SUPERVISOR
Hamid Reza Safavi,Masood Taherioun
حمیدرضا صفوی (استاد مشاور) مسعود طاهریون (استاد راهنما)
STUDENT
Payam Poursaeid-esfahani
پیام پورسعیداصفهانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394
TITLE
Risk Assessment of Water Quality Failure in Urban Water Distribution Networks
The goal of a water supply system is the distribution of water with the desired quality, quantity and continuity of supply of drinking water to consumers. In some cases, the water distribution system is unable to provide safe water due to water quality failures that may have devastating consequences. If the prognostic analysis and necessary actions are carried out on the basis of timely risk assessment results, the frequency and, as a result, water quality failure (WQF) can be reduced. Failure to meet water quality requirements in the urban distribution network is based on the standard of drinking water. In this study, a qualitative modeling water distribution system model has been developed to assess the risk of water quality failure in anytown water distribution system. In this research, we also use an analysis based on the demand due to the lack of network reliability during the removal of pollution. Assessing the risk of water quality failures in a water supply network based on criteria as ways to cause water quality problems. These criteria include biofilm formation including velocity, water age, tube roughness and temperature, distribution of chemical and corrosive substances including the following criteria: soluble solubility, dissolved oxygen, temperature and pH, contaminant influence on fracture including pressure, negative pressure, degradation and performance, non-purification It includes the following remaining chlorine standards, depreciation of equipment, human error and DBP (chloroform). Using numerical results simulating this model, the probability of occurrence of some of the sub-criteria was determined by the simulator model. In the next step, their weights were obtained using the best-worst-fuzzy (FBWM) multi-criteria analysis method. Firstly, for each criterion, the best and worst sub-criteria for paired comparison with expert opinions and other sub-criteria were determined with the best and worst of each comparison criterion. The fuzzy numbers were determined by their pairwise comparison for linear programming for obtaining weights using Lingo software. Finally, using the AutoCad software, the area of ??the network loops was obtained. Then, the surface coverage of each tube was determined and considering the hypothetical density for each section of the population covered by the pipes. Given the hypothetical category, the severity of the risk of the criteria was calculated and multiplied by the probability of occurrence. As a result, the risk of water network failure was achieved. In the next stage, using FVIKOR method, the risk of failure of water quality in the pipes and grooves was ranked based on three parameters R, Q, S, using the Excel program, where the Q parameter was cited as the final answer. The final risk of each unit and unit was determined in the form of a deviation that the most risk of water quality failure was related to pipe 34 and node 7 with values of 85% and 83% respectively, and the lowest of pipe 35 and node 17 respectively with 0.1% and 0.1%. In the final stage, the sensitivity analysis was performed on the Q parameter in such a way that in four steps each time the risk of one of the criteria was zero. Eventually, the mean parameter risk Q was obtained. At this stage, it was observed that the most sensitive is the rate of emission of corrosive chemicals, which is the main pH underlying criterion. Keywords: Water Distribution System, Water Quality Failure, Multi-criteria Analysis of Best-Worst, Fuzzy Vectors
هدف از یک سیستم آبرسانی، توزیع آب با کیفیت مطلوب، کمیت و تداوم تامین آب آشامیدنی برای مصرف کنندگان است. در بعضی موارد، سیستم توزیع آب به دلیل شکست کیفیت آب که ممکن است عواقب مخربی در پی داشته باشد، قادر به تامین آب سالم نیست. اگر تجزیه و تحلیل پیش آگهی و اقدامات لازم بر اساس نتایج ارزیابی ریسک به موقع انجام شود، فرکانس و در نتیجه شکست کیفیت آب (WQF [1] ) می تواند کاهش یابد. منظور از شکست کیفیت آب، عدم تامین الزامات کیفیت آب در شبکه توزیع شهری بر اساس استاندارد آب آشامیدنی است. در این پژوهش یک مدل شبیه سازی کیفی سیستم توزیع آب جهت ارزیابی ریسک شکست کیفیت آب در سیستم توزیع آب (anytown) ایجاد شده است.. دراین تحقیق ما نیز بخاطر مطرح نبودن اطمینان پذیری شبکه درهنگام رفع آلودگی از تحلیل مبتنی برتقاضا استفاده میکنیم. ارزیابی ریسک شکست کیفیت آب در یک شبکه آبرسانی بر اساس معیارهایی به عنوان راههای بروز مشکلات در کیفیت آب انجام می شود. این معیارها عبارتند از: تشکیل بیوفیلم شامل زیرمعیارهای سرعت، سن آب، زبری لوله و دما، انتشارمواد شیمیایی و خورنده شامل زیر معیارهای موادجامد محلول، اکسیژن محلول، دما وpH، نفوذ آلاینده دراثر شکستگی شامل فشار، فشارمنفی، فرسودگی وکیفیت اجرا، عدم تصفیه مورد نظرشامل زیرمعیارهای کلر باقیمانده، استهلاک تجهیزات، خطای انسانی وDBP [2] (کلروفرم) است. با استفاده ازنتایج عددی شبیه سازی این مدل، احتمال وقوع بعضی از زیرمعیارها توسط مدل شبیه ساز تعیین شد. در مرحله بعدی وزن آنها با استفاده از روش تحلیل چندمعیاره بهترین- بدترین فازی (FBWM [3] ) بدست آمد که در این روش ابتدا برای هر معیار بهترین و بدترین زیرمعیار جهت مقایسات زوجی با نظرات کارشناسی تعیین وسایر زیر معیارها نیز با بهترین و بدترینهای هر معیار مقایسه شدند و اعداد فازی مقایسات زوجی آنها جهت برنامه ریزی خطی برای بدست آوردن وزنها با استفاده از نرم افزار لینگو تعیین شدند. نهایتا با استفاده از نرم افزار AutoCad مساحت حلقههای شبکه بدست آمد سپس سطح پوشش جمعیت هر لوله بدست آمده و با درنظرگرفتن تراکم فرضی برای هرحلقه جمعیت تحت پوشش لولهها مشخص گردید. با درنظر گرفتن یک دسته بندی فرضی، شدت اثر خطر معیارها محاسبه و در احتمال وقوع آنها ضرب شد. در نتیجه، ریسک شکست کیفیت آب شبکه حاصل شد. درمرحله بعدی با استفاده از روش ویکور فازی (FVIKOR [4] ) ریسک شکست کیفیت آب در لولهها وگرهها براساس سه پارامترR ,Q ,S با استفاده از برنامه اکسل رتبه بندی شدند که پارامتر Q به عنوان جواب نهایی مورد استناد قرار گرفت. ریسک نهایی هرلوله وگره به صورت دفازی شده بدست آمد که بیشترین ریسک شکست کیفیت آب مربوط به لوله 34 و گره 7 به ترتیب با مقادیر85% و 83% و کمترین آن مربوط به لوله 35 و گره 17 به ترتیب با مقادیر 1/0% و 1/0% است. درمرحله آخر بر روی پارامتر Q تحلیل حساسیت انجام شد به این صورت که در 4 مرحله هربار ریسک یکی ازمعیارها صفر گردید. درنهایت درهرمرحله متوسط ریسک پارامتر Q بدست آمد. در این مرحله مشاهده گردید که بیشترین حساسیت را معیار انتشار مواد شیمیایی و خورنده دارد که pH اصلی ترین زیر معیار آن است. کمترین حساسیت نیز مربوط به معیار نفوذ آلاینده در اثر شکستگی است که مهم ترین عامل آن تجاوز فشار آب از حد مجاز استاندارد است. کلمات کلیدی: سیستم توزیع آب، شکست کیفیت آب، تحلیل چندمعیاره بهترین – بدترین، ویکور فازی