تدوین مدل مدیریت چندمرحله‌ای پیامد ورود بار آلودگی ناگهانی در شبکه‌های توزیع آب شهری

در این پژوهش از یک مدل شبیه‌سازی بهینه‌سازی برای مدیریت چندمرحله‌ای پیامد ورود بار آلودگی ناگهانی در شبکه‌های توزیع آب شهری استفاده ‌شد. ابزارهای استفاده شده در مدیریت پیامد در این پژوهش، تخلیه آب آلوده توسط شیرهای آتش‌نشانی، باز یا بسته کردن لوله‌ها برای کنترل مسیر جریان در شبکه یا ایزوله کردن نواحی مختلف و نیز خاموش یا روشن کردن پمپ‌ها برای تنظیم فشار جریان آب در شبکه هستند. برای شبیه‌سازی از نرم‌افزار epanet و برای بهینه‌سازی از الگوریتم ژنتیک تک‌‌هدفه استفاده ‌شد. توابع هدف مساله مدیریت پیامد در این پژوهش عبارت‌اند از: حداقل کردن زمان بازگشت سیستم به حالت عادی، حداقل کردن جرم آلودگی مصرف شده توسط کاربران و نیز حداقل کردن تعداد گره‌های آلوده شده. هرکدام از توابع هدف اشاره شده برای دو سناریوی مختلف مدیریتی اجرا ‌شد. در سناریوی اول، وضعیت شیر‌های تخلیه آتش‌نشانی و نیز شیرهای باز و بسته کردن لوله‌ها از نظر باز یا بسته بودن و نیز وضعیت پمپ‌ها از نظر روشن یا خاموش بودن از ابتدا تا انتهای دوره شبیه‌سازی ثابت و در سناریوی دوم وضعیت‌های اشاره شده به تناوب طبق الگوهای موجود قابل‌تغییر بود. تعداد متغیرهای تصمیم در این پژوهش 54 عدد، شامل تعیین باز یا بسته بودن شیرهای آتش‌نشانی، باز یا بسته بودن لوله‌ها و نیز روشن یا خاموش بودن پمپ‌ها بود. تزریق بار آلودگی از سه گره کاندیدا در شبکه انجام شد. نتایج نشان داد که در حالت تغییر متناوب ابزارهای مدیریتی، تابع هدف حداقل کردن زمان بازگشت سیستم به حالت عادی بین 13 تا 26.5 درصد، تابع هدف حداقل کردن جرم آلاینده مصرفی بین 12 تا 20 درصد و تابع هدف حداقل کردن تعداد گره‌های آلوده بین 6 تا 21 درصد بهبود یافت. لازم به‌ذکر است که در همه سناریوها، عدم افت فشار آب در گره‌های مختلف شبکه از حداقل مقدار مجاز تعیین شده و نیز عدم افزایش تعداد فعالیت‌های واکنش‌های مدیریتی از حداکثر مقدار تعیین شده کنترل شد. تناوب در باز و بسته شدن لوله‌ها و شیرهای تخلیه آتش‌نشانی و نیز در روشن یا خاموش بودن پمپ‌ها به بهبود توابع هدف تا حد قابل‌قبولی کمک کرد.

Development of Multi-Period Response Management Model to Suddenly Contaminated Urban Water Distribution Networks

In this study, a simulationoptimization model is used for multiperiod consequence management of sudden contamination in urban water distribution network. The tools used in the management of consequences in this study are to discharge contaminated water by hydrants, to cut or plug the pipes to control the flow path in the network or to isolate the different areas, as well as to switch the pumps on or off to regulate the water flows pressure into the network. EPANET software is used for simulation and singleobjective genetic algorithm is used for optimization. In this study, the three objective functions are to minimize system return time to normal situation, minimize the mass of contamination consumed, and minimize the number of infected nodes. Each of the objective functions mentioned is executed for two different management scenarios. In the first scenario, the status of the hydrants, valves and pumps is constant from the beginning to the end of the management period. In the latter scenario, the status of the hydrants, valves and pumps can be changed periodically from the beginning to the end of the management period. The number of decision variables in this study was 54, which included determining whether the hydrants were open or closed, whether the pipes were closed or connected, and whether the pumps were on or off. The contamination loading is injected from the three candidate nodes into the network. The results show that alternating situations of hydrants, valves and pumps, compared to the situation where the hydrants, valves and pumps are in constant condition, decreases the return time to a normal state between 13 and 26.5 percent, the amount of contaminated water consumed between 12 and 20 percent and the number of infected nodes between 6 and 21 percent. It should be noted that in all scenarios, the minimum water pressure at the nodes of the network is controlled from the minimum permissible value and the increase in the number of management responses actions is controlled from the maximum permissible value. The alternation of the opening and closing of the hydrants and valves, as well as the switching of the pumps on or off, helps to improve the target functions to an acceptable extent.