طراحی نواحی مجزای اندازه‌گیری با رویکرد کاهش هزینه و کاهش نشت در شبکه‌های توزیع آب

زمینه و هدف: برای تخمین مقدار نشت در شبکه توزیع آب، انجمن بین المللی آب اندازه گیری مقدار جریان شبانه با استفاده از ایجاد نواحی مجزای اندازه گیری (dma1) را توصیه می کند. از طرفی ایجاد این نواحی برای شبکه های موجود و قدیمی باید با در نظر گرفتن عواملی از قبیل به حداقل رساندن لوله های مرزی بین نواحی، کمترین هزینه ایجاد نواحی و همچنین بررسی تاثیر ایجاد نواحی برهیدرولیک شبکه و ازجمله اثرگذاری بر میزان نشت انتخاب گردد. به عبارت دیگر، طرح انتخابی به لحاظ هندسه، تعداد نواحی و همچنین شرایط مرزی بین نواحی باید به صورت بهینه محاسبه و انتخاب گردد. همچنین با توجه به تاثیر انتخاب الگوریتم دو هدفه بر نتایج بهینه سازی، برای اولین بار نتایج الگوریتم های دو هدفه در ایجاد نواحی منطقه سنجی مقایسه شده است. برای انتخاب بهترین الگوریتم بهینه سازی در بخش پارتیشن بندی فیزیکی از الگوریتم های nsgaii، mogwo، spea2 و mopso استفاده شد و نتایج نشان داد که الگوریتم spea2 بهتر از سایر الگوریتم ها عمل می کند. سپس با بررسی نتایج ایجاد نواحی اندازه گیری مجزا با تغییر تعداد و هندسه نواحی در شبکه، وضعیت بهینه نواحی با توجه به دو هدف بهینه سازی و همچنین شاخص هایی مانند فشردگی و مقادیر فشار گرهی محاسبه شده و طرح پیشنهادی انتخاب شد. روش پژوهش: در تحقیق حاضر یک روش جدید جهت ایجاد نواحی مجزای اندازه گیری در شبکه توزیع آب موجود با رویکردهای کاهش هزینه و کاهش نشت ارائه شده است. ایجاد نواحی با این دو رویکرد کمتر در تحقیقات گذشته مورد بررسی قرار گرفته است. این روش شامل مراحل خوشه بندی، ناحیه بندی فیزیکی و همچنین تجزیه وتحلیل نتایج است. روش ارائه شده بر روی شبکه توزیع آب زدجی در کشور چین بکار گرفته شد. همچنین با توجه به اثرگذاری انتخاب الگوریتم دو هدفه بر نتایج بهینه سازی برای اولین بار به مقایسه نتایج الگوریتم های دو هدفه در ایجاد نواحی مجزای اندازه گیری پرداخته شده است. جهت انتخاب بهترین الگوریتم بهینه سازی در بخش ناحیه بندی فیزیکی از الگوریتم های nsgaii2، mogwo3، spea24، mopso5 استفاده شد که نتایج نشان داد الگوریتم spea2 نسبت به سایر الگوریتم ها عملکرد بهتری داشته است. سپس با بررسی نتایج ایجاد نواحی مجزای اندازه گیری با تغییر تعداد و هندسه نواحی در شبکه، حالت بهینه نواحی با توجه به دو هدف بهینه سازی و همچنین شاخص هایی نظیر پیمانگی و مقادیر فشار گره ای مورد محاسبه قرار گرفت و طرح پیشنهادی انتخاب گردید. یافته ها: نتایج نشان داد که با انتخاب بهینه تعداد وهندسه نواحی با روش ارائه شده، میزان انحراف معیار فشار گرهی شبکه 8/14 درصد و میزان نشت گرهی شبکه 8/5 درصد نسبت به حالت بدون ایجاد نواحی مجزای اندازه گیری کاهش یافته است. درواقع ایجاد نواحی علاوه بر کنترل نشت در شبکه، موجب مدیریت فشار و کاهش نشت در شبکه گردیده است. نتایج: روش ارائه شده ضمن ایجاد نواحی مجزای اندازه گیری با کمترین هزینه، میزان نشت و انحراف معیار فشار گرهی در شبکه را نیز کاهش داده است که به ایجاد عدالت توزیع آب در شبکه کمک می کند. همچنین الگوریتم دو هدفه spea2 به عنوان الگوریتم برتر از بین چهار الگوریتم بررسی شده جهت ایجاد نواحی مجزای اندازه گیری پیشنهاد می گردد.

designing district metered areas with cost reduction and reduction of leakage approach in water distribution networks

background and aim: to estimate the rate of leakage in the water distribution networks, the international water association recommends measuring the rate of night flow by creating district metered areas (dmas). however, in creating dmas, especially for the existing and old wdns, minimizing the boundary pipes between the dmas, leakage, cost, and stable hydraulics should be taken into account. the layout should be optimally designed regarding geometry and the optimum number. in this study, the results of two objective algorithms have been compared in creating dmas. nsgaii, mogwo, spea2, and mopso algorithms are used to select the best optimization algorithm in the physical partitioning. the results showed that the spea2 algorithm performs better than other algorithms. by examining the creation of different dmas by changing the number and geometry of the areas in the networks, the optimal case of the areas was calculated according to two optimization goals, as well as different indicators such as modularity and nodal pressure values. methods: this study presents a new method to create dmas in the existing water distribution network with cost and leakage reduction approaches. the creation of areas with these two approaches has yet to be investigated in past studies. this method includes the phases of clustering, physical partitioning, and analysis of the results. the presented method was used on the zj water distribution network in china. also, the results of the two objective algorithms have been compared for the first time in creating dmas. results: the results showed that the standard deviation of the nodal pressure of the network has decreased by 14.8% and the nodal leakage rate of the network by 5.8% compared to the case without creating dmas. in addition to controlling leakage in the network, the creation of dmas has led to pressure management and leakage reduction in the water distribution network. conclusion: the presented method creates dmas with the lowest cost and rate of leakage and pressure control in helping justice of the water distribution network. also, the spea2 two objective algorithm is suggested as the best algorithm for creating dmas among the four reviewed algorithms.