معرفی روشی جدید برای کالیبراسیون زبری لوله‌ها در شبکه‌های توزیع آب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

چکیده

زبری لوله‌ها در شبکه‌های توزیع آب به‌دلیل وجود اتصالات، نحوه نصب و پیچ‌و‌خم‌های ایجاد شده، با مقدار آزمایشگاهی متفاوت است. گذشت زمان و فرسوده شدن لوله‌ها و رسوب‌گیری نیز از عوامل مؤثر بر زبری هستند. ازاین‌رو باید در زمان مدل‌سازی شبکه، زبری لوله‌ها کالیبره شود. در این پژوهش، به‌منظور کالیبراسیون زبری، یک روش بهینه‌یابی جدید با نام روش تحلیل حساسیت، معرفی شد. در این روش ابتدا گروه‌بندی لوله‌ها بر اساس جنس و قطر لوله‌ها انجام می‌شود. سپس با استفاده از تحلیل حساسیت مشخص می‌شود که تأثیر تغییر زبری گروه‌های مختلف بر روی فشارهای گره‌ای چه مقدار است. در ادامه، کالیبراسیون زبری به‌ترتیب اهمیت گروه‌ها انجام می‌شود. این روش بر روی یک شبکه واقعی با تغییرات فرضی بررسی شد. به‌منظور مقایسه کارایی این روش، جواب‌های به‌دست آمده با نتایج به‌دست آمده از ابزار کالیبراسیون نرم‌افزار WaterGEMS مقایسه شد. برازندگی به‌دست آمده از روش این پژوهش با 110 تکرار و خروجی نرم‌افزار WaterGEMS با 2000 تکرار در شبکه بررسی شده به ترتیب 02/0 و 15/1 سانتی‌متر است. نتایج به‌دست آمده، توانایی زیاد روش مورد استفاده در کالیبراسیون زبری شبکه لوله‌ها را نشان می‌دهد.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Developing a Novel Method for Friction Factor Calibration in Water Distribution Networks

نویسندگان [English]

  • Ali Nasirian 1
  • Mahdi Mollazadeh 1
  • Ali Valavi 2
1 Assist. Prof., Dept. of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran
2 MSc Student, Dept. of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran
چکیده [English]

The friction factor of pipes in water distribution networks is different from the laboratory values due to the connections, installation method and created bights. Passing of time, erosion and sedimentation in pipes are also factors affecting roughness. Therefore, the roughness of pipes should be calibrated during network modeling. In this research, a new optimization method, called sensitivity analysis method was introduced for roughness calibration. In this method, first the pipes are grouped based on the material and diameter of pipes. Then, using sensitivity analysis it is determined what the effect of changing the roughness of different groups on node pressures is. In the following, roughness calibration is performed according to the importance of the groups respectively. This method was investigated on a real network with assumed changes. In order to compare the efficiency of the present method, the results obtained were compared with the results obtained from the calibration tool of WaterGEMS software. Fitness that is obtained by present study method and output of WaterGEMS in studied network are 0.02 and 8.11 centimeters, respectively. Obtained results show the high ability of this method in pipes network roughness calibration.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Calibration
  • Nodal Pressures
  • water distribution networks
  • Pipes Roughness
  • optimization
Alvisi, S. & Franchini, M. 2010. Calibration and sensitivity analysis of the C-Town pipe network model. In Water Distribution Systems Analysis, 2010,1573-1584.
Dini, M. & Tabesh, M. 2014. A new method for simultaneous calibration of demand pattern and Hazen-Williams coefficients in water distribution systems. Water Resources Management, 28, 2021-2034.
Kang, D. & Lansey, K. 2011. Demand and roughness estimation in water distribution systems. Journal of Water Resources Planning and Management, 137, 20-30.
Meirelles, G., Manzi, D., Brentan, B., Goulart, T. & Luvizotto, E. 2017. Calibration model for water distribution network using pressures estimated by artificial neural networks. Water Resources Management, 31, 4339-4351.
Nicolini, M., Giacomello, C. & Deb, K. 2011. Calibration and optimal leakage management for a real water distribution network. Journal of Water Resources Planning and Management, 137, 134-142.
Sophocleous, S., Savić, D. A., Kapelan, Z. & Giustolisi, O. 2017. A two-stage calibration for detection of leakage hotspots in a real water distribution network. Procedia Engineering, 186, 168-176.
Sumer, D. Y., Sier, D. A., Roach, J., Schladweiler, S., Yenal, U. & Lansey, K. 2004. Impact of data collection and calibration of water distribution models on model-based decisions. Critical Transitions in Water and Environmental Resources Management, 1-7.
Tyagi, D. K., Majumder, M., Kant, C. & Singh, A. P. 2018. Estimation of Hazen Williams’s constant for a residential water distribution network; GMDH and PSO approach. International Journal of Engineering and Technology, 7, 92-99.
Walski, T. M., Defrank, N., Voglino, T., Wood, R. & Whitman, B. E. 2008. Determining the accuracy of automated calibration of pipe network models. In Water Distribution Systems Analysis Symposium, 2006,
1-18. Cincinnati, Ohio, USA.
Wu, Z. Y., Arniella, E. F. & Gianella, E. 2004. Darwin calibrator-improving project productivity and model quality for large water systems. Journal of AWWA, 96, 27-34.
Xie, X., Zhang, H. & Hou, D. 2017. Bayesian approach for joint estimation of demand and roughness in water distribution systems. Journal of Water Resources Planning and Management, 143, 04017034.
Zhang, Q., Zheng, F., Duan, H. F., Jia, Y., Zhang, T. & Guo, X. 2018. Efficient numerical approach for simultaneous calibration of pipe roughness coefficients and nodal demands for water distribution systems. Journal of Water Resources Planning and Management, 144, 04018063.