sage. 2008. Water loss detection via genetic algorithm optimization-based model calibration. in Water Distribution Systems Analysis Symposium 2006, 1-11.
Wu, Z. Y., P. Sage and D. Turtle. 2010. Pressure-dependent leak detection model and its application to a district water system. Journal of Water Resources Planning and Management, 136(1): 116-128.