Skip to main content
SUPERVISOR
Kayvan Asghari,Mohammad-Reza Chamani
کیوان اصغری (استاد راهنما) محمدرضا چمنی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Nazli Mehzad
نازلی مهزاد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1392

TITLE

Multiobjective optimization of the pump station scheduling in unsteady flow for improving the operation of water distribution networks
Optimal operation of pumping stations in Water Distribution Networks (WDNs) is presented based on three objectives, including 1) pumping energy costs, 2) hydraulic reliability (based on the nodal pressures and the velocity of water in the pipes), and 3) quality reliability (based on water age and the residual concentration of chlorine). We proposed a three objective optimization algorithm called Clustered Non-dominated Archiving Ant Colony Optimization (Clustered-NA-ACO) and evaluated the efficiency of this algorithm through seven DTLZ test functions. Incorporating k-means clustering strategy with NA-ACO can greatly improve the distribution of solutions and reduce the run time compared to NA-ACO. A pressure-driven analysis tool called EPANET-Iterative Modifications to Nodal Outflows (EPANET-IMNO) is developed for dynamic analysis of WDNs. In this research, the performance of WDNs is also evaluated from the perspective of transient flow. In this respect, the TRANSIENT code which is proposed by Larock et al. (1999) is revised and enhanced to handle the effects of the speed’s changes of the motor of V and . This TRANSIENT code and also EPANET-IMNO are linked to Clustered-NA-ACO to optimize the scheduling of pumping stations. We applied this simulation (EPANET-IMNO and TRANSIENT codes)-optimization tool to several WDNs. The results show the importance of considering transient flow in the optimization of WDNs. It is also concluded the necessity of evaluating the conflict of objective functions before combining them together. Key Words Water Distribution Network, Pump Scheduling, Multiobjective Optimization, EPANET-IMNO, Clustered-NA-ACO, Unsteady Flow, Reliability.
در این رساله، در فاز بهره­برداری، به بهینه­سازی سه­هدفه برنامه­ریزی پمپاژ شبکه­های توزیع آب پرداخته شده است. هدف اول مربوط به کمینه کردن هزینه­های برق مصرفی ایستگاه پمپاژ است. دومین هدف، قابلیت­اعتماد هیدرولیکی از دو جنبه هد فشار آب در گره­های شبکه و سرعت آب در لوله­های شبکه است. سومین هدف نیز قابلیت­اعتماد کیفی بر­اساس سن آب و غلظت کلر آزاد باقی­مانده در گره­های شبکه توزیع آب است. برای بالا بردن دقت نتایج به­دست آمده، شبیه­سازی دوره­گسترده در محاسبه مشخصات هیدرولیکی و کیفی شبکه توزیع آب انجام شده است. از آنجا که هدف این رساله ارائه برنامه پمپاژ در طول شبانه­روز است، در­نظر گرفتن رابطه دبی- هد فشار در تحلیل شبکه توزیع آب ضروری است. با توسعه الگوریتم بر پایه فشار در Visual Studio به زبان C++ به نام EPANET-IMNO سعی بر این خواهد بود تا نتایج دبی قابل دسترس و هد فشار گرهی منطبق با واقعیت به­دست آید. در این رساله، با مدل­سازی جریان غیردائمی در شبکه توزیع آب به زبان برنامه­نویسی فرترن، به بررسی کمینه و بیشینه هد فشار و نوسان هد فشار ناشی از امواج ایجاد شده در شبکه به­صورت قید بهینه­سازی پرداخته شده است. برنامه جریان غیردائمی با عنوان TRANSIENT به فایل اجرایی تبدیل شده و با EPANET-IMNO لینک شده است. این برنامه قادر است خاموشی و یا کم شدن سرعت پمپاژ (پمپ دور ثابت و دور متغیر) تعدادی و یا همه پمپ­های موجود در ایستگاه پمپاژ را بررسی کند. بهینه­سازی برنامه­ریزی پمپاژ شامل پمپ­های دور متغیر و دور ثابت انجام شده است. الگوریتم بهینه­سازی سه‌هدفه Clustered-NA-ACO در محیط برنامه­نویسی Visual Studio C++ توسعه داده شده است. پس از اثبات کارایی Clustered-NA-ACO، این الگوریتم با EPANET-IMNO و همین­طور الگوریتم جریان غیردائمی TRANSIENT لینک شده و در بهینه­سازی چند شبکه توزیع آب به­کار رفته است. با بهینه­سازی شبکه توزیع آب Hanoi نشان داده شده که قابلیت­اعتماد هیدرولیکی براساس سرعت و هد فشار با یکدیگر در تضاد نیستند. همچنین بهینه­سازی سه­هدفه کمینه کردن هزینه­ها، بیشینه کردن قابلیت­اعتماد کیفی براساس غلظت کلر باقی­مانده و بیشینه کردن قابلیت­اعتماد کیفی براساس سن آب نشان داده است که قابلیت­اعتماد کیفی براساس سن آب و غلظت کلر باقی­مانده با یکدیگر در تضاد نیستند. هر دو شاخص قابلیت­اعتماد کیفی با هزینه­های برق مصرفی در تضاد هستند. در این شبکه توزیع آب مشخص شده که با افزایش هزینه­های برق مصرفی، شاخص قابلیت­اعتماد کیفی تلفیقی و قابلیت­اعتماد هیدرولیکی تلفیقی افزایش داشته و بنابراین این دو شاخص با یکدیگر تضاد نداشته­اند. شبکه Hanoi شبکه­ای بدون تانک است که آب پمپاژ شده در آن مستقیما به مصرف می­رسد و پمپاژ زیاد آب به شبکه منجر به افزایش سن آب و کاهش قابلیت­اعتماد کیفی نمی­شود. شبکه بدون تانک دیگری نیز در ابتدا بدون درنظر گرفتن قید قابلیت­اعتماد هیدرولیکی براساس هد فشار در جریان غیردائمی بررسی شده است. در این شبکه توزیع آب برخلاف شبکه توزیع آب Hanoi، قابلیت­اعتماد هیدرولیکی براساس هد فشار و سرعت آب کاملا در تضاد با یکدیگر هستند. با اعمال قید قابلیت­اعتماد هیدرولیکی براساس هد فشار در جریان غیردائمی در این شبکه توزیع آب، رویه پارتو بهینه دچار تغییرات زیادی می­شود. به­نحوی که حدود تغییرات هزینه­های برق مصرفی که از 108 دلار تا 145 دلار بود به حدود 118 دلار تا 150 دلار تغییر کرده است. این دو شبکه توزیع آب بدون تانک بوده و تضاد و عدم تضاد هدف­های مورد بررسی در آن­ها کاملا مشهود است. در شبکه Net3 که دارای سه تانک ذخیره است، با افزایش سرعت پمپاژ و افزایش هزینه­های برق مصرفی، قابلیت­اعتماد کیفی و هیدرولیکی افزایش و یا کاهش می­یابند و نمی­توان نتیجه­گیری کلی در مورد آن­ها داشت. در شبکه­های توزیع آب مختلف نمی­توان در مورد تضاد یا عدم تضاد اهداف مختلف قضاوت کلی کرد. کلمات کلیدی: شبکه توزیع آب، برنامه­ریزی پمپاژ، بهینه­سازی چند­هدفه، Clustered-NA-ACO، EPANET-IMNO، جریان غیردائمی، قابلیت­اعتماد

ارتقاء امنیت وب با وف بومی