18941

۱۸۹۴۱

ارائه‌ي يك مدل بهينه‌سازي چندهدفه جهت طراحي پايدار شبكه تأمين آب با در نظر گرفتن اختلالات (مطالعه موردي: شبكه آب تهران)

كارشناسي ارشد

مدل سازي سيستم هاي كلان

۱۳۹۶/۱۲/۱۹

دكتر عليرضا علي احمدي - دكتر آرمين جبارزاده

صنايع

چكيده پديده بحران آب بي‌شك يكي از تهديدهاي بالقوه و دغدغه‌هاي اصلي برنامه‌ريزان هر كشوري ‌است. افزايش جمعيت، آلودگي منابع آب، رو به اتمام بودن منابع آب شيرين و آسيب‌پذير بودن شبكه توزيع آب ازجمله علل ايجاد بحران آب در نقاط مختلف جهان است. مديريت يكپارچه منابع آب، به‌طوري‌كه هم‌زمان جنبه اقتصادي، اجتماعي و زيست‌محيطي در نظر گرفته شود، مي‌تواند راه‌حل مناسبي براي مقابله با اين بحران باشد. بدين منظور هدف و سهم اصلي اين پاياننامه طراحي مدل پايدار و يكپارچه براي شبكه آب‌رساني واقعي از طريق در نظر گرفتن هم‌زمان اهداف تاًمين هزينه‌هاي تخصيص آب به‌عنوان تابع اقتصادي و اثر سدهاي بزرگ بر ميزان اشتغال‌زايي به‌عنوان تابع اجتماعي است. براي نزديك‌تر كردن مدل به مسائل دنياي واقعي ، اقدامات لازم قبل و پس از وقوع اختلال در مدل در نظر گرفته ميشود. همچنين اثرات زيست‌محيطي به‌عنوان يك محدوديت در مدل‌سازي وارد ميشود. براي مقابله با عدم قطعيت در تقاضا، ظرفيت سدها ولوله‌هاي آب‌رسان از روش برنامه‌ريزي تصادفي دومرحله‌اي مبتني بر سناريو استفاده ميشود. تصميمات راهبردي مانند احداث تصفيه‌خانه‌ها ولوله‌هاي جديد جهت افزايش آب در دسترس و تصميمات عملياتي شامل تخصيص آب، مقاوم‌سازي قبل از وقوع اختلال و يا بازسازي ظرفيت‌هاي ازدست‌رفته به‌منظور افزايش تاب آوري شبكه ازجمله تصميماتي است كه مدل ارائه‌شده به تعيين آن مي‌پردازد. براي حل مسئله ابتدا با استفاده از روش محدوديت اپسيلون، مسئله تبديل به يك مسئله تك هدفه شده و سپس از روش حل دقيق سيمپلكس استفاده ميشود.اعتبار سنجي رويكرد بهينه‌سازي استوار پيشنهادي با حل مسئله از طريق روش " ارزش حل تصادفي" و " ارزش مورد انتظار اطلاعات صحيح" تحليل ميشود. تحليل هاي به دست آمده حاكي ازآن است كه به كارگيري روش بهينه‌سازي استوار در كمترين حالت منجر به كاهش هزينه‌ها تا 4 ميليارد ريال در كمترين حالت و 37 ميليارد ريال در بيشترين حالت مي‌شود. همچنين با تغيير پارامترهاي مهم، رفتار مدل پيشنهادي. بررسي مي‌شود. به عنوان مثال براي افزايش قابيلت ارتجاعي شبكه افزايش بودجه مقاوم‌سازي لوله‌هاي تا سقف 100 ميليارد ريال پيشنهاد مي‌شود. درنهايت براي ارزيابي كارايي مدل پيشنهادي، مطالعه موردي با استفاده از داده‌هاي واقعي براي شبكه توزيع آب شهر تهران در سطح بالادست، بررسي و راهكارهاي مديريتي ارائه ميشود. واژه‌هاي كليدي: اختلال، برنامه‌ريزي تصادفي دو مرحلهاي، توسعه پايدار، شبكه تأمين آب، تاب آوري

1397/03/20

6/10/2018 12:00:00 AM

Abstract: Population growth, water pollution, shortage of fresh water resources, and the vulnerability of the water distribution network are the causes that many regions of the world are currently facing moderate to severe water crises in different parts of the world. Undoubtedly, water crises is one of the main potential threats and major concerns of managers in each country. Integrated water resources management approach can be a resolution to this problem as it addresses simultaneously economic, social and environmental benefits. In this paper, maintenance and repairs of resources and facilities against potential disruption including mechanical failures (failure of facilities) and hydraulic failures (for example unstable rainfall), and also the definition of new water resource development projects for the management of residual water resources are proposed. Due to possible disruptions, the network faces uncertainties in demand, capacity of dams and pipelines. Strategic decisions such as the construction of new refineries and pipelines to increase available water and tactical decisions including water allocation, resistance facilities before disruption or restoration lost capacities after that to enhance the resilience of the network are among the decisions are determined by the model. Two objective functions are proposed for this model in which cost of water allocation is defined as an economic function and the effect of large dams on employment is defined as a social function while environmental preferences is considered as a firm constraint. The ε-constraint method has been used to convert the multi-objective into single-objective problem. Then concept of two-stage stochastic programming approaches based on scenario is being used to deal with uncertainty in proposed model. The model has been coded in GAMS software by using CPLEX as an exact solution. The Verification of the model has been done by compromising the value of the stochastic solution (VSS) and the expected value of perfect information (EVPI) versus proposed robust optimization. The analyzes indicate that robust approach causes 4 miliard rial cost reduction in minimum condition and 37 miliard rial in maximum condition. Also by changing some parameters, the model's behavior have been examined, then the model accuracy have been proved. To measure the efficiency of the optimization model, a case study with the real data for the water distribution network of Tehran, Iran in the upstream level has been implemented. In the end, numerical results are presented for optimal decision making. Keywords: Disruption, Resilience, Sustainable Development, Two-stage Stochastic Programming, Water Network.