بخشی از مقاله
چکیده
شبکههای آبرسانی به منظور توزیع آب سالم اجرا میشوند. در حال حاضرتحلیل شبکهها اکثراً بر اساس تحلیل مبتنی بر تقاضا صورت میگیردکه در این روش تقاضا در گرهها همیشه ثابت و قابل دسترس است و فشار به عنوان قیدی برای برآورد میزان پایداری در نظر گرفته میشود. در تحلیل شبکهها از معیارهای متعددی استفاده می شود که معیارهای عملکرد از آن جمله میباشند. تاکنون این معیارها با روش قطعی توسعه و تحلیل شدهاند که از مهمترین معایب این روش میتوان به ارائه پاسخ غیرملموس و غیرواقعی در مقادیر حدی یا آستانه و همچنین نداشتن انعطاف پذیری در برابر نظرات کارشناسان اشاره نمود. در این تحقیق یک روش جدید با استفا ده از معیارهای عملکرد شامل قابلیت اطمینان در زمان، قابلیت اطمینان ترکیبی - قابلیت ارتجاع، سن آب و آنتروپی - ، برگشتپذیری و آسیب پذیری ارائه شدهاست که در آن شاخص پایداری شبکه آبرسانی با استفاده از قابلیتهای تابع عضویت در منطق فازی توسعه داده شده و کارایی روش جدید در شبکه پرکاربرد هانوی مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفتهاست. نتایج حاکی از عملکرد منطقیتر و ملموستر شاخص پایداری فازی توسعهداده شده در این تحقیق در مقایسه با روش قطعی، نسبت به واقعیت شبکه از دیدگاه کارشناسی میباشد.
واژههای کلیدی: شبکههای آبرسانی، تحلیل مبتنی بر تقاضا، معیارهای عملکرد، شاخص پایداری، منطق فازی.
مقدمه
شبکههای توزیع آب شهری شامل مجموعهای به هم پیوسته از مخازن، لولهها و ابزارهای کنترل هیدرولیکی - نظیر پمپ ها، شیرآلات ، تانکها و... - می باشد که گستردهترین بخش از تأسیسات زیربنای شهری می باشد. وظیفه شبکههای توزیع آب، رساندن آب تأمینشده از منابع آب و تصفیه شده در تصفیه خانهها با کمیت کافی، کیفیت مناسب و فشار استاندارد به هر یک از مشترکین است - منزوی،. - 1387 در طراحی بهینه شبکههای توزیع آب شهری علاوه بر حداقل کردن هزینههای بخشهای هیدرولیکی و کیفی که یک معیار اقتصادی میباشد، حداکثرسازی قابلیت اطمینان شبکه از جمله قابلیت اطمینان مکانیکی، هیدرولیکی و کیفی نیز به عنوان اهداف بهینهسازی مطرح است و مجموع آنها در جهت توسعه پایدار امری مهم تلقی می شود - تابش و همکاران،. - 1392
کمیکردن مفاهیمی چون قابلیت اطمینان، برگشت پذیری، آسیبپذیری و پایداری یکی از دغدغههای مهم دانشمندان و محققان در چند دهه اخیر بودهاست. لاکس در سال 1997 شاخص پایداری - - SI را با استفاده از تمام معیارهای عملکرد شامل قابلیت اطمینان، برگشتپذیری و آسیب پذیری را توسعه داد و بیان کرد که قابلیت اطمینان، برگشتپذیری و آسیبپذیری باهم ابزاری برای تعیین کمیت و نظارت بر پایداری در طول زمان است . - Loucks,1997 - برای تأمین نیازمندیهای آب برای بشر یا محیط زیست در زمان حال و آینده لازم است که عملکرد و شاخصها اندازهگیری شود تا بتوان سناریوهای مختلف سیستمهای منابع آب را با یکدیگر مقایسه و ارزیابی نمود. این هدف در مقاله سندووال سولیس در سال 2011 به عنوان شاخصهای پایداری منابع آب ارائه شدهاست که امکان ارزیابی و مقایسه گزینههای سیاستهای مدیریتی برای سیستمهای منابع آب را ممکن میسازد . - Sandoval-Solis, et al.,2011 -
تمایل تصمیمگیرندگان به احداث شبکههای کم هزینهتر در گذشته، محققان را به سمت طراحی شبکهها با هدف کمینهکردن هزینهها سوق داده، اما تمرکز بیش از حد مدلهای طراحی به کمینهکردن هزینههای ساخت، بدون توجه به وضعیت فاکتورهای کارایی و پایداری شبکه، اصلیترین دلیل ناکارآمدی مدلهای مزبور در طی سالهای اخیر بودهاست . - Walski,2001 - از این رو مفاهیم معیارهای عملکرد و شاخص پایداری و کاربرد آنها در تحلیل شبکههای آب در یک دهه اخیر مورد توجه محققان قرار گرفتهاست.
قابلیت اطمینان یا اعتمادپذیری عبارتست از احتمال اینکه یک سامانه در یک دوره زمانی معین و در محیطی مشخص، وظیفهاش را در محدودهای خاص به خوبی انجام دهد - . - Bazovsxr,1961 گولتر در سال 1987 قابلیت اطمینان را به عنوان توانایی یک سیستم توزیع برای عرضهی تقاضاها در زمان شکست اجزاء بیان نمود . - Goulter,1987 - در شبکههای توزیع آب، قابلیت اطمینان را میتوان توانایی شبکه در فراهمکردن آب کافی در فشار مناسب برای مصرفکنندگان بیان کرد . - Tabesh,1998 - به طور کلی در شبکههای توزیع آب، قابلیت اطمینان از سه جنبه هیدرولیکی، مکانیکی و کیفیت آب بررسی میشود. هاشیموتو در سال 1982 فرمولی برای قابلیت اطمینان بر اساس تعریف لاکس به صورت زیر ارائه نمود - - Hashimoto,1982 که در آن K به فشار گره ای یا سن آب در گره j و منطقه i اشاره میکند:
شاخص برگشتپذیری به عنوان توانایی یک سیستم توزیع برای عرضهی تقاضاها در زمان شکست اجزاء بیان میشود و جهت ارزیابی عملکرد هیدرولیکی شبکههای آبرسانی به لحاظ تامین فشار و دبی در گرهها در شرایط مختلف عملکردی آن توسعه یافتهاست. در مقاله تودینی در سال 2000 مفهوم قابلیت ارتجاع دیداًش مرتبط با توانایی ذاتی سیستم غلبه بر شکست است و نیاز به تحلیل آماری انواع مختلف عدم قطعیت ندارد و برای معرفی محدودیتهای قابلیت اطمینان استفاده شدهاست . - Todini,2000 - هاشیموتو و همکارانش در سال 1982 برگشتپذیری را به عنوان قابلیت ترمیم سیستم بعد از هر شکست تعریف نمودند . - Hashimoto,1982 - موی و همکارانش در سال 1986 از حداکثر تعداد دورههای کمبود متوالی قبل از ترمیم به عنوان گزینههای تعریفی قابلیت ارتجاع استفاده نمودند - . - Moy,1986
آسیبپذیری مقدار یا مدت غیر قابل قبول شبکه توزیع آب در یک مقیاس زمانی خاص است. به عقیده هاشیموتو، میتوان آسیبپذیری را از تقسیم مجموع مقادیر عدم رضایت به مجموع تمام مقادیر در گامهای زمانی شبیهسازیشده بدست آورد . - Hashimoto,1982 - این روش ارزیابی به وسیله هایزار و همکارانش در سال 2011 به منظور ایجاد سیستمهای حمایت تصمیمگیری برای پایداری منابع آب نیز استفاده شدهاست . - Kang, et al.,2011 - لاکس برای اولین بار در سال 1997رابطه ای را برای شاخص پایداری - SI - ارائه نمود که در سال 2011 توسط سندوال سالیس با استفاده از توان هندسی ضرب معیارهای عملکرد به صورت اصﻻح گردید . - Sandoval-Solis, et al.,2011 -
که در آن In برگشت پذیری، rWA شاخص سن آب و F آنتروپی می باشد و روابط و توضیحات مربوط به آنها در مرجع - طاهری، - 1394 به طور کامل ارائه شدهاست . آنچه در روابط فوق از اهمیت زیادی برخوردار است نحوه شمارش گامهای زمانی یا تعداد دفعات شکست یا پیروزی در محاسبه معیارهای عملکرد میباشد. در روابط فوق برای شمارش شکستها یا موفقیتها در هر گام از منطق کلاسیک استفاده میشود. از معایب این منطق آن است که در مقادیر آستانه نمیتواند واقعیت شکست یا پیروزی سیستم را به صورت عددی بیان کند چرا که محدوده جواب آن صفر یا یک است. در مقابل منطق کلاسیک، منطق فازی اولین بار توسط زاده در سال 1965 مطرح ×شد. زاده به ناتوانی منطق کلاسیک برای پرداختن به مسائل نادقیق دنیای واقعی اشاره کرد و چارچوب جدیدی به نام تئوری فازی را پایهریزی کرد و مبانی آن را معرفی نمود . - Zadeh,1965 - این تئوری تعمیمیافته منطق کلاسیک است که در آن دسترسی گزارهها میتواند در محدودهی صفر و یک تغییر کند و بدین ترتیب امکان استدلال تقریبی فراهم میگردد.
