تلفیق استفاده از مدل برنامه ریزی منابع آب MODSIM و الگوریتم فراکاوشی PSO در تعیین حجم بهینه مخازن آب شرب (مطالعه موردی: شهر گرگان)

فصلنامه علمی مهندسی منابع آب

مقاله 7، دوره 11، شماره 38، آذر 1397، صفحه 71-82   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

سمیرا حسین پور¹؛ امیراحمد دهقانی^{* 2}؛ عبدالرضا ظهیری²؛ مجتبی شوریان³؛ مهدی مفتاح هلقی²

¹دانش آموخته کارشناسی ارشد، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

²دانشیار، گروه مهندسی آّب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

³استادیار، گروه عمران آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی

تاریخ دریافت: 28 خرداد 1394،  تاریخ بازنگری: 20 فروردین 1396،  تاریخ پذیرش: 02 بهمن 1397 

چکیده

نیاز روز افزون به آب نتیجه رشد جمعیت و توسعه شهری است که برنامه‌ریزی همه جانبه برای تأمین آب به مقدار کافی و کیفیت مناسبی را دربردارد و مدل‌سازی یکی از ضروریات مدیریت و برنامه‌ریزی برای منابع و مصارف آب است. بمنظور تعدیل فشار و سرعت جریان در لوله‌ها، معمولا بر اساس توپوگرافی، شهر به زون‌های مختلف تقسیم شده و در هر زون مخزنی تعبیه می‌شود. معمولا این مخازن به هم متصل و هنگامی که نیاز در یک زون شهر افزایش می یابد، کمبود آب از زونهای دیگر جبران می شود. در این تحقیق حجم بهینه مخازن آب شرب شهر گرگان با استفاده از مدل MODSIM و الگوریتم فراکاوشیPSO در سناریوهای مختلف مدیریتی محاسبه و نتایج آن با همدیگر مقایسه شده است. MODSIMیک سیستم پشتیبانی تصمیم مدیریت منابع برای تحلیل برنامه‌ریزی بلندمدت، مدیریت میان‌مدت و عملکردهای کوتاه‌مدت می‌باشد. جهت کالیبراسیون مدل از داده های سالهای 1391 تا 1392 در مقیاس روزانه استفاده شد و نهایتاً قابلیت مدل براساس معیارهایی همچون اعتمادپذیری و آسیب‌پذیری مورد ارزیابی قرار گرفته است.
نتایج نشان می‌دهد که در تمامی سناریوهای مدیریتی، در دوره بلندمدت 1420، منطقه1 زون فشاری (شمالی‌ترین قسمت گرگان) و مناطق 8 تا 10 (جنوبی‌ترین قسمت گرگان) مناطق غیربحرانی هستند و به افزایش حجم مخازن نیاز ندارند. ولی در مناطق 2تا 7 نیاز به افزایش حجم مخازن وجود دارد که منطقه3 بحرانی‌ترین منطقه بین بقیه مناطق می‌باشد و آسیب‌پذیری این منطقه بدون طراحی مخزن 5/11هزارمترمکعب در روز می‌باشد

کلیدواژه‌ها

بهینه سازی؛ MODSIM؛ PSO؛ شاخص اعتمادپذیری؛ شاخص آسیب پذیری

عنوان مقاله [English]

Optimization of urban storage tanks by using water resources planning MODSIM model and PSO algorithm(Case study: Gorgan city)

نویسندگان [English]

s h¹؛ a d²؛ a z²؛ m sh³؛ m m²

¹دانش آموخته کارشناسی ارشد، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

²دانشیار، گروه مهندسی آّب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

³استادیار، گروه عمران آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی

چکیده [English]

Due to population growth and urban development, need to water increases and comprehensive plan for providing sufficient and good quality of water is vital. The modelling is one of the important tool for management and programming of water supply and consumption. For managing the pressure and velocity in water distribution networks the Gorgan city is divided to different pressure zone based on topography and the storage tank is used in each zone to supply the water. The storage tanks in different pressure zone interact with the others to reduce the difference between water supply and water demands. In this study, the optimum volume of storage tanks are obtained based on MODSIM and metaheuristics PSO models. MODSIM is a water resources management decision support system for analysis of long term, planning, medium term management, and short term operations.
The daily data were used during the years of 2012 to 2013 for calibration of model and the results were evaluated based on reliability and vulnerability criteria.
The results show that the Zone1 (the northern part of the Gorgan city), Zone 8,9 and 10 (the southern part of Gorgan) don’t need to increasing the volume of storage tank in all scenarios for long term operations (2041). The results also showed that the Zone 2 to 7 need to increase the storage tank volume. Among all pressure zone, the Zone 3 is critical zone in term of water shortage and the amount of vulnerability is 11500 cmd(cubic meter per day

کلیدواژه‌ها [English]

Optimization, MODSIM, PSO, reliability index, vulnerability index

مراجع

منابع

1)    سروری، م. ر. معراجی، س. ح. ولی پور، ر. معراجی، س. ص. 1385. الگوریتم بهینه سازی PSO و کاربرد آن در طراحی بهینه حجم مخازن سدها. همایش ملی مدیریت شبکه‌های آبیاری و زهکشی. دانشگاه شهید چمران اهواز.

2)    فلاح مهدی پور، ا.، خیاط خلقی، م.، و بزرگ حداد، ا. 1387. کاربرد الگوریتم بهینه سازی مجموعه ذرات چندهدفه در بهره برداری چند منطوره از مخزن. سومین کنفرانس مدیریت منابع آب ایران، دانشگاه تبریز.

3)    آزادنیا، ا. زهرایی، ب. 1389. کاربرد الگوریتم بهینه سازی PSO در بهینه سازی چند هدفه بهره­برداری از مخازن سدها. پنجمین کنگره ملی مهندسی عمران. دانشگاه فردوستی مشهد.

4)    سبززاده، ا. علیمحمدی، س. 1391. برآورد ضریب جریان بازگشتی از کشاورزی به کمک الگوریتم بهینه سازی دسته ذرات، نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 4 (6): 290-305.

5)    شریفی، ف. 1384. بهینه سازی بهره برداری از مخازن چندمنظوره با استفاده از الگوریتم چند جامعه ای مورچه­ها. پایان نامه کارشناسی ارشد. دانشگاه علم و صنعت.

6)       Baltar, A. M. and Fontane, D. G. 2008. Use of multiobjective particle swarm optimization in water resources management.  ASCE Journal of Water Resources Planning and Management. 134(3): 275-265.

7)       Eberhart, R. C. and Kennedy, J. 1995. A new optimizer using particle swarm theory. Proceedings Sixth Symposium on Micro Machine and Human Science. pp. 39-43. IEEE Service Center, Piscataway, NJ.

8)       Eberhart R. C., Simpson, P., and Dobbins, R., 1996. Computational Intellingence PC Tools. Academic Press.

9)       Gill M. K., Kaheil, Y. H., Khalil, A., and McKee, M., Bastidas, L. 2006. Multiobjective particle swarm optimization for parameter estimation in hydrology. Water Resources Research.

10)   Joubert, A. Stewart, T. J. and Eberhard, R. 2003. Evaluation of water supply augmentation and demand management option for the City of Cape Town. Journal of Multi-Criteria Decision Analysi. 12(1): 17-25.

11)   Premalatha, K. and Natarajan, M. 2009. Precreant PSO for fastening the convergence to optimal solution in the application of document clustering. Current Science. 96 (1): 137-143.

12)   Reddy, M. J. and Kumar, D. N. 2007. Multi-objective particle swarm optimization for generating optimal trade-offs in reservoir operation. Hydrological Processes. 21: 2897-2909.