بهینه‌سازی هزینه انرژی با درنظر گرفتن قابلیت اطمینان هیدرولیکی و کیفی شبکه‌های توزیع آب با استفاده از الگوریتم جامعۀ مورچگان

مهندسی عمران فردوسی

مقاله 9، دوره 27، شماره 2 - شماره پیاپی 17، اسفند 1394، صفحه 111-126   

نوع مقاله: پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/civil.v27i2.32724

نویسندگان

محمود فتوحی فیروزآباد^{* 1}؛ مسعود تابش²

¹فردوسی مشهد

²دانشگاه تهران

چکیده

هزینه‌های انرژی، درصد قابل توجهی از هزینه‌های بهره‌برداری از شبکه‌های آبرسانی را تشکیل می‌دهند. مدیریت بهینۀ این هزینه‌های انرژی برای تأمین آب مورد نیاز متقاضیان با کیفیت مطلوب اهمیت فوق‌العاده‌ای دارد. برای رسیدن به این مهم، بهینه‌سازی به عنوان ابزاری قدرتمند معرفی شده است. در این مقاله با معطوف شدن به فاز بهره‌برداری سعی می‌شود، بهینه‌سازی چندهدفه عملکرد شبکه‌های آبرسانی با درنظر گرفتن هیدرولیک و کیفیت آب بررسی شود. در هر یک از این حالت‌ها، هدف اول حداقل ساختن هزینۀ انرژی مصرفی و هدف دوم حداکثر نمودن قابلیت اطمینان هیدرولیکی، کیفی و یا تلفیقی می‌باشد؛ یعنی در عمل لازم است تا برنامۀ کاری پمپ‌ها در طول یک دورۀ زمانی بررسی عملکرد، مثلاً یک روز، به‌گونه‌ای تنظیم شود تا عمل پمپاژ، با تغییرات تقاضا در طول روز، تغییرکند و تا حد ممکن با این تغییرات منطبق گردد. در کنار این امر لازم است تا قابلیت اطمینان هیدرولیکی، کیفی و تلفیقی در شبکه نیز حداکثر گردد. در این مقاله، به منظور انطباق هر چه بیشتر حالت‌های عملکردی ایستگاه پمپاژ، از پمپ دور ثابت و دور متغیر استفاده می‌شود. به منظور بهینه‌سازی عملکردی شبکۀ توزیع آب به علت کارایی بالا و سادگی پیاده‌سازی الگوریتم جامعۀ مورچگان، الگوریتمNA-ACO-CD در محیط Visual C++ تدوین شده است. کارایی الگوریتم تدوین شده با بهینه‌سازی توابع ریاضی آزمایش و اثبات شده است و قابل اجرا بر روی شبکه‌های توزیع آب می‌باشد.روش پیشنهادی با استفاده از شبکه توزیع آب Anytown ارزیابی گردید و این نتیجه حاصل شد که نمی‌توان به ترکیبی از دور پمپ دست یافت که هر سه قابلیت اطمینان پمپ، هیدرولیکی و کیفی به طور همزمان بالا باشند.

کلیدواژه‌ها

بهینه‌سازی چندهدفه؛ الگوریتم جامعه مورچگان؛ انرژی مصرفی؛ سن آب؛ قابلیت اطمینان

سایر فایل های مرتبط با مقاله

EditNoMarkup9-fotohi.pdf

مراجع

Atkinson, R., Van Zyl, J. E., Walters, G. A., Savic, D. A., "Genetic Algorithm Optimization of Level-Controlled Pumping Station Operation", In Proceeding of Water Network Modelling for Optimal Design and Management, Centre for Water Systems, Exeter, U.K., pp.79–90, (2000).

2. Savic, D.A., Walters, G.A., Schwab, M., "Multiobjective Genetic Algorithms for Pump Scheduling in Water Supply", Evolutionary Computing, AISB Workshop, 1305,227-236, DOI:10.1007/BFb0027177, (1997).

3. Lopez-Ibanez, M., Prasad, T. D., Paechter, B., "Ant Colony Optimization for Optimal Control of Pumps in Water Distribution Networks", Journal of Water Resources Planning and Management, No 134(4), pp. 337-346, (2008).

4.Wood, D. J., Reddy, L. S., "Using Variable Speed Pumps to Reduce Leakage and Improve Performance", In Proceedings of "Short Courses on Improving Efficiency and Reliability in Water Distribution Systems, (Eds. E. Cabrera and A.F. Vela.), Valencia, Spain, 1, pp.145-169. (1994).

5. هاشمی، س.س.، «بهینه‌سازی شبکه‌های آب با حداقل سازی انرژی پمپاژ» پایان‌نامۀ کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، پردیس دانشکده های فنی، دانشگاه تهران، ایران. (1389).

6. مهزاد، ن.، "بهینه سازی چندهدفه بهره‌برداری از شبکه توزیع آب با در نظر گرفتن تأثیرات پمپ و مخزن"، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشگاه تهران، ایران. (1390).

7. Farmani, R., Walters, G. and Savic, D., "Evolutionary multi-objective optimization of the design and operation of water distribution network: total cost vs. reliability vs. water quality". Journal of Hydroinformatics, No 8 (3), pp. 165-179. (2006).

8. Todini, E.,"Looped Water Distribution Networks Design Using a Resilience Index Based Heuristic Approach", Urban Water, No 2 (3), pp.115–122. (2000).

9. Tabesh, M., Tanyimboh, T. T., Burrows, R,"Head Driven Simulation of Water Supply Networks", International Journal of Engineering, Transactions A: Basics, No 15 (1), pp.11-22. (2002).

10. Tabesh, M., "Implications of the pressure dependency of outflows on data management, mathematical modeling and reliability assessment of water distribution systems", PhD Thesis, Department of Civil Engineering, University of Liverpool, England, (1998).

11. Males, R. M., Clark, R. M., Wehrman, P. J. & Gates, W. E., "Algorithm for mixing problems in water systems",Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, No 111 (2), pp. 206–219, (1985).

12.Rossman, L.A., "EPANET2 Users Manual", US Environmental Protection Agency. Cincinnati, OH., (2000).

13. Dorigo, M., "Optimization, learning and natural algorithms", Ph.D. Thesis, Politecnico di Milano, Milan, Italy, (1992).

14. Mariano, C.E. and Morales, E., "A multiple objective ant-Q algorithm for the design of water distribution irrigation networks", Proceedings of First International Workshop on Ant Colony Optimization ANTS, Brussels, Belgium, (1998).

15. Maier, H.R., Simpson, A.R., Zecchin, A.C., Foong, W.K., Phang, K.Y., Seah, H.Y. and Tan, C.L.,"Ant Colony optimization for the design of water distribution systems", Proceedings of World Water and Environmental Resources Congress, ASCE,The Rosen Plaza Hotel, Orlando, Florida, United States, (2001).

16. Maier, H.R., Simpson, A.R., Zecchin, A.C., Foong, W.K., Phang, K.Y., Seah, H.Y. and Tan, C.L., "Ant colony optimization for design of water distribution systems", Journal of Water Resources Planning and Management, No 129(3), pp.200-209, (2003).

17. Zecchin, A.C., Maier, H.R., Simpson, A.R., Leonard, M. and Nixon, J.B., "Parametric Study for an Ant Algorithm Applied to Water Distribution System Optimization", IEEE Transactions on Evolutionary Computation, No 9(2), pp.175-191, (2005).

18. Zecchin, A.C., Maier, H.R., Simpson, A.R., Leonard, M. and Nixon, J.B.," Ant colony optimization applied to water distribution system design: comparative study of five algorithms", Journal of Water Resources Planning and Management, No 133(1), pp. 87-92, (2007).

19. Afshar, A., Sharifi, F., Jalali, M. R., "Non-Dominated Archiving Multi-Colony Ant Algorithm for Multi-Objective Optimization: Application to Multi-Purpose Reservoir Operation", Engineering Optimization, No 41(4), pp. 313-325, (2009).

20. Young, H. P., "An Evolutionary Model of Bargaining", Journal of Economic Theory, No 59(1), pp. 145-168, (1993).

21. Salazar, R., Szidarovszky, F., Coppola, Jr. E., Rojano, A., “Application of game theory for a groundwater conflict in Mexico”, Journal of Environmental Management, No 84(4), pp.560–71, (2007).

22. Walski, T. M., Brill, E. D., Gessler, J., Goulter, L. C., Jeppson, R. M., Lansey, K., Lee H. L., Leibman, J. C., Mays, L., Moegan, D. R., and Ormsbee, L., "Battle of the Network Models: Epilogue", Journal of Water Resources Planning and Management, ASCE, No 113(2), pp. 191-203, (1987).

23. Murphy, L. J., Dandy, G. C., Simpson, A. R., "Optimum Design And Operation Of Pumped Water Distribution Systems", Proceeding Conference on Hydraulics in Civil Engineering, Institution of Engineers,Brisbane, Australia, pp. 149–155, (1994).

24. Salazar, R., Szidarovszky, F., Coppola, Jr. E., Rojano, A., “Application of game theory for a groundwater conflict in Mexico”, Journal of Environmental Management, No 84(4), pp. 560–71, (2007).