بخشی از مقاله
-1 چکیده
شبکه های انتقال و توزیع آب از اساسیترین تأسیسات عمومی و زیربنایی شهری میباشند. در طراحی این شبکهها عدم قطعیت موجود در پارامترهای ورودی مانند میزان تقاضا، ضریب زبری لولهها، هد مخزن و... باعث میشود تا در مقادیر حاصل از نتایج طراحی مانند هد گرهها، سرعت و دبی جریان در لولهها، عدمدقت پدیدار شود. در این تحقیق یک مدل بهینهسازی- شبیهسازی بر مبنای تلفیق الگوریتم ژنتیک با نرمافزار شبیهسازی EPANET با در نظر گرفتن عدم قطعیت پارامترها از طریق کدنویسی در محیط MATLAB توسعه داده شده است.
از تئوری مجموعههای فازی در برخورد با اطلاعات ورودی و مطالعه انتشار عدم قطعیت دادههای ورودی به خروجیهای ناشناخته مسئله و از روش الگوریتم ژنتیک - GA - برای بهینهسازی توابع عضویت پارامترهای خروجی غیرقطعی مانند دبی لولهها و هد گرهها استفاده شده است. برای آزمون درستی مدل، یک شبکه دو حلقهای انتخاب شده که در این شبکه ضریب زبری لولهها و تقاضا به صورت غیرقطعی در نظر گرفته شدهاند. نتایج بدست آمده نشان میدهد که روش مطرح شده در برخورد با عدم-قطعیت پارامترهای ورودی و بهینه سازی توابع عضویت پارامترهای خروجی غیرقطعی مؤثر است. همچنین سرعت همگرایی بالای این روش و بینیاز بودن از توزیع آماری دادههای ورودی غیرقطعی نسبت به سایر روشهای تحلیل عدم قطعیت از مزایای این روش میباشد.
-2 مقدمه
آب یک ماده ضروری برای زندگی انسانها است و از آنجا که وظیفه تأمین و توزیع آن برای مصارف مختلف بر عهده سامانه آبرسانی میباشد، اهمیت نقش آن نمایان میگردد. در طراحی و بهرهبرداری مناسب از شبکههای توزیع آب نیاز به مدلسازی است عموماً این مدلسازیها با پارامترهای قطعی و دقیق انجام میشود در حالی که اکثر پارامترهای ورودی در مدلسازی به طور دقیق و قطعی قابل محاسبه و دستیابی نیستند. باتوجه به عدم قطعیت موجود در پارامترهای ورودی شبکه توزیع آب، پارامترهای خروجی نیز غیرقطعی خواهند بود.
بنابراین بحث عدم قطعیت به عنوان یک موضوع جدانشدنی در زمینه محاسبات شبکه باید مد نظر قرارگیرد. این عدم قطعیت میتواند ناشی از اطلاعات کیفی، اطلاعات ناقص، اطلاعات غیرقابل دسترسی و ... از اجزای شبکه یا بحث مصارف متغیر در طول شبانه روز و در طول دوره بهرهبرداری باشد. چندین روش تخمین عدم قطعیت در مدلهای شبکههای توزیع آب گزارش شده است که رایجترین آنها روشهای مونت کارلو - Monte Carlo - و روش گشتاور دوم سطح اول - First Order Second Moment - میباشد.
. - Branisavljevic and Ivetic, 2006 - روش مونتکارلو محبوبترین روش احتمالاتی برای تخمین عدم قطعیت میباشد. این روش بر اساس تعداد زیادی مدل محاسباتی با پارامترهای ورودی تعیین شده استاتیکی کار میکند که مقدار زیادی اطلاعات برای تعریف تابع چگالی احتمال پارامترهای ورودی نیاز دارد و زمان زیادی از CPU صرف میکند - حتی در کامپیوترهای با سرعت بالا - . تئوری مجموعه فازی یک راه حل جایگزین است که نیازی به دادههای آماری ندارد.
برای مثال بدست آوردن مقادیر دقیق زبری لولهها و توزیع آماریشان سخت است، همچنین اغلب آنها به عنوان اطلاعات مبهم هستند در حالیکه عدم قطعیت نشان داده شده با تئوری فازی ارتباط مستقیمی با زمینه آماری ندارد . - Shibu and Janga Reddy, 2011 - ریولی و ریدولفی - 2002 - 1 یک روش فازی برای آنالیز شبکه لوله با در نظر گرفتن عدم قطعیت ناشی از پارامترهای کم دقت و نامطمئن پیشنهاد دادند. آنها با در نظر گرفتن عدم قطعیت در پارامترهای مستقل - تقاضای گره-ها، ضرایب زبری لولهها - توابع عضویت برای پارامترهای فازی وابسته - دبی لولهها و هد گرهها - را با استفاده از روشی بر اساس بازه جبری و تئوری بهینهسازی بدست آوردند.
برنیساولجویک و ایوتیک - 2006 - 1 از الگوریتم ژنتیک برای حل مدلهای بهینهسازی غیرخطی برای تعریف عدم قطعیت در پارامترهای فازی وابسته با در نظر گرفتن عدم قطعیت در ضرایب لولههای قدیمی استفاده کردند. گوپتا و بیهو - 2007 - 2 نشان دادند که چگونه پارامترهای فازی وابسته به طور یکنواخت یا غیریکنواخت روی بازه پارامترهای فازی مستقل تغییر میکنند.
برای تعیین توابع عضویت پارامترهای وابسته فازی یکنواخت یک روش ساده را - که در آن تاثیر پارامترهای مستقل روی پارامتر های وابسته در یک گام مشخص میشود - پیشنهاد دادند. همچنین توابع عضویت پارامترهای فازی غیریکنواخت نیز با انتخاب مقادیر مناسبی از پارامترهای مستقل بر اساس ماهیت تأثیر بدست آمد. اسپیلیولیس و تساکیریس - 2012 - 3 روش نیوتون رافسون را برای تحلیل شبکه توزیع آب تحت تقاضای فازی به کار بردند و از این طریق توابع عضویت هد گرهها را بدست آوردند.
برنیساولجویک و همکاران - 2009 - 4 تلاش نمودند تا عدم قطعیت خروجی مدل را از طریق محدودیت تقاضای گرهها با استفاده از تئوری مجموعه فازی در کالیبراسیون مدل شبکههای توزیع آب کاهش دهند. شیبو و جانگا ردی - 2011 - 5 از روش کراساینتروپی برای تعیین حداقل و حداکثر پارامترهای فازی وابسته روی بازه پارامترهای فازی مستقل استفاده کردند. گوپتا و همکاران - 2014 - 6 آنالیز فازی شبکه را تحت شرایط کمبود فشار پیشنهاد دادند. در این تحقیق با کاربرد نظریه مجموعه فازی و تلفیق GA با نرمافزار شبیهسازی EPANET از طریق کدنویسی در محیط MATLAB به مدلسازی عدم قطعیت در سیستمهای توزیع آب پرداخته شده است.
