ارزیابی هزینه‎ ای مدل‎ های فرا ابتکاری مورد استفاده در طراحی شبکه توزیع آب شهری

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی عمران آب و سازه های هیدرولیکی و عضو باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی

2 استادیار گروه مهندسی عمران، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

10.22112/jwwse.2020.203660.1170

چکیده

شبکه‎های توزیع آب به‌عنوان یکی از مهم‎ترین زیرساخت‎های طرح‎های تأمین آب است که بخش مهمی از اعتبارات مالی کشور را به‎خود اختصاص داده است. از آن‎جا که طراحی بهینه دارای تأثیر به‎سزایی در کاهش هزینه چنین طرح‎های عظیمی است، طراحان همواره به‎دنبال یافتن روشی هستند که ضمن تأمین قیود و معیارهای فنی طرح، کمترین هزینه را داشته باشد. یکی از روش‎های بهینه‎سازی، روش الگوریتم‎ژنتیک است که از پرکاربردترین روش‌های بهینه‎سازی است. مسئله‎ای که مورد توجه این تحقیق است ارزیابی روش‎های فرا ابتکاری مورد استفاده در طراحی شبکه توزیع آب شهری است تا جایگاه الگوریتم ژنتیک به‎عنوان یک روش بهینه‎سازی در این خصوص مشخص شود. با توجه به هزینه‎های سنگین مترتب بر پروژه‎های شبکه توزیع آب، ارزیابی هزینه‎ای مدل‎ها مسئله‎ای مهم و مورد نیاز است. در این تحقیق بخشی از شبکه توزیع آب شهر مشهد با استفاده از روش الگوریتم‎ژنتیک، بهینه‎سازی شد. بدین منظور ابتدا مدل‎سازی توسط نرم افزار WaterGEMS انجام گرفت و هزینه کل براساس فهرست بها محاسبه شد، سپس با توجه به تابع هدف و معیار هزینه و با رعایت قیود سرعت و فشار مجاز شبکه، بهینه‎سازی انجام شد و هزینه نهایی به‎دست آمد. نتایج حاصل از روش ارائه شده نشان داد هزینه سرمایه‎گذاری پس از استفاده از رویکرد پیشنهادی بهینه‎سازی در حدود 14 درصد نسبت به طرح اولیه کاهش خواهد یافت. هم‎چنین مقایسه هزینه روش پیشنهادی در مقایسه با سایر الگوریتم های فرا ابتکاری وضعیت مطلوب تری را ارائه کرد.

کلیدواژه‌ها


 
افتخاری، م.، و شبانی گیو، ا.، (1397)، نگرشی بر مدلهای عددی آب زیرزمینی،  انتشارات متخصصان آینده، 170 ص.
امیررضائیه، ع.، و یکانی مطلق، ی.، (1391)، "طراحی بهینه‎سازی شبکه‎های توزیع آب با استفاده از الگوریتم‎ژنتیک (مطالعه موردی: شهر گردکشانه)"، همایش ملی مهندسی آب و فاضلاب، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته کرمان، کرمان.
برزگری حاجی آبادی، م.، و قزل‎سوفلو، ع.ع.، (1394)، "بهینه‎سازی شبکه توزیع آب شهری با استفاده از الگوریتم‎ ژنتیک (مطالعه موردی شهر سلامی)"، دهمین سمپوزیوم پیشرفتهای علوم و تکنولوژی، مؤسسه آموزش عالی خاوران، مشهد.
خلیفه، س.، اسماعیلی، ک.، و خلیفه، ح.، (1397)، "بهینه‎سازی شبکه توزیع آب با رویکرد بیشینه‎سازی سود (مطالعه موردی: هماشهر استان کرمان)"، نشریه علوم و مهندسی آب و فاضلاب، 3(2)، 35-43.
طباطبایی، س.م.، شهیدی، ع.، و هاشمی، س.ر.، (1396)، "بررسی الگوریتم ژنتیک و کاربردهای آن در مهندسی و مدیریت منابع آب"، دو فصلنامه علمی و تخصصی مهندسی آب، 4(2)، 74-88.
مقدم، ع.، علیزاده، ا.، ضیائی، ع.، حسینی، ف.، و فلاح هروی، د.، (1393)، "افزایش سرعت همگرایی در بهینه‎سازی شبکه‎های توزیع آب با استفاده از الگوریتم ژنتیک با آشفتگی سریع"، نشریه آب و خاک، 28(1)، 22-34.
یزدی، ج.، (1394)، "توسعه الگوریتم بهینه‌سازی چندهدفه مبتنی بر تجزیه با استفاده از عملگرهای الگوریتم ژنتیک به‎منظور طراحی بهینه شبکه‌های توزیع آب"، نشریه هیدرولیک، 10(3)، 27-40.
Alperovits, E., and Shamir, U., (1977), "Design of optimal water distribution systems", Journal of Water Resources Research, ASCE, 13(6), 885-900.
Cunha, M., and Sousa, J., (1999), "Water distribution network design optimization: Simulated Annealing Approach", Journal of Water Resources Planning and Management, 125(4), 215-221.
Dandy, G.C., Simpson, A.R., and Murphy, L.J., (1996), "An improved Genetic Algorithm for pipe network optimization", Water Resources Research, 32(1), 449-458.
Eusuff, M.M., and Lansey, E.K., (2003), "Optimization of water distribution network design using the shuffled Frogleaping Algorithm", Journal of Water Resources Planning and Management, 129(3), 210-225.
Geem, Z.W., (2006), "Optimal cost design of water distribution networks using harmony search", Optimization and Engineering, 38(3), 259-280.
Halhal, D., Walters, G.A., Ouazar, D., and Savic, D.A., (1997), "Water network rehabilitation with Structured Messy Genetic Algorithm". Journal of Water Resources Planning and Management, 123(3), 137-146.
Karaboga, D., and Basturk, B., (2007), "A powerful and efficient algorithm for numerical function optimization: artificial bee colony (ABC) algorithm", Journal of Global Optimization, 39, 459-471.
Lin, M.D., Liu, Y.H., Liu, G.F., and Chu, C.W., (2007), "Scatter search heuristic for least-cost design of water distribution networks", Engineering Optimization, 39(7), 857.
Nasirian, A., Maghrebi, M., and Yazdani, S., (2013), "Leakage detection in water distribution network based on a New Heuristic Genetic Algorithm model", Journal of Water Resource and Protection, 5, 294-303.
Savic, D.A. and Walters, G.A., (1997), "Genetic Algorithms for least-cost design of water distribution networks", Journal of Water Resources Planning and Management, 123(2), 67-77.
Sherri, F., Mahvi, A.H., Toloie Eshlaghy, A., and Hassani, A.H., (2018), “Increasing convergence rate in two-objective optimization of water distribution network with engineering judgment”, Environmental Health Engineering and Management Journal5(3), 143-151.