15226

1474 دكتري

دكتري

مهندسي آب

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1398

هجده، 111، 6ص.: مصور، جدول، نمودار

كيوان اصغري،‌ محمدرضا چمني

حميدرضا صفوي،‌ آزاده احمدي،‌ محمود فغفور مغربي، رامتين معيني

1398/08/01

كتابنامه

مهندسي عمران

مهندسي عمران

1398/08/01

2572028

چكيده شبكه آب وظيفه توزيع آب را برعهده داشته و معموال به گونهاي طراحي ميشود كه ضوابط فشار و سرعت را ارضا كند در بيشتر مواقع اين ضوابط توسط آييننامههاي طراحي مشخص ميشوند در اين راستا وجود عدم قطعيت در تخمين نيازآبي و ضريب اصطكاك يا ضريب زبري داخلي لوله ها و تغيير اين ضرايب نسبت به زمان طراحي شبكه را پيچيده ميكند هدف از اين رساله تحليل و طراحي شبكه در شرايط عدم قطعيت است يكي از رويكردهاي شبيهسازي عدم قطعيت در شبكههاي توزيع آب استفاده از تئوري فازي است به دليل پيچيدگي محاسباتي در شبكههاي توزيع آب تحليل و طراحي شبكه در شرايط عدم قطعيت به سادگي امكانپذير نيست مقادير حدي كمينه و بيشينه پارامترهاي ورودي داراي عدم قطعيت هد مخزن ضريب اصطكاك لولهها و نيازآبي گرهها الزاما مقادير حدي پارامترهاي خروجي فشار در گرهها و سرعت در لولهها را نتيجه نميدهند در اين حالت رفتار سيستم اصطالحا نايكنوا بوده و الزم است براي محاسبه كمينه يا بيشينه مقدار ممكن هر يك از پارامترهاي خروجي از ابزار بهينهساز استفاده كرد يكي ديگر از چالشهاي اصلي تحليل عدم قطعيت استفاده از تحليل مبتني بر فشار به جاي تحليل مبتني بر تقاضا است تا نتايج شبيهسازي منطبق بر واقعيت باشد رويكردي كه كمتر در تحقيقات پيشين به آن پرداخته شده است در رساله حاضر جريان ماندگار فرض شده و از رابطه هيزن ويليامز براي محاسبه افت لولهها استفاده شده است در اين راستا مدل تحليل مبتني بر فشار بر پايه استفاده از ابزار بهينهساز و شبيهساز EPANET در دو حالت ساده و دوره گسترده بر اساس گامهاي زماني در طول شبانهروز توسعه داده شده است كه نتايج اوليه نشان ميدهد مدل ارائه شده در مقايسه با ساير مدلهاي مبتني برتكرار همگرايي و پايداري بهتري دارد با بهرهگيري از توابع فازي نوع دوم مدلي چندين هدفه براي تحليل عدم قطعيت شبكه با قابليت درنظر گرفتن اثر افزايش نيازآبي و كاهش ضريب هيزن ويليامز در طول سالهاي بهرهبرداري ارائه شده است در ادامه الگوريتم ژنتيك موازي و اختصاصي براي حل مدل توسعه داده شده است اين الگوريتم ميتواند تعداد زيادي تابع هدف را به صورت موازي بهينه كند با استفاده از مثال مرجع مدل تحليل عدم قطعيت پيشنهادي ارزيابي شده است شاخصهاي عملكرد هيدروليكي در شرايط عدم قطعيت و شاخصهاي پايداري هيدروليكي در چهار دسته فشار سرعت متوسط و بحراني معرفي شده است سپس مدلي بهينهساز چندهدفه براي طراحي قطر شبكه در چهار دسته سناريوي مختلف به صورت دو و سههدفه توسعه داده شده و شبكه دوحلقهاي بر اساس اين چهار دسته سناريو طراحي شده است خروجي مدل به صورت جبهه پارتو بوده كه گزينههاي مختلف طراحي را ارائه ميدهد يك شبكه نمونه به عنوان مورد مطالعاتي انتخاب شده و تحليل عدم قطعيت و طراحي آن بررسي شده است نتايج مدل تحليل عدم قطعيت نشان ميدهد عدم قطعيت اندك هد مخزن نيازآبي گرهها و ضريب هيزن ويليامز لولهها ميتواند تأثير زيادي روي سرعتها و فشارها داشته باشد به عنوان نمونه درنظر گرفتن 01 سال دوره بهرهبرداري 01 درصد عدم قطعيت نيازآبي و ضريب هيزن ويليامز و يك درصد عدم قطعيت هد مخزن ميتواند عملكرد فشار شبكه را تا 96 درصد و عملكرد سرعت شبكه را تا 51 درصد كاهش دهد در فاز طراحي نتايج نشان ميدهد كه استفاده همزمان از شاخص عملكرد هيدروليكي در شرايط عدم قطعيت و شاخص پايداري هيدروليكي ميتواند مدل مناسبي براي طراحي بهينه سههدفه شبكه ارائه دهد مدلي كه نتيجه نهايي آن شبكه اي است كه عالوه بر اقتصادي بودن عملكرد هيدروليكي مطلوبي در شرايط عدم قطعيت داشته و از نظر پايداري نيز وضعيت مناسبي دارد به عبارت ديگر بر اساس مدل ارائه شده ميتوان قطر شبكه را به گونهاي طراحي كرد كه كمينه هزينه بيشينه پايداري و بيشينه عملكرد هيدروليكي در شرايط عدم قطعيت به دست آيد نتايج طراحي شبكه دوحلقهاي نشان ميدهد كه با افزايش اندك هزينه ميتوان طرحي براي قطرهاي شبكه ارائه داد كه از نظر پايداري هيدروليكي و از عملكرد هيدروليكي 1

1 Analysis and optimal design of water distribution networks under uncertainty using hydraulic performance and sustainability indices Mohammadali Geranmehr mgeranmehr@gmail com Date of Submission September 15 2019 Department of Civil Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 IranDegree Ph D Languages Persian Farsi First Supervisor Dr Keyvan Asghari kasghari@cc iut ac irSecond Supervisor Dr Mohammad Reza Chamani chamani@cc iut ac irDepartment Graduate Coordinator Dr Farhad Behnamfar farhad@cc iut ac irAbstractThe design of the water distribution networks is typically based on providing acceptablehydraulic performance i e appropriate nodal pressure heads and pipes velocities Inevitable model uncertainty such as reservoir heads nodal demands and pipes roughness could affect network performance significantly In the present study a fuzzy uncertaintyanalysis approach is developed to handle the uncertainty of reservoir heads and nodaldemands for long term simulation based on type 2 fuzzy logic Furthermore the long termuncertainty of Hazen Williams HW coefficient is also considered A parallel geneticalgorithm is developed to solve a multi objective optimization problem for fuzzy uncertaintyanalysis A modified fuzzy uncertainty analysis method is also introduced which is based onnetwork performance indices In this method only a single objective optimization tool isrequired to calculate the least possible value of network performance under uncertainties Maximizing this value along with minimizing the cost and maximizing hydraulicsustainability is implemented in a three objective optimization model to find the optimalpipe diameters A new method based on optimization and is introduced as the pressuredependent hydraulic simulator The presented approach has successfully used to design acase study network The results show that this method could obtain economic pipediameters which provide higher hydraulic performance under uncertainty Keywords Water distribution networks uncertainty fuzzy theory pressure dependentanalysis hydraulic performance hydraulic sustainability parallel genetic algorithm Associate Professor Department of Civil Engineering Isfahan University of Technology Isfahan Iran

كيوان اصغري،‌ محمدرضا چمني

حميدرضا صفوي،‌ آزاده احمدي،‌ محمود فغفور مغربي، رامتين معيني