تحلیل تاب‌آوری در حالت شکست همزمان لوله‌ها در شبکه‌ی توزیع آب ( مطالعه موردی در یکی از شهرهای خراسان رضوی)

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری سازه های هیدرولیکی.مهندسی آب، دانشگاه فردوسی مشهد.ایران

2 عضو هیات علمی- استاد

3 مدیر گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی،مشهد، خراسان رضوی

4 دانشیار ، گروه مهندسی، دانشکده مهندسی، دانشگاه اکستر، انگلستان

چکیده

تحلیل تاب‌آوری جامع به بررسی تمام ترکیبات مختلف شکست (شکست تک تک لوله‌ها تا شکست تمامی لوله‌ها) در شبکه می‌پردازد. تاکید بر عملکرد سامانه در شرایط غیر منتظره و شرایط حاد (فراتر از شکست-های معمولی و حتی غیر محتمل) می‌باشد.در این مطالعه به صحت‌سنجی مدل تحلیل تاب‌آوری جامع با شبکه‌ی توزیع مطالعاتی((Net3 پرداخته شده‌است. نتایج نشان می‌دهد که برای محاسبه تاب‌آوری شبکه توزیع آب، لوله‌های انتقال اصلی آب بایستی جداگانه مورد تجزیه و تحلیل قرارگیرند. سپس مدل برای شبکه توزیع آب واقعی در ایران پیاده‌سازی شده‌است. در این مطالعات زمان شکست لوله ها براساس قطر لوله‌ها در نظر گرفته شده‌است. بررسی تاب‌آوری شبکه‌ی توزیع فوق نشان داد که این شبکه با وجود تنها یک منبع اصلی در حالت بیشینه با شکست تکی لوله‌ها، در حالت میانگین با شکست توامان 277 لوله و در حالت کمینه با شکست توامان 469 لوله به صد درصد عدم تامین آب می‌رسد. اگر تاب‌آوری خطوط انتقال اصلی از منبع تامین آب بطور جداگانه از کل شبکه‌ی توزیع بررسی گردد تاب‌آوری شبکه‌ی فوق در سه حالت بیشینه، میانگین و کمینه به ترتیب 72، 23 و 14 درصد افزایش می‌یابد. همچنین در صورت محافظت از ده لوله‌ی بحرانی شبکه، تاب‌آوری شبکه به طور متوسط 20 درصد افزایش می‌یابد. لذا توصیه می‌گردد برای افزایش تاب‌آوری این شبکه، منبع تامین آب و لوله‌های انتقال اصلی جدیدی در صورت امکان جانمایی شده و لوله های انتقال اصلی و لوله‌ی بحرانی مورد محافظت قرارگیرد.

کلیدواژه‌ها


ASCE Policy Statement 518. (2006). http://www.asce.org/issues-and-advocacy/ public-policy/policy-statement-518e-unified-definitions-for-criticalinfrastructure- resilience.2006.
Baños, R., Reca, J., Martínez, J., Gil, C. and Márquez, A.L. (2011). Resilience indexes for water distribution network design: a performance analysis under demand uncertainty. Water resources management, 25, 2351-2366.
Berardi, L., Ugarelli, R., Røstum, J. and Giustolisi, O. (2014). Assessing mechanical vulnerability in water distribution networks under multiple failures. Water Resources Research, 50, 2586-2599.
Butler, D., Farmani, R., Fu, G., Ward, S., Diao, K. and Astaraie-Imani, M. (2014). A new approach to urban water management: Safe and sure.
Butler, D., Ward, S., Sweetapple, C., Astaraie-Imani, M., Diao, K., Farmani, R. and Fu, G. (2017). Reliable, resilient and sustainable water management: the Safe & SuRe approach. Global Challenges, 1, 63-77.
Diao, K., Sweetapple, C., Farmani, R., Fu, G., Ward, S. and Butler, D. (2016). Global resilience analysis of water distribution systems. Water research, 106, 383-393.
EPA’s GitHub site for EPANET 2.2 open source project. (2020). https:// www .epa.gov/ water-research/epanet.
Francis, R. and Bekera, B. (2014). A metric and frameworks for resilience analysis of engineered and infrastructure systems. Reliability Engineering & System Safety, 121, 90-103.
Gheisi, A. and Naser, G. (2014). Water distribution system reliability under simultaneous multicomponent failure scenario. Journal‐American Water Works Association, 106, E319-E327.
Gheisi, A. and Naser, G. (2015). Multistate reliability of water-distribution systems: comparison of surrogate measures. Journal of Water Resources Planning and Management, 141, 04015018.
Hashimoto, T., Stedinger, J.R. and Loucks, D.P. (1982). Reliability, resiliency, and vulnerability criteria for water resource system performance evaluation. Water resources research, 18, 14-20.
Johansson, J. (2007). Risk and vulnerability analysis of large-Scale technical infrastructures. PhD Report, Lund University.
Klise, K.A., Murray, R. and Haxton, T. (2018). An Overview of the Water Network Tool for Resilience (WNTR). Sandia National Lab. (SNL-NM), Albuquerque, NM, United States.
Laucelli, D. and Giustolisi, O. (2015). Vulnerability assessment of water distribution networks under seismic actions. Journal of Water Resources Planning and Management, 141, 04014082.
Mugume, S.N., Gomez, D.E., Fu, G., Farmani, R. and Butler, D. (2015). A global analysis approach for investigating structural resilience in urban drainage systems. Water research, 81, 15-26.
Paez, D., Fillion, Y. and Hulley, M. (2018). Battle of post-disaster response and restauration (BP-DRR): Problem description and rules. Paper presented at the 1st International Water Distribution System Analysis/Computing and Control in the Water Industry Joint Conference, Kingston, ON, Canada, 23–25 July 2018.
Pagano, A., Sweetapple, C., Farmani, R., Giordano, R. and Butler, D. (2019). Water Distribution Networks Resilience Analysis: a Comparison between Graph Theory-Based Approaches and Global Resilience Analysis. Water Resour Manage 33, 2925–2940. https://doi.org/10. 1007/s11269-019-02276-x
Pathirana, A. (2010). EPANET2 desktop application for pressure driven demand modeling. Water Distribution Systems Analysis 2010.
Rossman, L.A. (2000). EPANET 2: user’s manual.
Srdjevic, B. and Obradovic, D. (1997). Reliability and risk in agricultural irrigation. IFAC Proceedings Volumes, 30, 97-102.
Sweetapple, C., Diao, K., Farmani, R., Fu, G. and Butler, D. (2018). A tool for global resilience analysis of water distribution systems. 2018. WDSA/CCWI Joint Conference 2018.
Tabesh, M. (2016). Advanced modeling of water distribution networks, Tehran, Iran: Tehran University Publications. (In Persian)
Tabesh, M., Soltani, J., Farmani, R. and Savic, D. (2009). Assessing pipe failure rate and mechanical reliability of water distribution networks using data-driven modeling. Journal of Hydroinformatics, 11, 1-17.
Todini, E. (2000). Looped water distribution networks design using a resilience index based heuristic approach. Urban water, 2, 115-122.
Wagner, J.M., Shamir, U. and Marks, D.H. (1988). Water distribution reliability: simulation methods. Journal of water resources planning and management, 114, 276-294.