16047

1649 دكتري

دكتري

مهندسي آب

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1399

بيست و دو، 161ص. : مصور، جدول، نمودار

كيوان اصغري

محمدرضا چمني

مسعود تابش، آزاده احمدي، علي حقيقي

1399/09/16

كتابنامه

مهندسي عمران

مهندسي عمران

1399/09/18

2643274

چكيده ايستگاههاي پمپاژ از اجزاي مهم شبكههاي توزيع آب هستند با خاموش و روشن شدن متوالي پمپهاي موجود در ايستگاههاي پمپاژ عالوه بر استهالك ناشي از تغيير مكرر وضعيت پمپاژ جريان غيردائمي و امواج ايجاد شده در اثر آن در سراسر شبكه منتشر شده و اثرات مخربي را به جا خواهد گذاشت لذا شبيهسازي شبكههاي توزيع آب بهصورت دائمي و غيردائمي انجام ميشود شبيهسازي جريان دائمي نيز به دو صورت شبيهسازي بر پايه تقاضا بدون درنظر گرفتن رابطه دبي هد فشار گرهي و شبيهسازي بر پايه فشار درنظر گرفتن رابطه دبي هد فشار گرهي انجام ميشود بهرهبرداري بهينه نيز از ايستگاههاي پمپاژ بهعنوان برنامهريزي پمپاژ در طول شبانهروز عالوه بر كاهش هزينههاي برق مصرفي ايستگاه پمپاژ و كاهش نشت و اضافه هد فشار بهبود قابلتوجهي را در عملكرد شبكه توزيع آب از لحاظ هيدروليكي و كيفي در پي خواهد داشت از جمله شاخصهاي ارزيابي عملكرد شبكههاي توزيع آب شاخص قابليتاعتماد است در بيشتر مطالعات پيشين بهينهسازي برنامهريزي پمپاژ با هدف كمينه كردن هزينههاي برق مصرفي ايستگاه پمپاژ بهصورت تكهدفه انجام شده است در اين رساله در فاز بهرهبرداري به بهينهسازي سههدفه برنامهريزي پمپاژ شبكههاي توزيع آب پرداخته شده است هدف اول مربوط به كمينه كردن هزينههاي برق مصرفي ايستگاه پمپاژ است دومين هدف قابليتاعتماد هيدروليكي از دو جنبه هد فشار آب در گرههاي شبكه و سرعت آب در لولههاي شبكه است سومين هدف نيز قابليتاعتماد كيفي براساس سن آب و غلظت كلر آزاد باقيمانده در گره هاي شبكه توزيع آب است براي باال بردن دقت نتايج بهدست آمده شبيهسازي دورهگسترده در محاسبه مشخصات هيدروليكي و كيفي شبكه توزيع آب انجام شده است از آنجا كه هدف اين رساله ارائه برنامه پمپاژ در طول شبانهروز است درنظر گرفتن رابطه دبي هد فشار در تحليل شبكه توزيع آب ضروري است با توسعه الگوريتم بر پايه فشار در Visual Studio به زبان C به نام EPANET IMNO سعي بر اين خواهد بود تا نتايج دبي قابل دسترس و هد فشار گرهي منطبق با واقعيت بهدست آيد صحت نتايج حاصل از EPANET IMNO با شبكه توزيع آب 9 گرهاي در دو حالت شبيهسازي استاتيكي و دورهگسترده و با مقايسه الگوريتمهاي مختلف بر پايه فشار سنجيده شده است در اين رساله با مدلسازي جريان غيردائمي در شبكه توزيع آب به زبان برنامهنويسي فرترن به بررسي كمينه و بيشينه هد فشار و نوسان هد فشار ناشي از امواج ايجاد شده در شبكه بهصورت قيد بهينهسازي پرداخته شده است برنامه جريان غيردائمي با عنوان TRANSIENT به فايل اجرايي تبديل شده و با EPANET IMNO لينك شده است اين برنامه قادر است خاموشي و يا كم شدن سرعت پمپاژ پمپ دور ثابت و دور متغير تعدادي و يا همه پمپهاي موجود در ايستگاه پمپاژ را بررسي كند صحت نتايج اين كد براي شبكه توزيع آب نمونهاي با استفاده از نرمافزار Aft Impulse سنجيده شده است بهينهسازي برنامهريزي پمپاژ شامل پمپهاي دور متغير و دور ثابت با سه هدف كمينهكردن هزينههاي برق مصرفي ايستگاه پمپاژ بيشينه كردن قابليتاعتماد هيدروليكي و بيشينه كردن قابليتاعتماد كيفي انجام شده است الگوريتم بهينهسازي سههدفه Clustered NA ACO در محيط برنامهنويسي Visual Studio C توسعه داده شده است كارايي اين الگوريتم با استفاده از توابع آزمايش سههدفه DTLZ سنجيده شده است هريك از اين توابع آزمايش بخشي از توانايي الگوريتم توسعه داده شده را نشان ميدهند نتايج اين تحقيق نشان ميدهد كه استفاده از رويكرد خوشهبندي ميتواند مدت زمان اجراي برنامه را بهطور چشمگيري كاهش دهد بهطوري كه براي تابع آزمايش 1 DTLZ استفاده از خوشهبندي مدت زمان اجراي برنامه را به ميزان 5 71 كاهش داده است در اين تابع آزمايش همانند توابع آزمايش ديگر استفاده از خوشهبندي به توزيع مناسبتر جوابها كمك قابلتوجهي كرده است در اين تابع آزمايش استفاده از خوشهبندي شاخص توسعه داده شده DS در اين رساله را به ميزان 15 بهبود داده است پس از اثبات كارايي Clustered NA ACO اين الگوريتم با EPANET IMNO و همينطور الگوريتم جريان غيردائمي TRANSIENT لينك شده و در بهينهسازي چند شبكه توزيع آب بهكار رفته است نتايج بهينهسازي شبكه توزيع آب Hanoi كه بدون تانك ذخيره است نشان داده كه بهينهسازي سههدفه كمينه كردن هزينهها بيشينه كردن قابليتاعتماد هيدروليكي براساس هد فشار و بيشينه كردن قابليتاعتماد هيدروليكي براساس سرعت با استفاده از پمپ دور متغير توانسته حدود 102 دالر از هزينههاي برق مصرفي نسبت به پمپ دور ثابت بكاهد قابليتاعتماد هيدروليكي براساس سرعت و هد فشار در اين شبكه توزيع آب با يكديگر در تضاد نيستند همچنين بهينهسازي سههدفه كمينه كردن هزينهها بيشينه كردن قابليتاعتماد

1 Multiobjective Optimization of the Pump Station Scheduling in Unsteady Flow for Improving the Operation of Water Distribution Networks Nazli Mehzad n mehzad@cv iut ac ir nazlimehzad@gmail com Date of Submition Department of Civil Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 IranDegree Ph D Language FarsiSupervisor Dr Keyvan Asghari kasghari@cc iut ac irAdvisor Dr Mohammad Reza Chamani mchamani@cc iut ac irAbstractOptimal operation of pumping stations in Water Distribution Networks WDNs is presented based on threeobjectives including 1 pumping energy costs 2 hydraulic reliability based on the nodal pressures and thevelocity of water in the pipes and 3 quality reliability based on water age and the residual concentration ofchlorine We proposed a three objective optimization algorithm called Clustered Non dominated Archiving AntColony Optimization Clustered NA ACO and evaluated the efficiency of this algorithm through seven DTLZtest functions Incorporating k means clustering strategy with NA ACO can greatly improve the distribution ofsolutions 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 Inthis 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 20 is revised and enhanced to handle the effects ofthe speed s changes of the motor of VSPs and SSPs This TRANSIENT code and also EPANET IMNO arelinked 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 importanceof considering transient flow in the optimization of WDNs It is also concluded the necessity of evaluating theconflict of objective functions before combining them together Key WordsWater Distribution Network Pump Scheduling Multiobjective Optimization EPANET IMNO Clustered NA ACO Unsteady Flow Reliability IntroductionWater Distribution Networks WDNs are one of the important infrastructures in the development ofurban areas These systems must deliver enough water to consumers in due time with appropriatequality Due to the large scale and complexity an optimal design operation and rehabilitation ofWDNs are necessary to ensure the appropriate services for consumers Besides the traditional energycosts as an objective function the reliability of the network in terms of hydraulic performance 1 andwater quality performance 2 proved their efficacy in Multi Objective Optimization MOO Thepresence of multiple conflicting objectives in a problem leads to a set of solutions non dominatedsolutions or Pareto optimal front instead of a unique solution in a single objective optimizationproblem A prosperous performance of WDNs depends on the proper functioning of the network scomponents e g pumping stations In any optimization model the location of pumps the sizes ofpumps including pump types pump capacities pumping power and pump head and the scheduling ofpumping stations can be considered as decision variables The optimal location of pumps has beeninvestigated in previous studies 3 In some studies the location and capacity of new pumps havebeen considered as decision variables 4 Moreover the sizes of pumps have been optimized inMarques et al 5 Pumping stations are designed based on the head and discharge of the peak demand period in aday It is therefore necessary to improve the performance of pumping stations through appropriatescheduling according to the demand pattern to reduce pumping energy costs and extra nodal pressures

كيوان اصغري

محمدرضا چمني

مسعود تابش، آزاده احمدي، علي حقيقي