بخشی از مقاله
خلاصه
متناسب با رشد جمعیت و توسعه فیزیکی شهرها، شبکه های آبرسانی نیز بایستی توسعه پیدا نمایند. در طراحی سنتی شبکه های آبرسانی فرض بر این است که کل شهر به طور یکجا و در یک زمان مشخص شکل گرفته و به طور یکجا و در یک سال مشخص توسعه پیدا میکند. در واقعیت، توسعهی شهرها به صورت تدریجی و فاز به فاز در بازه های زمانی مشخص رخ میدهد. در نظر گیری این واقعیت در طراحی شبکه های آبرسانی باعث به وجود آمدن نوع جدیدی از طراحی به نام طراحی چند فازی1 میشود.
این شیوهی نوین طراحی با حفظ سرمایه مالی و صرف نظر از هزینه کردهای غیر ضروری، منجر به ارائه طرحی ارزانتر نسبت به طراحی سنتی میشود. در تحقیق حاضر با معرفی یک شبکه آبرسانی کوچک و در نظر گیری شیوهی نوین طراحی چند فازی، نشان داده خواهد شد که استفاده از الگوریتم ژنتیک چند هدفه که در آن قیود مساله بهینه سازی به صورت خود سازگار شونده - آداپتیو - ارضا میشود باعث بهبود نتایج نسبت به استفاده از الگوریتم ژنتیک چند هدفه ای است که در آن قیود با اعمال ضرائب جریمه2 ارضا میشود.
.1 مقدمه
حدود 5 دهه است که بحث بهینه سازی طراحی شبکه های آبرسانی به صورت خطی، غیرخطی، فرا کاوشی - روش های برگرفته شده از طبیعت - و ترکیبی ازاین موارد بیان شده است1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-] .[11-12-13-14-15-16-17-18-19-20-21 تمامی این بهینه سازی ها به صورت تک هدفه ارائه شده اند. هدف اصلی این روش ها کمینه کردن هزینه ی شبکه با رعایت قید حداقل فشار درهر گره از شبکه میباشد. در ادامه بهینه سازی ها به صورت دو هدفه بیان شدند که در آن ها اعتمادپذیری و هزینه هر دو به عنوان هدف در فرایند بهینه سازی آورده میشود.
[22-23-24-25-26-27] تمامی موضوعات گفته شده - طراحی تک هدفه و چند هدفه - با رویکرد سنتی - تک فازی - بهینه سازی میشوند یعنی در هیچ کدام توسعهی شبکهی آبرسانی به صورت فازی در نظر گرفته نمیشود و طراحی در یک فاز با در نظر گرفتن دبی پیک در انتهای افق طرح - معمولا 25 سال - صورت می پذیرد. در رویکرد بهینه سازی سنتی - طراحی تک فازی - 1 هیچ نگاهی به توسعه شبکه بعد از اتمام افق طرح - معمولا 25 سال - وجود ندارد و طراحی تنها بر اساس یک فاز دوره ی طراحی صورت می گیرد. مسلما" تحت چنین شرایطی ظرفیت شبکه پاسخگوی تامین کل نیازها بعد از دوره اتمام طرح نمی باشد. این موضوع با توجه به پتانسیلهای باقیمانده شبکه پس از دوره طرح تک فازی، علاج بخشی شبکه را با هزینه زیادی توام می سازد.
کریکو و همکاران در سال [28]2014 در یک تحقیق برجسته بحث در نظرگیری توسعه در طراحی شبکه های آبرسانی را پیش آورده اند. در رویکرد طراحی چندفازی مشکلات طراحی سنتی بر طرف میشود. در این طراحی افق طرح شامل یک دوره طولانی تر است - معمولا 100 سال - و با نگاه به دوره های بعد از پایان فاز 1، قطر لوله ها دوره ی اول بزرگتر شده و ظرفیت شبکه ی آبرسانی در فاز 1 بیش از آنچه مورد نیاز است در نظر گرفته می شود. این امر در مقایسه با رویکرد سنتی اگرچه باعث افزایش هزینه در فاز 1 میشود، ولیکن به این هزینه مازاد به عنوان یک سرمایه گذاری طی دوره های آتی نگریسته شده بطوریکه این رویکرد سبب کاهش ارزش حال سرمایه گذاری در کل دوره - 100 سال - میشود.
کریکو و هم کاران با استفاده از بهینه سازی دو هدفه با اعمال قیود بصورت جریمه، رویکرد جدیدی برای طراحی شبکه ها ی آبرسانی معرفی کردند. در کار این محققین هدف اول ارزش حال هزینه ی طراحی2 همه ی فازهاست وهدف دوم مازاد فشار مطلوب درانتهای هرفازاست.[22] شبکه ی مورد استفاده در این تحقیق در 4 فاز 25 ساله توسعه یافته و در هر فاز جدید امکان قرارگیری لوله موازی برای لوله موجود در فاز قبلی وجود دارد. در تحقیق مذکور با توجه به بلند بودن افق طرح و حالت های زیاد طراحی - قرار گیری لوله های اولیه و لوله های موازی زیاد در کنار لوله های قدیمی - زمان بهینه سازی بسیار زیاد و رسیدن به جواب بهینه سراسری با مشکل روبرو است. پاسخ به سوال اساسی زیر هدف پیش روی تحقیق حاضر خواهد بود.
- زمان بهینه سازی در این رویکرد با توجه به نحوه اعمال قیود زیاد است، آیا میتوان با اعمال آداپتیو قیود بهینه سازی Efficiency را بهتر کرد و به جواب هایی بهتر از جواب های کریکو و همکاران رسید؟ در ادامه ی این مقاله ابتدا روش کار گفته میشود سپس تغییر اعمال موتور بهینه سازی NSGA-آداپتیو بر روی الگوریتم کریکو و همکارانش اعمال میشود در ادامه شیکه ی دو حلقه ای شامیر و آلپروویتز 1977 معرفی میگردد. و این شبکه بهینه سازی میشود. پس از اعمال تغییر، گراف جبهه ی پارتو ترسیم و با جبهه ی پارتو بدست آمده در مقاله کریکو و همکارانش - - 2014 مقایسه میشود بعد از مقایسه ها ی صورت گرفته روش برتر مشخص میشود. در انتهای مقاله نتیجه گیری کلی و خلاصه ای از تحقیق بیان میشود.
.2 متدولوژی
. 2.1 روش پیشنهادی کریکو و همکاران
در روش کریکو و همکاران کل دورهی طرح - T - 3 به n فاز به طول 4 tتقسیم میشود . برای اینکه در کل دوره اعتمادپذیری شبکه تضمین شود n برابر با تعداد توسعه های افقی و عمودی پیش بینی شده در طرح جامع شهری در نظر گرفته می شود. با قرار گیری در سال صفر برای طراحی فاز 1 شکل نهایی شبکه در انتهای فاز 1 و نیازهای گره های موجود در انتهای فاز 1 در نظر گرفته میشود و به همین ترتیب با قرار گیری در فاز - k-1 - برای طراحی فاز k شکل توسعه ی یافته و نیازهای گره ای انتهای فازk در نظر گرفته میشود که تعداد k برابر با n میباشد.
