ارائه مدل برآورد نرخ شکست لوله‎های اصلی آب‎رسانی شهری با استفاده از برنامه‎ریزی بیان ژن (GEP)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی عمران، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.

2 باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، واحد خرم‎‎آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، خرم‌‎آباد، ایران.

چکیده

از مشکلات عمده در شبکه آب‎رسانی شهری، هدررفت حجم زیادی از آب در اثر وقوع حوادث مختلف است که وقوع این پدیده، در اکثر موارد باعث ایجاد خساراتی می‎شود که عمدتاً برگشت‎ناپذیر و پرهزینه‎اند. لذا شناخت علل حوادث و میزان اهمیت آن‎‎ها، می‎تواند در پیشگیری و کاهش حوادث و اتلاف آب، سهم بسیار مؤثری داشته باشد. ازاین‎رو، هدف از این پژوهش، ارائه مدل برآورد نرخ شکست لوله‎های اصلی آب‎رسانی شهری است. پژوهش حاضر از لحاظ ماهیت، از نوع کاربردی و به لحاظ اجرا، ترکیبی از روش‎های توصیفی- تحلیلی بر پایه مطالعات کتابخانه‎ای محسوب می‎شود. در این پژوهش، علاوه‎بر مصاحبه با کارشناسان و خبرگان مربوطه درزمینه موردمطالعه، از نتایج مطالعات صورت‎گرفته توسط سایر پژوهشگران و نیز استفاده از آمار و اطلاعات موجود در شرکت آب و فاضلاب استان تهران که مربوط به منطقه یک شهر تهران است، بهره گرفته و معیارهای مهم بر نرخ شکست لوله‎های اصلی با جنس‎های مختلف، شناسایی شد. سپس برای انجام محاسبات و ارائه مدل، از نرم‎افزار برنامه‎ریزی بیان ژن (GEP)، استفاده شد. یافته‎های حاصل از پژوهش حاضر، نشان داد که با افزایش فشار کاری، سن، طول لوله و نیز افزایش تعداد انشعابات؛ میزان حوادث هم بیشتر خواهد شد. از طرفی، با افزایش قطر لوله‎‎ها و نیز افزایش عمق نصب آن‎ها، میزان نرخ شکست کاهش می‎‎یابد. نوع خاک مدفون‌‎شده، نیز تأثیر مستقیمی بر از بین رفتن تدریجی لوله خواهد داشت. مدل‎های پیشنهادی در این پژوهش، به‎دلیل عدم محدودیت در پارامتر‎های ورودی و نیز توجه به کلیه مؤلفه‎‎های مؤثر، ابزاری بسیار مفید و قابل‎اعتماد برای پیش‌‎بینی نرخ شکست لوله‎های اصلی آب‎رسانی شهری هستند.

کلیدواژه‌ها


 
امیدوار، ب.، اردستانی، م.، و نوروزی، پ.، (1399)، "ارزیابی ریسک نشت آلودگی به آب زیرزمینی بر اثر شکست لرزه‎ای خطوط لوله"، پایان‎نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تهران، تهران، ایران.
بدیعی، ح.، امامی، ا.، غلامی، ر.، و یوسفی، م.، (1390)، "استنتاج پارامترهای تاثیرگذار در شاخص سودآوری پروژه‎های سرمایه‎گذاری ریسک‎پذیر صنعتی و معدنی با استفاده از تحلیل"، مجله مهندسی مالی و مدیریت اوراق بهادار، 8(1)، 155-169.
تابش، م.، جعفری، ه.، و دلاور، م.، (1388)، "مدل مدیریت حوادث شبکه‎های توزیع آب با استفاده از سیستم‎های اطلاعات جغرافیایی (GIS)"، مجله آب و فاضلاب، 20(2)، 1-15.
تابش، م.، و عابدینی، ا.، (1379)، "آنالیز شکست لوله‎ها در شبکه‎های آب‎رسانی شهری"، پایان‎نامه کارشناسی‎ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تهران، تهران، ایران.
تابش، م.، و عابدینی، ا.، (1384)، "تحلیل شکست لوله‎ها در شبکه‎های آب‎رسانی شهری"، نشریه منابع آب ایران، (1)1، 78-89.
تابش، م.، و عارف­خانی، و.، (1388)، "تحلیل هیدرولیکی مبتنی بر فشار شبکه‎های آب‎رسانی با روش گرادیان"، پایان‎نامه کارشناسی‎ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تهران، تهران، ایران.
تابش، م.، و عطایی­کیا، ب.، (1388)، "طراحی بهینه شبکه‎های آب قابل اطمینان با روش دسته مورچگان"، پایان‎نامه کارشناسی‎ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تهران، تهران، ایران.
تابش، م.، کارآموز، م.، نظیف، س.، و مریدی، ع.، (1384)، "پیش‎بینی فشار در شبکه‎های آب‎رسانی با استفاده از شبکه‎های عصبی مصنوعی و استنتاج فازی"، مجله آب و فاضلاب، 16(1)، 3-11.
جعفری، م.، ظهیری، ع.، بزرگ‎حداد، ا.، و محمدرضاپورطبری، م.، (1399)، "رویکرد جدید پیش‎بینی نرخ شکست لوله‎های شبکه توزیع آب با استفاده از مدل هیبرید هوشمند (مطالعه موردی: شبکه توزیع آب شهر گرگان)"، مجله پژوهشهای حفاظت آب و خاک، 27(5)، 149-166.
جلیلی قاضی‎زاده، م.، حنیفی یزدی، س.، و راستی اردکانی، ر.، (1387)، "ارائه روابط پیش‎بینی وقوع حوادث در شبکه‎های توزیع آب شهری"، دومین همایش ملی آب و فاضلاب (بارویکرد بهرهبرداری)، تهران، ایران.
رضائیان، ج.، جهانبخشی، س.، و جمشیدی، س.، (1399)، " آنالیز حساسیت پارامترهای تولیدی یکی از میادین نفتی ایران با استفاده از روش جامع سوبول"، نشریه پژوهش نفت، 30(4-99)، 37-46.
ساقی، ح.، (1396)، "ارائه روشی نوین جهت تخمین میزان نشت در شبکه‎های آب‎رسانی با استفاده از تحلیل فشار گرهی"، نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، 21(1)، 127-143.
سرکمریان، س.، حقیقی، ع.، و ادیب، ا.، (1398)، "واسنجی چند شاخصه‎ شبکه خطوط لوله‎ آبرسانی تحت جریان غیرماندگار"، مجله مهندسی منابع آب، 12(40)، 27-37.
سلطانی، ج.، و محمدرضاپورطبری، م.، (1391)، "تعیین عوامل مؤثر بر نرخ شکست لوله‎ها در شبکه‎های توزیع آب با استفاده از تلفیق شبکه‎های عصبی مصنوعی و الگوریتم ژنتیک"، مجله آب و فاضلاب، 23(3)، 2-15.
شرکت آب و فاضلاب استان تهران.، (1400)، "مشخصات فنی خطوط لوله آب‎رسانی منطقه یک شهر تهران"، واحد انفورماتیک شرکت آب و فاضلاب استان تهران، تهران، ایران.
غیبی، م.، و شایق، س.، (1396)، "تحلیل حوادث شبکه توزیع و انشعابات آب شرکت آب و فاضلاب منطقه چهار شهر تهران و راه‎های کاهش آن"، اولین همایش ملی مدیریت مصرف و هدررفت آب، تهران، ایران.
فرخی‎زاده، س.، باقری، م.، و ملکی طولابی، ح.، (1400)، "بررسی و ارزیابی شبکه آب‎رسانی شهری از منظر پدافند غیرعامل با استفاده از روش DEMATEL فازی"، دانش پیشگیری و مدیریت بحران، 11(1)، 67-80.
قریشی، م.، ذوالفقاری، م.، و طهماسبی، و.، (1397)، "استفاده از روش تحلیل حساسیت سوبل، مدل‎سازی و بهینه‎سازی آماری پارامترهای مؤثر در رفتار نیرو در فرآیند سوراخ‎کاری استخوان"، مجله مهندسی مکانیک، 48(2)، 229-237.
گاوشانی، م.، فاضلی، م.، جلیلی قاضی‎زاده، م.، و پزیرا بروجنی، م.، (1389)، "تأثیر قطر لوله بر میزان حوادث لوله‎های شبکه آب شهری"، اولین همایش ملی یافتههای نوین در مهندسی عمران، نجف­آباد، ایران.
معین­الدینی، ا.، محمدرضاپور، ا.، و زینلی، م.، (1395)، "بهینه‎سازی قطر لوله‎های شبکه آب‎رسانی شهری با استفاده از الگوریتم ژنتیک سریع آشفته و کرم شب‎تاب در مدل Relopt (مطالعه موردی: شهرک شهرداری کرمان)"، نشریه پژوهشهای حفاظت آب و خاک، 23(4)، 45-64.
Amiri Ardakani, Y., and Najafzadeh, M., (2021), “Pipe break rate assessment while considering physical and operational factors: A methodology based on global positioning system and data driven techniques”, Water Resources Management, 35(1), 1-28.
Azim, I., Yang, J., Javed, M.F., Iqbal, M.F., Mahmood, Z., Wang, F., and Liu, Q.F., (2020), “Prediction model for compressive arch action capacity of RC frame structures under column removal scenario using gene expression programming”, Structures, 25(1), 212-228.
Barton, N., Farewell, T., and Hallet, S., (2020), “Using generalized additive models to investigate the environmental effects on pipe failure in clean water networks”, Clean Water, 31(3), 1-12.
Berardi, L., Kapelan, Z., Giustolisi, O., and Savic, D.A., (2008), “Development of pipe deterioration models for water distribution systems using EPR”, Journal of Hydroinformatics, 10(2), 113-126.
Berardi, L., and Giustolisi, O., (2021), “Calibration of design models for leakage managementof water distribution networks”, Water Resources Management, 35(2), 2537-2551.
Boxall, J,B., Saul, A,J., and Skipworth, P.J., (2004), “Modelling the impact of reduced hydrauliccapacity of pipes in distribution systems”, Journal of the American Water Works Association, 96(4), 161-169.
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), 1-10.
Dawood, T., Elwakil, E., Novoa, H.M., and Gárate Delgado, J.F., (2020), “Pressure data-driven model for failure prediction of PVC pipelines”, Engineering Failure Analysis, 116(8), 1-11
Farmani, R., Kakoudakis, K., Behzadian, K., and Butler, D., (2017), “Pipe failure prediction in water distribution systems considering static and dynamic factors”, Procedia Engineering, 186(1), 117-126.  
Ferreira, C., (2001), “Gene expression programming: A new adaptive algorithm for solving problems”, Springer: Amsterdam, the Netherlands, 13(2), 87-129.
Ferreira C., (2006), Gene expression programming: Mathematical modeling by an Artificial Intelligence, Springer: Amsterdam, the Netherlands.
Gepsoft., (2020), "Gene Expression Programming (GEP)", Viewed 1 Dec 2020, http://www.gepsoft.com/
Gonzalez, M., and Rodríguez, J., (2020), “Comparison of statistical and machine learning models for pipe failure modeling in water distribution networks”, Water, 12(4), 1-22.
Hajihassani, M., Abdullah, S., Asteris, P.G., and Armaghani, D.J., (2019), “A Gene expression programming model for predicting tunnel convergence”, Applied Sciences, 9(1), 1-22.
Jafari, M., Zahiri, A., Bozorg Hadad, O., and Mohammad Rezapour Tabari, M., (2021), “A hybrid of six soft models based on ANFIS for pipe failure rate forecasting and uncertainty analysis: a case study of Gorgan city water distribution network”, Soft Computing, 25(11), 7459-7478.
Kerwin, S., Garcia de Soto, B., Adey, B., Sampatakaki, K., and Heller, H., (2020), “Combining recorded failures and expert opinion in the development of ANN pipe failure prediction models”, Sustainable and Resilient Infrastructure, 27(2), 1-23.
Kerwin, S., Garcia de Soto, B., and Adey, B., (2019), Performance comparison for pipe failure prediction using artificial neural networks, CRC Press/Balkema: Belgium.
Mansouri, I., JW. Hu., and Kisi, O., (2016), “Novel predictive model of the debonding strength  for masonry members retrofitted with FRP”, Applied Sciences, 6(11), 1-13,
Motiee, H., and Ghasemnejad, S., (2019), “Prediction of pipe failure rate in Tehran water distribution networks by applying regression models”, Water Supply, 19(3), 695-702.
Winkler, D., Haltmeier, M., Kleidorfer, M., Rauch, W., and Tscheikner-Gratl, F., (2018), “Pipe failure modelling for water distribution networks using boosted decision trees”, Structure and Infrastructure Engineering, 14(10), 1-10.
Weeraddana, D., MallawaArachchi, S., Warnakula, T., Li, Z., and Wang, Y., (2020), “Long-term pipeline failure prediction using nonparametric survival analysis”, Machine Learning and Knowledge Discovery in Databases: Applied Data Science Track, 1(4), 139-156.