شماره مدرك
21061
شماره راهنما
2481 دكتري
پديد آورنده
فخاري اسفريزي، زهره
عنوان
مدلسازي رفتار مصرفي مشتركين شبكه توزيع آب تحت سياستهاي مديريت تقاضا با استفاده از مدلسازي عامل بنيان
مقطع تحصيلي
دكتري
گرايش تحصيلي
مهندسي و مديريت منابع آب
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
سيزده، 199 ص.: مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
مدلسازي عاملبنيان , رفتار صرفهجويانه در مصرف آب , شبيهسازي تقاضا , شبيهسازي رفتاري , تحليل مبتني بر فشار
تاريخ ورود اطلاعات
1405/02/31
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي عمران
دانشكده
مهندسي عمران
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/03/02
كد ايرانداك
23222100
چكيده فارسي
در مدلهاي مرسوم تحليل هيدروليكي شبكههاي توزيع آب، تقاضا و مصرف آب مصرفكنندگان معمولاً بيش از حد سادهسازي ميشوند و پيچيدگي تعاملات ميان رفتار مصرفكنندگان و هيدروليك شبكه توزيع ناديده گرفته ميشود. براي رفع اين محدوديتها، در اين مطالعه روششناسي در مقياس خرد براي تحليل مصرف آب ارائه شده كه پويايي ميان رفتار كاربران نهايي و عملكرد هيدروليكي شبكه توزيع آب را بازنمايي ميكند. در اين جهت چهارچوبي نوين جهت تحليل هيدروليكي شبكههاي توزيع آب توسعه داده شدهاست كه دبي خروجي از گره را بر اساس رفتار مصرفي مصرفكنندگان در مواجهه با سرويسدهي شبكه در فعاليتهاي مختلف آببر تعيين ميكند. چهارچوب ارائه شده در اين مطالعه از سه زير مدل شبيهساز هيدروليكي شبكه توزيع آب، شبيهساز تقاضاي آب و شبيهساز رفتار مصرف آب تشكيل شده است كه قادر به تحليل دورگسترده هيدروليك شبكه در مقياس زماني دقيقه است. در زير مدل شبيهساز هيدروليكي، هيدروليك شبكه با استفاده از الگوريتم WNTR بر اساس رويكرد مبتني بر تقاضا تحليل ميشود. با استفاده از ابزار عاملبنيان جامعه مشتركين در گرههاي شبكه توزيع آب قرار ميگيرند و بر اساس اطلاعات آماري منطقه مطالعاتي، خصوصيات فردي و دموگرافيك مشتركين اختصاص داده ميشود. نگرش هر يك از مشتركين در زمينه صرفهجويي در مصرف آب نيز بر اساس خصوصيات فردي، مشخصات دموگرافيك و روابط اجتماعي مدلسازي ميشود. در زير مدل شبيهساز تقاضا، تقاضاي مشتركين در مقياس فعاليتهاي آببر تعيين ميشود. در اين زير مدل بر اساس خصوصيات فردي و توابع توزيع آماري براي هر يك از مشتركين تعداد دفعات تكرار و شدت جريان، مدت زمان و زمان شروع تقاضا آب بهازاي هر تكرار از فعاليتهاي آببر تعيين ميشود. بر اساس نگرش صرفهجويانه افراد، دامنه تقاضاي مطلوب پيرامون شدت جريان تقاضا تعريف ميگردد. سپس در زيرمدل شبيهساز رفتار مصرفي، مؤلفههاي مصرف آب مشتركين بر اساس مؤلفههاي تقاضا، دامنه تقاضاي آنها و نحوه سرويسدهي شبكه توزيع آب مدلسازي ميشود. رفتار مصرف آب مصرفكنندگان بر اساس الگوريتمهاي رفتار مصرفي تعيين ميشود. در اين الگوريتمها، امكان برداشت آب از شير با ارتفاع كمتر، ذخيرهسازي آب و تغيير ميزان بازشدگي شير براي مشتركين تعريف شده است. بهعلاوه اين الگوريتمها از قابليت مدلسازي نارضايتي مشتركين نيز برخوردار هستند. با اتصال سه زير مدل در محيط پايتون، شبكه با لحاظ تعامل دوسويه هيدروليك شبكه توزيع و رفتار مصرفي مصرفكنندگان تحليل ميشود. بهمنظور ارزيابي عملكرد مدل، مدل پيشنهادي بر روي شبكه توزيع آب شهر گز اعمال شده است. نتايج نشان داد در چهارچوب ارائهشده در اين مطالعه، نيازي به تعريف فشار حداقل و مطلوب نيست؛ زيرا با درنظرگرفتن توزيع مكاني شيرآلات، ميزان سرويسدهي شبكه بهصورت مستقيم تعيين ميشود. تحليل حساسيت بيان كرد كه در فشارهاي پايين، توزيع مكاني عمودي شيرهاي پيرامون گره، تأثير بيشتري بر شدت جريان تأميني دارد و در فشارهاي بالا، اثرگذاري توزيع مكاني افقي برجستهتر است. مدل پيشنهادي در مقايسه با روش تحليل هيدروليكي مبتني بر فشار، توصيف واقعگرايانهتري از شرايط بهرهبرداري ارائه كرده و رفتار شبكه را دقيقتر بازآفريني كرده است. اعمال اين مدل بر شبكه موردي نشان داد مقدار مصرف آب و در نتيجه نسبت تأمين، بيشتر از مقادير بهدستآمده از تحليل مبتني بر فشار برآورد ميشود، بهطوري كه در برخي از مقادير هد مخزن، مصرف در شبكه در مدل پيشنهادي حدود 13 درصد بيشتر از تحليل مبتني بر فشار محاسبه گرديد. مقايسه الگوهاي تقاضا و مصرف حاصل از مدل نيز نشان داد نارضايتي مصرفكنندگان عمدتاً در دورههاي اوج تقاضا رخ ميدهد؛ زيرا به دليل فشار پايين، مصرف كمتر از تقاضاست، درحاليكه در دورههاي غير اوج، مصرف از سطح تقاضا فراتر رفته است. نتايج حاصل از مدل پيشنهادي نشان داد در صورت مناسب نبودن كيفيت سرويسدهي شبكه، افزايش هد مخزن منجر به كاهش نارضايتي مصرفكنندگان و افزايش نسبت تأمين ميشود. براي نمونه افزايش هد مخزن از 1625 به 1630، باعث شد در حدود 10 درصد نسبت تأمين شبكه بهبود پيدا كند و در حدود 97 درصد نارضايتي مصرفكنندگان كاهش يابد. ادغام بعد اجتماعي در تحليل هيدروليكي شبكه نشان داد تغيير نگرش مصرفكنندگان نسبت به صرفهجويي، بدون اعمال تغيير در پارامترهاي هيدروليكي، عملكرد شبكه را حدود 13 درصد بهبود داده است. در مجموع، اين نتايج نشان ميدهد كه چهارچوب پيشنهادي با بازنمايي واقعگرايانه رفتار مصرفكنندگان، دقت تحليل هيدروليكي شبكه توزيع آب را تقويت ميكند و مبنايي قابلاتكا براي ارزيابي سياستهاي مديريت تقاضا در شرايط بهرهبرداري غيرعادي فراهم ميآورد.
چكيده انگليسي
In conventional hydraulic models of water distribution networks (WDNs), consumer water demand and water use are often oversimplified, and the complex interactions between consumer behavior and WDN hydraulics are typically overlooked. To address these limitations, this study introduces a microscale water-use analysis methodology that captures the dynamic interplay between end-user behavior and the hydraulic performance of WDNs. Within this context, a novel framework has been developed in which nodal outflow is determined based on consumers’ water-use behavior in response to the state of WDN service during different water-use activities. The proposed framework consists of three integrated sub-models: a WDN hydraulic simulator, a water demand simulator, and a water-use behavioral simulator. In the WDN hydraulic analysis sub-model, the network hydraulics are evaluated using the WNTR algorithm based on a demand-driven approach. Using an agent-based modelling tool, the consumer population is assigned to the nodes of the WDN. In the water demand simulator sub-model, consumer water demand is generated at the scale of individual water-use activities. In the water-use behavioral simulator sub-model, consumer actions are specified through behavioral algorithms that allow water withdrawal from alternative taps at lower elevations, water collection and storage, and adjustment of tap openings. These algorithms also incorporate the modelling of consumer dissatisfaction. In the proposed framework, the mutual interaction between WDN hydraulics and consumer behavior is modeled through the integration of three sub-models within a Python environment. The performance of the framework was evaluated through its implementation on the Gaz City WDN. The results indicate that the framework eliminates the need to define minimum or desirable pressure thresholds. The sensitivity analysis shows that at low pressures, the vertical spatial distribution of fixtures around a node has the dominant influence on the available water intensity, whereas at higher pressures, the horizontal distribution becomes more significant. Application to the case study demonstrated that the estimated water use, and consequently the demand satisfaction ratio, is higher than that obtained through pressure-driven analysis. For specific reservoir head values, the total water use predicted by the proposed framework was approximately 13 percent higher than that estimated using pressure-driven analysis. A comparison of water demand and water use patterns shows that consumer dissatisfaction is primarily generated during peak-demand periods, when reduced pressure causes water use to fall below the demand, whereas during off-peak periods, water use typically exceeds demand. Furthermore, increasing the reservoir head from 1625 m to 1630 m improved the overall demand satisfaction ratio by approximately 10 percent and reduced consumer dissatisfaction by nearly 97 percent. Incorporation of the social dimension into the hydraulic analysis indicates that enhanced consumer attitudes toward water conservation improve overall WDN performance by approximately 13 percent, achieved without any modification to the hydraulic parameters of the system. Taken together, these outcomes demonstrate that the proposed framework strengthens the accuracy of WDN hydraulic analysis through a realistic representation of consumer behavior and provides a basis for assessing demand management policies under abnormal operating conditions.
استاد راهنما
آزاده احمدي
استاد مشاور
محمدرضا جليلي قاضي زاده
استاد داور
مسعود تابش , رامتين معيني , مسعود طاهريون