Journal of Water and Wastewater Science and Engineering

Journal of Water and Wastewater Science and Engineering

Investigation of the Long-Term Performance of Water Distribution Networks in Peak Consumption Conditions by Applying the Uncertainty of Model Parameters and Leakage Variation

Document Type : Research Paper

Authors
Mehdi Dini 1
Parisa Ahadpour 2
1 Associate Professor, Civil Engineering Department, Azarbaijan Shahid Madani University, Tabriz, Iran.
2 MSc, Civil Engineering Department, Azarbaijan Shahid Madani University, Tabriz, Iran.
10.22112/jwwse.2023.412351.1374
Abstract
In this article, the long-term hydraulic performance of water distribution networks in peak consumption conditions is investigated by applying the uncertainty of model parameters and leakage variation. Applying the uncertainty of the leakage parameter and defining network operation planning based on leakage variation are research innovations. For this purpose, first, the model parameters are estimated in deterministic conditions in the desired years. Then, their non-deterministic values are calculated using statistical distributions and Monte Carlo method and applied to the model. Finally, the network performance levels are determined probabilistically. The Nodal Pressure Reliability Index (NPRI) is used to calculate the hydraulic performance of the network by coding in MATLAB linked with the EPANET simulator. The proposed method has been applied to a sample and real network. The results showed that by implementing the operational planning, the network performance increased by 15.3% in the middle year of the operation period, compared to non-operational planning. In general, by applying operational planning, the network's life increases in peak consumption conditions in terms of hydraulic performance.
Keywords
Hydraulic performance
Uncertainty
leakage
reliability
peak consumption
 
احدپور، پ.، و دینی، م.، (1401)، "مقایسه عملکرد شبکه­های توزیع آب با در نظر گرفتن عدم­قطعیت پارامترهای مدل در حالت وجود یا عدم وجود نشت"، ششمین کنگره بین المللی توسعه کشاورزی، منابع طبیعی، محیط زیست و گردشگری ایران، دانشگاه هنر اسلامی، 25-27 مرداد، تبریز، ایران.
احدپور، پ.، دینی، م.، و هاشمی، س.، (1401)، "بررسی کارایی شبکه‎های توزیع آب بر اساس عدم‎قطعیت‎های موجود با برنامه‎های بازسازی و نوسازی متفاوت"، چهارمین کنگره علوم و مهندسی آب و فاضلاب ایران، دانشگاه قم، 1-3 آذرماه، قم، ایران.
تائبی، ا.، و چمنی، م.ر.، (1391)، شبکه‌های توزیع آب شهری، انتشارات دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان.
دینی، م.، و تابش، م.، (1397)، "ارائه شاخص قابلیت اطمینان جدید برای ارزیابی عملکرد شبکه توزیع آب"، مجله آب و فاضلاب، 29(3)، 16-1، https://doi.org/10.22093/wwj.2017.51035.2154.  
دینی، م.، محمدی، ا.، نورانی، و.، و هاشمی، س.، (1400)، "پهنه‌بندی احتمالاتی کارایی هیدرولیکی شبکه توزیع آب با اعمال عدم‌قطعیت پارامترهای کلیدی"، نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز، 12-14، https://doi.org/10.22034/jcee.2021.44669.2007.
دینی، م.، عباس‌پور، غ.ر.، و ثاقبیان، س.ع.، (1402)، " کالیبراسیون شبکه‌های توزیع آب با درنظر گرفتن عدم‌قطعیت متغیر فشار در گره‌ها"، نشریه علمی علوم و مهندسی آب و فاضلاب، https://doi.org/10.22112/JWWSE.2023.350090.1320.
سیف‌اللهی آغمیونی، س.، بزرگ حداد، ا.، و امید، م.ح.، (1390)، "بررسی تأثیر عدم قطعیت توأم نیاز گره‎ها و زبری لوله‎ها در کارآیی شبکه‎های آبرسانی"، تحقیقات آب و خاک ایران، 42(1)، 35-43.
قاسمی، ع.، حسینی، م.، (1391)، "تحلیل عدم­قطعیت در شبکه­های جمع­آوری فاضلاب با منطق­فازی (مطالعه موردی: بخشی از شبکه فاضلاب شهر مشهد)"، مجله آب و فاضلاب، 23(2)، 94-107.
گوهری مقدم، س.، رحیم پور، م.، قادری، ک.، و احمدی، م.م.، (1401)، " طراحی بهینه شبکه‌های توزیع آب تحت عدم‌قطعیت‌های هیدرولیکی و استحکام بخشی"، نشریه علمی پژوهش‌های نوین در مهندسی آب پایدار، 1(2)، 101-87، https:// doi.org/10.22103/nrswe.2023.20470.1018. 
گوهری مقدم، س.، قادری، ک.، رحیم پور، م.، و احمدی، م.م.، (1402)، "ﺁﻧﺎﻟﻴﺰ ﻓﺎﺯﻱ شبکهﻫﺎﻱ ﺗﻮﺯﻳﻊ ﺁﺏ ﺗﺤﺖ ﺷﺮﺍﻳﻂ کمبود ﻓﺸﺎﺭ"، ﻣﺠﻠﻪ پژﻭﻫﺶ ﺁﺏ ﺍﻳﺮﺍﻥ، 17(2)، 47-58، https:// doi.org/10.22034/IWRJ.2023.13998.2435.
Alperovits, E., and Shamir, U., (1977), "Design of optimal water distribution systems", Water Resources Research, 13(6), 885-900, https://doi.org/10.1029/WR013i006p00885.
Araujo, L.S., Ramos, H., and Coelho, S.T., (2006), "Pressure control for leakage minimisation in water distribution system management", Journal of Water Resource Management, 20 (1), 133-149, https://doi.org/10.1007/s11269-006-4635-3.
Braun, M., Piller, O., Iollo, A., and Mortazavi, I., (2020), "A spectral approach to uncertainty quantification in water distribution networks", Journal of Water Resources Planning and Management, 146(3), 1-14, https://doi.org/10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0001138.
Dini, M., and Tabesh, M., (2014), "A new method for simultaneous calibration of demand pattern and hazen-williams coefficients in water distribution systems", Journal of Water Resource Management, 28(7), 2021-2034, https://doi.org/10.1007/s11269-014-0592-4.
Dini, M., and Asadi, A., (2019), "Pressure management of large-scale water distribution network using optimal location and valve setting", Journal of Water Resource Management, 33(1), 1-13, https://doi.org/10.1007/s11269-019-02381-x.
Dini, M., Mohammadikaleibar, A., Hashemi, S., and Nourani, V., (2022), "Stochastic long-term reliability of water distribution networks using Monte Carlo simulation", Journal of Urban Water, 19(2), 151-160, https://doi.org/10.1080/1573062X.2021.1971264.
Geranmehr, M.A., Asghari, K., and Chamani, M.R., (2019), "Uncertainty analysis of water distribution networks using type-2 fuzzy sets and parallel genetic algorithm", Journal of Urban Water, 16(3), 193-204, https://doi.org/10.1080/1573062X.2019.1648527.
Hwang, H., Lansey, K., and Jung, D., (2018), "Accuracy of first-order second-moment approximation for uncertainty analysis of water distribution systems", Journal of Water Resources Planning and Management, 144(2), 1-18, https://doi.org/10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0000864.
Jafari, S.M., Zahiri, A.R., Bozorg Hadad, O., and Mohammad Rezapour Tabari, M., (2022), "Uncertainty analysis of optimal instruction for WDN pipes repair and replacement using fuzzy cut-hydraulic simulation approach", Research Square, Under review, 1-29, https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-1341370/v1.
Moradi Sabzkouhi, A., and Haghighi, A., (2016), "Uncertainty analysis of pipe-network hydraulics using a many-objective particle swarm optimization", Journal of Hydraulic Engineering, 142(9), 1-12, https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0001148.
Salas, J.D., and Obeysekera, J., (2014) "Revisiting the concepts of return period and risk for non stationary hydrologic extreme events", Journal of Hydrologic Engineering, 19, 554-568, https://doi.org/10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0000820.
Seifollahi-Aghmiuni, S., Bozorg Haddad, O., Omid, M.H., and Mariño, M.A., (2013a), "Effects of pipe roughness uncertainty on water distribution network performance during its operational period", Journal­ of Water Resource Management, 27(5), 1581-1599, https://doi.org/10.1007/s11269-013-0259-6.
Seifollahi-Aghmiuni, S., Bozorg Haddad, O., and Mariño M.A., (2013b), "Water distribution network risk analysis under simultaneous consumption and roughness uncertainties", Journal of Water Resource Management, 27(7), 2595-2610, https://doi.org/10.1007/s11269-013-0305-4.
Sharp, W.W., and Walski, T.M., (1998), "Predicting internal roughness in water mains", American Water Works Association, 80(11), 34-40, https://doi.org/10.1002/j.1551-8833.1988.tb03132.x.
Journal of Water and Wastewater Science and Engineering
Volume 9, Issue 2
Summer 2024
Pages 57-70

  • Receive Date 05 September 2023
  • Revise Date 26 November 2023
  • Accept Date 02 December 2023