بررسی برخی شاخص‌های عملکردی در طراحی شبکه آب‌رسانی بر پایه معیارهای اطمینان‌پذیری هیدرولیکی و مکانیکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه شهید بهشتی

2 دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی

چکیده

    با توجه به هزینه­‌های بالای اجرای یک شبکه آب‌رسانی، طراحی شبکه­‌هایی با کمترین هزینه و بیش‌ترین قابلیت اطمینان اهمیت بالایی از نظر مهندسی دارد. یکی از مسائلی که در تحقیقات چند سال اخیر مورد توجه قرار گرفته است مقایسه شاخص‌ها و بررسی موفقیت نسبی آن‌ها در اندازه­‌گیری قابلیت اطمینان شبکه‌های آب‌رسانی است. مطالعات زیادی تا کنون در رابطه با اطمینان‌پذیری شبکه‌های توزیع آب انجام شده است. در مطالعه حاضر، عملکرد شاخص‌های هیدرولیکی و مکانیکی متنوع و مقایسه کارایی آن‌ها نسبت به هم در شرایط شکست لوله‌ها مورد بررسی قرار گرفت. این تحقیق، شاخص‌های عملکرد بیشتری نسبت به مطالعات پیشین ارائه داده است. در این مقاله، بررسی بر روی شاخص عملکرد فشار گره‌ای، سرعت، اختلاف فشار، شاخص توام سرعت و فشار گره‌ای، شاخص عملکرد انعطاف پذیری شبکه (NRI)، شاخص حداقل هد مازاد (MSH) و شاخص عملکرد آنتروپی (ERI) روی شبکه توزیع آب هانوی و Pcaresa بوسیله الگوریتم بهینه‌سازی NSGA-II و نرم افزار Epanet انجام شد. نتایج نشان داد در طراحی شبکه‌ی توزیع آب کوچک (هانوی)، شاخص عملکرد انعطاف‌پذیری شبکه (NRI) بهترین عملکرد را داشته و در طراحی شبکه آب متوسط (Pescara)، در سطح هزینه پایین، شاخص عملکرد فشار گره‌ای (PIP) و در سطح هزینه بالا، شاخص انعطاف‌پذیری شبکه (NRI) بهترین عملکرد را در بین سایر شاخص‌ها داشته اند؛ این دو شاخص، بطور میانگین فشار بیشتری را نسبت به شاخص‌های دیگر در شبکه ایجاد کرده‌اند و انرژی مازاد در شبکه را افزایش داده‌اند. همچنین در هنگام شکست تصادفی چند لوله، نیاز آبی گره‌های شبکه را نسبت به سایر شاخص‌ها، بیشتر تامین کرده‌اند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of Some Performance Indices in Design of Water Distribution Network Based on Hydraulic and Mechanical Reliability Criteria

نویسندگان [English]

  • Mahdi Taji Elyatoo 1
  • Jafar Yazdi 2
1 Shahid Beheshti University
2 Faculty of Civil, Water and Environmental Engineering, Shahid Beheshti University
چکیده [English]

Due to the high costs of running a water distribution network, the design of the least cost and most reliable networks is of great engineering importance. One issue that has been the focus of recent years' research is the comparison of indices and their relative success in measuring the reliability of water distribution networks. Many studies have been conducted to date on the reliability of water distribution networks. In the present study, the performance of various hydraulic and mechanical parameters was compared to each other under pipe failure conditions. This study provides more performance indices than previous studies. In this paper, The investigation on the nodal pressure performance index, velocity, pressure difference, combined velocity and nodal pressure index, network flexibility performance index (NRI), minimum head surplus index (MSH) and entropy performance index (ERI) on the Hanoi and Pescara water distribution network were performed using NSGA-II optimization algorithm and Epanet software. The results showed that in the design of a small water distribution network (Hanoi), the network flexibility index (NRI) performs best and in the design of a medium water network (Pescara), at low-cost level, node pressure performance index (PIP) and at high-cost level, the Network Flexibility Index (NRI) performed the best among the other indices; the two indices have, on average, created more pressure than other indices on the network and increased surplus energy in the network. Also, in case of accidental failure of several pipes, the nodal demands of the network are more than other indices.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Urban water distribution networks
  • optimization
  • Reliability indices
  • NSGA-II
1.Tabesh, M., reliability. Advanced Modeling of Water Distribution Networks. 2016: p. 394-398. (in persian)
2.Gheisi, A., M. Forsyth, and G. Naser, Water distribution systems reliability: A review of research literature. Journal of Water Resources Planning and Management, 2016. 142(11): p. 04016047.
3.Todini, E., Looped water distribution networks design using a resilience index based heuristic approach. Urban water, 2000. 2(2): p. 115-122.
4.Prasad, T.D. and N.-S. Park, Multiobjective genetic algorithms for design of water distribution networks. Journal of Water Resources Planning and Management, 2004. 130(1): p. 73-82.
5.Farmani, R., G.A. Walters, and D.A. Savic, Trade-off between total cost and reliability for Anytown water distribution network. Journal of Water Resources Planning and Management, 2005. 131(3): p. 161-171.
6.Awumah, K., I. Goulter, and S. Bhatt, Assessment of reliability in water distribution networks using entropy based measures. Stochastic Hydrology and Hydraulics, 1990. 4(4): p. 309-320.
7.Tanyimboh, T. and A. Templeman, Optimum design of flexible water distribution networks. Civil Engineering Systems, 1993. 10(3): p. 243-258.
8.Gupta, R., et al., Water quality based reliability analysis for water distribution networks. ISH Journal of Hydraulic Engineering, 2012. 18(2): p. 80-89.
9.Tsakiris, G. and M. Spiliotis, Applying resilience indices for assessing the reliability of water distribution systems. Water Utility J, 2012. 3: p. 19-27.
10.Farmani, R. and D. Butler, Implications of urban form on water distribution systems performance. Water resources management, 2014. 28(1): p. 83-97.
11.Gheisi, A. and G. Naser, Multistate reliability of water-distribution systems: comparison of surrogate measures. Journal of Water Resources Planning and Management, 2015. 141(10): p. 04015018.
12.Jeong, G., A. Wicaksono, and D. Kang, Revisiting the resilience index for water distribution networks. Journal of Water Resources Planning and Management, 2017. 143(8): p. 04017035.
13.Monsef, H., et al., Comparison of evolutionary multi objective optimization algorithms in optimum design of water distribution network. Ain Shams Engineering Journal, 2019. 10(1): p. 103-111.
14.Moosavian, N. and B. Lence, Flow-Uniformity Index for Reliable-Based Optimal Design of Water-Distribution Networks. Journal of Water Resources Planning and Management, 2020. 146(3): p. 04020005.
15.ODSSDTA, Design Criteria of Urban and Rural Water Supply and Distribution Systems. 2013. No. 117-3. (in persian)
16.Wagner, J.M., U. Shamir, and D.H. Marks, Water distribution reliability: analytical methods. Journal of Water Resources Planning and Management, 1988. 114(3): p. 253-275.
17.Deb, K., et al. A fast elitist non-dominated sorting genetic algorithm for multi-objective optimization: NSGA-II. in International conference on parallel problem solving from nature. 2000. Springer.
18.Rossman, L.A., EPANET 2: users manual. 2000.
19.Fujiwara, O. and D.B. Khang, A two‐phase decomposition method for optimal design of looped water distribution networks. Water resources research, 1990. 26(4): p. 539-549.
20.Bragalli, C., et al., On the optimal design of water distribution networks: a practical MINLP approach. Optimization and Engineering, 2012. 13(2): p. 219-246.