عنوان پایان‌نامه
طراحی بهینه دو هدفه شبکه های توزیع آب با در نظر گرفتن پارامترهای کیفی
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران -مهندسی آب - فاضلاب
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 2005;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 66602
- تاریخ دفاع
- ۲۷ دی ۱۳۹۳
- دانشجو
- میثم شکوهی
- استاد راهنما
- مسعود تابش, سارا نظیف
- چکیده
- توسعه شبکه‌های توزیع آب فعلی و طراحی شبکه‌های جدید برای رساندن آب با فشار کافی و کیفیت مناسب از جمله فعالیت‌هایی کلیدی در مدیریت پایدار شهرها می‌باشد. هزینه‌های ساخت و بهره‌برداری این شبکه‌ها سنگین است و با توجه به کمبود منابع مالی، طراحی بهینه این سیستم‌ها ضروری است. اما نکته‌ای که در تحقیقات گذشته کمتر به آن در مرحله طراحی شبکه‌های توزیع آب توجه شده است کیفیت آب تحویلی به مصرف‌کنندگان است. هدف از این تحقیق توسعه مدل بهینه‌سازی دو هدفه برای طراحی بهینه این شبکه‌ها با در نظر گرفتن اهداف کمینه‌سازی هزینه در تقابل با بیشینه‌سازی قابلیت اطمینان کیفی است. مدل پیشنهادی در این پایان‌نامه با استفاده تلفیقی از الگوریتم جامعه مورچگان به‌عنوان بهینه‌ساز و EPANET به‌عنوان شبیه‌ساز توسعه داده‌شده است. الگوریتم چندهدفه جامعه مورچگان NA-ACO به جهت سازگاری آن با متغیرهای تصمیم گسسته (قطر لوله) انتخاب‌شده است و برنامه کامپیوتری آن نیز در محیط MATLAB تدوین‌شده است. کلر باقیمانده و سن آب به‌عنوان پارامتر کیفی در ارزیابی قابلیت اطمینان کیفی شبکه توزیع آب استفاده‌شده است. برای ارزیابی بهتر عملکرد شبکه توزیع آب، از منحنی‌های جریمه مبتنی بر این دو پارامتر استفاده شد. با توجه به عدم وجود منحنی‌های جریمه مناسب برای سن آب، یک منحنی جریمه سن آب جدید نیز پیشنهادشده است. مدل پیشنهادی در قالب 6 سناریو بر روی دو شبکه توزیع آب (یکی نمونه و دیگری واقعی) ارزیابی و جواب‌های حاصل در قالب سری جواب‌های بهینه پارتو ارائه‌شده است. این مجموعه جواب‌ها این امکان را به مدیران و تصمیم‌گیرندگان می‌دهد که با در نظر گرفتن شرایط و اولویت‌ها یک طرح را به‌عنوان طرح نهایی انتخاب کنند. در اجرای مدل بهینه‌سازی، علاوه بر تحلیل استاتیکی از تحلیل گسترده زمانی (EPS) که شرایط سیستم را در یک شبانه‌روز بررسی می‌کند، نیز استفاده‌شده است. علاوه بر تحلیل مبتنی بر تقاضا (DDSM) از تحلیل مبتنی بر فشار (HDSM) که توانایی تحلیل شبکه در شرایط کمبود فشار را نیز دارد، استفاده‌شده است. با استفاده از تحلیلHDSM و آزادسازی قید حداقل فشار، می‌توان گزینه‌های بیشتری را برای طراحی شبکه‌های توزیع آب بررسی نمود. نتایج بدست آمده از مطالعات موردی نشان داد که قطر لوله به‌عنوان متغیر تصمیم تأثیر کمی در ارتقای کیفیت آب شبکه دارد و در عین حال هزینه سرمایه‌گذاری را افزایش می‌دهد، درحالی‌که متغیر تصمیم دز کلر تزریقی در مخزن تأثیر مطلوبی در تولید جواب‌هایی با قابلیت اطمینان کیفی بالا می‌گذارد و هزینه سرمایه‌گذاری نیز نسبت به حالت قبل کاهش می‌یابد. آزادسازی قید حداقل فشار در سیستم، این امکان را می‌دهد تا گزینه‌های بیشتری را برای طراحی لحاظ نمود، اما این کار مستلزم تحلیل HDSM است که به تلاش محاسباتی زیادی نیاز دارد. همچنین لازم است مطلوبیت جواب‌های به‌دست‌آمده در این حالت با توجه به عدم ارضای درصدی از تقاضای آبی در بعضی از گره‌ها، بررسی شود. نتایج حاصل از اجرای سناریوهای مربوط به قابلیت اطمینان سن آب نشان داد که، متغیر تصمیم قطر لوله نیز در این سناریوها، تأثیر زیادی در جهت ارتقای کیفیت آب شبکه ندارد و ارتقای جزئی در کیفیت آب نیازمند هزینه‌های فراوان است. بنابراین استفاده از متغیرهای تصمیم ابعاد تانک، جانمایی تانک و برنامه پمپاژ برای این منظور پیشنهاد شده است.
- Abstract
- Extending available water distribution systems (WDSs) and designing new WDSs are future plan of water and wastewater utilities, to provide water with sufficient pressure and proper quality for consumers. Optimal design of WDS is necessary due to high construction cost of these systems. Rarely water quality is considered in designing of WDS and just few researches have considered it, during optimization process of WDS. The aim of this thesis is to develop a two-objective optimization model of WDS design to consider water quality parameters alongside with construction cost. The proposed model is a combination of Ant Colony Optimization (ACO) as optimization algorithm and EPANET as hydraulic-quality simulator. ACO algorithm (NA-ACO) is opted due to its compatibility with discrete decision variables and a MATLAB based computer program is developed. Residual chlorine and water age are considered as quality parameters. In order to calculate water quality reliability based on these parameters, penalty curves are used. Due to ambiguous basis of available penalty curves, a new penalty curve is proposed for water age. The proposed model is evaluated in two WDS (a sample network and a real one) in six scenarios and obtained results are represented as pareto optimal solutions. These solutions offer various results in both objective functions which managers and decision makers can opt final project among them due to their situations and priorities. HDSM method is deployed as well as DDSM method which can consider undesired situations of WDS like pressure deficit. Extended Period Simulation (EPS) is also used to consider 24 hours situation of WDS. The results depicted, “pipe diameter” as a poor choice in developing water quality reliability of WDS while “chlorine injection dosage” offers cheaper solutions with low quality risk. Releasing minimum pressure constraint can offer more and cheaper results but actually it needs HDSM method which is computationally expensive. Also results of these method should be evaluated due to lower consumption in some nodes. The results of water age based scenarios also depicted pipe diameters as a very poor choice and some decision variables including tank sizing, tank siting and pump schedule are suggested.
