مديريت بهينه فشار در جهت حداقل سازي نشت در سيستم‌هاي توزيع آب با استفاده از الگوريتم بهينه‌سازي رقابت استعماري

Optimal Control Pressure for Leakage Minimization in Water Distribution Systems Using Imperialist Competitive Algorithm

يكي از روش‌هاي كاهش نشت در سيستم‌ هاي توزيع آب، مديريت فشار شبكه با قرار دادن شيرهاي كنترل فشار در مسير جريان و تنظيم بهينه اين شيرها در شبكه آب مي‌باشد. در اين پژوهش مسئله مديريت بهينه فشار در شبكه ‌هاي توزيع آب در جهت حداقل سازي نشت مورد توجه قرار گرفته است. بدين منظور براي در نظر گرفتن مسائل جانمايي و تنظيمات بهينه شيرهاي فشار‌شكن رويكردي ارائه ‌شده است كه در آن بهينه‌ سازي هم ‌زمان جانمايي شيرها و بهينه‌ سازي تنظيمات شيرها مورد توجه قرارگرفته است. در اين پژوهش براي حل اين مسئله از مدل بهينه‌ سازي- شبيه ‌سازي مبتني بر يكي از الگوريتم ‌هاي بهينه‌ سازي فراكاوشي تحت عنوان الگوريتم رقابت استعماري (ICA) استفاده شد. در اين مدل الگوريتم بهينه‌ سازي ICA در محيط MATLAB با شبيه ‌ساز هيدروليكي مدل EPANET تلفيق شد. نتايج نشان داد كه ضمن رعايت كليه قيود مسئله با به كاربردن روش ارائه ‌شده براي جانمايي و تنظيم بهينه شيرهاي فشارشكن ميزان نشت متوسط شبكه در سه دوره شرايط نياز آبي ماكزيمم، متوسط و مينيمم ضمن تأمين قيد فشار حداقلي در شبكه، 12 درصد كاهش يافت. كه نشان مي ‌دهد، روش ارائه ‌شده در تنظيم سطح فشار براي حداقل كردن نشت در شبكه موفق بوده است.

One of the key factors affecting leakage in water distribution systems is network pressure management by putting Pressure Reduce Valves (PRV) in the flow path and optimal regulation of these vales in water networks. This study aimed at investigating optimal pressure management problems so as to minimize leakage in water distribution networks. To do so, an approach was proposed for both optimal positioning and setting of pressure reduction valves (PRVs), where location optimization and optimal operation issue of valves was considered. In the present research, in order to resolve these problems, an optimization model—a simulation based on a Meta heuristic algorithms called as Imperialist Competitive Algorithm (ICA)—was utilized. In this model, ICA optimization in MATLAB environment was integrated with hydraulic simulation of EPANET model. The results revealed that in case all the limitations of the problem are observed, employing this method to determine the position of the pressure reduction valves and regulate them lowered the mean leakage rate of the network by 12% in three phases of maximum, average and minimum aquatic need periods. This means that the proposed method was effective in regulating the pressure level to minimize leakage in networks.