مدیریت بهینه فشار شبکه توزیع آب شرب شهر ازگله به هنگام ایجاد ارتباط اضطراری بین زون‌های فشاری با روش NSGA-II

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی آب، دانشگاه رازی، کرمانشاه،

2 گروه برنامه‌ریزی و نظارت پژوهشی، دانشگاه رازی، کرمانشاه،

چکیده

بُروز مشکلات هیدرولیکی در زمان انجام تعمیرات مخازن در شبکه­های توزیع آب شهری امری اجتناب­نپذیر می­باشد. در اینگونه مواقع یکی از روش­های تامین آب به­صورت پایدار، ارتباط اضطراری بین زون­های فشاری می­باشد. با این­وجود طراحی اولیه بر اساس زون­بندی­های مستقل کارایی خود را از دست داده و شبکه توزیع در برخی نقاط دچار افزایش و کاهش فشار مجاز و حتی قطع جریان می­شود. بنابراین در این تحقیق نسبت به تحلیل شبکه و تعیین منحنی فرمان بهینه 24 ساعته شیر فشارشکن به هنگام ایجاد ارتباط اضطراری بین زون­های فشاری با هدف کاهش مشکلات هیدرولیکی اقدام شده است. ابتدا مدلی کامپیوتری در محیط برنامه­نویسی ویژوال بیسیک کدنویسی شد که در آن به کمک روش ماتریسی شیب شبکه تحلیل می­شود. با لینک مدل مذکور با کد تهیه شده برای بهینه­سازی به روش NSGA-II منحنی­فرمان بهینه شیر فشارشکن شبکه توزیع هنگام اتصال زون مرتفع به پست تعیین گردید. نتایج این تحقیق نشان داد در شرایط خروج مخزن زون پست از سرویس­دهی و اتصال گره شماره 12 ناحیه مرتفع با گره 41 ناحیه پست، لازم است بر روی لوله خروجی از مخزن مرتفع شیر فشارشکن نصب شود. منحنی فرمان بهینه محاسبه شده در طول شبانه روز نشان داد محدوه عملکرد شیر فشارشکن بین 8 تا 25متر است. همچنین نتایج نشان داد در حالت خروج مخزن زون مرتفع از سرویس­دهی با وجود اتصال بین دو زون در زمان حداکثر مصرف، گره­های شماره 13 و 37 مطلقاً با قطعی کامل آب مواجه می­شوند و حدود 28 درصد از شبکه دچار کمبود فشار از حد مجاز می شوند

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Optimal Pressure Management of Drinking Water Distribution Network of Ezgele City with Emergency Connection between Pressure Zones Using NSGA-II

نویسندگان [English]

  • Rasool Ghobadian 1
  • Kamran Mohammadi 2
1 Associate Professor. Department of Water Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran
2 Department of Planning and Research Supervisory, Razi University, Kermanshah, Iran
چکیده [English]

The occurrence of hydraulic problems during the repair of reservoirs in water distribution networks (WDN) is inevitable. In such cases, one of the reliable methods for water supply is emergency connection between pressure zones. However, the original design based on separated zone, loses its effectiveness and in some places, the WDN will face to increase and decrease in allowable pressure and even flow interruption. Therefore, in this study, the network analysis and determination of optimal 24-hour rule curve of pressure reduce valve (PRV) during an emergency connection between pressure zones, has been taken to reduce hydraulic difficulties. First, a computer model based on VB programming language was developed in which the network is analyzed by using slope matrix method. By linking mentioned model with the code that prepared for optimization by NSGA-II, the optimal rule curve of PRV in Ezgele WDN was determined. The results showed that in the case which lower zone reservoir become out of service and connecting node 12 of the higher zone with node 41 of the lower zone, it is necessary to install a pressure reduce valve on the outlet pipe of the higher reservoir. The optimal rule curve which was calculated during the day showed that the operating range of the pressure reduce valve is between 8 and 25 meters. The results also showed that when the higher zone reservoir is out of service during the maximum consumption, despite the connection between two zones, nodes 13 and 37 faces to absolute flow interruption and about 28% of the network suffers from pressure deficiencies in comparison to minimum allowable pressure.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Drinking water distribution network
  • Emergency connection of zones
  • NSGA-II
  • rule curve
  • Pressure Reduce Valve
بازرگان لاری م. ر.، مدیری ف. و نیکو م. ر. ۱۳۹۳. مدل شبیه­سازی – بهینه­سازی برای مدیریت مناسب امنیت شبکه­های توزیع آب شهری. مجله پژوهش آب ایران، سال هشتم، شماره چهاردهم، ص 135-127.
 
تاجی الیاتو. م. و یزدی. ج. 1400. بررسی شاخص­های عملکردی در طراحی شبکه آبرسانی بر پایه معیارهای اطمینان­پذیری هیدرولیکی و مکانیکی. نشریه مهندسی عمران امیرکبیر. دوره 53، شماره 6، ص 22.
 
سهرابی ز.، سروریان ج. و مامی زاده ج. 1399. توسعه مدل شبیه­ساز–بهینه­ساز دو هدفه برای طراحی بهینه ابعاد هندسی و شیب سرریز پلکانی سد سیاه­بیشه بالا با استفاده از الگوریتم NSGA-II. مجله تحقیقات آب و خاک ایران. دوره 51 ، شماره 2.
 
قبادیان ر. 1399. تحلیل هیدرولیکی شبکه های آبرسانی با استفاده از حل عددی معادلات جریان غیر ماندگار و مقایسه با نتایج مدل WaterGEMS. اولین کنفرانس ملی پژوهش­های کاربردی در صنعت آب و برق، دانشگاه رازی، کرمانشاه.
 
مازندرانی­زاده ح. 1395. طراحی سیستم زهکشی با استفاده از الگوریتم بهینه­سازی چند هدفه NSGA-II با رویکرد اقتصادی – زیست محیطی. مجله تحقیقات منابع آب ایران، سال دوازدهم، شماره 3، ص 142-152.
 
موسوی مولائی س. ا. و معینی ر. 1391. طراحی بهینه شبکه توزیع آب با استفاده از الگوریتم سیستم مورچه. همایش ملی مهندسی آب و فاضلاب. دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته - پژوهشگاه علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی، کرمان.
 
نشریه 3-117 بازنگری اول. 1392. ضوابط طراحی سامانه­های انتقال و توزیع آب شهری و روستایی. معاونت برنامه­ریزی و نظارت راهبردی ریاست جمهوری.
 
Artina S., Bragalli C., Erbacci G., Marchi A. and Rivi M. 2012. Contribution of parallel NSGA-II in optimal design of water distribution networks. Journal of Hydroinformatics. 14.2.
 
Atiquzzaman Md.; Liong S-Y. and Yu X. 2006. Alternative Decision Making in Water Distribution Network with NSGA-II. Journal of water resources planning and management, 132(2): 122-126.
 
Bakhshi Ani A., Ale Ebrahim H. & Azarhoosh M. J. 2015. Simulation and multi-objective optimization of a trickle-bed reactor for diesel hydrotreating by a heterogeneous model using non-dominated sorting genetic algorithm II. Energy & Fuels. 29, 3041-3051.
 
Cao H., Hopfgarten S., Ostfeld A., Salomons E. and Li P. 2019. Simultaneous Sensor Placement and Pressure Reducing Valve Localization for Pressure Control of Water Distribution Systems. Journal of Water. 11, 1352.
 
Choi Y. H. and Kim J. H. 2019. Self-Adaptive Models for Water Distribution System Design Using Single-/Multi-Objective Optimization Approaches. Journal of Water. 11, 1293.
 
Deb K., Pratap. A., Agarwal S. and Meyarivan T. 2002. A fast and elitist multiobjective genetic algorithm: NSGA-II. IEEE transactions on evolutionary computation. 6, 182-197.
 
Elferchichi A., Gharsallah O., Nouiri I., Lebdi F. and Lamaddalena N. 2009. The genetic algorithm approach for identifying the optimal operation of a multi-reservoirs on-demand irrigation system. Biosystems Engineering. 102, 334-344.
 
Gullotta A., Campisano A., Creaco E. and Modica C. 2021. A Simplified Methodology for Optimal Location and Setting of Valves to Improve Equity in Intermittent Water Distribution Systems. Water Resources Management, 35:4477–4494.
 
Jun S. and Kwon H. J. 2019. The Optimum Monitoring Location of Pressure in Water Distribution System. Journal of Water. 11, 307
 
Li M., Liu Sh., Zhang L., Wang H., Meng F. and Bai L. 2012. Non-dominated Sorting Genetic Algorithms-II Based on Multi-objective Optimization Model in the Water Distribution System. Journal of Procedia Engineering, 37, 309 – 313.
 
Liu R., Guo F., Sun W., Wang Y., Zhang Z. and Ma X. 2021. A New Method for Optimization of Water Distribution Networks While Considering Accidents. Journal of Water, 13, 1651.
 
Mala-Jetmarova H., Sultanova N., and D. Savic. 2018. Lost in optimisation of water distribution systems? A literature review of system design. Water, Vol.10, No.3, p.307.
 
Reca J., Martínez J. and López R. 2017. A hybrid water distribution networks design optimization method based on a search space reduction approach and a genetic algorithm. Water, Vol. 9, p.845.
 
Todini E. and Pilati S. 1988. A gradient algorithm for the analysis of pipe networks. Computer applications in water supply: vol. 1---systems analysis and simulation.
 
Wang Q., Wang L., Huang W, Wang Zh., Liu Sh. and Savi´c D. A. 2019. Parameterization of NSGA-II for the Optimal Design of Water Distribution Systems. Journal of Water. 11, 971.