جانمايي بهينه حسگرهاي كنترل كيفيت آب در شبكه توزيع بر مبناي تغييرات ديناميك پارامترهاي كيفي متداول

Sensors Placement in Water Distribution Network Under Dynamic Variations of Common Water Quality Parameters

تشخيص آلودگي‌ها در شبكه توزيع آب براي حفاظت از سلامت مصرف كنندگان ضروري است. شاخص‌هاي معمول كيفيت آب (كلر، pH ...) در واكنش به آلاينده‌ها، با تغييراتي مواجه ميگردند كه اين تغييرات پويا مي‌توانند تشخيص آلودگي در شبكه آب را تسهيل نمايند. در اين پژوهش، پاسخ پارامترهاي معمول كيفيت به رويداد آلودگي تزريق پتاسيم سيانيد به شبكه توزيع آب مثال شماره سه EPANET 2.0 مطالعه و از مدل EPANET-MSX براي مشاهده تغييرات كلر در پاسخ به ورود آلاينده استفاده ميگردد. جانمائي بهينه حسگرها در شبكه توزيع آب با استفاده از ارتباط ميان شبيهساز EPANET-MSX و الگوريتم بهينهسازي ازدحام ذرات در ساختار يك و دو هدفه انجام ميگردد. اهداف مدلسازي در اين تحقيق كاهش زمان تشخيص، افزايش درست نمايي تشخيص و كاهش حجم آب آلوده مصرفي، مي-باشند كه به صورت اهداف تك يا در قالب دو هدفه لحاظ گرديدهاند. مطالعه نقش تعداد حسگرها از يك تا پنج حسگر در اهداف كاهش زمان تشخيص آلودگي، افزايش درستنمايي تشخيص و كاهش مصرف آب آلوده به ترتيب سبب كاهش زمان تشخيص از 36/22 به 17/41 ساعت، افزايش درست نمائي تشخيص از 28/8 به 68/6 درصد و كاهش مصرف حجم آب آلوده از 31/87 به 3/78 مترمكعب گرديده است. بررسي مسائل دو هدفه تعيين جانمائي بهينه حسگر در شبكه، بيانگر رابطه مستقيم 1-درست نمائي و زمان تشخيص آلودگي، 2-درست نمائي تشخيص و حجم مصرفي آب آلوده و 3- زمان تشخيص و حجمي مصرفي آب آلوده است. همچنين نتايج نشان دادند موقعيت گرههايي با تقاضاي بالا و نحوه رخدادهاي آلودگي شبكه بر جانمائي حسگرها اثرگذار هستند.

Detection of pollution in any water distribution network (WDN) is essential to maintain public health. Recent researches have demonstrated common water quality indicators (free Chlorine, pH, Electrical Conductivity, …) response to contaminants, which can facilitate the pollutant detection in WDNs. In this research, EPANET-MSX model is used to simulate the realistic responses of common water quality parameters to a pollutant event in WDN, represented in example 3 of EPANET 2.0. The aim of the study is to apply EPANET-MSX to trace Chlorine changes in response to the potassium cyanide injection order to optimize sensor placements WDN. Optimal sensor placement is derived based on coupled EPANET-MSX _ PSO (particle swarm optimization) framework. PSO is implemented as single and multi-objective algorithm. The objectives of the study are to reduce the pollutant detection time, increase detection likelihood, and reduce the contaminated water consumption as single and/or multi-objective problems. Studies on the sensor numbers, ranging from one to five, indicate 1- the pollutant detection time has decreased from 36.22 to 17.41 hours, 2- the pollutant detection likelihood has increased from 28.8% to 68.6%, and 3- the contaminated water consumption has decreased from 31.87 to 3.78 m3. The results show direct relationship between 1- pollutant detection likelihood and detection time, 2- pollutant detection likelihood and contaminated water consumptions, and 3- pollutant detection time and contaminated water consumption in multi-objective problems. Also, the location of the high-demand nodes in WDN and the contamination events occurrence can affect the location of the sensors.