عملکرد الگوریتم تکامل تفاضلی برای نشت‌یابی در شبکه‌های توزیع آب با درنظر گرفتن عدم قطعیت نیازهای گرهی

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

دانشگاه شهید بهشتی

چکیده

با توجه به اینکه در حال حاضر هدررفت آب یک نگرانی جهانی است و از طرف دیگر تقاضا برای آب در حال افزایش است، این مسأله مدیریت تقاضا و اصلاح الگوی مصرف را ضروری ساخته است. یکی از اجزاء مهم آب بدون درآمد، نشت موجود در شبکه آبرسانی بوده و از اقدامات ضروری به منظور کاهش آب بدون درآمد و مدیریت مصرف، نشت‌یابی است. در این پژوهش، یک فرمول‌بندی بهینه‌سازی به منظور نشت‌یابی در شبکه‌های آب با فرض عدم اطلاع از تعداد نشت‌ها و داده‌های حاصل از اندازه‌گیری فشار توسعه داده شده است و مساله با الگوریتم تکامل تفاضلی حل شده است. عملکرد مدل توسعه داده شده با تعریف سناریوهای مختلف از نظر موقعیت، میزان و تعداد نشت مورد بررسی قرار گرفته و ابتدا سناریوهای مکان‌یابی از نظر تعداد و میزان نشت شامل یک، ده و بیست نشت همزمان بررسی شد و پس از آن مدل توسعه داده شده برای سناریوهای مکان‌یابی با تعداد نشت نامعلوم و همچنین عدم قطعیت نیازهای گرهی اجرا شدند. نتایج نشان داد موفقیت مدل در حالت قطعیت داده‌های ورودی و وجود یک گره، 100% بوده و با درنظرگیری تغییرات ساعتی نیاز گرهی و با افزایش تعداد نشت‌ها، میزان موفقیت مدل در یافتن محل نشت به ترتیب 95% و 94/5% بدست آمده است. در سناریوهایی با تعداد نشت‌ها مجهول، موفقیت مدل برای پیدا کردن تعداد نشت 94% بدست می‌آید. موفقیت مدل در حالت عدم قطعیت نیازهای گرهی با تعداد نشت معلوم، با افزایش نشت تا 91% و با تعداد نشت مجهول تا 86% می‌رسد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Bai, Y. & Bai, Q. (2014). Leak Detection Systems, Subsea Pipeline Integrity and Risk Management.
Bureau of Water and Water Engineering and Technical Standards (2013). Publication 117-3, Regulations for the design of urban and rural water transmission and distribution systems. (in Persian)
Cugueró-Escofet, P., Blesa, J., Perez, R., Escofet, M.A.C. & Sanz, G. (2015). Assessment of a Leak Localization Algorithm in Water Networks under Demand Uncertainty.  International Federation of Automatic Control, 48(21), 226-231.
Fallahi, H., Ghazizadeh, M. Aminnejad, B. & Yazdi, J. (2021). Leakage detection in water distribution networks using hybrid feedforward artificial neural networks, AQUA-Water Infrastructure, Ecosystems and Society, 70(5), 637-653.
Ghiyas, M. (2013). An introduction to the Monte Carlo simulation method. Basparash Quarterly, 4(1), 67-77. (in Persian)
Izadpanah, Z. & Maghrebi, M., (2018), Evaluation of The Uncertainty Of Measuring Pressure Gauges In Determining The Location Of Leaks In Networks Water Distribution, The 16th Iranian Hydraulic Conference, Technical and Engineering Faculty, Mohaghegh Ardabili University, Ardabil. (in Persian)
Kang, D.S., Pasha, M.F.K. & Lansey, K. (2009). Approximate methods for uncertainty analysis of water distribution systems. Urban Water Journal, 6(3), 233-249.
Lindstrom, L., Gracy, S., Magnusson,S. & Sandberg, H. (2022). Leakage Localization in Water Distribution Networks: A Model-Based Approach, European Control Conference (ECC) July 12-15, 2022, London, United Kingdom.
Mansouri, R. & Torabi, H. (2015). Using the differential evolution algorithm to optimize the water distribution network; Case study: Ismailabad pressurized irrigation network. Danesh Water and Soil Science, 25(4/2), 81-95. (in Persian)
Mirats-Tur, J.M., Jarrige, P.A., Meseguer, J. & Cembrano, G. (2014). Leak Detection and Localization Using Models: Field Results. Procedia Engineering, 70, 1157-1165.
Moasheri, R. & Jalili-Ghazizadeh, M. (2020) Locating of Probabilistic Leakage Areas in Water Distribution Networks by a Calibration Method Using the Imperialist Competitive Algorithm. Water Resour. Manage, 34, 35-49.
Moasheri, R., Ghazizadeh, M.J. & Tashayoei, M. (2021). Leakage detection in water networks by a calibration method. Flow Measurement and Instrumentation, 80, 101995, https://doi.org/10. 1016/j.flowmeasinst.2021.101995.
Miserjani, P., Sayari, N. & Sayari, S. (2021). Leak Modeling in Water Supply Networks Using WaterGems Model and Artificial Neural Network. Journal of Water and Sustainable Development, 8(2), 81-90. (in Persian)
Nasiri-Dahej, M., Jalili-Ghazizadeh, M., Jabbari, E. & Moasheri, R. (2022). Leak detection in water distribution networks using the wild horse algorithm (WHO), Proceeding of the 4th Iran Water and Wastewater Science and Engineering Congress. (in Persian)
Sabet, M., Nasirian, A., Mohtasham, M. & Ahrari, M. (2018). Determination of Value and Location of the Leakage in Water Distribution Networks Using Calibration (Case Study: The Water Distribution Network of Golbahar, Khorasan Razavi), Journal of Water and Wastewater, 30(6), 119-125. (in Persian)
Sage, P. (2004). Developments in use of network models for leakage management at United Utilities North West. Paper presented at the CIWEM North West and North Wales Branch Water Treatment and Distribution Conference, Warrington, UK.
Shekofteh, M. (2018). Finding the location of leakage in water supply systems with the help of distribution network simulation and computational intelligence. Master's thesis, Department of Civil Engineering, Faculty of Civil Engineering, Water and Environment, Shahid Beheshti University, Tehran. (in Persian)
Sophocleous, S., Savić, D. & Kapelan, Z. (2019). Leak localization in a real water distribution network based on search-space reduction. Journal of Water Resources Planning and Management, 145(7), https://doi.org/10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0001079.
Teymouri, N. (2014). Identification of nodal leakage using genetic algorithm optimization method in water distribution networks. Master's thesis, Sari University of Agricultural Sciences and Natural Resources. (in Persian)
Wu, Z.Y., Sage, P. & Turtle, D. (2010). Pressure-Dependent Leak Detection Model and Its Application to a District Water System. J. Water Resour. Plann. Manage, 136(1), https://doi.org/ 10.1061/(ASCE)0733-9496(2010)136:1(116).
Wu, Z.Y., Burrows, R., Moorcroft, J., Croxton, N. & Limanond, S. (2010). Pressure dependent leakage detection method compared with conventional techniques. Paper presented
at the Water Distribution System Analysis (2010), https://doi.org/10.1061/41203(425)98.
Zaman, D., Tiwari, M.K., Gupta, A.K. & Sen, D. (2020). A review of leakage detection strategies for pressurized pipeline in steady-state. Engineering Failure Analysis, 109, 104264, https://doi.org/10. 1016/j.engfailanal.2019.104264.
Zandi R, Yazdi J. & Shahsavandi M. (2021). Leakage Detection in Water Distribution Systems by Considering the Hourly Changes of Node Demands Using Harmony Search Algorithm. Modares Civil Engineering Journal, 21(4), 205-217. (in Persian)
Zandi, R. (2021). Development of an optimization model for leak detection in water distribution networks, Master thesis, Faculty of Civil Engineering, Water and Environment, Shahid Beheshti University. (in Persian)