تئوری شناسایی محدوده‌ی نشت در نواحی مجزای مجازی شبکه‌های توزیع آب با استفاده از شبکه‌ی عصبی مصنوعی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی منابع آب، دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 دانشیار - دانشکده عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی تهران

3 استادیار، گروه مهندسی منابع آب، دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

یکی از مزیت‌های طراحی شبکه‌های توزیع آب به صورت نواحی مجزا، شناسایی نشت موجود در هر ناحیه با کنترل جریان ورودی و خروجی می‌باشد که البته این کار نیازمند مجزاسازی و نصب دبی‌سنج بین لوله‌های رابط هر ناحیه است. با توجه به اینکه اکثر شبکه-های موجود به صورت سنتی و غیرمجزا گسترش یافته‌اند، تبدیل آنها به نواحی مجزا نیازمند هزینه‌های زیاد و حتی گاهی غیراجرایی است. در مقاله حاضر برای شناسایی نشت بین نواحی، ایده‌ی نظری نواحی مجزای مجازی ارائه شده است. نوآوری این مقاله، امکان تبدیل شبکه‌ها به نواحی مجزا با استفاده از ترکیب تئوری گراف و شبکه عصبی مصنوعی برای یافتن نشت بدون استفاده از دبی‌سنج می‌باشد. روش پیشنهادی علاوه بر کاهش هزینه‌های لازم برای دبی‌سنجی، باعث افزایش سرعت در شناسایی محدوده‌های نشت می-شود. علاوه بر این، نیازی نیست تعداد گره‌های نشت، قبل از شروع عملیات نشت‌یابی مشخص باشد. روش پیشنهادی برای شبکه‌ی توزیع آب شهر Balerma در اسپانیا با 443 گره و 454 لوله برای دو، سه و چهار نشت همزمان مورد بررسی قرار گرفت. نتایج مقاله حاضر نشان می‌دهد که نظریه‌ی پیشنهادی در روش ارائه شده، قادر به شناسایی نشت در هر ناحیه می‌باشد و با این روش می‌توان تعداد نواحی مجزای بهینه برای هر شبکه را تعیین کرد. در تمامی مثال‌ها،‌ ناحیه‌ی نشت به درستی پیش‌بینی شد و حداکثر خطای تعیین مقدار نشت حدود 5/6 درصد بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Theoretical identification of leakage areas in virtual district metered areas of water distribution networks using the artificial neural network

نویسندگان [English]

  • Mohammad Reza Shekofteh 1
  • Mohammadreza Jalili Ghazizadeh 2
  • Jafar Yazdi 3
1 Department of Water Resources Engineering, Faculty of Civil, Water and Environmental Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
2 Associate Professor, Faculty of Civil, Water, and Environmental Engineering, Shahid Beheshti University
3 Department of Water Resources Engineering, Faculty of Civil, Water and Environmental Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده [English]

One of the advantages of designing water distribution networks (WDNs) as a district metered areas (DMAs) is to identify the leakage in each area by controlling the input and output flow, which of course requires the separating areas and installation of flowmeters between the interconnect pipes of areas. Considering that the most existing WDNs have been expanded traditionally and not as DMA, turning them into DMAs would require huge costs and might not be even practical in some networks. In this paper, a theoretical idea of virtual DMA is presented to identify the leakage in each areas. The innovation of this paper is the ability to transform networks into DMAs using a combination of the graph theory and artificial neural network to find leaks without using a flowmeter. The proposed method, in addition to reducing costs for the flowmeters, also increases the speed of detection of leakage areas. In addition, there is no need to specify the number of leakage nodes before the leak operation begins. The proposed method has been applied for the Balerma WDN in Spain with 443 nodes and 454 pipes for two, three and four simultaneous leaks. The results of this paper show that the proposed theory in this method is able to detect leakage in each area, and this method can determine the number of optimal virtual DMA for each network. In all examples, the leakage area was correctly predicted and the maximum leakage error was about 6.5%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Leakage
  • Graph theory
  • Virtual District Metered Areas
  • Water Distribution Network
  • Artificial Neural Network