علوم و مهندسی آب و فاضلاب

علوم و مهندسی آب و فاضلاب

مکان‌یابی نقطه میانگین ناحیه فشاری در شبکه‌های توزیع آب بر اساس تحلیل هیدرولیکی

نوع مقاله : مقالات علمی

نویسندگان
1 دانش‌آموخته دکترای تخصصی، دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط‌زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران.
2 دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط‌زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران.
چکیده
یکی از اقدامات موجود در زمینه پایش شبکه‌های توزیع آب، فشارسنجی است. اما تعیین اولویت مکانی حسگرهای فشار و روش کاربردی تعیین مقدار فشار متوسط، همواره موردسوال است. برای دستیابی به این هدف، باید در نقطه میانگین ناحیه (AZP)، فشارسنجی میدانی انجام شود. به‌کارگیری روش‌های متعارف برای استخراج چنین نقطه‌ای، می‌تواند خطای زیادی ایجاد کند. در این مقاله، روشی برای تعیین نقطه میانگین ناحیه در شبکه‌های توزیع آب پیشنهاد شده است. در این روش، شبکه موجود به یک گراف تبدیل شده و تخصیص وزن به یال‌های آن، براساس مقدار افت انرژی لوله‌ها، صورت می‌گیرد. سپس با استفاده از الگوریتم دایکسترا و با تعریف تابع هزینه‌ای که در این مطالعه برای نخستین بار مطرح شده است، مکان‌یابی بهینه AZP انجام می‌شود. روش پیشنهادی بر روی دو شبکه مرجع (هانوی و پولاکیس اصلاح‌شده)، پیاده‌سازی شد. نتایج نشان داد که فشار نقاط انتخابی با این فرآیند، می‌تواند نماینده بهتری برای فشار متوسط باشد؛ به‎صورتی که قدرمطلق خطای فشار متوسط برآوردشده در شبکه‌های موردمطالعه، کمتر از 5/0 درصد بود. استفاده از چنین رویکردی سبب شد که خطای ناشی از به‌کارگیری روش متعارف در خصوص برآورد پارامتر مذکور، بالغ ‌بر 93 درصد کاهش یابد. روش پیشنهادی می‌تواند مورد استفاده شرکت‌های آب و فاضلاب قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها

 
صالحی، س.، تابش، م.، و جلیلی قاضی‌زاده، م.ر.، (1397)، "توسعه یک مدل اولویت‌بندی برای بازسازی لوله‌های شبکه‌های توزیع آب با حداقل اطلاعات ساختاری"، علوم و مهندسی آب و فاضلاب، 29(6)، 40-55، https://doi.org/10.22093/wwj.2017.91467.2447.
American Water Works Association (AWWA), (2016), Water audits and loss control programs (M36), American Water Works Association, USA.
Ahdan, S., and Setiawansyah, S., (2021), “Android-based geolocation technology on a Blood Donation System (BDS) using the Dijkstra algorithm”, International Journal of Applied Information Technology (IJAIT), 5(1), 1-15, https://doi.org/10.25124/ijait.v5i01.3317
Al Hakim, R.R., Purwono, P., Arief, Y. Z., Pangestu, A., Satria, M.H., and Ariyanto, E., (2022), “Implementation of Dijkstra algorithm with react native to determine Covid-19 distribution”, Sistemasi: Jurnal Sistem Informasi, 11(1), 160-170, https://doi.org/10.32520/stmsi.v11i1.1667.
Bahrami, N., and Siadatmousavi, S.M., (2023), “Ship voyage optimisation considering environmental forces using the iterative Dijkstra's algorithm”, Ships and Offshore Structures, 19(8), 1-8, https://doi.org/10.1080/17445302.2023.2231200.
Bai, X., Wang, L., Hu, Y., Li, P., and Zu, Y., (2023), “Optimal path planning method for IMU system-level calibration based on improved Dijkstra’s algorithm”, In: IEEE Access, (Vol. 11, pp. 11364-11376), https://doi.org/10.1109/ACCESS.2023.3240518
Cao, H., Hopfgarten, S., Ostfeld, A., Salomons, E., and Li, P., (2019), “Simultaneous sensor placement and pressure reducing valve localization for pressure control of water distribution systems”, Water, 11(7), 1352, https://doi.org/10.3390/w11071352.
Ferreira, B., Antunes, A., Carriço, N., and Covas, D., (2022), “Multi-objective optimization of pressure sensor location for burst detection and network calibration”, Computers & Chemical Engineering, 162, 107826, https://doi.org/10.1016/j.compchemeng.2022.107826.
Ferreira, B., Antunes, A., Carriço, N., and Covas, D., (2023), “NSGA-II parameterization for the optimal pressure sensor location in water distribution networks”, Urban Water Journal, 20(6), 738-750, https://doi.org/10.1080/1573062X.2023.2209553.
Ferreira, B., Carriço, N., and Covas, D., (2021), “Optimal Number of Pressure Sensors for Real-Time Monitoring of Distribution Networks by Using the Hypervolume Indicator”, Water, 13(16), 2235,.https://doi.org/10.3390/w13162235.
Fujiwara, O., and Khang, D.B., (1990), “A two-phase decomposition method for optimal design of looped water distribution networks”, Water Resources Research, 26(4), 539-549, https://doi.org/10.1029/WR026i004p00539.
Khakzad, N., (2023), “A methodology based on Dijkstra's algorithm and mathematical programming for optimal evacuation in process plants in the event of major tank fires”, Reliability Engineering & System Safety, 236, 109291, https://doi.org/10.1016/j.ress.2023.109291.
Kim, D., Kim, D., Woo, D., and Lee, Y., (2022), “Development of an image analysis code for hydrided Zircaloy using Dijkstra's algorithm and sensitivity analysis of radial hydride continuous path”, Journal of Nuclear Materials, 564, 153647, https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2022.153647.
Klapcsik, K., Varga, R., and Hős, C., (2018), “Optimal pressure measurement layout design in water distribution network systems”, Periodica Polytechnica Mechanical Engineering, 62(1), 51-64, https://doi.org/10.3311/PPme.11409.
Lambert, A., (2013), “Guidelines relating to the assessment and calculation of average pressure in water distribution systems and zones”, ILMSS Ltd/Wide Bay Water Corporation, https://www.leakssuitelibrary.com.
Maw, S.S., Lin, K.S., and Naing, L.L., (2019), “Dijkstra‘s algorithm for effective travelling to the most famous destinations in Myanmar”, International Journal of Mathematics Trends and Technology (IJMTT), 65(8), 4-12.
Meier, R.W., and Barkdoll, B.D., (2000), “Sampling design for network model calibration using Genetic Algorithms”, Journal of Water Resources Planning and Management, 126(4), 245-250, https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9496(2000)126:4(245).
Parekh, S., Jha, A., Dalvi, A., and Siddavatam, I., (2022), “An exhaustive approach orchestrating negative edges for Dijkstra’s Algorithm”, 7th International conference for Convergence in Technology (I2CT), 1-5.
Peng, F., Deng, X., Jiang, M., Dinardo, S., and Shen, Y., (2023), “A New Method to Combine Coastal Sea Surface height estimates from multiple retrackers by using the Dijkstra algorithm”, Remote Sensing, 15(9), 2329, https://doi.org/10.3390/rs15092329.
Peng, S., Cheng, J., Wu, X.,  Fang, X., and Wu, Q., (2022), “Pressure sensor placement in water supply network based on Graph Neural Network Clustering method”, Water, 14(2), 150, https://doi.org/10.3390/w14020150.
Perkowski, Z., and Tatara, K., (2020), “The use of Dijkstra’s algorithm in assessing the correctness of imaging brittle damage in concrete beams by means of ultrasonic transmission tomography”, Materials, 13(3), 551, https://doi.org/10.3390/ma13030551.
Poulakis, Z., Valougeorgis, D., and Papadimitriou, C., (2003), “Leakage detection in water pipe networks using a Bayesian probabilistic framework”, Probabilistic Engineering Mechanics, 18(4), 315-327, https://doi.org/10.1016/S0266-8920(03)00045-6.
Rosen, K.H., (2011), Discrete mathematics and its applications, McGraw Hill,   India.
Salehi, S., Robles-Velasco, A., Seyedzadeh, A., Ghazali, A., and Davoudiseresht, M., (2022), “A hybrid knowledge-based method for pipe renewal planning in water distribution systems with limited data: Application to Iran”, Utilities Policy, 78, 101407, https://doi.org/10.1016/j.jup.2022.101407.
Salem, I.E., Mijwil, M.M., Abdulqader, A.W., and Ismaeel, M.M., (2022), “Flight-schedule using Dijkstra's algorithm with comparison of routes findings”, International Journal of Electrical and Computer Engineering, 12(2), 1675, http://doi.org/10.11591/ijece.v12i2.pp1675-1682.
Simone, A., Giustolisi, O., and Laucelli, D.B., (2016), “A proposal of optimal sampling design using a modularity strategy”, Water Resources Research, 52(8), 6171-6185,. https://doi.org/10.1002/2016WR018944.
Trifunovic, N., (2006), Introduction to urban water distribution, Unesco-IHE lecture note series (1st Ed.), CRC Press.
Ubaidillah, A., and Sukri, H., (2023), “Application of Odometry and Dijkstra algorithm as navigation and shortest path determination system of warehouse mobile robot”, Journal of Robotics and Control (JRC), 4(3), 413-423.
Yang, G., and Wang, H., (2023), “Optimal pressure sensor deployment for leak identification in water distribution networks”, Sensors, 23(12), 5691, https://doi.org/10.3390/s23125691.
Zhou, M., and Gao, N., (2019), “Research on optimal path based on Dijkstra algorithms”, 3rd International Conference on Mechatronics Engineering and Information Technology. Dalian, China.
دوره 10، شماره 1
بهار 1404
صفحه 19-29

  • تاریخ دریافت 07 تیر 1402
  • تاریخ بازنگری 13 شهریور 1402
  • تاریخ پذیرش 04 مهر 1402