کالیبراسیون مدل‌های شبکه توزیع آب شهری بااستفاده ازروش بهینه‌یابی کلونی مورچه‌ها

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

2 استادگروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه تبریز

3 کارشناس ارشد مهندسی عمران- آب، دانشکده عمران، دانشگاه تبریز

چکیده

نشت آب یکی از معضلات اصلی شبکه‌های توزیع است و با توجه به محدودیتهای موجود در منابع تأمین آب و هزینه بالای آن، کاهش میزان نشت در شبکه‌های توزیع آب را می‌توان یکی از اهداف عمده سازمان‌های تأمین کننده آب دانست. یکی از روشهای نشت‌یابی در شبکه توزیع آب، استفاده از کالیبراسیون فشارهای گره‌ای با برداشت فشار در چند نقطه از شبکه است. فرایند کالیبراسیون به‌صورت انجام بهینه‌سازی یک تابع هدف با قیودی مطرح می‌گردد. از این‌رو علاوه بر تحلیل هیدرولیکی شبکه، نیاز به استفاده از الگوریتم‌های بهینه‌یابی نیزاست. در این مقاله به مقایسه دو روش بهینه‌یابی الگوریتم ژنتیک و کلونی مورچه‌ها در کالیبراسیون فشارهای گره‌ای و یافتن نشت پرداخته شد. به‌منظور بررسی کارایی و نحوه عمل این دو روش در شناسایی نشت، تحلیلها روی شبکه با ایجاد نشت فرضی صورت گرفت که نتایج به‌دست آمده، کارآمدی روش بهینه‌یابی کلونی مورچه‌ها را در شناسایی موقعیت و مقدار نشت درگره‌های شبکه نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Calibration of Water Supply Systems Based on Ant Colony Optimization

نویسندگان [English]

  • Mahmoud Faghfoor Maghrebi 1
  • Yousef Hasanzadeh 2
  • Siyavash Yazdani 3
1 Prof. of Civil Eng., Dept. of Eng., Ferdowsi University of Mashhad (Corresponding Author) (+98 511) 8815100maghrebi@um.ac.ir
2 Prof of Civil Eng., Dept. of Eng., University ofTabriz, Tabriz
3 M.Sc. of Water Eng., Dept. of Civil Eng., University of Tabriz
چکیده [English]

Leakage is one of the main problems in the water supply systems and due to the limitations in water supply and its costly process, reduction of leak in water distribution networks can be considered as one of the main goals of the water supply authorities. One of the leak detection techniques in water distribution system is the usage of the recorded node pressures at some locations to calibrate the whole system node pressures. Calibration process is accomplished by the optimization of a constrained objective function. Therefore, in addition to performing a hydraulic analysis of the network, application of an optimization technique is needed. In the current paper, a comparsion between the ant colony and genetic algorithm methodes, in calibration of the node pressures and leak detections was investigated. To examine the workability and the way of leak detection, analysis of the network with an assumed leak was carried out. The results showed that the effectiveness of the ant colony optimization in the detection of the position and magnitude of leak in a water network.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Leak
  • Optimization Algorithms
  • Water Distribution Network
  • Node Pressure Calibration

1- Soltani Asl, M., and Faghfour Maghrebi, M. (2009). “Intelligent pressure management to reduce leakage in urban water supply networks, Acase study of Sarafrazan district, Mashhad.” J. of Water and Wastewater, 71, 99-104. (In Persian)

2- Ormsbee, L.E., and Wood, D.J.(1986).“Explicit pipe network calibration.”J. of Water Resources Planning Management, 112(2), 166-182.

3- Boulos, P.F., and Wood, D.J.(1990).“Explicit calculation of pipenetworkparameters.”J of Hydraulic Engineering,116(11),1329-1344.

4- Ormsbee, L.E. (1989).“Implicit network calibration.”J. of Water Resources Planning  Management, 115(2) 243-257.

5-Lingireddy, S., and Ormsbee, L.E. (2000). “Hydraulic network calibration using genetic algorithm.”J. of Civil Engineering and Environmental Syst., 19(1),13- 39.

6- Holland, J.H. (1975).Adaptation in natural and artificial systems, The University of Michigan Press, Ann Arbor, Michigan.

7- Goldberg, D.E. (1989).Genetic algorithm in search optimization and machin learninig, Addison Wesley Pub., Reading, MA.

8- Vitkovsky, J.P., and Simpson, A.R. (1997).Calibration and leak detection in ppe networks using inverse transient analysis and genetic algorithms, Res. Report No. R157,Dept. of Civ. and Env.Eng., University of Adelaide, Adelaide, Australia.

9- Pudar, R.S., and Liggett, J.A. (1992).“Leaks in pipe networks.”J. of Hydraulic Engineering, 118(7), 1031-1046.

10- Wu, Z.Y., and Sage, P. (2006).“Water loss detection via genetic algorithm optimization-based model calibration.”ASCE 8th Annual International Symposium on Water Distribution System Analysis, Cincinnati, Ohio.

11- Walski, T., Wu, Z.Y., Mankowski, R., Herrin, G., Gurrieri, R., and Tryby, M. (2002).“Calibrating water distribution model via genetic algorithms.”AWWA IMTech Conference, Kansas City.

12- Ostfeld, A., and Tubaltzev, A. (2008).“Ant colony optimization for least-cost design and operation of pumping water distribution systems.”J. of Water Resources Planning and Management, 134(2), 107-118.

13- Maier, H.R., Simpson, A.R., Zecchin, A.C., Foong, W.K., Phang, K.Y., Seah, H.Y., and Tan, C.L. (2003).“Ant colony optimization for design of water distribution systems.”J. of Water Resources Planning and Management, 129(3), 200-209.

14- López-Ibáñez, M., Prasad, T.D., and Paechter, B., (2008).“Ant colony optimization for optimal control of pumps in water distribution networks.”J. of Water Resources Planning and Management, 134(4), 337-346.

15- Afshar,A., Maknoon, R., and Afshar, A. (1385).“Optimum layout for water quality monitoring stations through ant colony algorithm.”J. of Water and Wastewater, 59, 2-11. (In Persian)

16- Dorigo, M.(1992).“Optimization, learning and natural algorithms.”Ph.D. Thesis, Politecnico di Milano, Milan, Italy.

17- Dorigo, M., Maniezzo, V., and Colorni, A. (1996). “Ant system: Optimization by a colony of cooperating agents.” IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics-Part B: Cybernetics, 26(1), 29-41.

18- Poulakis, Z., Valougeorgis, D.,and Papadimitriou, C. (2003). “Leakage detection in water pipe networks using a bayesian probabilistic framework.”J. of Probabilistic Engineering Mechanics, 18, 315-327.

19- Walski, T.M., Chase, D.V., Savic, D.A., Grayman, W., Beckwith, S., and Koelle, E. (2003).Advancedwater distribution modeling and management, 1st Ed., Haestad Press, Canada