پديد آورندگان :
مظاهري زاده، يونس دانشگاه فردوسي مشهد - دانشكده كشاورزي - گروه مهندسي آب , فريدحسيني، عليرضا دانشگاه فردوسي مشهد - دانشكده كشاورزي - گروه مهندسي آب , داوري، كامران دانشگاه فردوسي مشهد - دانشكده كشاورزي - گروه مهندسي آب
كليدواژه :
اطمينان پذيري شبكه , جبهه پارتو , شبكه توزيع آب , بهينه‌سازي چند هدفه
چكيده فارسي :
شبكه‌هاي توزيع آب يكي از مهم‌ترين و حساس‌ترين زيرساخت‌هاي شهري مي‌باشند كه اخيراً با توجه به رشد جمعيت و افزايش نياز مصرف‌كنندگان، با چالش‌هايي از قبيل كاهش فشار و شكست لوله‌ها روبرو هستند كه همگي به‌علت طراحي‌هاي نامناسب و مبتني بر اهداف اقتصادي است. براي رفع اين مشكلات در هنگام طراحي يك سامانه توزيع آب شهري همواره بايد اطمينان‌پذيري شبكه نيز در نظر گرفته شود. در اين پژوهش به‌منظور بهينه‌سازي شبكه‌هاي توزيع آب، دو هدف اصلي كمينه‌سازي هزينه و بيشينه‌سازي اطمينان‌پذيري شبكه در نظر گرفته شد. براي محاسبه اطمينان‌پذيري شبكه از شاخص تاب‌آوري توديني و براي شبيه‌سازي هيدروليكي آن از مدل EPANET 2.0 استفاده شد. سپس با استفاده از نسخه دوم الگوريتم تكاملي مبتني بر قوت پارتو (SPEA2) و ايجاد ارتباط پويا با مدل هيدروليكي EPANET 2.0 در محيط نرم‌افزار MATLAB، بهينه‌سازي چند هدفه چهار شبكه توزيع آب شامل شبكه‌هاي دوحلقه‌اي، كادو، هانوي و پهنه D شهر مشهد انجام گرفت. بهينه‌سازي توأمان دو هدف اصلي شامل كمينه‌سازي هزينه و بيشينه‌سازي شاخص تاب‌آوري توديني منجر به توليد پاسخ‌هاي بهينه در قالب جبهه پارتو شد. يك پاسخ بهينه تحت عنوان نقطه C با استفاده از روش چانه‌زني Young از جبهه پارتوي نهايي توليد شده در هريك از شبكه‌ها معرفي شد. پاسخ منتخب C در شبكه‌هاي دوحلقه‌اي، هانوي و كادو به‌ترتيب 91/22، 13/17 و 41/7 درصد فشار متوسط شبكه را نسبت به كمترين هزينه آن در اين پژوهش (نقطه A)، افزايش داد. همچنين پاسخ منتخب C در شبكه پهنه D شهر مشهد با افزايش 23/4 درصدي فشار متوسط شبكه نسبت به طراحي اوليه شركت مشاور (نقطه D) نشان داد گزينه طراحي شده توسط شركت مشاور به‌عنوان پاسخي مغلوب در زير جبهه پارتوي نهايي اين پژوهش قرار مي‌گيرد. در اين پژوهش شاخص تاب‌آوري توديني با تكيه بر افزايش فشار گرهي توانايي خود را در جهت بالا بردن اطمينان‌پذيري شبكه نشان داد كه اين امر موجب مي‌شود شبكه در شرايط بحراني و يا شكست لوله‌ها، با ضريب اطمينان بالايي قادر به تأمين فشار و دبي مناسب در ساير نقاط باشد. همچنين عملكرد رضايت بخش الگوريتم چند هدفه SPEA2 در ارائه جبهه پارتوي بهينه براي مسائل مورد نظر نشان داد كه از الگوي طراحي توسعه داده شده در اين پژوهش مي‌توان به‌منظور ارائه يك مجموعه جواب بهينه به كارفرما، براي انتخاب نقاطي كه در آن‌ها هر دو عامل هزينه و اطمينان‌پذيري توأمان در شرايط مطلوبي هستند، استفاده نمود.
چكيده لاتين :
Water distribution network, one of the most important and most sensitive urban infrastructures, has recently been observed with regard to population growth and consumers' needs to increase with
challenges such as reducing the pressure and discharge that are due to unsuitable design and are based on
economic goals. In order to overcome these problems the reliability of the network should always be
considered when designing an urban water distribution system. In this research, to optimize the water
distribution networks, two main objectives of cost minimization and maximization of network reliability
were considered. To calculate network reliability, the Tondini's Resilience Index and its hydraulic
simulation EPANET 2.0 model were used. Then, using the second edition of the evolutionary algorithm
based on the strength of the Pareto (SPEA2) and creating a dynamic connection with the EPANET 2.0
hydraulic model in the MATLAB software environment, the multi-objectives of the four water
distribution networks including Two-Loop, Kadu, Hanoi networks and D zone of Mashhad were
optimized. Simultaneous optimization of two main objectives including cost minimization and
maximization of the Tondini's Resilience Index led to the production of optimal solutions in the form of
the Pareto front. An optimal solution, called Point C, was introduced using Young's bargaining method
from the final Pareto front in each of the networks. Selected C solution in two-loop, Hanoi and Kadu
networks increased 22.91, 17.13 and 7.41 percent of the network average pressure compared to its lowest
cost in this study (point A). Also, the selected C solution in D-zone network of Mashhad, with an increase
of 4.23 percent of the network average pressure compared to the initial design of the consulting company
(point D), illustrates that the solution designed by the consulting company would be the dominate solution
under the final Pareto front of this study. In this research, the Tondini's Resilience Index shows that,
based on increasing nodal pressure, it has the ability to increase the reliability of the network, which
causes critical condition of the network or failure of the pipes, with high reliability, providing adequate pressure and discharge in other nodes. Also, the satisfactory performance of the SPEA2 multi-objective
algorithm in providing the optimal Pareto front for the issues indicated showed that the design pattern
developed in this study could provide an optimal set of solutions to the employer to select the points in
which the two factors of cost and reliability are combined in a favorable situation.
