بهینه‌سازی فشار-انرژی در شبکه توزیع آب (مطالعه موردی: شهر بهارستان اصفهان)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 شرکت آب و فاضلاب استان اصفهان/ کارشناس گروه کاهش آب بدون درآمد

2 شرکت آب و فاضلاب استان اصفهان / کارشناس گروه کاهش آب بدون درآمد

3 شرکت آب و فاضلاب استان اصفهان/ مدیر دفتر بهره برداری و توسعه آب و کاهش آب بدون درآمد

10.22112/jwwse.2021.277877.1264

چکیده

کنترل فشار در شبکه‌های توزیع آب می‌تواند منجر به کاهش نشتی و هدررفت آب شود. ازاین‏رو، مدیریت فشار یکی از مهم‏ترین راه‎کار‌ها برای کاهش هزینه‌های مربوط به بهره‌برداری و نگهداری شبکه‌های توزیع آب و به‎خصوص در شبکه‌های فرسوده تلقی می‌شود. بنابراین فشار آب تأمین شده برای مصرف‌کنندگان باید تا حد ممکن پایین باشد. رویکرد کاهش فشار در شبکه توزیع توسط شرکت‌های آب و فاضلاب، منجر به افزایش نیاز به سیستم‌های تقویت‌کننده فشار آب خانگی (استفاده از پمپ و مخزن) شده که این امر افزایش مصرف انرژی را با خود به‎همراه دارد. این تناقض در منافع شرکت‌های آب و فاضلاب و مصرف‌کنندگان انرژی، چشم‎انداز رابطه آب و انرژی را برجسته می‌کند. هدف این تحقیق یافتن راه‎حلی برای بهینه‌سازی فشار در شبکه‌های توزیع آب از طریق استفاده از سیستم‌های تقویت‌کننده فشار آب خانگی برای به‎حداقل رساندن هم‎زمان هزینه کل رفع نشتی، تعمیرات ترکیدگی لوله‌ها و مصرف انرژی است. در این تحقیق از نرم‌افزار EPANET  برای تحلیل هیدرولیکی شبکه و هم‎چنین استفاده از تحلیل مبتنی بر فشار برای مدل‎سازی هرچه نزدیک‏تر به شرایط واقعی بهره‏برداری استفاده می‌شود. روش تحقیق به‎صورت پایلوت برای شهر بهارستان اصفهان پیاده‌سازی شده، و نتایج نشان می‌دهد فشار بهینه در حدود ۴۸ متر ستون آب بوده و در فشار ۴۱ متر هزینه‌های بخش آب و انرژی با هم برابر می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عطاری، م.، و فغفور مغربی، م.، (1397)، "روش نوین نشت‌یابی با استفاده از شبکه‌های عصبی مصنوعی"، مجله آب و فاضلاب، 29(1)، 14-26.

مصلحی، ا.، جلیلی قاضی زاده، م.، و یوسفی خوش قلب، ا.، (1398)، "تعیین سطح اقتصادی نشت در شبکه‌های توزیع آب"، تحقیقات منابع آب ایران، 15(4)، 35-54.

مصلحی، ا.، جلیلی قاضی زاده، م.، و یوسفی خوش قلب، ا.، (1399)، "تحلیل اقتصادی مدیریت فشار در شبکه‌های توزیع آب"، مجله آب و فاضلاب، 31 (2)، 100-117.

یوسفی خوش قلب، ا.، مصلحی، ا.، جلیلی قاضی زاده، م.، و غمخوار، ه.، (1400) )، "مروری بر روش‌های تحلیل اقتصادی نشت در شبکه‌های توزیع آب"، تحقیقات منابع آب ایران، 17(1)، 68-101.

Creaco, E., and Walski, T., (2017), “Economic analysis of pressure control for leakage and pipe burst reduction”, Journal of Water Resources Planning and Management, 143(12), 04017074.

Deyi, M., Van Zyl, J., and Shepherd, M., (2014), “Applying the FAVAD concept and leakage number to real networks: A case study in Kwadabeka, South Africa”, Procedia Engineering, 89, 1537-44.

Fabbiano, L., Vacca, G., and Dinardo, G., (2020), “Smart water grid: A smart methodology to detect leaks in water distribution networks”, Measurement, 151, 107260.

Fan, X-Y., Klemeš, J.J., Jia, X., and Liu, Z-Y., (2019), “An iterative method for design of total water networks with multiple contaminants”, Journal of Cleaner Production, 240, 118098.

Filion, Y.R., MacLean, H.L., and Karney, B.W., (2004), “Life-cycle energy analysis of a water distribution system”, Journal of Infrastructure Systems, 10)3), 120-30.

Hashemi, S.S., Tabesh, M., and Ataeekia, B., (2014), “Ant-colony optimization of pumping schedule to minimize the energy cost using variable-speed pumps in water distribution networks”, Urban Water Journal, 11(5), 335-347.

Jung, D., and Kim, J.H., (2018), “ Water distribution system design to minimize costs and maximize topological and hydraulic reliability”, Journal of Water Resources Planning and Management, 144)9), 06018005.

Kanakoudis, V., and Tolikas, D., (2001), “The role of leaks and breaks in water networks: Technical and economical solutions”, Journal of Water Supply: Research and Technology AQUA, 50) 5), 301-311.

Lambert, A., (2001), “What do we know about pressure-leakage relationships in distribution systems”, Systems Approach to Leakage Control and Water Distribution System Management, IWA Conference, Brno, Czech Republic.

Lima, G.M., Brentan, B.M., and Luvizotto, Jr.E., (2018), “Optimal design of water supply networks using an energy recovery approach”, Renewable Energy, 117, 404-413.

Marques, J., Cunha, M., and Savić, D., (2018), “Many-objective optimization model for the flexible design of water distribution networks”, Journal of environmental management, 226, 308-319.

Monsef, H., Naghashzadegan, M., Jamali, A., and Farmani, R., (2019), “Comparison of evolutionary multi objective optimization algorithms in optimum design of water distribution network”, Ain Shams Engineering Journal, 10)1), 103-111.

Puust, R., Kapelan, Z., Savic,D., and Koppel, T., (2010), “A review of methods for leakage management in pipe networks”, Urban Water Journal, 7 )1), 25-45.

Shirzad, A., Tabesh, M., (2012), “Study of pressure-discharge relations in water distribution networks using field measurements”, IWA World Water Congress and Exhibition, Busan, S. Korea.

Tabesh, M., Shirzad,A., Arefkhani, V., and Mani, A., (2014), “A comparative study between the modified and available demand driven based models for head driven analysis of water distribution networks”, Urban Water Journal, 11) 3), 221-230.

Zhang, Y., Li, S., Zheng, Y., and Zou, Y., (2020), “Multi-model based pressure optimization for large-scale water distribution networks”, Control Engineering Practice, 95, 104232.

عطاری، م.، و فغفور مغربی، م.، (1397)، "روش نوین نشت‌یابی با استفاده از شبکه‌های عصبی مصنوعی"، مجله آب و فاضلاب، 29(1)، 14-26.
مصلحی، ا.، جلیلی قاضی زاده، م.، و یوسفی خوش قلب، ا.، (1398)، "تعیین سطح اقتصادی نشت در شبکه‌های توزیع آب"، تحقیقات منابع آب ایران، 15(4)، 35-54.
مصلحی، ا.، جلیلی قاضی زاده، م.، و یوسفی خوش قلب، ا.، (1399)، "تحلیل اقتصادی مدیریت فشار در شبکه‌های توزیع آب"، مجله آب و فاضلاب، 31 (2)، 100-117.
یوسفی خوش قلب، ا.، مصلحی، ا.، جلیلی قاضی زاده، م.، و غمخوار، ه.، (1400) )، "مروری بر روش‌های تحلیل اقتصادی نشت در شبکه‌های توزیع آب"، تحقیقات منابع آب ایران، 17(1)، 68-101.
Creaco, E., and Walski, T., (2017), “Economic analysis of pressure control for leakage and pipe burst reduction”, Journal of Water Resources Planning and Management, 143(12), 04017074.
Deyi, M., Van Zyl, J., and Shepherd, M., (2014), “Applying the FAVAD concept and leakage number to real networks: A case study in Kwadabeka, South Africa”, Procedia Engineering, 89, 1537-44.
Fabbiano, L., Vacca, G., and Dinardo, G., (2020), “Smart water grid: A smart methodology to detect leaks in water distribution networks”, Measurement, 151, 107260.
Fan, X-Y., Klemeš, J.J., Jia, X., and Liu, Z-Y., (2019), “An iterative method for design of total water networks with multiple contaminants”, Journal of Cleaner Production, 240, 118098.
Filion, Y.R., MacLean, H.L., and Karney, B.W., (2004), “Life-cycle energy analysis of a water distribution system”, Journal of Infrastructure Systems, 10)3), 120-30.
Hashemi, S.S., Tabesh, M., and Ataeekia, B., (2014), “Ant-colony optimization of pumping schedule to minimize the energy cost using variable-speed pumps in water distribution networks”, Urban Water Journal, 11(5), 335-347.
Jung, D., and Kim, J.H., (2018), “ Water distribution system design to minimize costs and maximize topological and hydraulic reliability”, Journal of Water Resources Planning and Management, 144)9), 06018005.
Kanakoudis, V., and Tolikas, D., (2001), “The role of leaks and breaks in water networks: Technical and economical solutions”, Journal of Water Supply: Research and Technology AQUA, 50) 5), 301-311.
Lambert, A., (2001), “What do we know about pressure-leakage relationships in distribution systems”, Systems Approach to Leakage Control and Water Distribution System Management, IWA Conference, Brno, Czech Republic.
Lima, G.M., Brentan, B.M., and Luvizotto, Jr.E., (2018), “Optimal design of water supply networks using an energy recovery approach”, Renewable Energy, 117, 404-413.
Marques, J., Cunha, M., and Savić, D., (2018), “Many-objective optimization model for the flexible design of water distribution networks”, Journal of environmental management, 226, 308-319.
Monsef, H., Naghashzadegan, M., Jamali, A., and Farmani, R., (2019), “Comparison of evolutionary multi objective optimization algorithms in optimum design of water distribution network”, Ain Shams Engineering Journal, 10)1), 103-111.
Puust, R., Kapelan, Z., Savic,D., and Koppel, T., (2010), “A review of methods for leakage management in pipe networks”, Urban Water Journal, 7 )1), 25-45.
Shirzad, A., Tabesh, M., (2012), “Study of pressure-discharge relations in water distribution networks using field measurements”, IWA World Water Congress and Exhibition, Busan, S. Korea.
Tabesh, M., Shirzad,A., Arefkhani, V., and Mani, A., (2014), “A comparative study between the modified and available demand driven based models for head driven analysis of water distribution networks”, Urban Water Journal, 11) 3), 221-230.
Zhang, Y., Li, S., Zheng, Y., and Zou, Y., (2020), “Multi-model based pressure optimization for large-scale water distribution networks”, Control Engineering Practice, 95, 104232.