بهینه‌سازی سامانه‌های تامین آب نوبتی با استفاده از الگوریتم ازدحام ذرات و تحلیل هیدرولیکی مبتنی بر فشار

در این پژوهش با استفاده از تحلیل هیدرولیکی مبتنی بر فشار و الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات، بهینه‌سازی تامین آب نوبتی با هدف بیشینه‌سازی یکنواختی توزیع آب در شبکه و قابلیت اطمینان انجام شد. در ادامه با محاسبه برگشت‌پذیری به‌عنوان یک معیار کارایی به ارزیابی عملکرد سیستم پرداخته شد و نتایج حاصل از تحلیل هیدرولیکی مبتنی بر فشار با تحلیل هیدرولیکی مبتنی بر تقاضا مقایسه شد. به این منظور الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات و مدل تحلیل هیدرولیکیepanet  تلفیق شد و با اعمال تغییراتی در روند محاسبات هیدرولیکی، امکان تحلیل هیدرولیکی مبتنی بر فشار نیز مهیا شد. مدل ارائه شده، بر روی یک شبکه نمونه در چندین سناریوی کم‌آبی بررسی شد. مطابق نتایج به‌دست آمده، تابع هدف و یا به‌عبارتی یکنواختی توزیع آب برای سناریوهایی با تنش آبی کمتر، مقدار بیشتری دارد، به‌طوری که بیشترین مقدار، در حالت بدون کمبود حاصل شد. همچنین مقدار تابع هدف برای سناریوهای با تحلیل هیدرولیکی مبتنی بر فشار در حدود 20 درصد بیشتر از مقدار آن برای سناریوهای با تحلیل هیدرولیکی مبتنی بر تقاضا به‌دست آمد. با مقایسه مقدار به‌دست آمده برای معیار‌های کارایی سیستم، مشاهده ‌شد که میزان برگشت‌پذیری شبکه‌ای و گرهی در اکثر سناریوهای با تحلیل هیدرولیکی مبتنی بر تقاضا بیشتر از سناریوهای با تحلیل هیدرولیکی مبتنی بر فشار بود که در توجیه آن می‌توان گفت که در تحلیل هیدرولیکی مبتنی بر تقاضا از آنجایی که تامین آب، بدون در نظرگیری مقدار فشار گرهی انجام می‌شود، بنابراین مقدار دبی‌ها واقعی نیست و حالت شکست در تامین آب مورد تقاضای گره‌ها به‌ندرت رخ می‌دهد. همچنین معیار برگشت‌پذیری، با بیشترین مقدار در حدود 99 درصد برای آستانه کارایی 70 درصد و در حالت گرهی به‌دست آمد. با استفاده از مدل‌های بهینه‌سازی، یکنواختی و عدالت توزیع آب بین گره‌های مصرف و در نتیجه رضایت ذی‌نفعان بیشینه می‌شود. در این راستا، استفاده از مدل‌های تحلیل هیدرولیکی مبتنی بر فشار، امکان شبیه‌سازی واقعی‌تر رفتار شبکه‌های توزیع آب را مهیا می‌کند.

Optimization of Intermittent Water Supply Systems Using Particle Swarm Optimization Algorithm and Pressure Driven Hydraulic Analysis

In this research, intermittent water supply is optimized using pressure driven hydraulic analysis and particle swarm optimization algorithm with the aim of maximizing the uniformity of water distribution in the network and reliability. In the following, by calculating the resiliency as an efficiency criterion, system performance is evaluated. Obtain­ed results from pressure driven hydraulic analysis and demand driven hydraulic analysis are compared. In this regard, the particle swarm optimization algorithm and the EPANET hydraulic analysis model are linked. Pressure driven hydraulic analysis is performed by applying some modifications on the hydraulic calculation process. The proposed model is evaluated on a sample network in several water shortage scenarios. According to the obtained results, the objective function (uniformity of water distribution) has higher values for the scenarios with lower water shortage, so that the maximum value is relevant to the scenario without water shortage. The values of the objective function for scenarios with pressure driven hydraulic analysis are 20% more than its values for scenarios with demand driven hydraulic analysis. By comparing the values obtained for system efficiency criteria it can be observed that the network resiliency and nodal resiliency for most of the scenarios with demand driven hydraulic analysis are more than their values for scenarios with pressure driven hydraulic analysis. This is because of the independency of nodal discharge from nodal pressure in demand driven hydraulic analysis that leads to unreal values for nodal discharges and therefore, hydraulic failure accrues rarely. The maximum value achieved for resiliency is around 99% which is relevant to efficiency threshold of 70% in nodal form. Uniformity and equity of water distribution between demand nodes and as a result satisfaction of stakeholders can be maximized by using optimization models. Employing pressure driven hydraulic analysis models makes it possible to simulate the behavior of water distribution networks realistically.