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

جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه « water distribution networks » در نشریات گروه « فنی و مهندسی »

  • شهرزاد مدنی اصفهانی، جعفر یزدی*

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

    کلید واژگان: نشت یابی, عدم قطعیت, نشت مجهول, الگوریتم تکامل تفاضلی, شبکه های توزیع آب}
    Shahrzad Madani Esfahani, Jafar Yazdi *

    Water supply networks are one of the most important urban infrastructures for supplying water. Considering that currently water wastage is a global concern and on the other hand the demand for water is increasing, this issue has made it necessary to manage the demand and modify the consumption pattern. One of the important components of non-revenue water is leakage in the water supply network, and leak detection is one of the necessary measures to reduce non-revenue water and manage consumption. In this research, an optimization formulation has been developed for the purpose of leak detection in water networks assuming the lack of information on the number of leaks and pressure measurement data, and the search problem has been solved with the differential evolution algorithm. The performance of the developed model has been investigated by defining different scenarios in terms of location, amount and number of leaks. First, the location scenarios were examined in terms of the number and amount of leaks, including one, ten, and twenty leaks at the same time, and then the developed model was implemented for location scenarios with an unknown number of leaks and the uncertainty of nodal needs. The results showed that the success of the model in the case of the certainty of the input data and the existence of a node is 100%, and by considering the hourly changes in the nodal demand and increasing the number of leaks up to ten and twenty leak nodes, the success rate of the model in finding the exact leak points is 95% and 94.5% has been obtained. In the scenarios where the number of leaks was considered unknown, the success of the model to find the number of leaks is 94%. The success of the model in the case of uncertainty of nodal requirements with the number of known leaks reaches 91% with the increase of leaks and 86% with the number of unknown leaks.

    Keywords: Leak Detection, Uncertainty, Unknown Leakage, Differential Evolution Algorithm, Water Distribution Networks}
  • Hamed Mohammadi, Mahnaz Ghaeini-Hessaroeyeh *, Ehsan Fadaei-Kermani
    Leakage is one of the main problems of urban water distribution networks. Leakage control and management can play an important role in increasing network efficiency and reducing water loss. Pressure reduction in water distribution networks is usually done using Pressure reducing valve (PRV), while the energy dissipated from head loss can be recovered to generate hydropower. In this study, the possibility of using pump as turbines (PATs) instead of PRVs in a water distribution network has been investigated. Regarding this purpose, the genetic algorithm is used by MATLAB software, in which the hydraulic model of the water distribution network is carried out in WaterGEMS software. At first, the aim of optimization is to determine the optimum output of PRVs. Then after replacing the PRVs with the PATs, the optimal curve for the PATs can be determined. Results show that the use of PATs to control the pressure is effective, so that compared to the basic model, the leakage rate has decreased by about 33% and the Nodal Pressure Reliability Index (NPRI) has increased by 0.41. Moreover, the nodal pressures have been significantly reduced, and the average pressure of the network decreased by 58%.
    Keywords: Leakage, Water Distribution Networks, Prvs, Pats, Genetic Algorithm}
  • هما معین فر، جعفر یزدی*

    در سال های اخیر، با گسترش شهرسازی و بزرگتر و پیچیده تر شدن شبکه های آبرسانی، نیاز به مصرف انرژی جهت انجام فرآیند تامین و توزیع آب افزایش پیدا کرده است. پمپاژ آب به انرژی زیادی احتیاج دارد که هزینه تامین این انرژی بخش قابل توجهی از هزینه های دوران بهره برداری از شبکه را در بر می گیرد. در این تحقیق، بهره برداری هوشمند از این زیرساخت ها با استفاده از ابزارهای بهینه سازی و مدل های ریاضی مورد توجه قرار گرفته است تا با افزایش راندمان ایستگاه های پمپاژ در مناطق شهری و کاهش هزینه ها مفید واقع شود. هدف اصلی این تحقیق دست یابی به بهترین بازده مصرف انرژی در شبکه های توزیع آب (کاهش مصرف انرژی و هزینه های آن) در حین تامین دیگر اهداف بهره برداری (تامین فشار گرهی و غیره) است. مدل هیدرولیکی شبکه، ایستگاه پمپاژ و تجهیزات کنترلی توسط حل گر هیدرولیکی EPANET شبیه سازی شده است. کوپل حل گر هیدرولیکی با الگوریتم تکامل تفاضلی (DE) به عنوان الگوریتم جستجوی تصادفی برای تنظیم بهینه دور موتور پمپ های شبکه توزیع آب بکار گرفته شده است. تنظیم بهینه دور موتور پمپ ها موضوعی است که در تحقیقات پیشین با در نظر گرفتن سری تاریخی داده های مصرف آب، مورد تحقیق قرار نگرفته است. شبکه توزیع آب شهر حسن آباد تهران برای مطالعه موردی انتخاب و الگوی بهینه دور پمپ ها بصورت یک سیاست بهره برداری استخراج شده است. نتایج نشان می دهد که این رویکرد مصرف انرژی را نسبت به وضعیت موجود شبکه 42/47284 کیلووات-ساعت معادل 6/9 درصد کاهش می دهد. همچنین در ساعت اوج مصرف آب، رویکرد ارایه شده توانسته است میزان انرژی مصرفی را 4/19914 کیلووات-ساعت معادل %3/74 کاهش دهد.

    کلید واژگان: انرژی, بهینه سازی, الگوریتم تکامل تفاضلی, شبکه های توزیع آب, ایستگاه پمپاژ}
    Homa Moeinfar, Jafar Yazdi *
    Introduction

    In recent years, with the expansion of urban planning and the larger and more complex water supply networks, the need for energy consumption to carry out the process of water supply and distribution has increased. On the other hand, the increase in energy costs nowadays, due to the limited resources and power plants that produce electricity, has made it necessary to quota available energy for various purposes and activities. Water pumping requires a lot of energy, which is a significant part of the network's operating cost. In this research, intelligent operation of these infrastructures using optimization tools and mathematical models has been considered to be useful by increasing the efficiency of pumping stations in urban areas and reducing costs. Over the past decade, many studies have proposed various automated systems for optimal planning of pump operation with the aim of saving energy and reducing operating and maintenance costs, but a small number of these studies have investigated the optimization of the rotation speed of the pumps, the parameter that has been investigated in this research. The main purpose of this study is to achieve the best energy efficiency in water distribution networks (reducing energy consumption and its costs) while achieving other operating goals (providing standard limits of node pressure, etc.). Optimum adjustment of pumps rotation speed is a topic that has not been investigated in previous researches by considering the historical series of water consumption data.

    Methodology

    The hydraulic model of the network, pumping station and its control equipment are simulated by EPANET hydraulic solver. Hydraulic solver coupling with differential evolution (DE) algorithm as a random search algorithm is used to adjust the motor speed of water distribution network pumps optimally. In the DE algorithm, a string of numbers with the range [0.5-2], which is the network pump's rotation speed coefficient, is randomly generated. The objective function evaluates these random values to obtain the optimal answer finally. Constraints monitored in the optimization problem are continuity, energy conservation, and minimum node pressure constraints. In the static operating policy developed in this research, the operational variables of the rotational speed of the pumps are in 15-minute time steps for one day. The DE algorithm optimizes the rotational speed values for one day in 15-minute time steps, and then the optimal pattern is applied uniformly for all days. Hassanabad water distribution network in Tehran has been selected for a case study, and the optimal pumps speed pattern has been extracted as an operation policy.

    Results and Discussion

    We received water demands of the entire network for 219 days in 15-minute time steps as the initial research data. The amount of energy consumed by the pumps for these 219 days in the current state of the network is equal to 491496.97 kWh. In the current state, the pumps rotate at a constant speed of 1450 rpm. According to the number of decision variables in this issue (192 variables), the initial population is equal to 400, and the number of iterations of the optimization algorithm is defined as 100. The completion condition of the optimization process is completing 100 iterations. After optimizing and determining the optimal rotation pattern of the pumps, by statically considering this optimal pattern for these 219 days and simulating the network by EPANET software, the energy consumption of the pumps for these 219 days was obtained to be 444212.54 kWh. This optimization-simulation process took about 27 days on a system with "8 core, 2.3 GHz" CPU and "10 GB" RAM. The obtained model shows a significant saving in energy consumption compared to the current state of the network while determining this optimal model by the operator through work experience alone is practically impossible. The obtained energy savings show the efficiency and proper performance of the proposed approach.

    Conclusion

    In this research, an optimization-simulation model was presented to determine how to adjust the speed of variable speed pumps in water distribution networks with the aim of minimizing energy consumption. The conclusion obtained from the comparison of the results of the optimal model developed for the water distribution network of Hassanabad town using the differential evolution algorithm against the current state of the network indicates that the approach adopted in this study has reduced energy consumption by 47284.42 kilowatt-hours equivalent to 9.6%. Also, in the peak hour of water consumption, the presented approach has been able to reduce the energy consumption by 19914.4 kilowatt-hours, equivalent to 74.3%. This is an important advantage over traditional methods and can be effective in saving energy. The main advantage of this operation approach is simplicity, comprehensibility for the operator and its operationality. In addition to this advantage, perhaps the most important limitation of this method is the lack of consideration of special events and possible accidental conditions in the network and non-compliance with it in the way of operation.

    Keywords: Energy, optimization, differential evolution (DE) algorithm, water distribution networks, Pump station}
  • 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}
  • جواد وجاهت*، شادی صراف

    ارزیابی وضعیت کارایی شبکه توزیع آب یکی از مسایل مهم و چالش برانگیز کاربران این حوزه است. در پژوهش حاضر پس از تعریف شاخص تاب آوری شبکهمیزان این پارامتر در حالت های اتصال مخازن به یکدیگر و عدم اتصال آن ها به هم و تاثیر هر یک از حالات در نحوه آب رسانی به مشترکین موردبررسی قرارگرفته است. در این تحقیق نسبت به تهیه مدل هیدرولیکی شبکه توزیع آب محدوده 6 مخزن هم جوار با استفاده از نرم افزار WaterGEMS اقدام شد. مدل هیدرولیکی در ساعت حداکثر مصرف در حالت های اتصال مخازن به یکدیگر و در حالت عدم اتصال مخازن به یکدیگر اجرا و شرایط هیدرولیکی محدوده هر یک از مخازن به صورت نقشه فشار و در نمودارهای مربوطه ارایه گردید. همچنین از قابلیت های نرم افزار WaterGEMS برای تعیین درصد نحوه تاثیرگذاری مخازن در محدوده تحت پوشش آن ها و اینکه مخازن متصل به شبکه توزیع آب یک محدوده خاص کمک می نماید یا خیر استفاده گردید. نتایج نشان داد که یکپارچه سازی هیدرولیکی محدوده مخازن هم جوار تاثیر مثبتی در بهبود تاب آوری شبکه توزیع دارد. همچنین به دلیل تدقیق الگوی مصرف مخازن در حالت اتصال مخازن به یکدیگر دقت مدل هیدرولیکی تهیه شده بیشتر هست. بررسی تاثیر به هم پیوستگی هیدرولیکی منجر به ارتقای واسنجی مدل هیدرولیکی گردید.

    کلید واژگان: شبکه های توزیع آب, شاخص تاب آوری, مدل هیدرولیکی, نرم افزار WaterGems}
    Javad Vejahat *, Shadi Saraf
    Introduction

    An interesting procedure to evaluate the system management policies, including water distribution networks, is to use performance indicators, referring to parameters governing the system performance, including field monitoring, how it works, operation status (Kliseh et al., 2018). In general, two indicators of reliability and resilience are considered in the operation of the water distribution network in urban and rural areas. Hydraulic reliability refers to the continuous supply of a certain amount of water with the required pressures at the desired time and place (Mazaherizadeh et al., 2019) and resilience as the ability of a system or community to survive, absorb and adapt to risk and to protect yourself from the effects of hazards is defined as quickly and efficiently as possible (UNISDR, 2018).Resilience index has been applied to assess the hydraulic needs of the network (Pandit et al., 2012), to evaluate the urban water network infrastructure against earthquakes (Alavi et al., 2018), to optimize the network Water distribution (Reca et al., 2017; Mazaherizadeh et al., 2019), and simultaneous pipe failure assumptions (Gheisi and Naser, 2014; Atashi et al., 2020).In this study, the efficiency of the distribution network in the case of integrating several reservoirs and discrete was investigated and compared using the Resilience index. The distribution network was analyzed based on two scenarios: 1) sufficient flow in the network and 2) essential reversibility of the system.

    Material and Methods

    The water distribution network of Surat, India, with a resilience index of 0.396, can supply water to only 56% of its population (Popawala & Shah, 2011). The area covered by six reservoirs (‎Fig. 1) was selected to evaluate the city's water distribution network. The resilience index of the distribution network was calculated for both cases of the connected and discrete reservoirs. In the current situation, the reservoirs are connected through transmission lines, and the maximum water level of all reservoirs is the same. ‎Fig. 2 shows the hourly fluctuations of consumption patterns.WaterGEMS software, an upgraded version of WaterCAD software, was used for modeling. This software evaluates the water supply network based on hydraulic conditions and examines the pressure and flow velocity at the node points. This software has more flexibility than other software and also provides the possibility of interacting with other software.To build the model, first, the physic of the distribution network was simulated and the nodal elevations and consumption amounts were allocated. According to the reservoir output pattern and maximum daily and hourly coefficient, consumer consumption pattern was calculated based on the output flow analysis and assigned to the nodes related to each reservoir. Finally, the hydraulic model of the grid was dynamically fabricated for maximum daily consumption, and calibrated for points with very high or shallow pressures over four months at different time intervals.

    Results and Discussion

    ‎Fig. 3 shows the outlet pressure ranges of the hydraulic model. In the case of maximum consumption, it changes from 26 to 60 meters in most cases in the current situation. Ten percent of water distribution network nodes in the study area have pressures below 26 meters and more than 60 meters. The most important reason for the equilibrium pressure of the site is the reservoirs connection and the integrity of the water distribution network system throughout the area under study. Also, a minimal number of nodes in the minimum consumption state have pressure above 60 meters affected by night patterns for pressure breakers in the study area.‎Table 2 shows the pressure in the water distribution network in the state of maximum consumption in integrated and discrete tanks. The rate of nodes with hydraulic pressure in the defined range in the case of connected tanks is higher than that of unconnected tanks.‎Table 3 represents the network resilience index (SI), the number of points outside the desired pressure range (26 to 60 meters of water pressure) during peak hours and minimum consumption, and the ratio of this number of points to all points. The resilience index of the network in the state of integrated reservoirs (0.87) is higher than the state of non-interconnection (0.79) because happening a failure, the interconnected reservoirs help adjacent areas in the matter of water supply. In general, the status of the network is considered acceptable.

    Conclusion

    A continuous and separate hydraulic model of the study water distribution network was prepared. The results show that the integration of adjacent reservoirs has a positive effect on improving the resilience of the distribution network; in other words, at different times of the day and night, depending on the volume of the tank and the consumption pattern of the connected tanks, it helps to supply water to the adjacent related areas. Due to the complexity of connecting distribution network lines in neighboring regions and the change of consumption pattern at different hours, the degree of dependence of nodes to the relevant reservoir varies during the day and night.

    Keywords: water distribution networks, Hydraulic Model, resilience index, WaterGEMS software}
  • 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}
  • 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}
  • علی نصیریان*، مهدی ملازاده، علی ولوی
    زبری لوله ها در شبکه های توزیع آب به دلیل وجود اتصالات، نحوه نصب و پیچ و خم های ایجاد شده، با مقدار آزمایشگاهی متفاوت است. گذشت زمان و فرسوده شدن لوله ها و رسوب گیری نیز از عوامل موثر بر زبری هستند. ازاین رو باید در زمان مدل سازی شبکه، زبری لوله ها کالیبره شود. در این پژوهش، به منظور کالیبراسیون زبری، یک روش بهینه یابی جدید با نام روش تحلیل حساسیت، معرفی شد. در این روش ابتدا گروه بندی لوله ها بر اساس جنس و قطر لوله ها انجام می شود. سپس با استفاده از تحلیل حساسیت مشخص می شود که تاثیر تغییر زبری گروه های مختلف بر روی فشارهای گره ای چه مقدار است. در ادامه، کالیبراسیون زبری به ترتیب اهمیت گروه ها انجام می شود. این روش بر روی یک شبکه واقعی با تغییرات فرضی بررسی شد. به منظور مقایسه کارایی این روش، جواب های به دست آمده با نتایج به دست آمده از ابزار کالیبراسیون نرم افزار WaterGEMS مقایسه شد. برازندگی به دست آمده از روش این پژوهش با 110 تکرار و خروجی نرم افزار WaterGEMS با 2000 تکرار در شبکه بررسی شده به ترتیب 02/0 و 15/1 سانتی متر است. نتایج به دست آمده، توانایی زیاد روش مورد استفاده در کالیبراسیون زبری شبکه لوله ها را نشان می دهد.
    کلید واژگان: کالیبراسیون, فشارهای گره ای, شبکه های توزیع آب, زبری لوله ها, بهینه سازی}
    Ali Nasirian *, Mahdi Mollazadeh, Ali Valavi
    The friction factor of pipes in water distribution networks is different from the laboratory values due to the connections, installation method and created bights. Passing of time, erosion and sedimentation in pipes are also factors affecting roughness. Therefore, the roughness of pipes should be calibrated during network modeling. In this research, a new optimization method, called sensitivity analysis method was introduced for roughness calibration. In this method, first the pipes are grouped based on the material and diameter of pipes. Then, using sensitivity analysis it is determined what the effect of changing the roughness of different groups on node pressures is. In the following, roughness calibration is performed according to the importance of the groups respectively. This method was investigated on a real network with assumed changes. In order to compare the efficiency of the present method, the results obtained were compared with the results obtained from the calibration tool of WaterGEMS software. Fitness that is obtained by present study method and output of WaterGEMS in studied network are 0.02 and 8.11 centimeters, respectively. Obtained results show the high ability of this method in pipes network roughness calibration.
    Keywords: Calibration, Nodal Pressures, water distribution networks, Pipes Roughness, optimization}
  • سجاد خلیلی، مسعود تابش*، الهام قائمی

    آلوده شدن آب آشامیدنی به عنوان یک تهدید برای امنیت آب در سراسر جهان شناخته می شود. در شبکه های توزیع آب، آلودگی پس از ورود به شبکه به سرعت گسترش یافته و خطرات بهداشتی و جانی برای جامعه ایجاد می کند. با استفاده از مجموعه ای از حسگرها که غلظت کلر یا هر ماده شیمیایی دیگر را گزارش دهند، می توان مشاهدات مفیدی برای تشخیص، شناسایی و مدیریت آلودگی ارایه داد. از جمله بر اساس این مشاهدات می‎توان محل، زمان و غلظت آلودگی ورودی به شبکه را تعیین و به تصمیم گیرندگان اعلام کرد. در این پژوهش برای حل مسئله تعیین مشخصات منبع آلودگی، از یک رویکرد شبیه سازی-بهینه سازی استفاده می شود که در آن نرم افزار شبیه سازی شبکه های آب تحت فشار EPANET به عنوان شبیه ساز و الگوریتم ژنتیک به عنوان بهینه ساز به کار رفته است. مدل توسعه یافته در این پژوهش، بر روی EPANET Example 3 اجرا شد. در مدل سازی شبکه های توزیع آب از اطلاعاتی به عنوان داده های ورودی استفاده شد که می توانند سبب بروز خطا در شبیه سازی مدل شوند. زبری لوله ها و نرخ زوال کلر ازجمله این ورودی ها هستند. مدل برای پیدا کردن مکان، زمان و غلظت آلودگی ورودی اجرا شده و تاثیر زبری لوله ها و نرخ زوال کلر بر جواب های مدل بررسی شده است. سناریوی ورود آلودگی بر روی شبکه اعمال شده و مدل ارایه شده در پیدا کردن مکان و زمان آلودگی کاملا دقیق است. با افزایش متغیرها، مدل مکان و زمان ورود آلودگی را به درستی ارزیابی کرده، اما در ارزیابی غلظت آلودگی دقت کامل را ندارد و غلظت آلودگی با انحراف از معیار 1/8%-8/4%=σ محاسبه می شود.

    کلید واژگان: آلودگی, شبکه های توزیع آب, الگوریتم ژنتیک, تحلیل هیدرولیکی, زبری لوله ها, نرخ زوال کلر}
    Sajad Khalili, Massoud Tabesh *, Elham Ghaemi

    Contamination of drinking water is known as a major threat of water security around the world. As contamination enters a water distribution network, it spreads rapidly into the network and poses health and safety risks to the community. Using a set of sensors to report the concentration of chlorine or any other chemical, useful observations can be made to detect, identify and manage pollution. Based on these observations, location, concentration and start time of contamination can be determined and decision makers can be informed. In this paper, a simulation-optimization approach is used to solve the problem of contamination source characterization in which the EPANET software is used as a simulator and the Genetic Algorithm is used as an optimizer. The model developed in this paper is implemented on EPANET example 3. Modeling of water distribution networks uses information as input data which can cause error in model simulation. Pipe roughness and chlorine deterioration rate are among these inputs. The model has been implemented to find the location, start time and concentration of inlet pollution and the effect of pipe roughness and chlorine deterioration rate on the model responses have been investigated. The pollution entry scenario is applied to the network and the model presented is accurate in finding the location and time of the contamination. As the variables increase, the model accurately estimates the location and time of entry of the contamination but does not have complete accuracy in estimating the concentration of contamination, which is calculated with standard deviation of σ = 4.8% -8.1%.

    Keywords: Contamination, water distribution networks, Genetic Algorithm, Hydraulic Simulation Method, Pipe Roughness, Chlorine Deterioration Rate}
  • محمدعلی گرانمهر*، محمد یوسفی خرایم
    ورود آلودگی به شبکه های توزیع آب، یکی از خطرناک ترین حوادث محتمل است که می تواند به صورت تصادفی یا عمدی باشد. با توجه به جریان آب در شبکه، این آلودگی به نقاط مختلف منتقل می شود و سلامت مردم را به خطر می اندازد. در این راستا، نصب حسگرهای کیفی یکی از موثرترین راهکارهاست. با تشخیص آلودگی توسط این حسگرها و اعمال سیاست های مناسب پس از آن، خسارت ناشی از مصرف آب آلوده کاهش می یابد. در این پژوهش، یک مدل بهینه ساز برای جانمایی بهینه محل حسگرهای کیفی ارایه شد. به این منظور، با توجه به عدم قطعیت مربوط به محل ورود آلودگی و گام زمانی ورود آن، پارامتری با عنوان «بیشترین خسارت محتمل» معرفی شد. برای محاسبه این پارامتر، ابتدا ماتریس های خسارت برای همه مقادیر محتمل محل و گام زمانی ورود آلودگی و به کمک شبیه ساز EPANET محاسبه شدند. در ادامه این ماتریس ها در مدل بهینه ساز استفاده شده و طرح جانمایی حسگرها با هدف حداقل سازی بیشترین خسارت محتمل ارایه شد. در این پژوهش از الگوریتم ژنتیک برای بهینه سازی استفاده شد. نتایج تحلیل یک شبکه نمونه به عنوان مورد مطالعاتی نشان داد جانمایی بهینه حسگر(های) کیفی بر اساس روش ارایه شده، تا حد زیادی توانست خسارت ناشی از ورود آلودگی به شبکه را کاهش دهد. به عنوان نمونه مشاهده شد که اضافه کردن فقط یک یا دو حسگر کیفی در محل های بهینه، می تواند خسارت ناشی از آلوده شدن آب را به ترتیب تا 56 و 78 درصد کاهش دهد.
    کلید واژگان: شبکه های توزیع آب, حسگر کیفی, آلودگی, بهینه سازی, عدم قطعیت}
    Mohammadali Geranmehr *, Mohammad Yousefi-Khoraem
    Contamination of a water distribution network (WDN) is one of the most dangerous events which may occur in accidental or deliberate conditions. The contamination spreads across the network based on the water flow and, as a result, has negative consequences on public health. In this regard, one of the most effective strategies is to install quality sensors. These sensors could reduce the damage due to detecting the contamination and applying appropriate policies. In this study, an optimization approach for quality sensor placement is presented. In this model, based on spatial and temporal uncertainty of input contaminant, a new parameter called maximum possible damage is introduced. Using EPANET as a hydraulic and quality simulator, the damage matrices are calculated for all possible values of temporal and spatial input contamination. In the following, these matrices are used in an optimization model in order to calculate the maximum possible damage. The genetic algorithm is implemented here to solve the problem.  The presented method is investigated on a case study network, and results show that this method could find the optimal sensor placement and reduce the damage caused by contamination. As an example, it can be seen that installing one or two sensors could reduce the contaminated water damage by 56% and 78%, respectively.
    Keywords: water distribution networks, Quality Sensor, Contamination, optimization, Uncertainty}
  • اکبر شیرزاد*، محرم حیدرزاده، میرعلی محمدی

    قابلیت اطمینان یکی از پارامترهای مهم در فرایند طراحی و بهره‎ برداری از شبکه‎های توزیع آب است. شاخص قابلیت اطمینان به توانایی شبکه توزیع آب در تامین آب با کیفیت استاندارد، به مقدار کافی و در محدوده فشار مناسب برای مصرف‎کنندگان تحت شرایط بهره‎ برداری نرمال و غیر‎نرمال اطلاق می‎شود. اگر چه شاخص‎های زیادی توسط محققین مختلف برای ارزیابی قابلیت اطمینان شبکه‎های توزیع آب ارایه شده است، اما تاکنون این موضوع در طراحی و بهره‎برداری از شبکه‎های واقعی توزیع آب توسط شرکت‎های مهندسین مشاور و شرکت‎های آب و فاضلاب مورد توجه قرار نگرفته است. در این پژوهش پس از تهیه مدل هیدرولیکی کالیبره شده برای شبکه توزیع آب شهر اشنویه واقع در استان آذربایجان‎غربی، اقدام به ارزیابی قابلیت اطمینان شبکه مذکور شد. بر اساس نتایج به‎دست آمده مقدار متوسط شاخص‎ قابلیت اطمینان شبکه توزیع آب شهر اشنویه در طول شبانه‎روز برابر با 3/38 بود که به معنی وضعیت بهره‎برداری پرتنش است. بررسی دلایل پایین بودن قابلیت اطمینان منجر به شناسایی نقاط ضعف و نارسایی این شبکه شد که از جمله آن‎ها‎ می‎توان به قطر نامناسب برخی لوله‎ها، ضعف و نارسایی در اجرای برنامه مدیریت فشار، وضعیت نامناسب بخش حلقوی شبکه و مقدار بالای نشت از شبکه (حدود 52 لیتر در ثانیه) اشاره نمود. ارتقای قابلیت اطمینان شبکه توزیع آب مورد مطالعه مستلزم اجرای برنامه‎های اصلاح و نوسازی شبکه بر اساس پیشنهادات ارایه شده در این مقاله خواهد بود. نتایج این پژوهش نشان داد که با ارزیابی قابلیت اطمینان شبکه‎های توزیع آب می‎توان نقاط ضعف موجود را شناسایی نموده و نسبت به ارتقاء سطح سرویس‎دهی آن‎‎ها و افزایش رضایت‎مندی مشترکین اقدام نمود.

    کلید واژگان: آب, مدل هیدرولیکی, کالیبراسیون, قابلیت اطمینان, نرم‎افزار .WaterGEMS}
    Akbar Shirzad *, Moharram Heidarzadeh, Mirali Mohammadi

    Reliability is one of the important parameters in the process of design and operation of water distribution networks. Reliability index refers to the ability of the water distribution network to supply water with standard quality, sufficient quantity and within the appropriate pressure range for consumers under normal and abnormal operating conditions. Although many indicators have been provided by various researchers to evaluate the reliability of water distribution networks, so far this issue has not been taken into consideration by consulting engineers and water and wastewater companies in the design and operation of real water distribution networks. In this study, after preparing a calibrated hydraulic model for water distribution network of Oshnaviyeh city in West Azarbaijan province, the reliability of the mentioned network was evaluated. According to the results, the average reliability index of the water distribution network of Oshnaviyeh city during the day is 38.3, which means stressful operating condition. Examination of the reasons for the low reliability led to the identification of weaknesses of this network such as inappropriate diameter of some pipes, weakness in implementing pressure management program, inappropriate status of pipe loops and high amount of leakage (about 52 l/s). Improving the reliability of the studied water distribution network requires the implementation of rehabilitation and renovation programs based on the suggestions proposed in this paper. The results of this study showed that by evaluating the reliability of water distribution networks, existing weaknesses would be identified and their serviceability level would be improved and customer satisfaction would be increased.

    Keywords: water distribution networks, Hydraulic Model, Calibration, Reliability, WaterGEMS software}
  • R. Rajabpour, N. Talebbeydokhti *, Gh.R. Rakhshandehroo
    Meta-heuristic methods have been widely used for solving complex problems recently. Among these methods, JPSO is regarded as a promising algorithm. However, in order to achieve more robust performance, the probability to solve the graph-based problems is modified by changing the jumping nature of this algorithm and a new algorithm called G-JPSO is presented which is evaluated by solving Fletcher-Powell function and optimal control of pumps in water distribution network problems. In addition to reduction of electricity cost and the problem limitations such as minimum required pressure in each node, minimum and maximum height of tanks, should also be considered. Moreover, another limitation was performed on the objective function which includes the maximum times of turning the pumps on and off. In order to determine the pumps optimal operation, an optimization-simulation model based on the optimization algorithms G-JPSO and JPSO is developed. This proposed model is used for determination of optimal operation program of Van Zyl distribution network. The comparison carried out between the results of our proposed algorithm and those of the similar algorithms including ant colony, genetic and JPSO shows the high ability of the presented algorithm in finding solutions near the optimal solutions with reasonable computation costs.
    Keywords: optimization, pumping station, operation, water distribution networks, G-JPSO}
  • 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}
  • مسعود تابش*، مژگان عسکرزاده، اکبر شیرزاد
    شبکه های توزیع آب زیرساخت های پیچیده ای هستند که ساخت، بهره برداری و نگهداری از آنها نیازمند صرف هزینه های قابل توجهی است. از آن جایی که اکثر متغیرهای موثر در طراحی و بهره برداری از شبکه های توزیع آب به طور دقیق و قطعی قابل محاسبه و دست یابی نیستند، لذا بحث عدم قطعیت به عنوان یک موضوع جدا نشدنی در زمینه محاسبات این شبکه ها نیز باید مد نظر قرار گیرد. در این پژوهش با استفاده از مفهوم منطق فازی و به کارگیری الگوریتم بهینه سازی ژنتیک، تاثیر عدم قطعیت های موجود در متغیرهای ورودی شبکه (تقاضای گرهی و ضریب زبری لوله) بر نتایج تحلیل هیدرولیکی دو شبکه توزیع آب نمونه بررسی شد. در ابتدا توابع عضویت فازی متغیرهای ورودی به دست آمد و با منظور نمودن تاثیر توام عدم قطعیت این متغیر ها، متغیرهای خروجی تحلیل هیدرولیکی با دقت بیشتری محاسبه شد. در ادامه متغیرهای فشار، سرعت و افت انرژی به عنوان نشانگرهایی برای ارزیابی عملکرد هیدرولیکی اجزای شبکه (گره های مصرف و لوله ها) در نظر گرفته شد. به منظور محاسبه شاخص عملکرد هیدرولیکی این اجزا، پس از تحلیل هیدرولیکی شبکه با استفاده از مدل تحلیل هیدرولیکی مبتنی بر فشار، از منحنی های جریمه تعریف شده مطابق با استانداردهای موجود، استفاده شد و نتایج با خروجی های تحلیل هیدرولیکی مبتنی بر تقاضا مقایسه شد. به علاوه معادله جدیدی برای تلفیق عملکرد اجزای شبکه و به دست آوردن شاخصی برای ارزیابی عملکرد کل لوله و محاسبه اندیس عملکرد هیدرولیکی کل شبکه معرفی شد. طبق نتایج حاصل، مقادیر عدم قطعیت جزئی در متغیرهای ورودی تحلیل هیدرولیکی، عدم قطعیت بالایی در نتایج تحلیل هیدرولیکی شبکه های توزیع آب به دنبال داشت. البته متغیر سرعت جریان در لوله ها بیشتر از متغیر فشار گرهی تحت تاثیر عدم قطعیت موجود در متغیرهای ورودی تحلیل هیدرولیکی قرار می گیرد. همچنین استفاده از روش تحلیل مبتنی بر فشار در ارزیابی عملکرد هیدرولیکی شبکه های توزیع آب در طول دوره بهره برداری منجر به نتایج منطقی تر و نزدیک تر به واقعیت می شود.به طور مثال شاخص عملکرد کل شبکه برای شبکه 9 حلقه ای برابر 56/0 و برای شبکه دو حلقه ای هم براساس روش های تحلیل هیدرولیکی مبتنی بر تقاضا و مبتنی بر فشار به ترتیب برابر 26/0 و 59/0 به دست آمد.
    کلید واژگان: شبکه های توزیع آب, تحلیل هیدرولیکی مبتنی بر فشار, ارزیابی عملکرد, عدم قطعیت, منطق فازی, الگوریتم ژنتیک}
    Massoud Tabesh *, Mozhgan Askarzadeh, Akbar Shirzad
    Water distribution networks (WDNs) are complicated infrastructures which their construction, operation and maintenance have considerable costs. Since most of the variables effective on the design and operation of WDNs cannot be computed and achieved accurately and definitely, uncertainty subject should be considered as an inseparable issue in the calculation of these networks. In this study, using the fuzzy logic concept and genetic optimization algorithm, the impact of uncertainties of input variables (nodal demands and pipe roughness coefficients) on the results of hydraulic analysis of two sample networks have been examined. In this regard, first, the fuzzy membership functions of input variables have been determined and by considering the simultaneous impacts of these variables' uncertainties, the output variables of hydraulic analysis have been calculated more accurately. Afterwards, variables of pressure, velocity and energy loss have been considered as representers for evaluating the hydraulic performance of network elements (nodal demand and pipes). In order to calculate the hydraulic performance indices of these elements, after analyzing the network based on the pressure driven simulation method, penalty curves defined according to the available standards, have been employed and the obtained results have been compared to the results of the demand driven simulation method. In addition, a new relation for combining the performance indices of network elements and obtaining an index for evaluating the total pipe performance and calculating the total hydraulic performance index of network has been introduced. According to the obtained results, slight uncertainties in the input variables of hydraulic analysis lead to high uncertainties in the outputs of the hydraulic analysis of WDNs. Meanwhile, velocity in pipes more than nodal pressures are affected by the uncertainties of input variables of hydraulic analysis. Also, implementing the pressure driven simulation method in performance evaluation of WDNs in their operation period leads to more reasonable and real results. For instance the total performance of network was 0.56 for 9-loop network and was 0.26 and 0.59 for 2-loop network, respectively, based on demand and pressure driven simulation methods.
    Keywords: water distribution networks, Pressure Driven Simulation Method, Performance Evaluation, Uncertainty, Fuzzy logic, Genetic Algorithm}
  • هانیه مهدی پور رابری *، مسعودرضا حسامی کرمانی

    در پژوهش حاضر با استفاده از فرایند تحلیل سلسله مراتبی (A H P) و فرایند تحلیل سلسله مراتبی فازی (F A H P) با هدف کمینه ساختن هزینه و بیشینه سازی 3 شاخص قابلیت اطمینان، شامل: شاخص انعطاف پذیری ($I_n$) ، مجموع هدهای مازاد گره یی ($I_t$) و کمینه ی هد مازاد در گره ها ($I_m$) ، روش جدیدی برای انتخاب طراحی بهینه با مقایسه ی الگوریتم های مختلف بهینه سازی شبکه های توزیع آب پیشنهاد شده است. الگوریتم های مذکور، شامل: الگوریتم ژنتیک، جفت گیری زنبورعسل، جامعه ی مورچگان، الگوریتم های بهینه سازی ترکیبی، جست وجوی تابو، الگوریتم ژنتیک متصل به برنامه ریزی خطی، الگوریتم ازدحام ذرات ترکیبی، تکامل میراث ژنتیکی، انتقال حالت، و توپولوژی درخت بازساختگی است. نتایج نشان می دهند که الگوریتم ژنتیک ($\o m e g a=10. 9031$) ، معیار هزینه و 3 شاخص قابلیت اطمینان را با هر دو روش مقایسه یی A H P و F A H P بهتر از دیگر الگوریتم ها ارضا می کند و الگوریتم هایی که فشار گره یی کمتر از کمینه ی فشار گره یی در آن ها به دست می آید، آخرین رتبه ها را کسب می کنند.

    کلید واژگان: شبکه های توزیع آب, بهینه سازی, فرایند تحلیل سلسله مراتبی فازی, هزینه و قابلیت اعتمادپذیری}
    H. Mehdipour Raberi *, M.R. Hessami

    Water distribution networks are one of the main infrastructuresof a country. Because of high costs of designand construction, minimizing the cost as a matter ofscienti c research is important. Minimizing the costshould be associated with achieving the required pressureat any point,reliability of the network. So,the integrated urban water management can be consideredas a multi-objective problem. This research proposeda new method for the optimal design by comparingdi erent algorithms to optimize water distributionnetworks as a multi-objective problem using AnalyticHierarchy Process (AHP),Fuzzy Analytical HierarchyProcess (FAHP) in order to minimize the costsand maximize the three indicators of reliability indexincludes resiliency index (In), total surplus head index(It),the minimum surplus head index (Im). Thesealgorithms include genetic algorithm (GA), Honeybeemating optimization (HBMO), ant colony optimization(ACO), combinatorial optimization algorithm (AOC),Tabu search (TS), genetic algorithm linked with linearprogramming (GA-ILP), particle swarm optimization(PSO), state transition algorithm (STA),mockopen tree topology.AHP is the multi attribute decision method, which usespairwise comparisons with numerical judgments. Whencomparing two elements, the uncertain numerical ratiois expressed in a fuzzy manner rather than an exact one.Fuzzy AHP was introduced to capture the 'fuzziness' orthe vagueness,uncertainty in the evaluation of alternatives.So the factor's weights were calculated usingboth AHP,FAHP methods.To evaluate the performance,eciency of the proposedmodel, Hanoi water distribution network was chosenas a case study. Results show that Genetic algorithm(!, 10.9031) satis es cost,the three indicators ofreliability criteria with both compared methods of AHPand FAHP are better than other algorithms,the lastranks belong to algorithms in which at least one nodewith pressure is less than that with the minimum allowablepressure.

    Keywords: Water Distribution Networks, Optimization, Fuzzy Analytic Hierarchy Process, Cost, Reliability}
  • همایون مطیعی *، سونیا قاسم نژاد
    شکست لوله ها در شبکه های توزیع آب شهری، باعث نشت جریان از شبکه شده و نه تنها باعث هدر رفت مقادیر قابل توجهی از آب تصفیه شده می گردد، بلکه سبب اتلاف سرمایه های مادی نیز می شود. از مهم ترین متغیر های تاثیر گذار در شکست لوله ها جنس، سن ، طول ، قطر و فشار هیدرولیکی لوله ها نام برده می شود . در این مقاله، از چهار روش آماری، جهت تحلیل این متغیر ها در شکست لوله ها استفاده شده است که هدف یافتن معادلات لازم برای تخمین احتمال شکست لوله‏ ها در آینده و تعیین پارامترهایی است که بیشترین تاثیر را احتمال شکست دارند. این چهار مدل رگرسیونی آماری عبارتند از : مدل رگرسیون خطی، مدل رگرسیون نمایی، مدل رگرسیون پواسون و مدل رگرسیون لجستیک. به منظور ارزیابی روش های ارائه شده از داده های جمع آوری شده حوادث لوله ها در شبکه توزیع آب ناحیه ی 1 از منطقه ی 1 آب و فاضلاب شهر تهران با تعداد مشترکین بیش از 48500 و طول کل لوله های582702 و متشکل از لوله هایی با جنس و قطر های مختلف ، استفاده گردید و نتایج نشان دادند که از میان مدل های آماری بررسی شده، مدل رگرسیون لجستیک عملکرد بهتر داشته و با احتمال بالاتری می تواند حوادث آینده را پیش بینی کند.
    کلید واژگان: شبکه های آب شهری, مدل رگرسیون, شکست لوله, نشت, حوادث و اتفاقات}
    Homayoun Motiee *, Sonay Ghasem Najad
    Pipes failure events in the water distribution networks provide leakage of water. Failures cause the loss of significant fresh water and investments losses. The most important parameters are: material, age, length, diameter and hydraulic pressure. In this paper four statistical methods have used for analyzing pipe incidents, with the goal of estimation of failure probability in future, with finding the most influences parameters in the incidents. The statistical regression models using in this research are linear regression model, exponential regression model, Poisson regression model , and Logistic regression model . For evaluation of the models, the data of a pilot in the first district of the Tehran’s Water and Wastewater Company with more than 48500 consumers, total pipe length of 582702 meter, different materials and diameters were used. The results demonstrated that the logistic model has a better performance than others to predict the future events with a higher probability.
    Keywords: Water distribution networks, regression model, pipe breakage, Leakage, events}
  • جواد کرمی *، علیرضا مقدم، علیرضا فرید حسینی، حسین ثنایی نژاد، علی نقی ضیایی
    امروزه در شبکه های توزیع آب شهری علاوه بر انجام طراحی بهینه هیدرولیکی، بهینه سازی مصرف انرژی در ایستگاه های پمپاژ در راس الزامات محققان قرار گرفته است. با توجه به اینکه هزینه های انرژی سهم بالایی از هزینه بهره برداری از شبکه را شامل می شود، در این پژوهش به کمک ابزار Darwin Scheduler در نرم افزار WaterGEMS V8i نسبت به بهینه سازی با هدف کمینه کردن هزینه انرژی مصرفی روزانه یک ایستگاه پمپاژ شامل پنج عدد پمپ موازی در یک شبکه توزیع آب شهری، به کمک الگوریتم ژنتیک ساده (SGA) و الگوریتم ژنتیک با آشفتگی سریع(FMGA) اقدام شده است. قیود هیدرولیکی شامل حداقل و حداکثر فشار در هر گره، سرعت حداکثری در هر لوله و تعداد دفعات خاموش و روشن شدن اقتصادی پمپ ها می باشد که در نتیجه کاهش هزینه های انرژی با استفاده از الگوریتم های SGA و FMGA به ترتیب به میزان 15 و 10 درصد با اعمال تعرفه برق مصوب، نسبت به عملکرد پمپ ها بدون اعمال بهینه سازی حاصل گردید.
    کلید واژگان: شبکه های توزیع آب, بهینه سازی, الگوریتم ژنتیک, داروین اسکجولر}
    Javad Karami *, Alireza Moghadam, Alireza Farid Hoseini, Hosein Sanie Nejad, Ali Naghi Ziyaee
    Todays, in addition to the optimal hydraulic design of water distribution networks, the optimization of energy consumption in pumping station is more important for researchers. Due to the energy costs include the major part of operation cost at a water network, in this paper study the optimization of daily energy cost of pumping station with five parallel pumps, using by Darwing scheduler module at WaterGEMS V8i software based on Simple Genetic Algorithm (SGA) and Fast Messy Genetic Algorithm (FMGA). The hydraulic constraints include the minimum pressure and maximum pressure of junctions, maximum velocity of pipes and maximum number of economic off and on of pumps. The results showed that the energy costs reduced 15 and 10 percent using by Simple Genetic Algorithm (SGA) and Fast Messy Genetic Algorithm (FMGA), respectively, with regard to electricity tariffs in To optimize the performance was achieved without pumps.so we achive 10 and15persent reduce energy cost.
    Keywords: water distribution networks, Optimization, genetics algorithm, Darwin Scheduler}
  • نادیا بابایی*، مسعود تابش، سارا نظیف
    امروزه ارتقای کیفیت و اطمینان پذیری شبکه های توزیع آب با در نظر گرفتن محدودیت های اقتصادی در راستای تضمین بهره برداری بهینه از آنها، امری مهم تلقی می شود. به این منظور در این تحقیق برای تامین اهداف حداقل نمودن هزینه کلرزنی و حداکثر نمودن قابلیت اطمینان کیفیت آب در شبکه های توزیع، بهینه سازی دوهدفه عملکرد این شبکه ها با استفاده از الگوریتم جامعه مورچگان بررسی شد. با منظور نمودن حالات مختلف، تاثیر ثابت یا متغیر بودن نحوه تزریق کلر و وضعیت دور پمپ با در نظر گرفتن انواع روش های تحلیل هیدرولیکی مبتنی بر تقاضا (DDSM) و مبتنی بر فشار (HDSM)، مورد بحث واقع شد. نتایج بررسی نشان داد که استفاده از پمپ دور متغیر و نرخ متغیر تزریق کلر در مقایسه با حالت ثابت آنها منجر به کاهش هزینه کلرزنی و تامین قابلیت اطمینان کیفی در حد قابل قبول بدون نیاز به بوستر پمپ می شود. همچنین نتایج مقایسه کاربرد انواع روش تحلیل هیدرولیکی نشان می دهد که استفاده از روش تحلیل مبتنی بر فشار، کاهش هزینه کلرزنی و افزایش قابلیت اطمینان کیفی را به دنبال خواهد داشت.
    کلید واژگان: شبکه های توزیع آب, بهره برداری بهینه, الگوریتم جامعه مورچگان, هزینه کلرزنی, قابلیت اطمینان کیفی}
    Nadia Babaei *, Massoud Tabesh, Sara Nazif
    Recent years have witnessed a growing interest in the optimal operation of water distribution networks (WDNs) as a result of their enhanced quality and reliability with due regard for the economic limitations faced. For this purpose, the present study was designed and implemeted to realize the two objectives of minimizing disinfection costs and maximizing reliability of water quality in water distribution networks using the multi-objective form of ACO algorithm as the optimization method. Different system analysis methods based on DDSM (demand driven simulation method) and HDSM (head driven simulation method) were also employed to investigate and compare the effects of constant versus time-dependent chlorine injection and pump speed. Results indicated that, compared to the condition with constant parameters of chlorine injectuion and pump speed, great improvements could be achieved in enhancing the reliability of water quality and reducing disinfection costs by using variable speed pumps (vsp) and time-dependent chlorine injection regimes without the need for buster pumps. Comparison of the analytical methods employed also indicated that application of HDSM led to reduced chlorine injection costs and improved reliability of water quality.
    Keywords: Water Distribution Networks, Optimal Operation, ACO Algorithm, Disinfection Costs, Quality Reliability}
  • شادی شهروزی، محمدرضا جلیلی قاضی زاده، پروین شاکری فرد*
    کیفیت آب در شبکه های توزیع معمولا به طور منظم مورد پایش قرار می گیرد اما بررسی کیفیت آب در لوله ها و مخازن داخل ساختمان ها به ندرت انجام می شود. در این مقاله، تغییرات کیفی آب آشامیدنی به علت راکد ماندن در لوله ها و مخازن داخل ساختمان های مسکونی، مورد بررسی قرار گرفت. در تحقیق حاضر به منظور انجام آزمایش شمارش باکتری های هتروتروف، از 25 ساختمان در شهر تهران که 11 مورد از آنها دارای مخزن بودند، نمونه برداری شد. نتایج آزمایش ها، حاکی از افزایش قابل ملاحظه تعداد باکتری های موجود در آب درون لوله ها، به دنبال راکد ماندن در طول شب بود. بر اساس نتایج شمارش باکتری ها، اگر چه در اکثر موارد، راکد ماندن آب در مخازن، کاهش کیفیت آب را به همراه داشت، اما تعداد باکتری های موجود در آب مخازن، هنوز از حد استاندارد کمتر بودند.
    کلید واژگان: شبکه های توزیع آب, پایش کیفی, ماند آب, شمارش باکتری های هتروتروفیک}
    Shadi Shahrouzi, Mohamadreza Ghazizadeh, Parvin Shakerifard*
    The water quality in distribution networks is regularly monitored on a routine basis. However, the quality of water in pipes and tanks inside buildings is rarely ever inspected. This study investigated the overnight stagnation of drinking water in household taps and building tanks. For the purposes of this study, the Heterotrophic Plate Counts test was conducted for which water samples were taken from 25 different buildings located in different parts of Tehran, among which 11 buildings had water storage tanks. The results showed a considerable increase in bacterial concentrations in all the water samples after stagnation. The results of bacterial enumeration in water tanks indicated that although building tanks reduced the quality of the stored water, bacterial concentrations in water tanks were still below the standard limit.
    Keywords: Water Distribution Networks, Quality Monitoring, Water Stagnation, Heterotrophic. Plate Counts}
  • R. Sheikholeslami, A. Kaveh*
    The main functional purpose of a water distribution network is to transport water from a source to several domestic and industrial units while at the same time satisfying various requirements on hydraulic response. All the water distribution networks perform two basic operations: firstly the water network needs to deliver adequate amounts of water to meet specific requirements, and secondly the water network needs to be reliable; therefore, the required amount of water needs to be continuously available 24 hours a day and 365 days per year. Due to the inevitable failures of some components such as pump stations, reservoirs and/or pipelines in a large-scale water distribution network, in designing a reliable network, the topological structure with low vulnerability must be achieved. Consequently, the study of connectivity, which is the key graph-theoretical notion, becomes crucial. This paper highlights some fundamental concepts from graph theory for vulnerability assessment of water distribution networks, addresses the mathematical properties of the link and node-deletion problems, and outlines some well-established results on the deterministic measures to assess the fault tolerance of networks.
    Keywords: water distribution networks, connectivity, system reliability, fault, tolerant networks}
نکته
  • نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شده‌اند.
  • کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شده‌است. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال