مدل‏‌سازی نشت در شبکه‏‌های آبرسانی با استفاده ‏از نرم‌‏افزار WaterGEMS و شبکه عصبی مصنوعی

آب و توسعه پایدار

مقاله 10، دوره 8، شماره 2 - شماره پیاپی 20، شهریور 1400، صفحه 81-90   

نوع مقاله: پژوهشی بنیادی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jwsd.v8i2.1010

نویسندگان

پروانه میسرجانی¹؛ نسرین سیاری^{* 2}؛ ساره سیاری³

¹بخش مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران.

²استادیار بخش مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان

³استاد مدعو بخش مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان.

چکیده

اتلاف بیش از متوسط 30 درصد آب ورودی به شبکه‌های توزیع آب شرب کشور در اثر نشت از شبکه، موجب نگرانی جدی مسئولین شرکت‏‌های آب و فاضلاب کشور شده و یافتن موقعیت نشت در شبکه‌های توزیع یکی از مسائل و دغدغه‌های مهم کاربران و سازمان‌های مربوطه می‌باشد. کاهش میزان نشت در شبکه‌های آبرسانی یکی از روش‌‏های اصلی مدیریت شبکه‏‌ای توزیع آب در کشورهای مختلف به‏ شمار می‏رود. در حال‏ حاضر روش‌‏های متعددی برای شناسایی نشت در شبکه‏‌های آبرسانی ارائه شده است. در این مقاله، مدل‏‌سازی هیدرولیک جریان یک شبکه واقعی توسط نرم‏‌افزار هیدرولیکی WaterGEMS و حل معکوس معادلات جریان، با داشتن مقادیر اندازه‌‏گیری شده فشار در تعدادی از گره‏‏‏‌های شبکه، پیش‌‏بینی محل و میزان نشت موجود در شبکه‌‏های توزیع آب شهر محی‌‏آباد واقع در استان کرمان انجام شد. ابتدا مدل هیدرولیکی شبکه مورد بررسی در نرم‌‏افزار تحلیل هیدرولیکی تهیه و کالیبره شده و مقدار نشت‌‏های موجود برداشت و سپس با تحلیل شبکه برای حالات و مقادیر مختلف وجود نشت‌‏های فرضی، مقادیر فشار در گره‏‌های مختلف شبکه محاسبه شد. در مرحله دوم با استفاده ‏از شبکه‌‏های عصبی مصنوعی، پس از آموزش شبکه، با ارائه فشارهای اندازه‏‌گیری شده در برخی از گره‏‌های شبکه به ‏عنوان داده‏‌های ورودی به شبکه عصبی، موقعیت و مقدار نشت‏‌های احتمالی موجود، پیش‌‏بینی شد. بررسی و مقایسه نتایج حاصل از تحلیل هیدرولیکی شبکه و شبکه عصبی مصنوعی نشان‌دهنده دقت بسیار بالای شبکه‏‌های عصبی مصنوعی در تخمین مقدار و موقعیت نشت‏‌ها بود.

کلیدواژه‌ها

مدل‏‌سازی نشت؛ هدررفت آب؛ اختلاف فشار؛ مدل WaterGEMS؛ شبکه عصبی مصنوعی

مراجع

آزادفر، م.، بارانی، غ. و حسامی کرمانی، م. 1398. بهینه‏‌سازی نشت در شبکه توزیع آب شهری به وسیله مدیریت فشار با استفاده از الگوریتم ژنتیک چند هدفه. دومین کنفرانس بین‏‌المللی مهندسی عمران، سازه و زلزله، تهران، ایران.
اسدیانی یکتا، ا.ح. 1383. تهیه بسته نرم‌‏افزاری محاسبه آب به حساب نیامده با استفاده از مدل تحلیل هیدرولیکی و GIS. پایان‌نامه کارشناسی‌ارشد. دانشکده فنی دانشگاه تهران، تهران، ایران.
ایدی، ض. و قاضی زاده، م. 1388. تهیه مدل تعیین نشت لحظه‌‏ای در لوله‏‌های شبکه توزیع آب با تلفیق مدل هیدرولیکی (WaterGEMS) و سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS). هشتمین کنگره بین‌‏المللی مهندسی عمران، شیراز، ایران.
بی‏نام. 1389. نشریه "راهنمای شناخت و بررسی عوامل مؤثر در آب به حساب نیامده و راه‏کارهای کاهش آن". شماره 308-الف.
تائبی، ا. 1378. ارتباط بین فشار و میزان نشت در شبکه توزیع آب. دومین کنفرانس هیدرولیک ایران. دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران.
سلطانی‏اصل، ف. 1388. مدیریت هوشمند فشار به منظور کاهش نشت در شبکه‏‌های آبرسانی، مطالعه موردی: منطقه سرافرازان مشهد. مجله آب و فاضلاب، 3(20): 99-104.
شیرزاد، ا.، حیدرزاده، م. و محمدی، م. 1399. تهیه مدل هیدرولیکی و ارزیابی قابلیت اطمینان شبکه‏‌های توزیع آب (مطالعه موردی: شهر اشنویه). نشریه علمی علوم و مهندسی آب و فاضلاب، 5(2): 39-47.
طالبی، ا.ح. 1395. شناسایی عوامل و کاهش آب به حساب نیامده در شبکه‏‌های آبرسانی شهری، مطالعه موردی شهرهای کمتر از 10000 انشعاب استان آذربایجان شرقی. کنگره علوم و مهندسی آب و فاضلاب ایران. تهران. 
عطاری، م. و مغربی، م. 1397. روش نوین نشت‌‏یابی با استفاده از شبکه‏‌های عصبی مصنوعی. مجله آب و فاضلاب، 29(1): 14-26.
فاضل ولی‏پور، ب. فغفور مغربی، م. 1388. نشت‏‌یابی شبکه‌‏های آبرسانی شهری با اندازه‏‌گیری میدانی فشارهای گره‏ای (مطالعه موردی شهرک گلبهار)، هشتمین کنفرانس هیدرولیک ایران. دانشگاه تهران، تهران، ایران.
کلیایی، پ. و محمد ولی سامانی، ح. 1390. پیش‌بینی محل نشت در شبکه‌‏های توزیع آب با استفاده از شبکه‏‌های عصبی مصنوعی. نهمین کنگره بین‌‏المللی مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان.
مغربی، م. و عطاری، م. 1392. روش نوین نشت‌یابی در شبکه آبرسانی با استفاده از حداقل فشارسنجی در حالت وجود دو نشت همزمان. هفتمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان.
مغربی، م.، منوریان، ع. و ترابی، ف. 1393. استفاده از اصل جمع آثار قوا در یافتن موقعیت نشت در شبکه‏‌های آبرسانی. هشتمین کنگره ملی مهندسی عمران. دانشکده مهندسی عمران. زابل، ایران.

AhmadFouad Z., Eddy H. S., Badronnisa Y. and Syazwani I. 2019. Water leak detection method in water distribution network. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science.
Jafari Asl J., SamiKashkooli B. and Bahrami M. 2018. Optimal Pressure Control for Leakage Minimization in Water Distribution Networks. Journal of Water and Sustainable Development, 4(2): 49-56.
Jing K., and Zhi-Hong Z. 2012. Time Prediction Model for Pipeline Leakage Based on Grey Relational Analysis. J. Physics Procedia. 25: 2019-2024.
Nash J.E., and Sutcliffe J.V. 1970. River flow forecasting through conceptual models: PART 1. A discussion of principles. Journal Hydrol,10: 282-290.
Nicolini M., Giacomello C. and Deb K. 2010. Calibration and optimal leakage management for a real water distribution network. Journal of Water Resources Planning and Management, 137(1): 134-142.
Ormsbee L.E. 1989. Implicit network calibration”, Journal of Water Resources Planning and Management, ASCE, 115(2): 243-257.
Roy U. 2017. Leak Detection in Pipe Networks Using Hybrid ANN Method. Water Conserv Science Enginear, 2: 145-152.
Santhi C., J.G. Arnold J.R. Williams W.A. Dugas R. Srinivasan and Hauck L. 2001. Validation of the SWAT model on a large river basin with point and nonpoint sources. J. Am. Water Resour. Assoc., 37: 1169-1188.
Soltani Asl M. S. and Maghrebi M. F. 2008. Intelligent pressure management to reduce leakage in urban water supply networks, a case study of Sarafrazan District, Mashhad, Journal of Water and Wastewater, 20(3): 99-104.
Tabesh M., JamasbM. and Moeini R. 2011. Calibration of water distribution hydraulic model: A comparison between pressure dependent and demand driven analyses, Journal of Urban Water, 8: 93-102.
Zhang W.J. 2002. An artificial neural network approach to mechanism kinematic chain isomorphism identification. Mechanism and Machine Theory, 37: 549–551.