در اين پژوهش، مديريت ديناميك پيامد در شبكه‌هاي توزيع آب شهري ناشي از تزريق مواد آلاينده با استفاده از رويكردهاي مختلف مورد توجه قرار گرفته است. به منظور تدوين سياست‌هاي بهره‌برداري بهينه مديريت پيامد در شبكه‌هاي توزيع آب شهري پس از رخداد آلودگي در اين تحقيق از رويكرد تلفيق مدل شبيه‎سازي EPANET و قابليت‎هاي الگوريتم‌هاي بهينه‌سازي مختلفي مانند برنامه‌ريزي پويا، ژنتيك تك‌هدفه و همچنين چندهدفه NSGA-II متناسب با رويكرد مورد استفاده بهره گرفته شده است. از مدل شبيه‎سازي EPANET به دليل امكان تلفيق با زبان‌هاي برنامه‌نويسي مختلف به منظور شبيه‎سازي هيدروليكي و كيفي جريان در شبكه استفاده مي‎گردد. تلفيق مدل شبيه‌سازي و بهينه‌سازي با استفاده از Toolkit موجود در برنامه EPANET انجام گرفته است. توابع هدف مورد استفاده در الگوريتم‌هاي بهينه‌سازي شامل حداقل كردن تعداد فعاليت‌هاي واكنشي، جرم آلودگي مصرف شده در شبكه و تعداد كل گره‌هاي آلوده شده است. متغيرهاي تصميم مساله بهينه‌سازي نيز شامل اجزاء مختلفي از شبكه كه به مديريت پيامد كمك مي‌نمايد شامل شيرها، شيرهاي آتش‌نشاني و پمپ‌ها در نظر گرفته شده است. در اين تحقيق مديريت ديناميك پيامد در شبكه توزيع آب شهري پس از رخداد آلودگي با سه رويكرد مختلف مورد بحث و بررسي قرار گرفته است. در رويكرد اول، مديريت پيامد در شبكه آب شهري بر مبناي تحليل هيدروليكي مبتني بر فشار اجرا و نتايج آن با تحليل هيدروليكي مبتني بر تامين نياز مقايسه گرديده است. انجام فعاليت‌هاي مديريت پيامد مانند بستن شيرها و باز كردن شيرهاي آتش‌نشاني مي‌تواند باعث افت فشار در برخي نقاط شبكه ‌شود. نتايج بدست آمده نشان مي‌دهد كه استفاده از روش تحليل هيدروليكي مبتني بر تامين فشار در مقايسه با روش تامين نياز در هنگام مديريت پيامد مناسبتر بوده و اعداد منطقي‌تري را با توجه به شرايط شبكه در اختيار قرار مي‌دهد. در رويكرد دوم امكان تغيير فعاليت‌هاي واكنشي در هر گام زماني فراهم مي‌آيد. بدين ترتيب بهره‌بردار اين امكان را دارد تا با توجه به توزيع غلظت ماده آلاينده در شبكه، فعاليت‌هاي واكنشي بهينه را به منظور كاهش اثرات آلودگي بر سلامت انسان‌ها بروز رساني نموده و در صورت نياز تغيير دهد. بر اين اساس اثر فعاليت‌هاي بهينه ديناميك طي دوره مديريت پيامد با حالت ثابت مقايسه گرديد كه نتايج حاكي از كاهش مقدار آلودگي مصرف شده در شبكه در صورت استفاده از فعاليت‌هاي بهينه ديناميك دارد. در رويكرد سوم اين پژوهش كاربرد استفاده از روش خوشه‌بندي در شبكه‌هاي بزرگ مقياس به منظور شناسايي ناحيه آلوده شده و تمركز بر آن ناحيه به منظور كاهش هزينه‌هاي محاسباتي و اجرايي مورد ارزيابي قرار گرفته است. روش خوشه‌بندي استفاده شده در اين پايان‌نامه مبتني بر هيدروليك جريان در شبكه بوده و كمك مي‌نمايد تا شيرها و شيرهاي آتش‌نشاني مهم براي انجام اقدامات واكنشي شناسايي شده و بدين ترتيب بخش زيادي از متغيرهاي تصميم غيرمفيد مساله حذف شوند. پس از شناسايي موقعيت شيرها و شيرهاي آتش‌نشاني مهم بهينه‌سازي به منظور حداقل كردن جرم آلودگي مصرف شده انجام و موقعيت بهينه فعاليت‌هاي واكنشي مشخص خواهد شد. نتايج حاكي از عملكرد مناسب استفاده از خوشه‌بندي در مديريت پيامد در شبكه هاي آب شهري بزرگ مقياس دارد.

1396/10/12

11/26/2017 12:00:00 AM

In this study, dynamic consequence management in water distribution networks (WDNs) due to pollution injection is considered using different approaches. For this reason, EPANET simulation model is embedded in several optimization algorithms such as Dynamic Programming (DP), single objective Genetic Algorithm (GA), and multi-objective Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II (NSGA-II). To calculate the spatial and temporal extent of contamination in WDNs, the EPANET 2 simulation model is employed. EPANET is a well-established open-source software that can be easily linked with any optimization approaches through its toolkit. This study considers three different objective functions in its modeling scheme including minimization of response actions, consumed contamination mass and total number of polluted nodes. The best operation of time-varying consequence management should be selected among several potential locations of valves and hydrants. In this study, three approaches are developed for dynamic concequence management in WDNs following contamination detection. In the first approach, consequence management in WDN is evaluated based on Pressure Driven Analysis (PDA) and compared with Demand Driven Analysis (DDA). Implementation of a consequence management strategy by changing modes of operation for nominated valves and hydrants may modify the topology of the network. Any change in topology may cause pressure-deficient condition in the network, thereby reducing the actual water withdraw. Therefore, a consequence management plans achieved by PDA may evidently be more realistic and reliable in pressure-deficient cases and may readily be used for operational conditions in WDNs. In the second approach, the optimization procedure allows each valve and hydrant to change its operation mode at each time step considering the adverse effects on human health. It was revealed that in dynamic cases, the decision variables may vary significantly from one stage to another, resulting in a flexible operating strategy that would reduce the total contaminant mass consumption compared to the static case. And finally in the second approach, applicability of clustering in large-scale WDNs for recognizing contaminated zone and reducing computational time is evaluated. The clustering method is based on flow direction in the network. The contaminant distribution within the cluster is controlled by reoperation of the connecting pipes and nominated hydrants inside the cluster. Results show the appropriate performance of clustering in consequence management problems for large scale WDNs.