طراحی چند منظوره شبکه‌های آبرسانی با هدف کاهش فشار اضافی در سطح شبکه (مطالعه موردی: شبکه آبرسانی اسماعیل آباد)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی عمران- آب و سازه‌های هیدرولیکی، دانشکده شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران.

2 گروه مهندسی عمران، دانشکده شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران.

3 دانشیار گروه مهندسی عمران،دانشکده شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران.

4 دانشجوی دکتری مهندسی عمران- دانشگاه سیستان و بلوچستان

چکیده

یافتن قطر بهینه لوله‌ها در شبکه‌های آبرسانی به منظور کمینه کردن هزینه‌های طراحی به دلیل داشتن قیود و متغیرهای تصمیم زیاد، یکی از چالش‌های مهم در مقابل طراحان می‌باشد. در چند دهه‌ی اخیر توسعه و معرفی روش‌های بهینه‌سازی جدید و عملکرد خوب این روش‌ها در حل مسائل پیچیده مهندسی، موجب سوق مهندسین به سمت استفاده از این روش‌ها در طراحی شبکه‌های آبرسانی شده است. در پژوهش حاضر، عملکرد یکی از الگوریتم‌های نوظهور فراکاوشی تحت عنوان الگوریتم شیر مورچه در حل مسئله بهینه‌سازی قطر لوله‌های شبکه‌های آبرسانی مورد ارزیابی قرار گرفت. بدین منظور یک مدل بهینه‌سازی- شبیه‌سازی چند هدفه مبتنی بر الگوریتم شیر مورچه و مدل شبیه‌ساز EPANET توسعه داده شد. مدل توسعه داده شده برای بهینه‌سازی قطر لوله‌های شبکه اسماعیل آباد مورد استفاده قرار گرفت. نتایج به‌صورت یک جبهه پارتو بین هزینه طراحی و مجموع مربعات اختلاف فشار ارائه گردید. بررسی پاسخ‌های بدست آمده نشان داد مدل مذکور علاوه بر اینکه توانسته است هزینه طراحی را در حدود 15 درصد نسبت به سایر روش‌های موجود کاهش دهد، میزان اضافه فشار موجود در سطح شبکه را نیز به‌صورت چشم‌گیری کاهش داده است. در نتیجه می توان با اطمینان، از روش مذکور به عنوان روشی کارا در طراحی شبکه های آبرسانی بهره برد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Multi-purpose design of water supply networks in order to reduce pressure surplus of network (Case study: Ismail Abad water supply network)

نویسندگان [English]

  • mohammad yousefi 1
  • Mohammad Givehchi 2
  • mehdi azhdary moghadam 3
  • Jafar Jafari-asl 4
1 M.Sc. Student of Civil Engineering -Water and Hydraulic Structures, Faculty of Shahid Nikbakht, Sistan and Baluchestan University, Zahedan, Iran
2 Department of Civil Engineering, , Faculty of Shahid Nikbakht, Sistan and Baluchestan University, Zahedan, Iran
3 Associate Professor, Department of Civil Engineering, , Faculty of Shahid Nikbakht, Sistan and Baluchestan University, Zahedan, Iran
4 university of sistan and baluchestan
چکیده [English]

Finding optimal pipe diameters in water supply networks for minimizing design costs due to the constraints and high decision variables is one of the major challenges for designers. In the last few decades, the development and introduction of new optimization methods, the good performance of these methods in solving complex engineering problems has led engineers to develop these methods in the design of water networks. In the present study, the performance of one of the emerging metaheuristic algorithms called Ant Lion Optimizer (ALO) in solving the problem of optimizing the diameters of water supply networks was considered. For this purpose, a multi-objective optimization-simulation model based on the ALO and the EPANET simulator model was developed. The developed model was used to optimize the diameter of Ismail Abad network pipes. The results were presented as a Pareto front between the design cost and the sum of the pressure difference squares. The results showed that using this model in addition to saving design costs about 15% compared to the existing design conditions; it has been significantly successful in reducing overload pressure in the nodes. As a result, this method can be used with confidence as an efficient method in designing water supply networks.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Water Supply Networks
  • optimization
  • meta-heuristic algorithm
  • EPANET
  • MATLAB
ترابی­پوده، ح.، گلیج، ح.، میرشاهی، د. و شاهی­نژاد، ب. 1396. بهینه‌سازی شبکه‌های آبیاری با استفاده از الگوریتم ازدحام ذرات توسعه یافته و برنامه ریزی خطی. فصلنامه علمی پژوهشی آبیاری و آب. 30 (8) : 199-187.
منصوری، ر. و محمدی‌زاده، م. 1398. کاربرد الگوریتم نیروی مرکزی (CFO) در بهینه سازی شبکه توزیع آب و آبیاری. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، 13 (1) : 114-101.
گلیج، ح. و ترابی­پوده، ح. 1397. طراحی بهینه شبکه‌های آبیاری با استفاده از الگوریتم فراکاوشی DMPSO. فصلنامه علمی پژوهشی آبیاری و آب. 32 (8) : 183-172 .    
رجب­پور، ر.، سامی­کشکولی، ب.، فرجی، ط.، محمدزاده، ا. و امین، س. 1396. بهینه­سازی هزینه انرژی مصرفی در سامانه انتقال آب با استفاده از الگوریتم ژنتیک. نشریه مباحث برگزیده در انرژی. 2 (1) : 47-39 .       
جعفری­اصل، ج.، سامی کشکولی، ب. و بهرامی، م. 1396. کنترل بهینه سازی فشار با هدف حداقل سازی نشت در شبکه‌های توزیع آب. نشریه آب و توسعه پایدار. 2 (4): 56-49.   
جعفری­اصل، ج.، سامی­کشکولی، ب. و بهرامی، م. 1394. مدیریت بهینه فشار در جهت حداقل سازی نشت در سیستم‌های توزیع آب با استفاده از الگوریتم بهینه سازی رقابت استعماری. دوفصلنامه تخصصی علوم مهندسی آب. 12 (5): 82-69. 
شاهی‌نژاد، ب. 1390. طراحی سیستم‌های انتقال و توزیع شبکه‌های تحت فشار با استفاده از برنامه‌ریزی خطی مختلط اعداد حقیقی و صحیح. رساله دکتری. دانشکده مهندسی علوم آب. دانشگاه شهید چمران اهواز.
سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور. 1394. فهرست بهای واحد پایه رشته انتقال و توزیع آب روستایی. فهرست بهای رشته مهندسی آب.
سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور. 1392. ضوابط طراحی سامانه‌های انتقال و توزیع آب شهری و روستایی. نشریه شماره 3-117. دفتر مهندسی و معیارهای فنی آب و آبفا.
Mirjalili, S. 2015. The Ant Lion Optimizer. Advances in Engineering Software. 83: 80-89.
Shamir, U. and Alperovits, E. 1977. Design of water distribution systems. Water Resources Research. 13(6): 885-900.
Su, Y., Mays, L.W., Duan, N. and Lansey, K.E. 1987. Reliability-Based Optimization Model for Water Distribution Systems. Journal of Hydraulic Engineering. 113(12): 1539-1556.
Wang, KH. and Dal, M. 2017. Optimization and modeling of pressurized irrigation networks. Turkish Journal of Water Science & Management. 1(2): 62-80.