به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت
فهرست مطالب نویسنده:

mohammadreza jalili ghazizadeh

  • محمد شاه سوندی، جعفر یزدی*، محمدرضا جلیلی قاضی زاده، عبدالله رشیدی مهرآبادی

    واسنجی مدل های شبکه توزیع آب برای پیش بینی رفتار آنها در شرایط مختلف هیدرولیکی و کیفی ضروری است. در مقاله حاضر شرح نتایج واسنجی و صحت‎ سنجی هیدرولیکی مدل کامپیوتری یک شبکه آزمایشگاهی ارائه شده است. واسنجی مدل با استفاده از داده‎ های فشار و دبی انجام شده است. برای صحت سنجی مدل نیز از داده‎ های هیدرولیکی و کیفی شبکه استفاده شده است. استفاده از اندازه‎ گیری‎ های کیفیت آب برای صحت‎ سنجی هیدرولیکی شبکه، نوآوری پژوهش به حساب می‎ آید. این پژوهش در سه مرحله دنبال شده است. در مرحله نخست، واسنجی شبکه به کمک داده‎ های فشار پیزومتریک و دبی خروجی شبکه انجام شده است. متغیر تصمیم در فرآیند بهینه‎ سازی، ضریب زبری و ضرایب افت موضعی لوله‎ ها انتخاب شده است. در مرحله دوم، صحت‎ سنجی شبکه بر اساس داده ‎های فشار و دبی خروجی شبکه انجام شده است. در مرحله سوم، صحت‎ سنجی هیدرولیکی شبکه از نظر دبی در لوله‎ ها با مدلسازی کیفی یک ماده واکنش ‎ناپذیر (Conservative) صورت گرفته است. نتایج واسنجی مقادیر 0.008 را برای ضریب زبری دارسی ویسباخ لوله ‎ها و مقادیر 1.2 و 0.89 را برای ضرایب افت موضعی در لوله‎ های با طول 0.5 و 1 متر نشان می‎ دهد. نتایج واسنجی مدل بیانگر آن است که بیشینه خطای مدل در واسنجی برابر با 3% است. همچنین بیشینه ‎ی خطا در صحت‎ سنجی با استفاده از داده‎ های فشار برابر با 0.2% و بر اساس دبی خروجی برابر با 5.9% است. نتایج صحت‎سنجی بر اساس مدلسازی کیفی نیز متوسط خطای 5.5 % را نشان می‎ دهد. اختلاف کم نتایج مدل آزمایشگاهی و مدل شبیه‎ سازی نشان‎ دهنده آن است که مدل هیدرولیکی واسنجی شده است.

    کلید واژگان: شبکه توزیع آب, مدل آزمایشگاهی, واسنجی هیدرولیکی, پیزومتر, کل جامدات محلول (TDS)
    Mohammad Shahsavandi, Jafar Yazdi *, Mohammadreza Jalili Ghazizadeh, Abdollah Rashidi Mehrabadi

    In the realm of hydraulic modeling for water distribution networks, the calibration process plays a pivotal role. Calibration involves precise adjustments to align a model with observed data. However, when the measured data is scarce, the calibration process becomes challenging. In such cases, laboratory models prove valuable for simulating real-world conditions. Variability in parameters like pipe dimensions, length, roughness coefficients, and nodal demand as well as nodal elevations often leads to disparities between computer-based model outcomes and reality. Despite extensive research on computer-based models, laboratory water distribution network models and their calibration have received relatively limited attention due to the challenges and costs associated with them. In this study, a laboratory model of a water distribution network was constructed and subjected to hydraulic calibration. Roughness coefficients and minor head losses within the network were determined using a meta-heuristic method. Then, pipe roughness coefficients for polyethylene pipes were assessed and compared with values from scientific references. In the following, hydraulic validation of the network was conducted using the water quality simulation of a conservative substance. This approach illustrates the level of concurrence of flow ratios in the network pipes between the model and reality.The laboratory network was made of PE40 and consists of a square looped system with 1-meter pipe lengths, employing a 1000-liter tank to maintain a constant water head. This research was conducted in three stages. In the first stage, network calibration was performed using piezometric pressure and output flow data. Roughness coefficient and pipe minor head loss coefficients were selected as decision variables. The objective function was defined to minimize the total weighted difference in piezometric head and discharge between the model and reality. In the second stage, validation was performed based on pressure and output flow data. In the third stage, the network's hydraulic validation with respect to pipe flow rates was performed through the modeling of a conservative substance. This is because the dissolution of a conservative substance occurs solely due to mixing at nodes and flow division, allowing it to represent the correspondence of flow ratios in network pipes between the model and reality. In this research, pressure data was recorded using piezometers, and salt concentration was calculated using TDS (Total Dissolved Solids) sensor. After performing the optimization, a value of 0.008 was obtained for the Darcy-Weisbach friction coefficient (ɛ), This value aligns well with the assumption of new pipes in the network, in agreement with previous research (e.g., 0.050 by The Plastics Pipe Institute, 2008, and 0.070 by Padilla et al., 2013). Also, values of 1.20 and 0.89 were obtained for the minor loss coefficients of 0.5 and 1-meter pipes, respectively. Furthermore, the optimized minor loss values effectively reflect differences attributed to the number of connections in the 0.5 and 1-meter pipes, falling within recommended scientific ranges. Notably, unlike previous field studies, this research uniquely focuses on a laboratory model.After hydraulic calibration and validation using pressure and output flow data, further validation was conducted using the water quality model. The saltwater solution was injected at a specific point in the network, and the TDS quality parameter was measured at the two points in the network. Subsequently, utilizing the TDS values and the established relationship between TDS and salt concentration calculated in the laboratory, the salt concentration at the location of two sensors was determined. It's worth mentioning that the network's water supply contained dissolved solids. Subsequently, initial and injection concentrations were applied to the model and, the simulation was performed. A comparison of salt concentration results at two sensor locations revealed an 8.5% error in the first experiment and 2.5% in the second, confirming excellent agreement between the laboratory and computer-based network hydraulic model.

    Keywords: Water Distribution Network, Laboratory Model, Hydraulic Calibration, Piezometer, Total Dissolved Solids (TDS)
  • علیرضا اسددخت، عبدالله رشیدی مهر آبادی*، محمدرضا جلیلی قاضی زاده

    با توجه به ورود حجم قابل توجهی از پساب های صنعتی حاوی آلاینده های آلی و رنگ زا به آب، موضوع آلودگی های احتمالی آن به یک مسئله مهم تبدیل شده که این موضوع باعث توجه بیشتر به فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته برای تصفیه فاضلاب های صنعتی شده است. کاویتاسیون از جمله روش هایی است که به دلیل قابلیت تولید رادیکال های آزاد فعال به منظور شکست ترکیب های شیمیایی آلی و تجزیه آلاینده های مقاوم در برابر تجزیه زیستی، برای افزایش کارایی فرایندهای تصفیه آب و فاضلاب مورد توجه قرار گرفته است. هدف از این پژوهش، بهره گیری از روش کاویتاسیون هیدرودینامیکی به منظور تجزیه و حذف رنگ زای متیل اورانژ و بهینه یابی پارامترهای عملیاتی با توجه به میزان کارایی حذف رنگ بود. به این منظور کاویتاسیون از طریق به کارگیری پمپ و صفحه روزنه دار (اریفیس) با قطر روزنه 4 میلی متر تولید و در هر مرحله از پژوهش متیل اورانژ با غلظت 52/3 میلی گرم در لیتر آزمایش شد و تاثیر پارامترهای عملیاتی فشار در محدوده 5/0 تا 5/6 بار، دما در محدوده 8 تا 40 درجه سلسیوس، pH در شرایط اسیدی، خنثی و قلیایی بعد از گذشت 135 دقیقه به منظور دستیابی به حداکثر میزان رنگ زایی در شرایط بهینه تعیین شد. در این پژوهش، بهینه ترین شرایط برای دستیابی به بیشترین کارایی حذف در فشار ورودی 5/5 بار و عدد کاویتاسیون حدود 14/0 (Ca≈0.14) به میزان 7/51 درصد حاصل شد. نتایج حاصل از این بررسی نشان داد که تجزیه و حذف ماده رنگ زای متیل اورانژ با استفاده از روش کاویتاسیون هیدرودینامیکی نسبت به pH محلول ورودی حساس و عملکرد راکتور به خصوص در شرایط اسیدی که برای تولید رادیکال های هیدروکسیل شرایط مساعدتری است، نسبت به شرایط قلیایی به طور قابل ملاحظه ای ارتقا می یابد. همچنین افزایش دمای محلول به دلیل اثرگذاری بر فشار بخار اشباع، سرعت تجزیه و حذف رنگ از محیط را بالاتر خواهد برد.

    کلید واژگان: کاویتاسیون هیدرودینامیکی, عدد کاویتاسیون, پارامترهای بهره برداری, آلاینده آلی, رنگ زا
    Alireza Asaddokht, Abdollah Rashidi Mehrabadi *, Mohammadreza Jalili Ghazizadeh

    The entry of large volumes of industrial effluents containing organic pollutants and dyes into water has made pollution an important issue and led to more attention being paid to advanced oxidation processes for industrial wastewater treatment. Cavitation, due to its ability to produce active free radicals, is a technique that has been considered to increase the efficiency of water and wastewater treatment processes in order to remove organic chemical compounds and decompose pollutants resistant to biological decomposition. The purpose of this research is to use hydrodynamic cavitation to remove the methyl orange dye and optimize the operating parameters for color removal efficiency. For this purpose, cavitation was produced through the use of a pump and an orifice plate with a 4 mm diameter hole, and methyl orange with a concentration of 2 mg/L was tested at each stage. In the following, the effect of operating parameters, including pressure in the range of 0.5 to 6.5 bar, temperature in the range of 8 to 40 °C, pH in acidic, neutral, and alkaline conditions after 135 minutes was determined to achieve the maximum decolonization in optimal conditions. In this study, optimal conditions for achieving the highest removal efficiency (51.7%) were obtained at an inlet pressure of 5.5 bar and a cavitation number of about 0.14 (Ca≈0.14). The results of this investigation showed that the decomposition and removal of methyl orange dye using the hydrodynamic cavitation method is sensitive to the pH of the solution, especially in acidic conditions, which are more suitable conditions for the production of hydroxyl radicals than in alkaline conditions, and has higher efficiency in acidic conditions. Also, increasing the temperature of the solution due to the effect on the saturated vapor pressure will increase the decolonization rate.

    Keywords: Hydrodynamic Cavitation, Cavitation Number, Operational Parameters, Organic Pollutants, Dye
  • محمد کاکش پور، محمدرضا جلیلی قاضی زاده*، سید عباس حسینی، احمد شرافتی
    زمینه و هدف

    برای تخمین مقدار نشت در شبکه توزیع آب، انجمن بین المللی آب اندازه گیری مقدار جریان شبانه با استفاده از ایجاد نواحی مجزای اندازه گیری (DMA1) را توصیه می کند. از طرفی ایجاد این نواحی برای شبکه های موجود و قدیمی باید با در نظر گرفتن عواملی از قبیل به حداقل رساندن لوله های مرزی بین نواحی، کمترین هزینه ایجاد نواحی و همچنین بررسی تاثیر ایجاد نواحی برهیدرولیک شبکه و ازجمله اثرگذاری بر میزان نشت انتخاب گردد. به عبارت دیگر، طرح انتخابی به لحاظ هندسه، تعداد نواحی و همچنین شرایط مرزی بین نواحی باید به صورت بهینه محاسبه و انتخاب گردد. همچنین با توجه به تاثیر انتخاب الگوریتم دو هدفه بر نتایج بهینه سازی، برای اولین بار نتایج الگوریتم های دو هدفه در ایجاد نواحی منطقه سنجی مقایسه شده است. برای انتخاب بهترین الگوریتم بهینه سازی در بخش پارتیشن بندی فیزیکی از الگوریتم های NSGAII، MOGWO، SPEA2 و MOPSO استفاده شد و نتایج نشان داد که الگوریتم SPEA2 بهتر از سایر الگوریتم ها عمل می کند. سپس با بررسی نتایج ایجاد نواحی اندازه گیری مجزا با تغییر تعداد و هندسه نواحی در شبکه، وضعیت بهینه نواحی با توجه به دو هدف بهینه سازی و همچنین شاخص هایی مانند فشردگی و مقادیر فشار گرهی محاسبه شده و طرح پیشنهادی انتخاب شد.

    روش پژوهش:

     در تحقیق حاضر یک روش جدید جهت ایجاد نواحی مجزای اندازه گیری در شبکه توزیع آب موجود با رویکردهای کاهش هزینه و کاهش نشت ارائه شده است. ایجاد نواحی با این دو رویکرد کمتر در تحقیقات گذشته مورد بررسی قرار گرفته است. این روش شامل مراحل خوشه بندی، ناحیه بندی فیزیکی و همچنین تجزیه وتحلیل نتایج است. روش ارائه شده بر روی شبکه توزیع آب زدجی در کشور چین بکار گرفته شد. همچنین با توجه به اثرگذاری انتخاب الگوریتم دو هدفه بر نتایج بهینه سازی برای اولین بار به مقایسه نتایج الگوریتم های دو هدفه در ایجاد نواحی مجزای اندازه گیری پرداخته شده است. جهت انتخاب بهترین الگوریتم بهینه سازی در بخش ناحیه بندی فیزیکی از الگوریتم های NSGAII2، MOGWO3، SPEA24، MOPSO5 استفاده شد که نتایج نشان داد الگوریتم SPEA2 نسبت به سایر الگوریتم ها عملکرد بهتری داشته است. سپس با بررسی نتایج ایجاد نواحی مجزای اندازه گیری با تغییر تعداد و هندسه نواحی در شبکه، حالت بهینه نواحی با توجه به دو هدف بهینه سازی و همچنین شاخص هایی نظیر پیمانگی و مقادیر فشار گره ای مورد محاسبه قرار گرفت و طرح پیشنهادی انتخاب گردید.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که با انتخاب بهینه تعداد وهندسه نواحی با روش ارائه شده، میزان انحراف معیار فشار گرهی شبکه 8/14 درصد و میزان نشت گرهی شبکه 8/5 درصد نسبت به حالت بدون ایجاد نواحی مجزای اندازه گیری کاهش یافته است. درواقع ایجاد نواحی علاوه بر کنترل نشت در شبکه، موجب مدیریت فشار و کاهش نشت در شبکه گردیده است.

    نتایج

    روش ارائه شده ضمن ایجاد نواحی مجزای اندازه گیری با کمترین هزینه، میزان نشت و انحراف معیار فشار گرهی در شبکه را نیز کاهش داده است که به ایجاد عدالت توزیع آب در شبکه کمک می کند. همچنین الگوریتم دو هدفه SPEA2 به عنوان الگوریتم برتر از بین چهار الگوریتم بررسی شده جهت ایجاد نواحی مجزای اندازه گیری پیشنهاد می گردد.

    کلید واژگان: نواحی مجزای اندازه گیری, شبکه توزیع آب, SPEA2, نشت, مدیریت فشار
    Mohammad Kakeshpour, Mohammadreza Jalili Ghazizadeh, Seyed Abbas Hosseini, Ahmad Sharafati
    Background and Aim

    To estimate the rate of leakage in the water distribution networks, the International Water Association recommends measuring the rate of night flow by creating District-Metered Areas (DMAs). However, in creating DMAs, especially for the existing and old WDNs, minimizing the boundary pipes between the DMAs, leakage, cost, and stable hydraulics should be taken into account. The layout should be optimally designed regarding geometry and the optimum number. In this study, the results of two-objective algorithms have been compared in creating DMAs. NSGAII, MOGWO, SPEA2, and MOPSO algorithms are used to select the best optimization algorithm in the physical partitioning. The results showed that the SPEA2 algorithm performs better than other algorithms. By examining the creation of different DMAs by changing the number and geometry of the areas in the networks, the optimal case of the areas was calculated according to two optimization goals, as well as different indicators such as modularity and nodal pressure values.

    Methods

    This study presents a new method to create DMAs in the existing water distribution network with cost and leakage reduction approaches. The creation of areas with these two approaches has yet to be investigated in past studies. This method includes the phases of clustering, physical partitioning, and analysis of the results. The presented method was used on the ZJ water distribution network in China. Also, the results of the two-objective algorithms have been compared for the first time in creating DMAs.

    Results

    The results showed that the standard deviation of the nodal pressure of the network has decreased by 14.8% and the nodal leakage rate of the network by 5.8% compared to the case without creating DMAs. In addition to controlling leakage in the network, the creation of DMAs has led to pressure management and leakage reduction in the water distribution network.

    Conclusion

    The presented method creates DMAs with the lowest cost and rate of leakage and pressure control in helping justice of the water distribution network. Also, the SPEA2 two-objective algorithm is suggested as the best algorithm for creating DMAs among the four reviewed algorithms.

    Keywords: District Metered Areas, Leakage, Pressure Management, SPEA2, Water Distribution Network
  • Maryam Yeganeh, Mohammadreza Jalili-Ghazizadeh *, Mojtaba Saneie, Ehsanollah Zeighami
    The piano key side weir is introduced as a new hydraulic structure to improve the outflow performance where the opening length of distribution channels is restricted. This study used 370 high-resolution tests on three linear and 24 triangular piano key side weirs. The study experimentally investigates the effects of different upstream angles on the discharge coefficient of the triangular piano key side weirs with various geometries. In these tests, continuous improvement has been achieved by reducing the ratio of upstream angles for triangular piano key side weirs with the same crest length. The estimation of discharge coefficients using De Marchi’s equation shows an average increase of 7.2% to 17% for the triangular piano key side weirs, considering the variation of upstream angles. The data analysis shows that the deflection angles of triangular piano key side weirs are also vital for outflow efficiency. A new reliable equation is proposed to estimate the discharge coefficient of piano key side weirs based on some dimensionless parameters (different ratios of upstream angles (δ1/δ2), dimensionless weir length (L/W), dimensionless weir height (h1/P), dimensionless overhang length (h1/ Bi), and the downstream Froude number (F2). Also, the statistical indices were used to evaluate the precision of the nonlinear equation for triangular piano key side weirs. The R2 and MAE for 70% of the experimental data were 0.91 and 0.052, respectively.
    Keywords: Piano Key Side Weirs, Upstream Angles, Different Geometry, Triangular Side Weirs, Discharge Coefficient
  • نیوشا هدایتی مرزونی، محمدرضا جلیلی قاضی زاده*، ایمان مصلحی، مهدی کمیلی

    شبکه های آبرسانی از جمله زیرساخت های حیاتی است که بهره برداری از آن ها همواره با چالش های متعددی همراه می باشد. در این شبکه ها، رخداد مشکلاتی مانند شکستگی لوله ها، بروز نشت و توزیع غیر یکنواخت فشار جزء معضلات محتمل تلقی می گردد. در مطالعه حاضر، ارایه برنامه ای مبتنی بر زمان جهت بهره برداری بهینه از تجهیزات کنترل فشار در شبکه آبرسانی مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای این منظور، دو سناریو بهره برداری تعریف شده که در سناریو اول، استفاده از شیرهای فشارشکن به صورت مجزا (سناریو مجزا) و در سناریو دوم نیز بهره برداری همزمان از شیرهای فشارشکن و پمپ دور متغیر (سناریو ترکیبی) مورد مطالعه قرار گرفته است. برنامه بهره برداری بهینه با هدف دستیابی به مزایای مدیریت فشار بر پایه تامین کمینه نوسانات زمانی و مکانی فشار گره ای و با استفاده از الگوریتم ژنتیک به عنوان ابزار بهینه سازی تدوین شده است. در مرحله پایانی نیز، روش پیشنهادی مبتنی بر سناریوهای دوگانه، در بستر یک شبکه تیوریک و همچنین یک شبکه واقعی مورد صحت سنجی قرار گرفت و سناریو بهینه مدیریت فشار بر اساس محاسبه شاخص های ارزیابی هیدرولیک شبکه تعیین شد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که کارایی همزمان شیرهای فشارشکن با پمپ دور متغیر (سناریو ترکیبی) در قیاس با سناریو مجزا، از اثربخشی بیشتری در زمینه کاهش نوسانات فشار گره ای و همچنین افزایش درصد پوشش گره های با فشار مطلوب همراه است.

    کلید واژگان: شبکه توزیع آب, مدیریت فشار, شیرهای فشارشکن, پمپ دور متغیر, الگوریتم ژنتیک
    Niuosha Hedaiaty Marzouny, Mohammadreza Jalili Ghazizadeh *, Iman Moslehi, Mahdi Komeily

    Water supply networks are considered as critical infrastructures in urban systems, the use of which has always been associated with many challenges. In these networks, the problems such as pipe breaks, water leakages and, non-uniform distribution of nodal pressures are considered as frequent challenges. In this study, a time-based scheduling approach for the use of pressure control equipment in the water network has been presented. In this regard, two operational scenarios consisting of simultaneous use of individual pressure reducing valves in the first scenario (individual scenario) and the hybrid use of pressure reducing valves with a variable speed pump in the second scenario (hybrid scenario) have been investigated. In this case, Operational programs have been developed with the aim of achieving the benefits of pressure management based on providing minimum temporal and spatial pressure variations, using a genetic algorithm as an optimization tool. Finally, the proposed strategies based on dual scenarios were validated in the context of a theoretical network as well as a real network. The optimal scenario was determined by calculating the hydraulic evaluation indicators of the network. The results show that the simultaneous use of pressure reducing valves with a variable speed pump (hybrid scenario), has been more effective in reducing pressure variations and increasing desired pressure coverage, in comparison with the individual scenario.

    Keywords: Water distribution networks, Pressure management, Pressure reducing valves, variable speed pump, genetic algorithm
  • محمدرضا جلیلی قاضی زاده*، حمیده فلاحی، بابک امین نژاد، جعفر یزدی

    نشت یکی از چالش های اساسی در بهره برداری از شبکه های توزیع آب است. در این پژوهش با استفاده از شبکه ‎های عصبی مصنوعی پیش‎خور (Feedforward) به تعیین محل نشت ها در شبکه های توزیع آب پرداخته شده است. برای این منظور، دو سناریو در آموزش شبکه های عصبی در نظر گرفته شده است. در سناریو اول دو نشت همزمان با مقادیر برابر و در سناریو دوم دو نشت همزمان اما با مقادیر نابرابر در هر یک از دو گره شبکه قرار داده‎ شده است. داده های آموزش با استفاده از نرم افزار شبیه ساز هیدرولیکی EPANET2.0 در محیط MATLAB بدست ‎آمده است. در هر یک از دو سناریو، ابتدا شبکه های عصبی با استفاده از مقدار دبی کل لوله ها آموزش می بینند. سپس تحلیل حساسیت توسط شبکه های عصبی مصنوعی ترکیبی به ازای مقدار دبی درصدهای مختلف لوله ها انجام می شود. نتایج شبکه های عصبی ترکیبی پیشنهادی نشان می دهد که در سناریو اول با داشتن دبی %10 لوله ها موقعیت دو نشت همزمان با موفقیت قابل تعیین است. در سناریو دوم، مادامی که اختلاف مقدار دو نشت کمتر از %80 نشت بیشینه است (تا نسبت های 10 و 90 درصد) با داشتن دبی %10 لوله ها، موقعیت هر دو نشت با موفقیت تعیین می گردد. اما برای اختلاف های بیشتر، فقط محل نشت بزرگتر قابل تعیین است. علی رغم پیچیدگی های سناریوی دوم، شبکه های عصبی پیشنهادی نشت های بزرگتر را با موفقیت تشخیص می دهند.

    کلید واژگان: نشت یابی, شبکه عصبی مصنوعی پیش&lrm, خور, دبی, EPANET2.0, شبکه &lrm, های توزیع آب
    Mohammadreza Jalili Ghazizadeh *, Hamideh Fallahi, Babak Aminnejad, Jafar Yazdi

    The leakage is one of the main challenges in the operation of water distribution networks. In the present study, leakage location is detected using Feedforward Artificial Neural Networks (ANNs). For this purpose, two scenarios are considered for training the ANNs. In the first scenario, two simultaneous leakages with equal values, and in the second scenario, two simultaneous leakages but with unequal values are applied to every pair of network node. The training data are analyzed by EPANET2.0 hydraulic simulation software linked with the MATLAB programming language. In both scenarios, first, ANNs are trained using flow rates of total pipes number. Then, sensitivity analysis is performed by Hybrid ANNs for the flow rates of different percent of pipes number. The results of the proposed Hybrid ANNs indicate that in the first scenario, by having the flow rates of 10% of the total pipes, the locations of two simultaneous leakages are successfully determined. However, for the second scenario, while the difference between the two leakages is less than 80% of the maximum leakage (up to ratio value of 10 and 90 % leakages), by having the flow rates of 10% of the total pipes, the locations of the two leakages are still successfully determined. But for larger differences, only the location of the bigger leakage can be detected. Despite the complexities of the second scenario, the proposed ANNs could successfully detect the location of the bigger leakage.

    Keywords: Leakage detection, Feedforward artificial neural network, discharge, EPANET2.0, Water distribution networks
  • امیرمحمد آریایی، محمدرضا جلیلی قاضی زاده*، ایمان مصلحی

    شبکه های آبرسانی ارتباط مستقیمی با توسعه اقتصادی و اجتماعی جوامع شهری دارند. با توجه به افزایش سریع جمعیت و توسعه شهرنشینی لازم است تا این شبکه ها به طور مناسب نگهداری و بازسازی شوند. در این مقاله، با بهره گیری از روش یادگیری غیرنظارتی و با استفاده از الگوریتم خوشه بندی مبتنی بر چگالی OPTICS مناطق اولویت دار شبکه ‎های توزیع آب جهت بازسازی تعیین گردیدند. 361 حادثه شکستگی رخ داده در یکی از پهنه های شبکه توزیع آب مشهد مورد بررسی واقع شد. این الگوریتم در مجموع 16 خوشه را در پنج سطح متفاوت اهمیت شناسایی کرد. این 16 خوشه که برخی زیرخوشه دیگری محسوب می شوند از منظر نرخ شکست با یکدیگر مورد مقایسه قرار گرفتند و سه خوشه که به ترتیب نرخ شکستگی برابر با 79/1، 62/2 و 50/1 (حادثه/ 100 کیلومتر/ سال) را داشتند، به عنوان اولویت های اصلی بازسازی معرفی شدند. نرخ شکست میانگین در کل شبکه مورد بررسی برابر با 14/8 بود. در ادامه، خوشه های شناسایی شده از منظر جنس و قطر لوله نیز مورد ارزیابی قرار گرفته و عوامل موثر در نرخ شکستگی آن ها، بررسی شدند. نتایج نشان داد که الگوریتم خوشه بندی OPTICS با شناسایی خوشه های متعدد و سطح بندی آن ها توانایی قابل توجهی در تشخیص پهنه های اولویت دار برای برنامه های بازسازی دارد؛ بنابراین از روش پیشنهادی به عنوان ابزاری کاربردی و انعطاف پذیر برای اولویت بندی بازسازی شبکه توزیع آب، شناسایی علل اصلی حوادث با پرهیز از روش های محاسباتی پیچیده و طولانی و به دور از قضاوت شخصی کارشناسان می توان استفاده کرد.

    کلید واژگان: خوشه بندی مبتنی بر چگالی, تحلیل مکانی, شبکه های زیرساختی, شکستگی, ارزیابی وضعیت, شبکه توزیع آب, الگوریتم OPTICS
    AmirMohammad Aryayee, Mohammadreza Jalili Ghazizadeh *, Iman Moslehi

    Water supply networks are directly related to the economic and social development of urban communities. Due to the rapid increase in population and urbanization, these networks should be properly maintained and rehabilitated. In this paper, an unsupervised learning method with OPTICS density-based clustering algorithm is used to determine the priority areas for rehabilitation. 361 burst event data in one of the Mashhad water network zones were analyzed. The algorithm identified a total number of 16 clusters at 5 different levels of importance. These 16 clusters, which are considered sub-clusters for higher levels, were compared in terms of burst rate. Three clusters with failure rates of 79.1, 62.2, and 50.1 (failures/100 km/year) were introduced as the main priorities for rehabilitation and renovation, respectively. The average burst rate in the whole network was 14.8. The identified clusters were examined in terms of pipe material and diameter and their most affecting factors on the burst rate. The obtained results showed that the OPTICS clustering algorithm has a significant ability to determine priority zones for the rehabilitation plan, by identifying multiple clusters and their according levels. Therefore, the proposed method can be used as a practical and flexible tool to prioritize the rehabilitation process of water networks and identify the main causes of failure events, avoiding complex computational methods or the personal judgment of experts.

    Keywords: Density-Based Clustering, spatial analysis, Infrastructure Networks, Failure, Condition assessment, Water Distribution Network, OPTICS Algorithm
  • احسان یوسفی خوش قلب، ایمان مصلحی، محمدرضا جلیلی قاضی زاده*، هانی غمخوار

    نشت به عنوان یکی از ارکان اصلی هدررفت واقعی آب، جزو لاینفک شبکه های توزیع آب شهری محسوب می شود؛ به طوری که حتی بهترین شبکه های توزیع آب نیز از مقداری نشت در زیرساخت خود برخوردار هستند. جهت کاهش نشت و بهبود عملکرد شبکه های توزیع آب، روش ها و رویکردهای متعددی ارایه شده است. اقدامات و استراتژی های اصلی جهت کنترل و مدیریت نشت توسط شرکت های آب و فاضلاب، شامل چهار استراتژی اصلی عملیات کنترل فعال نشت (نشت یابی فعال)، مدیریت حوادث و شکستگی ها (کنترل منفعل نشت)، مدیریت فشار و مدیریت دارایی (بازسازی و نوسازی زیرساخت شبکه) می باشد. سوال حایز اهمیت این است که، کدام یک از این رویکردها برای یک شبکه ی توزیع آب مناسب تر است؟ پاسخ این سوال با انجام تحلیل سطح اقتصادی نشت به دست می آید. لذا مهمترین جزء یک استراتژی کنترل و مدیریت نشت، هدف گذاری آن بر اساس سطح اقتصادی نشت است. این مقاله، مروری جامع بر روش های برآورد سطح اقتصادی نشت در شبکه های توزیع آب، در قالب دوره های زمانی مختلف از جمله کوتاه مدت، بلندمدت و پایدار دارد. علاوه بر این رویکردی جهت تخمین سطح اقتصادی نشت با توجه به شرایط حاکم در هر شبکه و یا شرکت آب و فاضلاب مربوطه پیشنهاد می شود. نتایج این مقاله برای متخصصان و محققان حوزه ی آب بدون درآمد که در شبکه های توزیع آب فعالیت دارند مرجعی مفید و کاربردی محسوب می شود.

    کلید واژگان: سطح اقتصادی نشت, مدیریت نشت, کنترل فعال نشت, تحلیل اقتصادی, شبکه توزیع آب شهری
    Ehsan Yousefi Khoshqalb, Iman Moslehi, Mohammadreza Jalili Ghazizadeh *, Hani Ghamkhar

    As the main component of real water losses, leakage afflicts most water networks worldwide; even the best Water Distribution Networks (WDNs) have leakage in their network infrastructure. Several methods and strategies have been developed for leakage reduction and performance improvement in WDNs. In practice, leakage control strategies, including active leakage control, passive leakage control, pressure management, and infrastructure asset management, are performed by water utilities to reduce leakage. The main question is, which of these leakage management strategies are the most appropriate for a specific WDN? The answer to this question is obtained by analyzing the economic level of leakage (ELL). In fact, the essential component of a leakage control strategy is that its target is set in terms of the economic level of leakage (ELL). This paper provides a comprehensive review of the estimation of the ELL at different time frames, including short-run, long-run, and sustainable in WDNs. In addition, a procedure to estimate the ELL is proposed according to the conditions in each network or the relevant water utilities. Results of this review could be a valuable reference resource for practitioners and researchers dealing with non-revenue water in WDNs.

    Keywords: Economic Level of Leakage, Leakage Management, Active Leakage Control, Economic Analysis, water distribution networks
  • امیرعلی محمدعلی پوراهری، محمدرضا جلیلی قاضی زاده*، جلال عطاری، محمود کریمی

    سرریزهای جانبی از جمله سازه های هیدرولیکی هستند که به عنوان یک سازه انحرافی می توانند به منظور کنترل و تقسیم دبی درجریان های سیلابی و با سرعت بالا، به کار گرفته شوند. جریان برروی این سازه ها از نوع متغیر مکانی و درحالت کاهش دبی است. باتوجه به بکارگیری سرریزهای جانبی در انتقال و کنترل دبی در جریان های سیلابی و مقادیر قابل توجه سرعت، وقوع جریان فوق بحرانی برروی سرریز جانبی بسیار محتمل است. هنگامی که طول دهانه سرریز محدود باشد می توان از سرریزهای جانبی کنگره ای و کلید پیانویی استفاده نمود. یکی از مزایای این سرریزها افزایش طول موثر سرریز نسبت به بازشدگی دهانه است. عمده مطالعات انجام شده در زمینه سرریزهای جانبی کلیدپیانویی محدود به روش آزمایشگاهی بوده، بنابراین با توجه به شرایط محدود آزمایشگاه هزینه زیاد انجام آنها و پیشرفت های اخیر در زمینه مدل های عددی، شبیه سازی این سرریز با نرم افزارهای دینامیک سیالات محاسباتی حایز اهمیت است. در این تحقیق سرریزهای جانبی با اشکال مختلف در پلان توسط نرم افزارFLOW-3D شبیه سازی شده است. ابتدا با نتایج آزمایش های موجود، مدل عددی FLOW-3D کالیبره و صحت سنجی برای شبیه سازی سرریزهای جانبی انجام شد. ازجمله نتایج بدست آمده در این تحقیق، تعیین و ارایه رابطه بین ضریب تصحیح انرژی جنبشی(α) وضریب تصحیح اندازه حرکت (β)، تعیین و ارایه ضریب آبگذری برای سرریزهای جانبی کلیدپیانویی در جریان فوق بحرانی و همچنین مقایسه شکل سرریز های کلیدپیانویی است. نتایج تحقیق حاضر می تواند در طراحی سرریزهای جانبی مورد استفاده قرار بگیرد.

    کلید واژگان: سرریزکلیدپیانویی, سرریز جانبی, جریان فوق بحرانی, ضریب آبگذری, مدل عددی
    Amirali Mohamadali Pourahari, Mohammadreza Jalili Ghazizadeh *, Jalal Attari, Mahmoud Karimi

    Side weirs are a type of hydraulic structures that can be used as a deviator structure for controlling and dispensation of discharge in flood and high velocity flows. The flow on these structures is spatially varied flow type with decreasing discharge. Due to the applications of side weirs for transferring and controlling discharge in flood flows and considerable velocities, its very likely to have supercritical flow on these kind of structures. Piano key and labyrinth side weirs can be used, when the width of the weir opening is limited. The increase in side weir's effective length relative to its opening is one of the advantages of these side weirs. The majority of studies done on the Piano key weirs had been limited to experimental methods, due to the limited conditions of laboratory, high cost and recent development in numerical models, its important to simulate these weirs in fluid dynamics software’s. In this research side weirs with different plans have been simulated by FLOW-3D. The FLOW-3D numerical model has been calibrated and verified for simulating side weirs using experimental results. Determination and presentation of the relation between the kinetic energy correction factor () and the momentum correction factor (β), discharge coefficient for Piano key side weirs in supercritical flow and comparing the shapes of piano key side weirs are some of the results of this research. These results can be used in designing these side weirs.

    Keywords: Piano key weir, Side weir, Supercritical flow, Discharge Coefficient, numerical Model
  • محمدرضا شکفته، محمدرضا جلیلی قاضی زاده *، جعفر یزدی

    یکی از مزیت های طراحی شبکه های توزیع آب به صورت نواحی مجزا، شناسایی نشت موجود در هر ناحیه با کنترل جریان ورودی و خروجی می باشد که البته این کار نیازمند مجزاسازی و نصب دبی سنج بین لوله های رابط هر ناحیه است. با توجه به اینکه اکثر شبکه های موجود به صورت سنتی و غیرمجزا گسترش یافته اند، تبدیل آنها به نواحی مجزا نیازمند هزینه های زیاد و حتی گاهی غیراجرایی است. در مقاله حاضر برای شناسایی نشت بین نواحی، ایده ی نظری نواحی مجزای مجازی ارایه شده است. نوآوری این مقاله، امکان تبدیل شبکه ها به نواحی مجزا با استفاده از ترکیب تیوری گراف و شبکه عصبی مصنوعی برای یافتن نشت بدون استفاده از دبی سنج می باشد. روش پیشنهادی علاوه بر کاهش هزینه های لازم برای دبی سنجی، باعث افزایش سرعت در شناسایی محدوده های نشت می شود. علاوه بر این، نیازی نیست تعداد گره های نشت، قبل از شروع عملیات نشت یابی مشخص باشد. روش پیشنهادی برای شبکه ی توزیع آب شهر Balerma در اسپانیا با 443 گره و 454 لوله برای دو، سه و چهار نشت همزمان مورد بررسی قرار گرفت. نتایج مقاله حاضر نشان می دهد که نظریه ی پیشنهادی در روش ارایه شده، قادر به شناسایی نشت در هر ناحیه می باشد و با این روش می توان تعداد نواحی مجزای بهینه برای هر شبکه را تعیین کرد. در تمامی مثال ها، ناحیه ی نشت به درستی پیش بینی شد و حداکثر خطای تعیین مقدار نشت حدود 5/6 درصد بود.

    کلید واژگان: نشت, تئوری گراف, نواحی مجزای مجازی, شبکه توزیع آب, شبکه عصبی مصنوعی
    MohammadReza Shekofteh *, Mohammadreza Jalili Ghazizadeh, Jafar Yazdi

    One of the advantages of designing water distribution networks (WDNs) as a district metered areas (DMAs) is to identify the leakage in each area by controlling the input and output flow, which of course requires the separating areas and installation of flowmeters between the interconnect pipes of areas. Considering that the most existing WDNs have been expanded traditionally and not as DMA, turning them into DMAs would require huge costs and might not be even practical in some networks. In this paper, a theoretical idea of virtual DMA is presented to identify the leakage in each areas. The innovation of this paper is the ability to transform networks into DMAs using a combination of the graph theory and artificial neural network to find leaks without using a flowmeter. The proposed method, in addition to reducing costs for the flowmeters, also increases the speed of detection of leakage areas. In addition, there is no need to specify the number of leakage nodes before the leak operation begins. The proposed method has been applied for the Balerma WDN in Spain with 443 nodes and 454 pipes for two, three and four simultaneous leaks. The results of this paper show that the proposed theory in this method is able to detect leakage in each area, and this method can determine the number of optimal virtual DMA for each network. In all examples, the leakage area was correctly predicted and the maximum leakage error was about 6.5%.

    Keywords: Leakage, Graph theory, Virtual District Metered Areas, Water Distribution Network, Artificial Neural Network
  • Reza Moasheri, Mohammadreza Jalili-Ghazizadeh *

    Leaks in water supply networks cause problems such as water loss and contamination. Due to the difficulties of the current leak detection methods, some methods are recently being developed that use network field data (in the form of flow or pressure) and hydraulic simulation to determine the location of leaks. In this paper, a new method is proposed for locating the leaky areas in water supply networks, based on the results of field pressure measurements and investigating the hydraulic grade line. Suggestions on the number and arrangement of pressure meters in the network were also recommended. The obtained results for three scenarios in a looped water network with 30 junctions were presented. The results showed that this method can correctly identify the leak areas with no limitation on the number of simultaneous leaks in the network. On the other hand, this method is verifiable, unlike the most commonly leak analytical methods. In this methodology, if the number of field pressure meters increases, the reported leaky areas become smaller. As a scenario, by increasing the number of pressure meters from 3 to 4, the reported area gets halved. The proposed method can be utilized by operators of water distribution and transport networks.

    Keywords: Hydraulic Grade Line, Water Supply Network, Pressure Metering, Leak Detection, Flow Hydraulics
  • محمود کریمی، محمدرضا جلیلی قاضی زاده*، مجتبی صانعی، جلال عطاری

    سرریز جانبی کاربردهای زیادی در توزیع و تنظیم آب در کانال های آبیاری و انتقال سیلاب دارد. در یک عرض بازشدگی ثابت، تاج سرریز را به شکل های مختلف از جمله کنگره ای یا کلید پیانویی می توان طراحی کرد تا طول توسعه یافته تاج و در نتیجه ضریب دبی سرریز جانبی افزایش یابد. روش دیگر برای افزایش راندمان سرریز جانبی طراحی آن به صورت مورب است تا تاج سرریز تقریبا با جریان منحرف شده از کانال اصلی همراستا شود. ترکیب دو عامل ذکر شده، منجر به طراحی یک سرریز با طول تاج توسعه یافته و به شکل مورب می شود که راندمان بالایی خواهد داشت. در این تحقیق، سرریزهای کلید پیانویی جانبی با کلیدهای مورب با زوایای مختلف مورد آزمایش قرار گرفت. خصوصیات جریان از جمله زاویه انحراف و خطوط جریان و همچنین ضریب دبی سرریزها با زوایای کلید مختلف مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که زاویه دار کردن کلیدها در جهت همسو با جریان خروجی از سرریز، ضریب دبی سرریز کلید پیانویی جانبی را در اعداد فرود بالا تا 12 درصد افزایش می دهند. مورب کردن کلیدها می تواند تلاطمی که معمولا در سرریز کلید پیانویی متقارن اتفاق می افتد را کاهش دهند و ضریب دبی بالاتری را نتیجه دهد. نتایج بدست آمده می تواند برای طراحی سرریز جانبی که در اعداد فرود بالا عمل می کنند برای مثال انتقال سیلاب مورد استفاده قرار بگیرد.

    کلید واژگان: سرریز جانبی, سرریز کلید پیانویی, سرریز مورب, ضریب دبی, خط جریان
    Mahmoud Karimi, Mohammadreza Jalili Ghazizadeh *, Mojtaba Saneie, Jalal Attari

    Side weir has many applications in water distribution and regulation in irrigation and flood control. For a constant opening length, weir crest can be design as labyrinth or piano key shape to increase the developed length and discharge coefficient. Another way to increase the side weir efficiency is oblique design, which make the weir crest aligned with the diverted flow. Combining the two noted approach leads to design a side weir with longer developed crest length and aligned with flow which has high performance. In this study, piano key side weirs with different key angles were studied. Flow characteristic including deflection angle and streamlines and also discharge coefficient were studied. Results show that angled keys aligned with the flow direction, increases performance of the piano key side weir up to 12 percent in high Froude numbers. Oblique keys can reduce the turbulence usually occurs in symmetric piano key side weir and results in higher discharge coefficient. The results can be used to design a side weir with which applied in conditions with high Froude numbers such as flood control.

    Keywords: Side weir, Piano key weir, oblique weir, Discharge Coefficient, Streamline
  • رضا معاشری، محمدرضا جلیلی قاضی زاده*

    نشت در شبکه های آبرسانی به علت مشکلاتی مانند هدررفتن آب، احتمال ورود آلاینده ها و نشست زمین با اهمیت می باشد. از آنجایی که روش های رایج نشت یابی معمولا پرهزینه و وقت گیر هستند، استفاده از روش های شبیه سازی هیدرولیکی شبکه به منظور تعیین محل و مقدار نشت، مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله یک روش جدید برای تعیین مقدار و محل نشت ها در شبکه های آبرسانی معرفی شده است که در آن از یک الگوریتم دومرحله ای استفاده می شود. مرحله ی اول (الگوریتم پله ای) برای تعیین محل و مرحله ی دوم (الگوریتم کرم شب تاب) برای تعیین مقدار نشت ها می باشد که در حالت دو نشت همزمان نیز قابل استفاده است. روش پیشنهادی بر اساس مقایسه ی نتایج حاصل از شبیه سازی هیدرولیکی شبکه و مقادیر داده های برداشت میدانی از شبکه (فشارسنجی یا دبی سنجی) می باشد. این روش در یک شبکه ی حلقوی 30 گره ای، برای 6 مثال مختلف اجرا شد. نتایج نشان داد که الگوریتم پیشنهادی قادر به شناسایی محل یک نشت یا دو نشت همزمان بوده و مقدار نشت متناظر با آن ها را نیز با خطای کمتر از 8 درصد بدست می آورد. هم چنین این روش حساسیتی نسبت به محل وقوع نشت ها نداشته و قادر به شناسایی مقادیر بسیار کم نشت (تا 0.27 درصد دبی ورودی به شبکه) می باشد. روش پیشنهادی توسعه داده شده در این مقاله، می تواند توسط بهره برداران شبکه های آبرسانی برای یافتن محل و مقدار نشت های گزارش نشده ، مورد استفاده قرار گیرد.

    کلید واژگان: الگوریتم دو مرحله ای, الگوریتم کرم شب تاب, شبکه های آبرسانی, نشت یابی, واسنجی
    Reza Moasheri, Mohammadreza Jalili Ghazizadeh *

    Leakage in water distribution system is a crucial issue because of problems such as water loss, water pollution, and land subsidence. Current leakage detection methods are usually costly and time-consuming, therefore new methods have been developed based on water networks simulation. In this paper, a new method for identifying the location and amount of leakage in water distribution system based on a two-step Algorithm is introduced. The first (Stepped Algorithm) and second (Firefly Algorithm) steps for determination of leak location and amount of leakage are respectively used which is applicable for even two simultaneous leaks. The proposed method is based on the comparison of the network hydraulic simulation results and some field network data (pressure or flow or their combination). The obtained results for six examples in a looped-water network are presented. The results show that the proposed algorithm is able to locate either one leak or two simultaneous leaks and their leakage values with less than 8% error. The proposed method developed in this paper can be utilized by operators of water supply networks for identifying the position and amount of leaks.

    Keywords: Calibration, Firefly algorithm, Leak detection, The Two-step algorithm, Water supply networks
  • سید علی صدرالساداتی، محمدرضا جلیلی قاضی زاده*
    زمینه و هدف

    یکی از موثرترین روش های مقابله با نشت در شبکه های توزیع آب، مدیریت فشار می باشد و لذا درک صحیح از رفتار نشت و رابطه آن با تغییرات فشار می تواند نقش بسزایی در کنترل تلفات داشته باشد. استفاده از لوله های پلی اتیلن چگالی بالا (HDPE) در سال های اخیر در شبکه های توزیع آب بسیار افزایش یافته و در برخی روستاها و شهرهای کوچک به صورت کامل از این نوع لوله ها استفاده شده است. هدف از این مطالعه شناخت رفتار نشت از روزنه ها در لوله های پلی اتیلن می باشد.

    روش بررسی

    در مطالعه حاضر رفتار نشت روزنه ای در لوله های پلی اتیلن به صورت آزمایشگاهی و عددی بررسی شده است. در این مطالعه تاثیر پارامتر دما به عنوان یکی از عوامل اصلی بر رفتار نشت مورد مطالعه قرار گرفته است.

    یافته ها: 

    نتایج به دست آمده نشان داد استفاده از رابطه کلاسیک توریچلی برای روزنه کاربرد دارد و مقدار توان نشت برای روزنه ها تقریبا 5/0 می باشد. در این مطالعه همچنین نشان داده شد ضریب تخلیه جریان خروجی از روزنه به عواملی نظیر عدد رینولدز، ضخامت جداره لوله، قطر روزنه، محیط پیرامونی و تغییر شکل روزنه وابسته است.

    بحث و نتیجه گیری: 

    با افزایش فشار، فرض عدم تغییر شکل برای روزنه در لوله های پلی اتیلن به خصوص در دمای بالا الزاما صادق نیست. روزنه در لوله هایی با الاستیسیته پایین با توجه به نوع توزیع تنش در محل بازشدگی و همچنین تاثیر ضریب پواسون با افزایش فشار از حالت تقارن خارج شده و در نتیجه باعث کاهش ضریب تخلیه می گردد.

    کلید واژگان: نشت, لوله پلی اتیلن چگالی بالا, روزنه, رابطه نشت-فشار, شبکه توزیع آب
    Seyed Ali Sadr-Al-Sadati, MohammadReza Jalili Ghazizadeh *
    Background and Objective

    One of the most effective methods of coping with leakage in water distribution networks is pressure management. Therefore, a proper understanding of leakage behavior and its relationship with pressure variations can play a significant role in water loss control. The use of high-density polyethylene (HDPE) pipes has increased in recent years in water distribution networks so that in some rural area and small cities, these pipes have been utilized only. The aim of this study is to investigate the leakage behavior of orifices in HDPE pipes.

    Method

    In the present study, the leakage behavior of polyethylene pipes has been investigated numerically and experimentally. In this study, the effect of temperature as one of the main factors on leakage behavior has been considered.

    Findings

    The results showed that the Torricelli's classic relationship for the orifices can be used and the amount of leakage exponent for the orifices is approximately 0.5. This study shows that the discharge coefficient of the outflow from the orifices is dependent on some parameters such as Reynolds number, the thickness of pipe wall, orifice diameter, surrounding environment and orifice deformation.

    Discussion and Conclusion

    The assumption of no deformation for the orifices in HDPE pipes with increasing pressure, particularly at high temperatures, is not necessary true. The symmetry state of the orifices in low-elastic pipes is removed with the pressure increase, due to the distribution of stress at the opening and also the effect of the Poisson coefficient, thereby reducing the discharge coefficient.

    Keywords: leakage, high-density polyethylene pipe (HDPE), orifice, leakage-pressure relationship, water distribution network
  • ایمان مصلحی، محمدرضا جلیلی قاضی زاده*، احسان یوسفی خوش قلب

    مدیریت فشار یکی از موثرترین روش های مدیریت نشت در شبکه های توزیع آب است که علاوه بر کاهش نشت، مزایای بسیاری برای شرکت های آب و فاضلاب دارد. هدف از این پژوهش تحلیل اقتصادی مدیریت فشار از طریق تحلیل جامع سود- هزینه با در نظر گرفتن جوانب مختلف اجرای مدیریت فشار در شبکه های توزیع آب است. به این منظور یک مدل ریاضی برای ارزیابی سود حاصل از اجرای مدیریت فشار بر کاهش نشت، شکستگی ها، نشت یابی فعال، مصرف آب، مصرف انرژی، خسارات وارده به ساختمان ها و افزایش رضایت مشتریان و همچنین هزینه های ناشی از خرید، نصب، بهره برداری و نگهداری و کاهش درآمد حاصل از کاهش مصرف آب، توسعه داده شد. با استفاده از مدل توسعه داده شده، سود خالص و نسبت سود به هزینه برای هر طرح مدیریت فشار قابل محاسبه است. به عنوان مطالعه موردی، سامانه مدیریت فشار پیشرفته از طریق نصب شیرهای کاهنده فشار مبتنی بر زمان و جریان در یک ناحیه ایزوله واقع در شهر مشهد اجرا شد و سود خالص و نسبت سود به هزینه حاصل از اجرای آن توسط مدل ریاضی توسعه داده شده در این مقاله، تخمین زده شد. نتایج نشان داد که سود خالص حاصل از اجرای سامانه مبتنی بر جریان از سامانه مبتنی بر زمان بیشتر است و نسبت سود به هزینه برای سامانه های مدیریت فشار مبتنی بر جریان و زمان به ترتیب 3/7 و 3/2 به دست آمد. مدل ریاضی توسعه داده شده در این مطالعه به مدیران و متخصصان صنعت آب برای درک جامعی از مزایا و توجیه اقتصادی اجرای طرح های مدیریت فشار کمک خواهد کرد.

    کلید واژگان: مدیریت فشار, تحلیل اقتصادی, تحلیل مالی, مدیریت نشت, شبکه توزیع آب
    Iman Moslehi, MohammadReza Jalili Ghazizadeh *, Ehsan Yousefi Khoshghalb

    Pressure management (PM) is one of the most effective methods of leakage management in water distribution networks (WDNs). In addition to reducing leakage, it provides many benefits for water utilities. The purpose of this paper is an economic analysis of the PM through a comprehensive cost-benefit analysis, taking into account the various aspects of the implementation of PM in WDNs. For this purpose, a mathematical model was developed for evaluating the benefits arising from implementing PM on the reduction of leakage, pipe breaks, active leakage control, water consumption, energy consumption, building damages and the increase of customer satisfaction and the costs of purchase, installation, operation and maintenance, and revenue reduction due to the reduction of water consumption. Using the developed model, the net benefit and benefit/cost ratio can be calculated for each PM scheme. As a case study, the advanced PM system was implemented through the installation of time modulated (TM) and flow modulated (FM) pressure reducing valves (PRVs) in a district metered area (DMA) located in Mashhad city. The net benefit and benefit/cost ration was then estimated by the developed mathematical model. The results showed that the net benefit of PM system through FM is greater than TM and the benefit/cost ratio was obtained 3.7 and 3.2 respectively. The developed mathematical model will assist water managers and practitioners in comprehensive understanding of the benefits and economic justification for implementing PM schemes.

    Keywords: Pressure Management, Economic Analysis, Financial Analysis, Leakage Management, Water Distribution Network
  • علی مهبودی، جلال عطاری، سید عباس حسینی*، محمدرضا جلیلی قاضی زاده

    سرریزهای کلید پیانویی طرح تکامل یافته ای از سرریزهای کنگره ای می باشند. در این تحقیق، 36 مدل سرریز کلید پیانویی با پلان ذوزنقه ای مجموعا در 360 حالت با شرایط هندسی و هیدرولیکی متفاوت در یک فلوم به طول، عرض و ارتفاع به ترتیب 11، 49/0 و 7/0 متر مورد آزمایش قرار گرفتند که در آن ها تاثیر نسبت های بدون بعد موثر بر ضریب آبگذری مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که مقادیر54/6=L/W، 33/2=B/P و 33/1=Wi/Wo در مقایسه با دیگر مقادیر آزمایش شده در تحقیق حاضر، ضریب آبگذری را به ترتیب 113، 63 و 33 درصد افزایش می دهند بنابراین به عنوان نسبت های بهینه برای مشخصات هندسی پلان ذوزنقه ای سرریزهای کلید پیانویی قابل پیشنهاد می باشند. البته مقادیر پیشنهادی به نسبت هایی که دیگر محققین برای مشخصات هندسی پلان مستطیلی این نوع سرریزها پیشنهاد نموده اند نزدیک است. همچنین با استفاده از نرم افزار SPSS و در نظر گرفتن ضریب همبستگی  (R2) و تابع خطای بدون بعد جذر میانگین مربعات (NRMSE)، روابطی برای تخمین ضریب آبگذری پیشنهاد شد و بررسی حساسیت رابطه پیشنهادی نسبت به پارامترهای تشکیل دهنده آن نشان داد که این رابطه نسبت به پارامترهای L/W و Wi/Wo به ترتیب بیشترین و کمترین حساسیت را نشان می دهد.

    کلید واژگان: سرریز کلید پیانویی, ذوزنقه ای, ضریب آبگذری, رابطه تجربی, بررسی حساسیت
    Ali Mehboudi, Jalal Attari, Seyyed Abbas Hosseini*, MohammadReza Jalili Ghazizadeh

    Piano Key Weirs, a developed scheme of labyrinth weirs. In this study, 36 trapezoidal Piano Key Weirs models were conducted in 360 different geometric and hydraulic conditions. Experiments were conducted in a 11 m long flume with a rectangular cross section of 49 cm width and 70 cm height in which the effect of dimensionless ratios on the discharge coefficient was investigated. The results showed that L/W=6.54, B/P=2.33 and Wi/Wo=1.33 compared with other values ​​that have been tested in this study, increasing the discharge coefficient 113, 63 and 33 percent respectively, Therefore, they are suggested as optimal ratio for trapezoidal plan. Which is close to the ratio that other researchers have proposed for the rectangular plan. Also, by using SPSS software and taking correlation coefficient (R2) and Normalized Root Mean Square Error (NRMSE), relations was proposed to estimate the discharge coefficient and the sensitivity of the proposed relationship to its parameters showed that this relation shows the highest and lowest sensitivity to the L/W and Wi/Wo parameters respectively.

    Keywords: Piano Key Weirs, Trapezoidal, Discharge Coefficient, Empirical relationship, Sensitivity
  • محمدرضا شکفته، محمد رضا جلیلی قاضی زاده*
    برای بهره برداری بهتر از شبکه های توزیع آب توصیه می شود که شبکه های موجود به نواحی مجزا تبدیل شود. به دلیل پیچیدگی شبکه های قدیمی، تبدیل این شبکه ها به نواحی مجزا، پرهزینه و حساس است. در پژوهش حاضر مدلی ارائه شد که با استفاده از تئوری گراف و نرم افزار شبیه سازی هیدرولیکی EPANET، تبدیل شبکه های قدیمی به نواحی مجزا را به صورت بهینه انجام می دهد، به صورتی که ضمن رعایت حداقل فشار مورد نیاز گره ها، تعداد لوله های رابط بین نواحی مجزای پیشنهادی حداقل باشد. حداقل بودن تعداد لوله های رابط، باعث حداقل شدن هزینه برای دبی سنج های مورد نیاز می شود. مدل ارائه شده برای تعیین نواحی مجزا برای شبکه توزیع آب پولاکیس با 50 لوله و 30 گره در حالت های مختلف هیدرولیکی و همچنین برای شبکه واقعی آب شهر بوشهر با حدود 3740 گره و 3980 لوله به کار گرفته شد. نتایج خروجی نشان داد که مدل ارائه شده، توانایی طراحی شبکه های آب موجود به نواحی مجزا را با رعایت قیدهای هیدرولیکی به صورت بهینه دارد.
    کلید واژگان: نواحی مجزا, تئوری گراف, مدیریت نشت, شبکه توزیع آب
    Mohammad Reza Shekofteh, Mohammad Reza Jalili Ghazizadeh *
    For better utilization of water distribution networks (WDNs), it is recommended that the existing networks be converted into Distinct Metered Areas (DMAs). Due to the complexity of the old networks, the conversion of these networks into DMA is a costly and sensitive issue. In this paper, a model has been developed to optimize implementation of the old networks into DMA by using the graph theory and water distribution system modeling software (EPANET), while the minimum required standard pressure is met and the number of linked pipes between the proposed areas is minimum. The minimum number of linked pipes will minimize the cost of the needed flowmeters. The developed model has been successfully applied for Poulakis WDN with 30 nodes and 50 pipes in different statuses and for the actual Bushehr WDN with about 3740 nodes and 3980 pipes. The output result shows that the developed model, in a satisfactory way, converts water distribution networks into DMAs with respect to the hydraulic constrainsts.
    Keywords: District Metered Area (DMA), Graph theory, Leakage Management, Water Distribution Network (WDN)
  • ایمان مصلحی، محمدرضا جلیلی قاضی زاده*، احسان یوسفی خوش قلب
    یکی از وظایف اصلی شرکت های آب و فاضلاب در حوزه بهره برداری از شبکه های توزیع آب، مدیریت و کنترل نشت از شبکه می باشد. در این راستا کنترل فعال نشت یکی از استراتژی های اصلی در کاهش نشت و دستیابی به سطح اقتصادی نشت می باشد. در این مقاله، یک متدولوژی کاربردی به منظور تعیین سطح اقتصادی نشت توسعه یافت که شامل مراحل تعیین نقاط اندازه گیری فشار و نرخ جریان، جمع آوری داده های میدانی و داده های هزینه ای مورد نیاز، تخمین سطح نشت شبکه و تعیین سطح اقتصادی نشت شبکه مبتنی بر استراتژی کنترل فعال نشت می باشد. با برآورد سطح اقتصادی نشت، شاخص های عملکرد اقتصادی نظیر شاخص نشت اقتصادی و بازده اقتصادی شبکه نیز بدست می آید. متدولوژی توسعه یافته برای یک ناحیه از شبکه توزیع آب مشهد استفاده شد و بر اساس نتایج، سطح اقتصادی نشت ناحیه مورد مطالعه 27/5 مترمکعب بر انشعاب در سال برآورد شد؛ در حالیکه سطح نشت موجود شبکه بر اساس تحلیل جریان حداقل شبانه، 49/2 مترمکعب بر انشعاب در سال بدست آمد. همچنین شاخص نشت اقتصادی 1/79 و بازده اقتصادی شبکه حدود 56 درصد محاسبه شد. متدولوژی توسعه یافته در این مقاله می تواند به متخصصان و مدیران شرکت های آب و فاضلاب در هدف گذاری سطح نشت شبکه و تعیین سطح نشت اقتصادی مبتنی بر آن کمک کند.
    کلید واژگان: سطح اقتصادی نشت, مدیریت نشت, شاخص نشت زیربنائی, شبکه های توزیع آب, تحلیل اقتصادی
    Iman Moslehi, Mohammadreza Jalili Ghazizadeh *, Ehsan Yousefi Khoshqalb
    One of the main responsibilities of water and wastewater companies in the field of operating of water distribution networks (WDNs) is the management and control of leakage from these networks. In this regard, active leakage control (ALC) is one of the main strategies in reducing leakage and achieving economic level of leakage (ELL). In this paper, a practical methodology was developed to determine the ELL which is included the steps determining the points of pressure and flow rate measurements, collecting of required field data and cost data, the estimation of leakage level in the network and the determination of the ELL of the network based on the ALC strategy. Economic performance indicators such as the economic leakage index (ELI) and the economic network efficiency (ENE) are also obtained using the determined ELL. The developed methodology was applied for a district of the WDN of Mashhad. The results showed that the ELL in the study area is 27.5 m3/connection/year. While the current level of leakage was estimated to be around 49.2 m3/connection/year, based on the minimum night flow (MNF) analysis. Moreover, the ELI and ENE were calculated 1.79 and 56% respectively. The developed methodology in this paper can assist practitioners and managers of water and wastewater companies for target-setting of the level of leakage and determining of the ELL based on it.
    Keywords: Economic Level of Leakage, Leakage Management, Infrastructure Leakage Index, water distribution networks, Economic Analysis
  • ایمان مصلحی، محمدرضا جلیلی قاضی زاده*، احسان یوسفی خوش قلب

    تشخیص داده های نویز(پرت یا غیرعادی) از داده های جریان در شبکه های توزیع آب در مرحله آماده سازی و پیش پردازش داده ها برای دستیابی به داده های تاریخی قابل اعتماد انجام می گیرد؛ که در بهبود روش های ارزیابی و مدیریت نشت و بهره برداری موثر از شبکه، مهم و ضروری است. هدف از ارائه این مقاله توسعه یک متدولوژی جدید بر مبنای روش های یادگیری بدون نظارت، جهت شناسایی داده های پرت یا غیرعادی در یک مجموعه داده های جریان در شبکه های توزیع آب می باشد. متدولوژی توسعه داده شده شامل مراحل 1- جمع آوری داده های مورد نیاز، 2- صحت سنجی و نرمال سازی داده ها و 3- شناسایی و کشف داده های پرت یا غیرعادی با استفاده از الگوریتم خوشه بندی مکانی مبتنی بر چگالی مقاوم در مقابل نویز (DBSCAN) می باشد. متدولوژی پیشنهادی برای داده های جریان ورودی به یک منطقه در شبکه توزیع آب شهری تهران با تواتر زمانی برداشت داده 15 دقیقه برای سال 1394 به کار برده شد. نتایج نشان داد که متدولوژی توسعه داده شده قابلیت شناسایی داده های پرت ناشی از انواع شکستگی ها و مصارف مجاز غیرمعمول نظیر مصارف ناشی از تغییر در الگوی مصرفی جمعیت یا مصارف مجاز غیرعادی را دارد. از اینرو این متدولوژی را می توان به عنوان یک ابزار کاربردی و انعطاف پذیربرای پایش داده های جریان و شناسایی و حذف انواع داده های پرت از آنها مورد استفاده قرار داد.

    کلید واژگان: داده پرت, خوشه بندی مبتنی بر چگالی, الگوریتم DBSCAN, داده های جریان, شبکه توزیع آب
    Iman Moslehi, Mohammadreza Jalili Ghazizadeh *, Ehsan Yousefi Khoshqalb

    Anomaly or outlier detection of flow data in water distribution networks (WDNs) is implemented in data preparation and prepossessing step to achieve reliable historical data; it is important to improve the leakage assessment and management methods and the operations of the network efficiently. The main objective of this paper is to develop a new methodology based on unsupervised learning methods for anomaly or outlier detection in a flow data set in WDNs. The developed methodology includes three steps 1- required data acquisition, 2- data validation and normalization, and 3- anomaly or outlier detection using the density-based spatial clustering of application with noise (DBSCAN) algorithm. The proposed methodology is applied for inflow data into an area in Tehran's urban water distribution network with 15-min sampling intervals for 1394. The results showed that the developed methodology is capable to the detection anomalies due to different type of pipe breaks and unusual legitimate consumption such as water usage due to changes in water consumption pattern or unauthorized consumption. Therefore, this methodology can be used as an applicable and flexible tool for monitoring flow data and detecting and eliminating of different types of outliers from them.

    Keywords: outlier, Density-Based Clustering, DBSCAN Algorithm, Flow Data, Water Distribution Network
  • سیدعلی صدرالساداتی، محمدرضا جلیلی قاضی زاده *
    سابقه و هدف
    نشت در شبکه های آبرسانی سبب از دست رفتن منابع آب و انرژی زیادی می شود. پیش بینی میزان نشت و تصمیم گیری بهینه در مورد استراتژی های کنترل نشت، به درک عمیقی در مورد رابطه نشت-فشار نیاز دارد. لوله های پلی اتیلن چگالی بالا (HDPE) به صورت گسترده در شبکه های توزیع آب در دهه های اخیر استفاده می شود و رفتار نشت در این نوع لوله ها هنوز کاملا مشخص نیست. هدف از انجام این مطالعه شناخت رفتار نشت از شکاف طولی برای لوله های پلی اتیلن و پارامترهای موثر برای رفتار الاستیک می باشد.
    مواد و روش ها
    برای نیل به اهداف این پژوهش، مدل نیمه صنعتی آزمایشگاهی ساخته شد. براساس بررسی های اولیه و مطالعات کتابخانه ای، پارامترهای موثر استخراج شده و سپس با در نظر گرفتن پارامترهای قطر و ضخامت لوله، ابعاد ترک و دما، 10 نمونه آزمایشگاهی تهیه شد. سپس نمونه ها توسط پمپ فشار قوی تحت فشار قرار داده شدند و با تنظیم فشار میزان دبی خروجی از ترک طولی و دمای محیط در طول آزمایش برای هر فشار اندازه گیری گردید. سپس با استفاده از روش آنالیز ابعادی، نتایج حاصل آزمایشگاهی تحلیل گردید. نتایج و بحث: در شکاف های طولی لوله های پلی اتیلن مقدار دبی نشت تابعی از تغییرات مساحت موضع نشت است. نتایج آزمایش ها نشان داد که میزان تغییر در مساحت موثر موضع نشت با فشار در حالت الاستیک رابطه تقریبا خطی دارد. همچنین شیب تغییرات مساحت موثر نسبت تغییرات فشار بستگی به پارامترهایی نظیر ابعاد ترک، قطر و ضخامت لوله و دمای محیط دارد. از میان این پارامترها تاثیر طول ترک و دمای محیط به نسبت دیگر پارامترها برجسته بوده و تاثیر بیشتری بر میزان نشت در ترک طولی داشته است. با استفاده از نتایج آزمایشگاهی و استفاده از تحلیل ابعادی، رابطه ای برای تخمین تغییر مساحت موثر موضع نشت در ترک طولی لوله پلی اتیلن ارائه شده است. با استفاده از این رابطه دبی نشت در فشارهای مختلف قابل محاسبه است. در مطالعه حاضر توان نشت برای ترک های طولی لوله پلی اتیلن در محدوده 0.44 تا 1.44 محاسبه شده است و با رابطه ارائه شده همخوانی دارد. در صورتی که هر کدام از پارامترهای موثر مانند طول ترک و یا فشار افزایش یابد، در حالت الاستیک توان نشت به 1.5 نزدیک می گردد. با توجه به وجود عدم قطعیت در مورد ابعاد ترک ها در شبکه های توزیع آب نمی توان یک عدد را برای توان نشت ارائه کرد اما میانگین توان نشت در آزمایشات صورت گرفته معادل 1 می باشد. همچنین در آزمایش دیگری اثر دما بر میزان نشت به طور مستقل در فشار 5 بار بررسی شد و نشان داد افزایش دما می تواند سبب افزایش نشت در لوله های پلی اتیلن گردد. همچنین در فشار 40 درجه سانتی گراد از حالت الاستیک خارج شده و شیب تغییرات به شدت افزایش می یابد.
    نتیجه گیری
    براساس نتایج این تحقیق می توان گفت برای کنترل نشت در شبکه های توزیع آب شهری که لوله های پلی اتیلن به کار رفته است بایستی به کنترل و مدیریت فشار توجه بیشتری نمود. همچنین علاوه بر پارامترهای مرسوم بایستی به دمای محیط توجه کرد. در مناطق گرمسیر برای تخمین میزان نشت لوله های پلی اتیلن و انتخاب استراتژی مناسب جهت کاهش میزان نشت از رابطه توسعه یافته ارائه شده استفاده کرد.
    کلید واژگان: شبکه توزیع آب, رابطه نشت و فشار, ترک طولی, رفتار الاستیک, دما
    Seyed Ali Sadr, Al, Sadati, Mohammad Reza Jalili Ghazizadeh*
    Introduction
    Leakage in water distribution networks (WDN) causes loss of water and energy resources. The amount of leakage in WDNs is influenced by pressure. Leakage prediction and optimal decision making on leakage control strategies require a deep understanding of the leakage-pressure relationship. High-density polyethylene pipes (HDPE) have been used extensively in water distribution networks in recent decades, and leakage behavior in this material is still debatable. The purpose of this study was to better understand the leakage behavior of the longitudinal slits of the high-density polyethylene pipes and the effective parameters in their elastic phase.
    Material and
    methods
    To achieve the objectives of this research, a semi-industrial laboratory model was developed. Based on the preliminary studies and literature review, effective parameters were extracted and then 10 samples were prepared by considering the parameters of diameter and thickness of pipes, dimensions of slits, and temperature. Then, the samples were pressurized by a high-pressure pump and by setting the pressure, the leakage discharge of the longitudinal slits and also the temperature were measured for each pressure during the test. Using the dimensional analysis method, the results were analyzed.
    Results and discussion
    In the longitudinal slit of HDPE pipes, the leakage flow was a function of changes in the area of the leak. Our results showed that there is a relatively linear relation between the change in the effective area of the leak position and the pressure in the elastic state. Also, the rate of changes in the area relative to pressure variations depends on the parameters such as the dimensions of slits, pipe diameter and thickness, and temperature. Among these parameters, the effect of the slits’ length and the temperature had a greater effect on the amount of leakage in longitudinal slits. Using experimental results and dimensional analysis, a relationship was developed to estimate the effective area change of the leak in the longitudinal slits in the HDPE pipes. Using this relationship, leakage can be calculated at different pressures. In the present study, the leakage exponent for longitudinal slits in the HDPE pipe was calculated in the range of 0.44 to 1.44 and was consistent with the proposed relationship. In the elastic state, if any of the effective parameters such as slits’ length or pressure increased, the leakage power approached 1.5. Given the uncertainty about the size of the slits in the water distribution networks, an exact number cannot be proposed for the leakage power, but the average leakage power in our experiment was equal to one. In another experiment, the effect of temperature on leakage was investigated independently at a pressure of 5 bar and showed that an increase in temperature could increase the leakage in HDPE pipes. Also, at 40 °C, it exited from the elastic state, and the slope of the changes increased significantly.
    Conclusion
    The mean value of the leakage power for the current experiment was equal to one, which corresponds to the previously reported amount that was used to estimate the leakage rate of WDNs. According to this study, a relationship was used to estimate the variation in the area of the leak in terms of the shape and material of the pipe, the shape of the slits and the temperature relative to the pressure. For the first time, the temperature parameter was also investigated in relation to the variation in the area of a slit and discharge leakage. Considering the significant effect of temperature, it is suggested a new relationship to be used in the tropics to estimate the amount of leakage.
    Keywords: Longitudinal slit, HDPE pipes, Leakage-pressure relation, Temperature, Water distribution network (WDN).
  • ایمان مصلحی، محمدرضا جلیلی قاضی زاده
    مدیریت فشار علاوه بر کاهش نشت و مصرف بر وقوع شکستگی های جدید در شبکه های آب رسانی نیز تاثیر می گذارد. طی دو دهه اخیر مزایای مدیریت فشار بر کاهش تواتر شکستگی لوله ها توسط پژوهشگران مختلفی در سرتاسر جهان مورد بررسی قرار گرفته و روابط و مدل های گوناگونی به منظور تعیین روابط فشار- شکستگی نظیر روابط فشار- نشت توسعه داده شده است. هدف از ارائه این مقاله مروری کامل و جامع بر مطالعات، روابط و مدل های تجربی ارائه شده در ارتباط با تاثیر مدیریت فشار بر نرخ شکستگی لوله ها در شبکه های آب رسانی می باشد. بدین منظور روابط و مدل های تجربی ارائه شده توسط پژوهشگران مختلف طی بیست سال اخیر مورد بحث و بررسی قرار گرفته و مزایا و معایب هریک از آنها بیان شده است. بر اساس این مقاله می توان به درک و شناخت بهتری از روابط فشار- شکستگی دست یافت و نتایج آن می تواند در تحلیل و ارزیابی برنامه های مدیریت فشار در شبکه های آبرسانی مورد استفاده قرار گیرد.
    کلید واژگان: مدیریت فشار, رابطه فشار, شکستگی لوله ها, شبکه های آب رسانی, نقطه میانگین ناحیه, فشار ماکزیمم
    Iman Moslehi, Mohammad Reza Jalili Ghazizadeh
    Besides reducing leakage and consumption, pressure management affects occurrence of new bursts in water supply systems. Over the past two decades, several researchers throughout the world have studied the benefits of pressure management on reduction in the burst frequencies. During this period a wide assortment of empirical models have been developed to determine pressure-burst relationships such as pressure-leakage relationships. This paper aims to conduct a comprehensive review of these studies, relationships and empirical models pertaining to the effects of pressure management on the break rates of pipes in water supply systems. For this purpose, the developed relationships and empirical models by various researchers over the last twenty years were discussed and the advantages and disadvantages of them were summarized. Based on the review, the better understand of pressure- burst relationships could be founded and the results could be used in the analysis and evaluation of pressure management schemes in water supply systems.
    Keywords: Pressure management, Pressure-Burst relationship, Water supply systems, Average zone point, Maximum pressure
  • محمدرضا جلیلی قاضی زاده *، ضیاالدین ایدی
    برای ارزیابی تاثیر تغییر فشار بر میزان نشت شبکه، معمولا از رابطه فاواد(FAVAD) استفاده می شود که در این رابطه، مقدار توان ترم فشار(N) می بایست تعیین گردد. برای محاسبه N یا می بایست اطلاعاتی از منافذ نشت لوله ها را داشت و یا همراه با تغییرات فشار، مقدار نشت شبکه تعیین شود که اندازه گیری آن، مشکل است. همچنین، مطالعات انجام شده برای تعیین اثر تغییرات فشار بر مصارف و نشت آب نیز کافی به نظر نمی رسد. در مطالعه حاضر روش تحلیلی جدیدی برای برآورد N بدون نیاز به اندازه گیری مستقیم مقدار نشت، ارائه شده است. جهت بکارگیری روش پیشنهادی و همچنین جهت بررسی اثرات فشار بر مصرف و تلفات آب، شبکه یکی از مناطق شهر تهران بعنوان پایلوت مطالعاتی انتخاب و ایزوله شد. در این پایلوت با اعمال الگوهای متفاوت فشار برای خروجی شیر فشارشکن نصب شده در بالادست پایلوت، تغییرات حداقل جریان شبانه، جریان ورودی به شبکه و مصرف مشترکین اندازه گیری شد که اجرای مدیریت فشار در این پروژه توانست میزان آنها را به ترتیب تا 50، 21 و 30 درصد کاهش دهد. در ادامه با استفاده از داده های اندازه گیری، روابطی برای تخمین اثرات کاهش فشار بر میزان کاهش جریان شبانه، دبی ورودی به شبکه و همچنین مصرف مشترکین ارائه شد.
    کلید واژگان: شبکه های توزیع آب, مدیریت فشار, نشت, رابطه فشار, نشت, توان N
    Mohammadreza Jalili Ghazi Zadeh *, Ziaedin Aidi
    Pressure management is an effective method for water demand management. For evaluation of the effects of pressure changes on leakage level of water networks, the FAVAD equation is usually used. However, in this equation, exponent of pressure parameter (N) needs to be determined. For estimation of N, either some information about the leak opening is necessary or network’s leakage level needs to be known which is very difficult to measure. On the other hand, available studies about the effects of pressure changes on water consumptions and leakage don’t seem to be enough. In the present study, a new analytical method is proposed for calculation of N, in which direct measurement of leakage level, does not need. In order to test ability of the proposed method as well as the pressure effects on leakage and water consumption, an isolated water network in Tehran city has been selected.
    Different pressure patterns were implemented on outlet of a pressure reducing valve and variation of the minimum night flows, customers’ water consumption and inlet flow discharge were then measured in the pilot network. In this study, implementation of the pressure management could reduce the minimum night flow, water inflow and customer's consumption up to 50, 21 and 30 percent, respectively. Furthermore, using the obtained data, different equations for estimation of pressure effects on reducing of night flow, total inflow and water consumption are presented.
    Introduction
    Considering water scarcity, population growth, increase of water consumption per capita and high cost of drinking water production, optimum usage of existing water resources is a vital issue. Pressure management is one of the most effective solutions among the water demand management methods to help solving these problems.
    Although pressure management is one of the best methods for water demand management, some operation managers ignore using this method in their water distribution networks and would prefer to use other methods such as water rationing when they face water scarcity. It may be because of lack of experience on pressure management. The main objective of this paper is to show the good results and practicability of pressure management especially for old and existing water distribution networks.
    N parameter in the FAVAD’s pressure-leakage formula, represents the power-law relationship between leakage rate and pressure. The value of the exponent N may vary from 0.5 for “Fixed Area” leaks to 1.5 or more for “Variable Area” leaks where leak area varies with pressure. In this paper a new modified method of calculation the N exponent is shown.
    Materials and Methods
    An isolated water distribution network in Tehran city was chosen for this study (Figure 1). Region is supplied with only one reservoir. After isolation of the region, a modulated PRV in the entrance of the isolated region was assembled, moreover, a pressure regulator were installed to induce different pressure patterns. Also an ultrasonic flowmeter was used in downstream of the reservoir to measure input flow to the isolated region.
    Since at the begging of study the optimum pressure pattern was not exactly known, therefore after preparation of isolated region and setting up the equipment, different pressure patterns were applied to the modulated PRV as try and error process to find the best pattern. These patterns are shown in Figure 2. This process continued by applying more pressure reduction to the PRV until the first complaint was received from the customers. On the other hand, by having different pressure patterns and measurement of night flow for each one, it could be possible to follow changing of night flow with water pressure variation.
    For each patterns inflow was recorded in 10 minute intervals and the measurements were continued for a week. Output pressure of PRV before installation of modulated PRV was 50 meters. It should be noticed that output pressure patterns of PRV were adjusted such that the costumers didn’t face any pressure shortage and no complaint was reported during the study.
    Different conditions and information of measurements are shown in Table 1. For better comparison of mentioned patterns (Figure 2), average amount of applied pressure patterns during 24 hours is also mentioned in table.
    Results and Discussion
    After completion of measurements, the data was analysed and following results are obtained: Results show that with no complaints of consumers, total inlet flow reduced about 21 percent in final week. Inlet flow is composed of network leakage and consumer’s consumption, reduction of inlet flow means lower consumers’ consumption and/or lower network leakage.
    To study the effects of pressure management on the consumers’ consumption, 64 consumers were selected as sample of total consumers and their domestic water consumptions measured by reading their flow meters in different weeks during the study period. Results for domestic water consumptions are shown in Table 2.
    Results show more than 30 percent water saving for the consumers’ consumption in final week. Minimum night flow is composed of network leakage and consumer’s night consumption. Since amount of consumer’s night consumption is almost constant, the minimum night flow could be a convenient indicator for estimation of network’s leakage. Minimum night flow occurs at midnight hours and especially between 12 to 4 AM.
    The trend of results shows a reduction of minimum night flow with reduction of pressure and a potential for reduction of night flow more than 30 percent. It should be also mentioned that no complaint was received from consumers when final pattern was applied to the modulated PRV. Table 3 shows the measurement results of minimum night flow in the different weeks (weeks).
    In this study, using data obtained from the pilot, a novel analytical method for estimation of the pressure exponent (N) has been presented. Using this method N=1.15 was estimated for the network under study.
    Conclusions
    In present study, results of pressure management on distribution network show that with no complaints of consumers, some benefits such as leakage reduction and consumer’s consumption are practically achievable.
    A novel analytical method for estimation of the pressure exponent (N) in the FAVAD equation as well as analytical equations for evaluation of pressure management’s effects on leakage and water consumption have been recommended.
    Considering complexity of water networks in term of flow hydraulic, geometrical and material of pipes, more research are still needed to study the relation between pressure, leakage and consumers’ water consumption.
    Keywords: Water distribution networks, Pressure management, Leakage, Leakage, pressure relationship, N exponent
  • فریدون عباسپور، محمدرضا جلیلی قاضی زاده*، جلال عطاری
    یکی از اهداف قانون هدفمندی یارانه ها در ایران مدیریت مصرف آب است که از سال 1389 به مرحله اجرا درآمده است. علیرغم اهمیت این قانون، ارزیابی تاثیرات آن، به ویژه درباره کاهش مصرف آب در شبکه های شهری به ندرت گزارش شده است. در این پژوهش، اثرات اجرای مرحله اول قانون هدفمندی یارانه ها بر مصرف آب در شبکه توزیع شهر مشهد برای کاربری های مختلف بررسی شده است. به این منظور، داده های تولید و مصرف آب این شهر در یک دوره ده ساله تحلیل شد و نظرات کارشناسان نیز اخذ گردید. نتایج نشان داد که اگر چه اجرای طرح در سال های اولیه باعث کاهش و جابجایی طبقات مصرف آب شده، اما در سال های بعد روند افزایشی مصرف ادامه پیدا کرده است. برای کاربری های مختلف شهری، مقدار کاهش مصرف آب، با منافع مصرف کنندگان ارتباط مستقیم دارد. توزیع درصد کاهش مصرف مشترکین نیز، از تابع چگالی احتمال گاما تبعیت می کند. نتایج همچنین نشان داد که در این دوره علیرغم کاهش مصارف مجاز، تولید آب کم نشده و بنابراین استنباط می شود که مصارف غیرمجاز افزایش داشته اند. در مجموع می توان نتیجه گرفت که اثرات قانون هدفمندی برای کاهش مصرف در حد مورد انتظار نبوده است.
    کلید واژگان: مصرف آب, مدیریت تقاضای آب, شبکه آب شهری, قانون هدفمندی یارانه ها, مشهد
    Fereydun Abbaspour, Mohammad Reza Jalili Ghazizadeh*, Jalal Attari
    An objective of the Targeted Subsidy Act in Iran, which came into effect in 2010 in Iran, is to manage water demand. Despite the importance of this Act, evaluation of its effects especially on urban water networks has been rarely reported. The present study aims to investigate the impacts of the first phase of its implementation on the water consumption for different uses in the city of Mashhad. For this purpose, the data records of water consumption over a period of 10 years were analyzed and expert views were collected. Results indicated that although the Act in its early years of implementation led to reduced consumption and a shift was observed in water consumption for different uses, the increasing trend of water consumption was later resumed. It was also found that as reductions in water consumption for different urban uses is directly related to the users’ interests. Water consumption reduction fits the gamma probability density function. Based on the data obtained, water production and supply did not decline during the study period despite the reduction observed by authorized users. It may, therefore, be inferred that illegal connections increased during the study period. Thus, the Act did not seemingly have the impacts, at least as much as expected, on reducing urban water consumption.
    Keywords: Water Consumption, Demand Management, Urban Water Network, Targeted Subsidy Act, Mashhad
بدانید!
  • در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو می‌شود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشته‌های مختلف باشد.
  • همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته می‌توانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال