مدیریت هوشمند فشار در شبکه‌های آبرسانی برای کاهش نوسانات زمانی و مکانی فشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده عمران، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 شرکت فرازیست آب خاوران، مشهد، ایران

چکیده

شبکه‌های آبرسانی از جمله زیرساخت‌های حیاتی است که بهره‌برداری از آن‌ها همواره با چالش‌های متعددی همراه می‌باشد. در این شبکه‌ها، رخداد مشکلاتی مانند شکستگی لوله‌ها، بروز نشت و توزیع غیریکنواخت فشار جزء معضلات محتمل تلقی می‌گردد. در مطالعه حاضر، ارائه برنامه‌ای مبتنی بر زمان جهت بهره‌برداری بهینه از تجهیزات کنترل فشار در شبکه آبرسانی مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای این منظور، دو سناریو بهره‌برداری تعریف شده که در سناریو اول، استفاده از شیرهای فشارشکن به صورت مجزا (سناریو مجزا) و در سناریو دوم نیز بهره‌برداری همزمان از شیرهای فشارشکن و پمپ دور متغیر (سناریو ترکیبی) مورد مطالعه قرار گرفته است. برنامه بهره‌برداری بهینه با هدف دستیابی به مزایای مدیریت فشار بر پایه تأمین کمینه نوسانات زمانی و مکانی فشار گره‌ای و با استفاده از الگوریتم ژنتیک به عنوان ابزار بهینه‌سازی تدوین شده است. در مرحله پایانی نیز، روش پیشنهادی مبتنی بر سناریوهای دوگانه، در بستر یک شبکه تئوریک و همچنین یک شبکه واقعی مورد صحت‌سنجی قرار گرفت و سناریو بهینه مدیریت فشار بر اساس محاسبه شاخص‌های ارزیابی هیدرولیک شبکه تعیین شد. نتایج به دست آمده نشان می‌دهد که کارایی همزمان شیرهای فشارشکن با پمپ دور متغیر (سناریو ترکیبی) در قیاس با سناریو مجزا، از اثربخشی بیشتری در زمینه کاهش نوسانات فشار گره‌ای و همچنین افزایش درصد پوشش گره‌های با فشار مطلوب همراه است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Smart Pressure Management to Reduce the Spatial and Temporal Pressure Variations in Water Distribution Networks

نویسندگان [English]

  • Niuosha Hedaiaty Marzouny 1
  • Mohammadreza Jalili Ghazizadeh 1
  • Iman Moslehi 1
  • Mahdi Komeily 2
1 Faculty of Water and Environmental Civil Engineering, Shahid Beheshti University.
2 Operating Manager, FaraZistAb Khavaran Company.
چکیده [English]

Water distribution networks are one of the most critical infrastructures in urban systems, the use of which has always been associated with many challenges. These networks are encountered frequent problems such as pipe breaks, water leakages, and non-uniform nodal pressure distribution. In this study, a time-based scheduling approach is presented for the use of pressure control equipment in water networks. Two operational scenarios consisting of the simultaneous use of individual pressure-reducing valves in the first scenario (individual scenario) and the hybrid use of pressure-reducing valves with a variable speed pump in the second scenario (hybrid scenario) are investigated. In this case, operational programs are developed to control nodal pressures in the network for providing minimum temporal and spatial pressure variations, using a Genetic algorithm as an optimization tool. The proposed strategies based on dual scenarios were validated for both theoretical and real networks. The optimal scenario was determined by calculating the hydraulic evaluation indicators of each scenario. The results show that the simultaneous use of pressure-reducing valves and variable speed pumps (hybrid scenario) was more effective in pressure management, in comparison with the individual scenario.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Water distribution networks
  • Pressure management
  • Pressure reducing valves
  • Variable speed pump
  • Genetic algorithm

مراجع

[1] America, V. W. N., Finding the blue path for a sustainable economy, (2011) 1–12.
[2] A. Gupta, S. Mishra, N. Bokde, K. Kulat, Need of smart water systems in India, International Journal of Applied Engineering Research, 11(4) (2016) 2216–2223.
[3] M. Nicolini, L. Zovatto, Optimal location and control of pressure reducing valves in water networks, Journal of water resources planning and management, 135(2) (2009) 178–187.
[4] D. J. Vicente, L. Garrote, R. Sánchez, D. Santillán, Pressure management in water distribution systems: current status, proposals, and future trends, Journal of water resources planning and management, 142(2)(2016) 04015061.
[5] H. Nasirpour, A. Nasirian, A. Akbarpour, Number and location of pressure reducing valves in water destribution networks by WaterGEMs software, in: Fifth International Conference on Civil Engineering, Architecture and Urban Development, (2017) 1-192 (in Persion).
[6] I. Moslehi, M. R. Jalili Ghazizadeh, E. Yousefie Khoshghalb, Economic analysis of pressure management in water distribution networks, Journal of Water and Wastewater, 31(2) (2019) 100–117.
[7] G. Germanopoulos, P. W. Jowitt, Leakage reduction by excess pressure minimization in a water supply network, in: Proceedings of the Institution of Civil Engineers, 87(2) (1989) 195–214.
[8] P. W. Jowitt, C. Xu, Optimal valve control in water‐distribution networks, Journal of water resources planning and management, 116(4) (1990) 455–472.
[9] M. J. H. Sterling, A. Bargiela, Leakage reduction by optimised control of valves in water networks, Transactions of the Institute of Measurement and Control, 6(6) (1984) 293–298.
[10] D. A. Savić, G. A. Walters, Integration of a model for hydraulic analysis of water distribution networks with an evolution program for pressure regulation, Computer‐Aided Civil and Infrastructure Engineering, 11(2) (1996) 87–97.
[11] L. S. Araujo, H. Ramos, S. T. Coelho, Pressure control for leakage minimisation in water distribution systems management, Journal of water resources planning and management, 20(1) (2006) 133-149.
[12] B. Ulanicki, H. AbdelMeguid, P. Bounds, R. Patel, Pressure control in district metering areas with boundary and internal pressure reducing valves, in: Proceeding of Water Distribution Systems Analysis, (2009) 1–13.
[13] E. Creaco, G. Pezzinga, Multiobjective optimization of pipe replacements and control valve installations for leakage attenuation in water distribution networks, Journal of water resources planning and management, 141(3) (2015) 04014059.
[14] A. Gupta, N. Bokde, D. Marathe, K. Kulat, Leakage reduction in water distribution systems with efficient placement and control of pressure reducing valves using soft computing techniques, Engineering, Technology & Applied Science Research, 7(2) (2017) 1528–1534.
[15] A. D. Gupta, N. Bokde, D. Marathe, K. Kulat, Optimization techniques for leakage management in urban water distribution networks, Water Science and Technology: Water Supply, 17(6) (2017) 1638–1652.
[16] A. D. Gupta, K. Kulat, Leakage reduction in water distribution system using efficient pressure management techniques. Case study: Nagpur, India, Water Science and Technology: Water Supply, 18(6) (2018) 2015–2027.
[17] E. Todini, S. Pilati, A gradient method for the analysis of pipe networks, in: International Conference on Computer Application for Water Supply and Distribution, (1987).
[18] A. A. Yekta and M. Tabesh, Comprehensive integrated model for calculating and managing leakage in urban water distribution networks, Journal of Civil Engineering and Surveying (Faculty of Engineering), 44(1) (2010) 1–12 (in Persion).
[19] O. Giustolisi, D. Savic, Z. Kapelan, Pressure-driven demand and leakage simulation for water distribution networks, Journal of Hydraulic Engineering., 134(5) (2008) 626–635.
[20] S. Nazif, M. Karamouz, M. Tabesh, A. Moridi, Pressure management model for urban water distribution networks, Water Resources Management, 24(3) (2010) 437–458.
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 54، شماره 10
دی 1401
صفحه 3657-3674

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار