SUPERVISOR
Hamid Reza Safavi
حمیدرضا صفوی (استاد راهنما)
STUDENT
SARAALSADAT TAHERI HOSSEINABADI
ساراالسادات طاهری حسین آبادی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
TITLE
Providing a composite index of reliability in order to assess the sustainability of urban water distribution networks
Urban water distribution networks play a key role in the cycle of urban life. Networks have the responsibility of supplying water with appropriate quality, quantity and pressure at different times to consumers. These networks due to high length and also high administrative costs have been always considered by designers and managers of water resources and optimizing them economically and exploitationally over the past decade has been taken place. More studies on water distribution networks have the aim of optimizing the networks and minimizing the design costs and maximizing of mechanical or hydraulical reliability. This research has aimed to obtain a composite index of reliability by considering the mechanical, hydraulical and qualitative aspects and using it in sustainability indicator with the aim of increasing the sustainability of water distribution networks that means the ability of future generations to meet their needs and the introduction of composit index and sustainability index for using in future optimizations. composite index of reliability in this study using three indicators, the entropy for calculating mechanical reliability, resilience index for calculating the hydraulical reliability and water age index is used to calculate the qualitative reliability. Three indexes by interview with experts in water and wastewater organization of Isfahan and by the Saaty’s Multiple attribute decision making table defined as the composite index of reliability and repalaced as reliability index in order to complete sustainability index that is formed of three indexes of reliability, resiliency and vulnerability. In this thesis for water distribution network modeling has been used the EPANET software. Well-known examples of optimal water supply network in former studies, including two-loop network, NewYork, Anytown and Hanoi has been studied. The sustainability of these networks have been evaluated with new composite index of reliability and to improve the sustainability, each network has been changed randomly by considering the impact of water level in the reservoir to hydraulic behavior of the network and increase the number of tanks and pipes in the network’s pressure adjustment. In this research, a Two-loop network by changing the position of source was modified and sustainability index incresed from 0.51 to 0.63 that is in acceptable range. The sustainability index of the NewYork network by adding new source and loop incresed from 0.12 to 0.77 for indicating the pressure of 30 to 50 meters of water and 30 to 70 meters of water pressure indicating increased from 0.66 to 0.77 that is in acceptable range. for Hanoi network the sustainability index increased from 0.26 to 0.34 by adding new source. Systainability of the Anytown network was 0.45 and this network analyzed with different changes such as changing the position of source, adding new source and loop and,…but it’s first sustainability was at the highest level. The results show little change in the network such as changing the position of tank to the top node or adding a new source and pipe, reliability has been increased and also the network pressure adjusted and sustainability increased and at last the network will be able to respond better to needs. Researches show that spending the cost for design in order to increase the sustainability of water distribution networks can decrease the costs of modernization and improvement of the water distribution networks and network leakage -it’s about 30% of the total water entering the network-, and increased the composite reliability of network. Keywords : Reliability, Mechanical reliability, Hydraulical reliability, Qualitative reliability, Sustainability, Water age, Antropy, Resiliency, EPANET
شبکه های آبرسانی شهری نقش اساسی در چرخه ی زندگی شهری ایفا می کنند. این شبکه ها وظیفه ی رساندن آب با کیفیت، کمیت و فشار مناسب و در زمان های مختلف به مصرف کنندگان را دارند. این شبکه ها به دلیل طول زیاد و نیز هزینه های اجرایی زیاد همواره مورد توجه طراحان و مدیران منابع آب بوده و بهینه سازی آن ها به لحاظ اقتصادی و بهره برداری در طی چند دهه ی گذشته صورت گرفته است. بیشتر مطالعات روی شبکه های آبرسانی با هدف بهینه سازی شبکه ها و حداقل نمودن هزینه ی طرح و حداکثر کردن قابلیت اطمینان مکانیکی یا هیدرولیکی بوده است.دراین تحقیق هدف بدست آوردن شاخص ترکیبی قابلیت اطمینان با در نظر گرفتن جنبه های مکانیکی، هیدرولیکی و کیفی آن و استفاده از آن در شاخص پایداری با هدف افزایش پایداری شبکه های آبرسانی به معنای توانایی نسل آینده برای رفع نیاز های خود، جهت استفاده در بهینه سازی های آینده است. قابلیت اطمینان ترکیبی در این تحقیق با استفاده از سه شاخص آنتروپی برای محاسبه ی قابلیت اطمینان مکانیکی، شاخص برگشت پذیری برای محاسبه ی قابلیت اطمینان هیدرولیکی و شاخص سن آب جهت محاسبه ی قابلیت اطمینان کیفی به دست آمد. این سه شاخص با نظرسنجی از متخصصین سازمان آب و فاضلاب اصفهان و با استفاده از جدول تصمیم گیری چند شاخصه [1] ساتی [2] به صورت شاخص قابلیت اطمینان ترکیبی تعریف شدند. جهت تکمیل شاخص پایداری که از سه شاخص قابلیت اطمینان، قابلیت ارتجاع و آسیب پذیری تشکیل می شود، شاخص قابلیت اطمینان ترکیبی جایگزین شاخص قابلیت اطمینان در این شاخص شده است.مدل سازی شبکه های آبرسانی در این پایان نامه با استفاده از نرم افزار ایپنت [3] انجام شده است و مثال های معروف و بهینه ی شبکه ی آبرسانی در مطالعات پیشین از جمله شبکه ی دو حلقه ای [4] ، نیویورک [5] ، انی تاون [6] و هانوی [7] مورد بررسی قرار گرفته است. پایداری این شبکه ها با شاخص ترکیبی جدید قابلیت اطمینان ارزیابی شده و در هر شبکه تغییراتی به صورت تصادفی جهت بهبود پایداری آن ها و با توجه به تاثیر رقوم مخزن در رفتار هیدرولیکی شبکه ی آبرسانی و افزایش تعداد مخازن و لوله ها در تعدیل فشار شبکه، داده شده است. نتایج نشان می دهد با تغییر اندکی در شبکه مانند تغییر جایگاه مخزن به بالاترین نقطه یا اضافه کردن منبع جدید و لوله، قابلیت اطمینان افزایش یافته و از طرفی فشار شبکه تعدیل شده و پایداری افزایش می یابد در نتیجه شبکه قادر به پاسخگویی بهتر نیاز ها خواهد بود. تحقیقات نشان می دهد که با صرف هزینه در بخش طراحی جهت افزایش پایداری شبکه های آبرسانی می توان، هزینه های نوسازی و بهسازی شبکه های آبرسانی و همچنین نشت از شبکه را - که حدود 30 درصد از کل آب ورودی به شبکه است- کاهش داد.کلمات کلیدی: قابلیت اطمینان، قابلیت اطمینان مکانیکی، قابلیت اطمینان هیدرولیکی، قابلیت اطمینان کیفی، پایداری، سن آب، آنتروپی، برگشت پذیری، ایپنت.