پديد آورندگان :
معصومي، فريبرز دانشگاه محقق اردبيلي - دانشكده فني و مهندسي، اردبيل، ايران , باشي ازغدي، ناصر موسسه آموزش عالي خاوران - دانشكده مهندسي عمران و محيط زيست، تهران، ايران , افشار، عباس دانشگاه علم و صنعت ايران - دانشكده مهندسي عمران، تهران، ايران
كليدواژه :
مديريت پيامد , شبكه آب شهري , شبيه سازي- بهينه سازي , ظرفيت آرشيو
چكيده فارسي :
در اين تحقيق براي نخستين بار بهينه سازي فعاليت هاي مديريت پيامد در شبكه توزيع آب شهري با رويكرد كاهش زمان بهينه‌سازي و مبتني بر ظرفيت آرشيو مورد توجه قرار گرفته است. در اين تحقيق از روش تلفيقي شبيه‌سازي-بهينه‌سازي براي مديريت پيامد و از مدل شبيه‌سازي EPANET و الگوريتم بهينه‌سازي NSGA-II بر مبناي آرشيو استفاده شده است. دو تابع هدف به ترتيب به منظور حداقل كردن تعداد فعاليت‌هاي واكنشي (كاهش هزينه‌ها) و حداقل كردن جرم آلودگي مصرف شده توسعه داده شده است. تعداد 20 شير قطع و وصل و 31 شير آتش‌نشاني به ترتيب براي ايزوله كردن شبكه و تخليه آلودگي در نظر گرفته شده است. بدون انجام برنامه مديريت پيامد، در صورت بروز آلودگي در شبكه مقدار كل جرم آلودگي مصرف شده 81/3 كيلوگرم خواهد بود. با استفاده از 15 فعاليت واكنشي جرم آلودگي مصرف شده به 60/6 كيلوگرم رسيده است. براي استخراج فعاليت‌هاي بهينه بين اين اهداف با NSGA-II رايج و حداكثر 15 فعاليت در حدود 73 دقيقه زمان نياز است. به منظور كاهش اين زمان و فراهم آوردن امكان انجام مديريت پيامد در زمان واقعي از الگوريتم NSGA-II بر مبناي آرشيو نيز استفاده شده است. با استفاده از ظرفيت آرشيو، امكان عدم اجراي مدل شبيه‌سازي براي كروموزوم‌هاي مشابه فراهم مي‌گردد. رويكرد پيشنهادي براي ظرفيت آرشيو با تعداد صفر، 100، 200، 500، 1000، 2000، 3000، 4000 و 5000 نشان ميدهد كه به طور كلي با افزايش جمعيت آرشيو از صفر به 5000، زمان استخراج منحني تعامل بين اهداف از 73 به 35 دقيقه كاهش مي‌يابد كه حاكي از كاهش بيش از 50 درصدي است. نتايج نشان ميدهد كه در صورت انتخاب مقدار كوچكي براي ظرفيت آرشيو، به عنوان مثال، تعداد 50 يا 100، زمان مورد نياز براي استخراج فعاليت‌هاي بهينه اندكي نسبت به حالت مبنا افزايش مي‌يابد. دليل اين موضوع آن است كه در صورت انتخاب مقدار كوچكي براي ظرفيت آرشيو، بخشي از زمان اجراي مدل شبيه‌سازي- بهينه‌سازي صرف پيدا كردن كروموزوم‌هاي مشابه خواهد شد و با توجه به ظرفيت كم آرشيو، افزايش زمان مورد نياز براي استخراج كروموزوم‌هاي مشابه بيشتر از تأثير كاهش زمان استفاده از ظرفيت آرشيو است. بر اين اساس، با استفاده از ظرفيت آرشيو، امكان كاهش زمان بهينه‌سازي و مديريت پيامد در شبكه در زمان واقعي فراهم مي‌گردد.
چكيده لاتين :
In this research, for the first time, finding the optimal operation actions in WDN to decrease the optimization time is taken into consideration. Valve(s) and hydrant(s) are also employed for isolating and flushing the contamination out of the network. The proposed embedded simulation-optimization approach for consequence management in this study is compromised EPANET simulation model and archive-based non-dominated sorting genetic algorithm-II (NSGA-II). Two objective functions are considered in this paper. The first objective function, minimized numbers of field operational actions related to expenses of the optimal solutions, whereas the other one minimized “consumed contamination mass” take into account for public health and safety. 20 valves and 31 hydrants are designed to insulate the network and discharge pollution, respectively. Without a follow-up management program, the total amount of contamination consumed in the event of network contamination would be 81.3 kg. Using 15 reactive activities, the mass of contamination consumed has reached 60.6 kg. For extracting the Pareto front between these objective functions with general NSGA-II which is a constraint to a maximum of 15 operational actions, approximately 73 minutes is required. To decrease this optimization time, archive-based NSGA-II is taken into account. With an archiving concept, it is possible to not implement a simulation model for similar chromosomes. Sensitivity analysis on the archive capacity of 0, 100, 200, 500, 1,000, 2,000, 3,000, 4,000, and 5,000 chromosomes has been investigated. As an example, with an increase in archive capacity from 0 to 5000, the required time for extracting the optimal Pareto front is reduced from 73 to about 35 minutes, indicating a decrease of more than 50%. The results showed that if a small amount is selected for the archive capacity, for example, 50 or 100, the time required to extract optimal activities increases slightly relative to the base state. The reason for this is that if a small amount is selected for the archive capacity, part of the implementation time of the simulation-optimization model will be spent on finding similar chromosomes, and due to the low capacity of the archive, t is time to use the archive capacity. Using the archive, it is possible to reduce the time optimization and consequence management of the network in real-time operation.
