کاهش میزان نشت در شبکه های توزیع آب شهری از طریق حداقل نمودن فشار اضافی در شبکه

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار /دانشکده مهندسی عمران، پردیس دانشکده های فنی، دانشگاه تهران

2 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد /مهندسی آب، دانشکده مهندسی عمران، پردیس دانشکده‌ فنی، دانشگاه تهران

چکیده

نظر به رشد جمعیت و بحران منابع آب در بخش وسیعی از کشورهای دنیا، مقوله نشت در شبکه‌های آبرسانی شهری اهمیت زیادی یافته است. در سالیان اخیر راهکارهای مختلفی که منجر به کاهش نشت می ‍ گردند مورد توجه محققین و مدیران صنعت آب قرار گرفته است. مدیریت فشار یکی از کاراترین و مقرون به صرفه‌ترین روشهای کاهش نشت می‌باشد. مقاله حاضر روشی را جهت کاهش نشت در شبکه‌های توزیع آب شهری از طریق کمینه نمودن مجموع مربعات فشار اضافی در گره‌های شبکه ارائه می دهد. بدین منظور با نصب شیرهای فشار شکن در نقاط مناسب و بهینه نمودن مقدار فشار خروجی اینگونه شیرآلات، فشار تک تک گره‌های شبکه به حداقل مقدار ممکن در محدوده استاندارد، کاهش می‌یابد.  به منظور مدل کردن مصرف و نشت در شبکه از روش تحلیل هیدرولیکی مبتنی بر فشار استفاده شده که بر اساس روابط دبی- فشار معرفی شده، مقدار جریان خروجی در گره‌ها (مصرف و نشت) با تغییرات فشار مرتبط می‌گردد. در پایان با ارائه یک مثال نمونه، کارائی روش ارائه شده مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس این روش با محاسبه مقدار بهینه فشار خروجی فشارشکن‌ها، حداقل فشار ممکن در گره‌ها که باعث بیشترین کاهش نشت و حفظ سرویس دهی مطلوب در شبکه می‌گردد، بدست می‌آید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Leakage Reduction in Water Distribution Networks By Minimizing the Excess Pressure

نویسندگان [English]

  • M Tabesh 1
  • M.M Vaseti 2
1 Assistant Professor, School of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Tehran
2 MSc. Graduate, School of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Tehran
چکیده [English]

Leakage is one of the most serious problems in water distribution networks. Limited resources of water and the increasing expenses of transport, treatment, pumping, storage and distribution of water, notify the importance of leakage reduction. Due to the direct relation between leakage and pressure, pressure management is a useful and cost effective method for leakage reduction. In this research pressure reducing valves are used to achieve this goal. An optimization procedure is applied to minimize the difference between the available head and minimum standard head at each node. Sum of square differences between the available and minimum standard heads at each node are minimized using linear and non linear programming. To analyze the hydraulic conditions of the system the head driven simulation method is used. In this method the available nodal outflows are not fixed and vary with nodal pressure fluctuations. Finally a test network, have been used to illustrate the validation of the proposed method. The results of this procedure define the PRV’s outlet values. Based on these optimized values, nodal heads tend to be very close to the minimum standard values which lead to the maximum leak reduction.

کلیدواژه‌ها [English]

  • optimization
  • Leak Reduction
  • Excess Pressure
  • Head-Outflow Relationship
  • water distribution networks
  • Pressure Reducing Valve
تابش، م.، واسطی، م.م.، (1383)، "مقایسه فرمولهای دبی – فشار برای تحلیل هیدرولیکی مبتنی بر فشار در شبکه‌های توزیع آب شهری"، مجموعه مقالات اولین کنفرانس ملی منابع آب ایران، دانشکده فنی، دانشگاه تهران، ایران، 8 صفحه.

 سازمان مدیریت و برنامه ریزی، دفتر تحقیقات و معیارهای فنی و وزارت نیرو، استاندارد مهندسی آب، (1371)، "مبانی و ضوابط طراحی طرحهای آبرسانی شهری، نشریه 3-117 "، انتشارات سازمان مدیریت و برنامه ریزی.

Araujo, L.S., Ramos, H.M. and Coelho, S.T., (2003), “Optimization of the use of valves in a network water distribution system for leakage minimization”, Advances in Water Supply Management, (Maksimovic, Butler, Memon), eds., Swets & Zeitlinger, Lisse.

Bessey, S.G., (1985), “Some development in pressure reduction”, J. Inst. Water Engineering Science, 39(6), pp. 501-505.

Farley, M., and Trow, S., (2003), Losses in water distribution networks, IWA Publishing.

Germanopoulos, G., (1988), “Modeling and operational control of water supply networks”, Ph.D. Thesis, Department of Civil Engineering, Imperial College of Science and Technology, University of London, UK.

Germanopoulos, G., (1985), “A technical note on the inclusion of pressure dependent demand and leakage terms in water supply network models”, Civil Engineering Systems, 2, September, pp.171-179.

Germanopoulos, G., (1995), “Valve control regulation for reducing leakage”, Improving Efficiency and

      Reliability in Water Distribution Systems, pp. 212-240.

Goodwin, S.J., (1980), “The results of the experimental program on leakage and leakage control”, Technical Report TR 154, Water Research Centre, Swindon, UK.

Gupta, R., and Bhave, P.R., (1996), “Comparison of methods for predicting deficient network performance”, J. Water Resources Planning and Management, ASCE, 122(3), pp. 214-217.

Jeppson, R. W., (1976), Analysis of flow in pipe networks, Ann Arbor Science Publishers, Inc.

Jowitt, P.W. and Xu, C., (1990), “Optimal valve control in water distribution networks”, J. Water Resources Planning and Management, ASCE, 116(4), pp. 455-472.

Lai, C.C., (1991), “Unaccounted for water and the economics of leak detection”, Water Supply, 9(3-4), IRI-1 – IRI-8.

Luisa, F., Reis, R., and Chaudhry, F.H., (1999), “Hydraulic characteristics of pressure reducing valves for maximum reduction of leakage in water supply networks”, Water Industry System, CCWI, 1, pp. 259-269.

May, J., (1994), “Pressure dependent leakage”, World Water & Environmental Engineering Management, October.

Murrer, J., (1985), “Pressure reduction as a means of reducing waste in the Milton Keynes area”, Anglian Water Authority, Cambridge Division, Unpublished Report.

Reis, L.F.R., Porto, R.M., and Chaudhry, F.H., (1997), “Optimal location of control valves in pipe networks by genetic algorithm”, J. Water Resources Planning and Management, ASCE, 123(6), pp. 317-326.

Tabesh, M., (1998), Implications of the pressure dependency of outflows on data management, mathematical modeling and reliability assessment of water distribution systems, PhD Thesis, Civil Engineering Department, University of Liverpool, UK.

TWGWW (Technical Working Group on Waste of Water), (1980), “Leakage control policy”, WRc/Water Authorities Association, Report No. 26.

Twort, A.C., Crowley, F.W., and Rantnayaka, D.D., (1994), Water supply, Edward Arnold.

Ulannicki, B., Bounds, P.L.M., Rance, J.P., and Reynolds, L., (1999), “Open loop and closed loop pressure control for leakage reduction”, Water Industry System CCWI 99, 1, pp. 475-486.

Vela, A., Perez, R., and Espert, V., (1991), “Incorporation of leakage in the mathematical model of a water distribution network”, Proc. 2nd Int. Conference on Computing Methods in Water Resources, Computational Mechanics Publication, pp. 245-257.

Vairavamoorthy, K., and Lumbers, J., (1998), “Leakage reduction in water distribution systems: optimal valve control”, J. Hydraulic Engineering, ASCE, 124(11), pp. 1146-1154.

Wagner, J.M., Shamir, U., and Marks, D.H., (1988), “Water distribution reliability: analytical methods”, J. Water Resources Planning and Management, ASCE, 114(3), pp. 253-275.