پهنه‌بندی احتمالاتی کارایی هیدرولیکی شبکه‌ توزیع آب با اعمال عدم‌قطعیت پارامترهای کلیدی

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز

2 دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز

3 گروه آب، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز

4 شرکت جاکوبز، تورنتو، کانادا

چکیده

مدل‌های شبکه‌ توزیع آب دارای انواع عدم‌قطعیت‌ها در داده‌ها، پارامترها، ساختار مدل می‌باشند که معمولاً در هنگام مدل‌سازی به صورت قطعی در نظر گرفته می‌شوند و این مسئله می‌تواند دقت مدل‌ها در تصمیم‌گیری‌ها را با مشکل مواجه کند. در این مقاله، با پهنه‌بندی احتمالاتی کارایی هیدرولیکی شبکه توزیع آب با اعمال عدم‌قطعیت هم­زمان پارامترها سعی شده است که این مشکل تا حدودی حل شود. برای این منظور ابتدا مقادیر قطعی پارامترها در سال‌های مختلف در طول دوره طرح برآورد شده و سپس با استفاده از توزیع نرمال برای ضرایب هیزن‌ویلیامز (Hazen–Williams) لوله‌ها و مصارف گره‌ها و توزیع ریسک برای قطر لوله‌ها، مقادیر غیرقطعی آن­ها محاسبه گردیده است. با اعمال مقادیر غیرقطعی به مدل شبیه‌ساز شبکه سطوح کارایی شبکه به­ صورت احتمالاتی تعیین شده است. مدل‌سازی در محیط MATLAB و با لینک با شبیه‌ساز شبکه (EPANET) انجام شده است. مدل‌سازی عدم‌قطعیت پارامترها با روش مونت‌کارلو در دو حالت ضریب تغییرات 10 و 20 درصد و کارایی هیدرولیکی شبکه با ارزیابی شاخص قابلیت اطمینان فشار گرهی شبکه (NPRI) (NPRI)(Network Pressure Reliability Index) انجام شده است. روش پیشنهادی بر روی شبکه توزیع آب کلیبر پیاده‌سازی شده است. نتایج نشان می‌دهد که در هر دو حالت، بالاترین سطوح عملکرد شبکه با احتمال وقوع زیاد در سال‌های اولیه دوره طرح در ساعت‌های حداکثر مصرف و در سال‌های انتهای دوره طرح در ساعت‌های متوسط مصرف اتفاق می‌افتد. همچنین بررسی روند تغییرات سالانه سطوح عملکرد شبکه نشان می‌دهد که در حالت ضریب تغییرات 10 درصد، بهترین سرویس‌دهی شبکه در سال 23 با احتمال 55 درصد عملکرد قابل‌قبول و در حالت ضریب تغییرات 20 درصد، بهترین سرویس‌دهی شبکه در سال 20 با احتمال 46 درصد عملکرد قابل‌قبول اتفاق می‌افتد. درمجموع پهنه‌بندی احتمالاتی کارایی هیدرولیکی شبکه بازخورد دقیقی از سرویس‌دهی شبکه به ­دست می‌آورد که می‌تواند در تصمیم‌گیری در جهت اعمال برنامه‌ریزی مدیریت بهره‌برداری یا بازسازی و نوسازی شبکه مؤثر باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Probabilistic Zoning of Hydraulic Performance of Water Distribution Network by Applying Key Parameter Uncertainty

نویسندگان [English]

  • Mehdi Dini 1
  • Amin Mohammadi-Kaleibar 2
  • Vahid Nourani 3
  • Saeed Hashemi 4
1 Civil Engineering Department, Faculty of Engineering, Azarbaijan Shahid Madani University, Tabriz, Iran
2 Azarbaijan Shahid Madani University, Tabriz, Iran
3 Department of Water Resources Engineering, Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz, Iran
4 Jacobs Engineering Group, Toronto, Ontario, Canada
چکیده [English]

Generally, the modeling of the Water Distribution Networks (WDNs) is done by the conventional methods that cause the outputs of the network are normally deterministic value by assuming certain inputs and parameters. But, in real ones, there are many uncertainties in model parameters. which causes, the results obtained by the conventional methods may not be satisfactory in practice, Therefore, the variation of key parameters in WDNs such as pipe roughness and diameter and also nodal demand can change nodal pressure and pipe flow that affected the performance of the network. However, by understanding the parameter uncertainties and how the uncertainties affect the accuracy of the model, the decision-makers can make the best decision that can prevent the WDNs from the unreliable events.

کلیدواژه‌ها [English]

  • EPANET
  • Hydraulic performance
  • Kaleybar WDN
  • MATLAB
  • Monte carlo simulation
  • NPRI
  • Uncertainty

مراجع

تابش م، عسگرزاده م، شیرزاد ا، "بررسی تاثیر عدم قطعیت داده­ ها و نوع شبیه‌سازی هیدرولیکی بر نتایج مدل‌سازی و ارزیابی عملکرد شبکه‌های توزیع آب"، آب و فاضلاب، 1398، 30 (4)، 50-33.
تائبی ا، چمنی م ر، "شبکه‌های توزیع آب شهری"، اصفهان، انتشارات دانشگاه صنعتی اصفهان، 1390.
دینی م، تابـش م، "ارائه شاخص قابلیت اطمینان جدید برای ارزیابـی عملکرد شبکه توزیع آب"، مجله آب و فاضلاب، 1397، 29 (3)، 1-16.
سیف‌اللهی آغمیونی س، بزرگ حداد ا، امید م ‌ح، "بررسی تأثیر عدم‌قطعیت توأم نیاز گره‌ها و زبری لوله‌ها در کارآیی شبکه‌های آبرسانی"، تحقیقات آب و خاک ایران، 1390، 42 (1)، 43-35.
محمدی‌کلیبر ا، دینی م، نورانی و، هاشمی س، "چالش‌های صحت‌سنجی در مدل‌های شبکه‌ توزیع آب واقعی (مطالعه موردی: شهر کلیبر)"، نوزدهمین کنفرانس ملّی هیدرولیک ایران، دانشگاه فردوسی مشهد، 28-27 بهمن، 1399.
Branisavljevic N, Prodanovic D, Ivetic, M, “Uncertainty Reduction in Water Distribution Network modelling using system inflow data”, Urban Water Journal, 2009, 6 (1), 69-79.
Dini M, Asadi A, “Optimal Operational Scheduling of Available Partially Closed Valves for Pressure Management in Water Distribution Networks”, Water Resource Management, 2020, 34 (8), 2571-2583.
Dini M, Asadi A, “Pressure Management of Large-Scale Water Distribution Network Using Optimal Location and Valve Setting”, Water Resource Management, 2019, 33 (14), 4701-4713.
Dini M, Tanesh M, “Optimal renovation planning of water distribution networks considering hydraulic and quality reliability indices”, Urban Water Journal, 2019, 16 (4), 249-258.
EL-Ghandour HA, Elabd SM, Elbeltagi E, “Assessment of optimal water distribution systems design under steady-state and transient conditions due to pipe roughness uncertainty”, Ain Shams Engineering Journal, 2020, 12 (4), 1-9.
Geranmehr M, Asghari K, Chamani MR, “Uncertainty analysis of water distribution networks using type-2 fuzzy sets and parallel genetic algorithm”, Urban Water Journal, 2019, 16 (3), 193-204.
Kang DS, Pasha MFK, Lansey K, “Approximate methods for uncertainty analysis of water distribution systems”, Urban Water Journal, 2009, 6 (3), 233-249.
Lee HM, Yoo DG, Kang D, Jun H, Kim JH, “Uncertainty quantification of pressure-driven analysis for water distribution network modeling”, Water Supply, 2016, 16 (3), 599-610.
Salas JD, Obeysekera J, “Revisiting the Concepts of Return Period and Risk for Non stationary Hydrologic Extreme Events”, Journal of Hydrologic Engineering. 2014, 19, 554-568.
Seifollahi-Aghmiuni S, Bozorg Haddad O, Omid MH, Mariño, MA, “Effects of pipe Roughness Uncertainty on Water Distribution Network Performance during its Operational Period”, Water Resource Management, 2013a, 27, 1581-1599.
Seifollahi-Aghmiuni S, Bozorg Haddad O, Omid, MH, Mariño, MA, “Water Distribution Network Risk Analysis under Simultaneous Consumption Roughness Uncertainties”, Water Resource Management, 2013b, 27, 2595-2610.
Seifollahi-Aghmiuni S, Bozorg-Haddad O, Omid MH, Mariño MA, “Long-Term Efficiency of Water Networks with Demand Uncertainty”, Water Management, 2011, 164 (WM3), 147-159.
Sharp WW, Walski TM, “Predicting Internal Roughness in Water Mains”, American Water Works Association, 1998, 80 (11), 34-40.
Sivakumar P, Prasad, PK, Chandramouli S, “Uncertainty Analysis of Looped Water Distribution Networks Using linked EPANET-GA Method”, Water Resources Management, 2015, 30 (1), 331-358.
Sumer D, Lansey K, “Effect of Uncertainty on Water Distribution System Model Design Decisions”, Journal of Water Resources Planning and Management, 2009, 135 (1), 38-47.
نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز
دوره 53.2، شماره 111 - شماره پیاپی 111
تابستان 1402
شهریور 1402
صفحه 50-60

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار