بهره‌برداری هماهنگ از حوضچه‌های تعدیل سیلاب شهری با کنترل بهینه‌ی دریچه‌ها با استفاده از الگوریتم جستجوی هارمونی (مطالعه‌ی موردی: شبکه زهکشی حوضه آبریز شرق تهران)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد آب و سازه ­های هیدرولیکی، دانشکده عمران و محیط­زیست، دانشگاه تربیت مدرس.

2 استادیار گروه مهندسی منابع آب، دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط­زیست، دانشگاه شهید بهشتی.

3 استاد گروه سازه­ های هیدرولیکی، دانشکده عمران و محیط­زیست، دانشگاه تربیت مدرس.

چکیده

با رشد جمعیت، توسعه شهرنشینی و افزایش نیازهای جوامع، امروزه مدیریت منابع آب بیش از گذشته مورد توجه گرفته است. مدیریت حوضه آبریز شهری با کنترل و هدایت رواناب، به منظور کاهش دبی اوج رواناب و کاهش حجم آبگرفتگی انجام می‌­شود. احداث حوضچه­‌های تعدیل سیلاب در سیستم‌های جمع‌آوری رواناب شهری موجب تأخیر در زمان وقوع دبی اوج و کاهش دبی اوج رواناب می­‌گردد. عملکرد این حوضچه­‌ها، نه تنها به ابعاد آن­ها و سازه‌­های ورودی و خروجی‌شان، بلکه به نحوه­‌ی بهره­‌برداری از این سازه‌­ها نیز وابسته است و می‌­تواند در میزان راندمان و کارایی آن­ها در کنترل سیلاب شبکه زهکشی شهری مؤثر واقع شود. در این تحقیق، بهره‌­برداری هماهنگ از حوضچه­‌های تعدیل سیلاب شبکه زهکشی شرق تهران، با استخراج منحنی‌های کنترل بهینه‌­ی دریچه­‌ها مورد توجه قرار گرفته است. برای این منظور از الگوریتم جستجوی هارمونی (HS) در ترکیب با مدل هیدرولوژیکی- هیدرولیکی SWMM برای استخراج منحنی­‌های کنترل بهینه­‌ی دریچه­‌های سازه‌­های ورودی و خروجی حوضچه‌­ها، با هدف حداقل­سازی حجم سیلاب مازاد بر ظرفیت شبکه استفاده شده است. نتایج برای 5 رویداد بارش بزرگ در ایستگاه باران­سنجی نیاوران نشان می‌­دهد که بهره‌­برداری بهینه­‌ی هماهنگ از این حوضچه‌­­ها باعث بهبود سطح عملکرد حوضچه­‌ها در مقایسه با روش فعلی بهره‌­برداری شده است، بطوریکه رویکرد پیشنهادی برای رویدادهای بزرگ بارش مورد بررسی به طور متوسط حدود 62 درصد سیلاب مازاد بر ظرفیت شبکه زهکشی را کاهش داده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Coordinated Operation of Urban Storm Detention Ponds with Optimal Control of Gates Using Harmony Search Algorithm (Case Study: Drainage Network in East Watershed of Tehran)

نویسندگان [English]

  • Elham Shokouhimehr 1
  • Jafar Yazdi 2
  • Aliakbar Salehi Neyshabouri 3
1 M.Sc. student of hydraulic structures, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran.
2 Assistant Professor of Civil Engineering, Department of Water Resource Engineering and Management, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran.
3 Professor of Civil Engineering, Department of Hydraulic Structures Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Today, with population growth, urbanization and expanding demands of societies, water resources management has received more attention than the past decades. Urban water management is mostly conducted by controlling and directing surface runoff through reducing the peak discharge and flood volume. The construction of storm detention ponds in urban drainage systems delays the time of peak flow and reduces the peak discharge. The performance of these ponds depends on not only their dimensions and their inlet/outlet structures, but also the procedure of operating these structures. In this study, coordinated operation of detention ponds is taken into consideration at Tehran’s East stormwater urban drainage system, through the gates optimal maneuver. To achieve this, harmony search algorithm (HS) was linked to the SWMM hydrological-hydraulic model to find optimal gate openings of inlet/outlet structures of ponds in order to minimize the volume of stormwater exceeding the hydraulic capacity of drainage network. The results for five extreme rainfall events at the studied catchment showed that the optimal coordinated operation of these ponds has improved the level of ponds performance in terms of network flooding compared to the current method of operation and flooding in the drainage network was reduced by 62% in average for the considered extreme rainfall events.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Urban Flood
  • Storm detention ponds
  • Optimal Operation
  • HS algorithm
  • SWMM
Abou Rjeily Y, Abbas O, Sadek M, Shahrour I and Hage Chehade F (2018) Model predictive control for optimising the operation of urban drainage systems. Journal of Hydrology 566:558–565
Ayvaz MT (2009) Application of harmony search algorithm to the solution of groundwater management models. Advances in Water Resources 32(6):916–924
Coffman L, Clar M, and Weinstein N (2000) Low impact development management strategies for wet weather flow (WWF) control. Joint Conference on Water Resource Engineering and Water Resources Planning and Management 2000: Building Partnerships
Garofalo G, Giordano A, Piro P, Spezzano G and Vinci A (2017) A distributed real-time approach for mitigating CSO and flooding in urban drainage systems.  Journal of Network and Computer Applications 78:30-42
Chaudhry M H (2008) Open-channel flow. Second Edition, Springer, 528p
Jafari F, Mousavi SJ, Yazdi J, and Kim JH (2018a) Real-time operation of pumping systems for urban flood mitigation: Single-period vs. multi-period optimization. Water Resources Management 32(14):4643–4660
Jafari F, Mousavi SJ, Yazdi J, and Kim JH (2018b) Investigating the role of gate operation in real-time flood control of urban drainage systems. Advances in Intelligent Systems and Computing 741:39–48
Khademi F, Akbari M (2014) Flood control methods; Structural measures. 2th National Conference on Flood Management and Engineering with an Approach to Urban Floods, Iran (In Persian)
Lee J, Hyun K, Choi J, Yoon Y, and Geronimo FKF (2012) Flood reduction analysis on watershed of LID design demonstration district using SWMM5. Desalination and Water Treatment, Taylor & Francis 38(1–3):255–261
Mahab Ghods Consulting Engineering Company (2011a) Basic studies, volume 2, hydrological report and sedimentation of urban areas, part three. Technical Report (In Persian)
Mahab Ghods Consulting Engineering Company (2011b) Summary of studies report. Volume 11, Technical Report (In Persian)
Mahab Ghods Consulting Engineering Company (2011c) Investigation of the main network of surface waters, volume 4, Hydraulic analysis report and evaluation of network capacity, part two. Technical Report (In Persian)
Mahab Ghods Consulting Engineering Company (2011d) Development and improvement of the network and explain the options. Volume 6, Main Network Strengthening Report and Other Options, part one. Technical Report (In Persian)
Sahoo SN and Pekkat S (2017) Detention ponds for managing flood risk due to increased imperviousness: Case study in an urbanizing catchment of India. Natural Hazards Review 19(1):1-11
Taheri Behbahani MT and Bozorgzadeh M (1996) Urban Floods. Publications of the Research Center and Urban Planning and Architecture of Iran, 536p (In Persian)
Yazdi J (2019) Optimal operation of urban storm detention ponds for flood management. Water Resources Management 33(6):2109–2121
Yazdi J, Choi HS, and Kim JH (2016) A methodology for optimal operation of pumping stations in urban drainage systems. Journal of Hydro-Environment Research 11:101–112
Yazdi J, Sadollah A, Lee EH, Yoo DG, and Kim JH (2015) Application of multi-objective evolutionary algorithms for the rehabilitation of storm sewer pipe networks: Comparison of MOEAs. Journal of Flood Risk Management, Wiley Online Library 10(3):326–338
Yazdi J, Yoo DG, and Kim JH (2017) Comparative study of multi-objective evolutionary algorithms for hydraulic rehabilitation of urban drainage networks. Urban Water Journal 14(5):483–492
Zevenbergen C, Cashman A, Evelpidou N, Pasche E, Garvin S, and Ashley R (2010) Urban flood management. CRC Press, 338p