jafar yazdi
-
پهنه بندی سیلاب کاربرد وسیعی در مدیریت سیلاب داشته و یکی از اطلاعات اساسی و مهم در مدیریت ریسک سیلاب محسوب می شود. پهنه بندی سیلاب در مناطق شهری با توجه به ماهیت دوبعدی جریان و از طرفی تراکم عوارض شهری مانند ساختمان ها، خیابان ها، بلوارها و معابر عمومی بسیار مشکل تر از مدلسازی در محدوده سیلابدشت و رودخانه ها است. در این پژوهش، پهنه بندی سیل برای مناطق 21 و 22 شهر تهران در حالت وضع موجود، که تقریبا منطقه فاقد شبکه کانالهای جمع آوری آبهای سطحی است با استفاده از مدلسازی بارش-رواناب فیزیک مبنا و روندیابی هیدرولیکی دوبعدی انجام شده است که نوآوری پژوهش محسوب می شود. برای این منظور، از مدل HEC-HMS برای تخمین رواناب ورودی از کوهستان، از مدل MIKE21 برای تخمین پهنه سیلاب رواناب ورودی از کوهستان در منطقه شهری و از مدل Flo-2D برای شبیه سازی بارش-رواناب شهری استفاده شده است. بر اساس نتایج مدلسازی، محدوده های تحت سیلاب 50 ساله با رویکرد مدلسازی تلفیقی در مناطق 21 و 22 احصاء شده است که 8% از مساحت این مناطق را شامل می شود. در این پهنه ها ماکزیمم عمق سیل 11/8 متر در رودخانه وردآورد و بیشترین سرعت 5/4 متر بر ثانیه در ابتدای خیابان هاشم زاده (جنوب بزرگراه خرازی) بدست آمده است. نتایج نشان می دهد که در صورت رخداد وقایع حدی نظیر بارش 50 ساله، بخشی از بزرگراه ها و شریانهای ارتباطی شهر تهران به سمت غرب دچار اختلال می شود و امکان تردد وجود نخواهد داشت. علاوه بر این، کاربری های مختلفی در پهنه سیل قرار می گیرد و بدلیل عدم وجود شبکه آب سطحی، شرایط ماندابی در سرتاسر مناطق 21 و 22 شهر تهران قابل پش بینی است. بنابراین توسعه شبکه جمع آوری آبهای سطحی از اولویت های اصلی کاهش ریسک سیل در این مناطق است.
کلید واژگان: سیلاب شهری، مدلسازی هیدرولوژیکی، مدلسازی فیزیک مبنا، پهنه بندی سیلFlood zoning has extensive applications in flood management and is considered one of the fundamental and critical pieces of information in flood risk management. Flood zoning in urban areas is much more challenging than modeling in floodplain and river areas due to the two-dimensional nature of the flow and, on the other hand, the density of urban features such as buildings, streets, boulevards, and public pathways. In this study, flood zoning for districts 21 and 22 of Tehran was conducted under the current conditions, where the area is almost devoid of surface water collection channels, using a physically-based rainfall-runoff model and two-dimensional hydraulic routing which is the novelty aspect of the article. For this purpose, the HEC-HMS model was used to estimate the runoff from the mountains, and the MIKE model was used to simulate urban rainfall-runoff. According to the modeling results, the areas affected by a 50-year flood event were identified using an integrated modeling approach in districts 21 and 22, covering 8% of these areas. In these areas, the maximum flood depth is 11.8 meters in Vardavard river and the highest speed is 4.5 meters per second at the beginning of Hashemzadeh street (south of Kharrazi highway). The results indicate that in the event of extreme events such as a 50-year rainfall, a significant portion of the highways and main communication arteries of Tehran leading westward would be disrupted, and traffic would be impossible. Moreover, various land uses would fall within the flood zone, and due to the absence of a surface water network, waterlogging conditions throughout districts 21 and 22 of Tehran are predictable. Therefore, the development of a surface water collection network is one of the main priorities for reducing flood risk in these areas.
Keywords: Urban Flood, Hydrological Modeling, Distributed Modeling, Flood Zoning -
مجله هیدرولیک، سال نوزدهم شماره 3 (پاییز 1403)، صص 113 -125
واسنجی مدل های شبکه توزیع آب برای پیش بینی رفتار آنها در شرایط مختلف هیدرولیکی و کیفی ضروری است. در مقاله حاضر شرح نتایج واسنجی و صحت سنجی هیدرولیکی مدل کامپیوتری یک شبکه آزمایشگاهی ارائه شده است. واسنجی مدل با استفاده از داده های فشار و دبی انجام شده است. برای صحت سنجی مدل نیز از داده های هیدرولیکی و کیفی شبکه استفاده شده است. استفاده از اندازه گیری های کیفیت آب برای صحت سنجی هیدرولیکی شبکه، نوآوری پژوهش به حساب می آید. این پژوهش در سه مرحله دنبال شده است. در مرحله نخست، واسنجی شبکه به کمک داده های فشار پیزومتریک و دبی خروجی شبکه انجام شده است. متغیر تصمیم در فرآیند بهینه سازی، ضریب زبری و ضرایب افت موضعی لوله ها انتخاب شده است. در مرحله دوم، صحت سنجی شبکه بر اساس داده های فشار و دبی خروجی شبکه انجام شده است. در مرحله سوم، صحت سنجی هیدرولیکی شبکه از نظر دبی در لوله ها با مدلسازی کیفی یک ماده واکنش ناپذیر (Conservative) صورت گرفته است. نتایج واسنجی مقادیر 0.008 را برای ضریب زبری دارسی ویسباخ لوله ها و مقادیر 1.2 و 0.89 را برای ضرایب افت موضعی در لوله های با طول 0.5 و 1 متر نشان می دهد. نتایج واسنجی مدل بیانگر آن است که بیشینه خطای مدل در واسنجی برابر با 3% است. همچنین بیشینه ی خطا در صحت سنجی با استفاده از داده های فشار برابر با 0.2% و بر اساس دبی خروجی برابر با 5.9% است. نتایج صحتسنجی بر اساس مدلسازی کیفی نیز متوسط خطای 5.5 % را نشان می دهد. اختلاف کم نتایج مدل آزمایشگاهی و مدل شبیه سازی نشان دهنده آن است که مدل هیدرولیکی واسنجی شده است.
کلید واژگان: شبکه توزیع آب، مدل آزمایشگاهی، واسنجی هیدرولیکی، پیزومتر، کل جامدات محلول (TDS)Journal of Hydraulics, Volume:19 Issue: 3, 2024, PP 113 -125In the realm of hydraulic modeling for water distribution networks, the calibration process plays a pivotal role. Calibration involves precise adjustments to align a model with observed data. However, when the measured data is scarce, the calibration process becomes challenging. In such cases, laboratory models prove valuable for simulating real-world conditions. Variability in parameters like pipe dimensions, length, roughness coefficients, and nodal demand as well as nodal elevations often leads to disparities between computer-based model outcomes and reality. Despite extensive research on computer-based models, laboratory water distribution network models and their calibration have received relatively limited attention due to the challenges and costs associated with them. In this study, a laboratory model of a water distribution network was constructed and subjected to hydraulic calibration. Roughness coefficients and minor head losses within the network were determined using a meta-heuristic method. Then, pipe roughness coefficients for polyethylene pipes were assessed and compared with values from scientific references. In the following, hydraulic validation of the network was conducted using the water quality simulation of a conservative substance. This approach illustrates the level of concurrence of flow ratios in the network pipes between the model and reality.The laboratory network was made of PE40 and consists of a square looped system with 1-meter pipe lengths, employing a 1000-liter tank to maintain a constant water head. This research was conducted in three stages. In the first stage, network calibration was performed using piezometric pressure and output flow data. Roughness coefficient and pipe minor head loss coefficients were selected as decision variables. The objective function was defined to minimize the total weighted difference in piezometric head and discharge between the model and reality. In the second stage, validation was performed based on pressure and output flow data. In the third stage, the network's hydraulic validation with respect to pipe flow rates was performed through the modeling of a conservative substance. This is because the dissolution of a conservative substance occurs solely due to mixing at nodes and flow division, allowing it to represent the correspondence of flow ratios in network pipes between the model and reality. In this research, pressure data was recorded using piezometers, and salt concentration was calculated using TDS (Total Dissolved Solids) sensor. After performing the optimization, a value of 0.008 was obtained for the Darcy-Weisbach friction coefficient (ɛ), This value aligns well with the assumption of new pipes in the network, in agreement with previous research (e.g., 0.050 by The Plastics Pipe Institute, 2008, and 0.070 by Padilla et al., 2013). Also, values of 1.20 and 0.89 were obtained for the minor loss coefficients of 0.5 and 1-meter pipes, respectively. Furthermore, the optimized minor loss values effectively reflect differences attributed to the number of connections in the 0.5 and 1-meter pipes, falling within recommended scientific ranges. Notably, unlike previous field studies, this research uniquely focuses on a laboratory model.After hydraulic calibration and validation using pressure and output flow data, further validation was conducted using the water quality model. The saltwater solution was injected at a specific point in the network, and the TDS quality parameter was measured at the two points in the network. Subsequently, utilizing the TDS values and the established relationship between TDS and salt concentration calculated in the laboratory, the salt concentration at the location of two sensors was determined. It's worth mentioning that the network's water supply contained dissolved solids. Subsequently, initial and injection concentrations were applied to the model and, the simulation was performed. A comparison of salt concentration results at two sensor locations revealed an 8.5% error in the first experiment and 2.5% in the second, confirming excellent agreement between the laboratory and computer-based network hydraulic model.
Keywords: Water Distribution Network, Laboratory Model, Hydraulic Calibration, Piezometer, Total Dissolved Solids (TDS) -
یکی از معضلات شبکه های توزیع آب، هدررفت آب در اثر نشت بهدلیل فشار بالا در شبکه است. از اینروی لازم است فشار شبکه را در یک بازه مناسب نگهداشت. از موثرترین تجهیزات بدینمنظور شیرهای فشارشکن و پمپ های معکوس هستند. در این مقاله با استفاده از مرتبط کردن الگوریتم DE1 با حل گر هیدرولیکی EPANET تلاش شده است در گام نخست با استفاده از الگوریتم DE دو هدفه، مکان مناسب شیر های فشار شکن و نیز فشار تنظیمی آن ها و همچنین به صورت هم زمان مکان بهینه پمپ معکوس و نوع پمپ معکوس در شبکه مشخص شود. در گام دوم با استفاده از الگوریتم تک هدفه DE، با ثابت نگهداشتن مکان شیرهای فشار شکن و همچنین ثابت نگه داشتن مکان و نوع پمپ های معکوس (حاصله از گام نخست)، سرعت دورانی بهینه پمپ و فشار تنظیمی بهینه شیر فشارشکن در یک بازه 24 ساعته، به منظور بهره برداری و افزایش انرژی تولیدی از شبکه مشخص میشود. نتایج به دست آمده نشان داد که می توان از شبکه 160 کیلو وات ساعت در 24 ساعت شبانه روز، انرژی استحصال نمود.
کلید واژگان: مدیریت فشار، نشت، شیر فشار شکن، مکان بهینه، پمپ معکوس، فشار تنظیمیOne of the problems in the field of water is its wastage in water supply networks due to water leakage due to high pressure. Therefore, keeping the pressure at a suitable range is necessary. The most effective equipment for this purpose is pressure relief valves and PAT2. In this article, by linking the DE algorithm with the EPANET hydraulic solver, in the first step, by using the double-objective DE algorithm, the appropriate location of the pressure relief valves and its regulating pressure, as well as the optimal location of the reverse pump and the type of reverse pump, are determined at the same time. In the second step, by using the DE single objective algorithm, keeping the location of the pressure relief valves constant (resulting from the first step) and also keeping the location and type of PAT, the rotational speed of the pump and the regulating pressure of the pressure relief valve constant are optimized in 24 hours, to increase the production energy. The obtained results showed that it is possible to provide 160 kilowatt hours per day of salable energy to the city power grid from the network.
Keywords: Pressure Management, Leakage, Pressure Reducing Valve, Optimal Location, Pump As Turbine -
مجله هیدرولیک، سال نوزدهم شماره 1 (بهار 1403)، صص 101 -118
با توجه به اینکه در حال حاضر هدررفت آب یک نگرانی جهانی است و از طرف دیگر تقاضا برای آب در حال افزایش است، این مساله مدیریت تقاضا و اصلاح الگوی مصرف را ضروری ساخته است. یکی از اجزاء مهم آب بدون درآمد، نشت موجود در شبکه آبرسانی بوده و از اقدامات ضروری به منظور کاهش آب بدون درآمد و مدیریت مصرف، نشت یابی است. در این پژوهش، یک فرمول بندی بهینه سازی به منظور نشت یابی در شبکه های آب با فرض عدم اطلاع از تعداد نشت ها و داده های حاصل از اندازه گیری فشار توسعه داده شده است و مساله با الگوریتم تکامل تفاضلی حل شده است. عملکرد مدل توسعه داده شده با تعریف سناریوهای مختلف از نظر موقعیت، میزان و تعداد نشت مورد بررسی قرار گرفته و ابتدا سناریوهای مکان یابی از نظر تعداد و میزان نشت شامل یک، ده و بیست نشت همزمان بررسی شد و پس از آن مدل توسعه داده شده برای سناریوهای مکان یابی با تعداد نشت نامعلوم و همچنین عدم قطعیت نیازهای گرهی اجرا شدند. نتایج نشان داد موفقیت مدل در حالت قطعیت داده های ورودی و وجود یک گره، 100% بوده و با درنظرگیری تغییرات ساعتی نیاز گرهی و با افزایش تعداد نشت ها، میزان موفقیت مدل در یافتن محل نشت به ترتیب 95% و 94/5% بدست آمده است. در سناریوهایی با تعداد نشت ها مجهول، موفقیت مدل برای پیدا کردن تعداد نشت 94% بدست می آید. موفقیت مدل در حالت عدم قطعیت نیازهای گرهی با تعداد نشت معلوم، با افزایش نشت تا 91% و با تعداد نشت مجهول تا 86% می رسد.
کلید واژگان: نشت یابی، عدم قطعیت، نشت مجهول، الگوریتم تکامل تفاضلی، شبکه های توزیع آبJournal of Hydraulics, Volume:19 Issue: 1, 2024, PP 101 -118Water supply networks are one of the most important urban infrastructures for supplying water. Considering that currently water wastage is a global concern and on the other hand the demand for water is increasing, this issue has made it necessary to manage the demand and modify the consumption pattern. One of the important components of non-revenue water is leakage in the water supply network, and leak detection is one of the necessary measures to reduce non-revenue water and manage consumption. In this research, an optimization formulation has been developed for the purpose of leak detection in water networks assuming the lack of information on the number of leaks and pressure measurement data, and the search problem has been solved with the differential evolution algorithm. The performance of the developed model has been investigated by defining different scenarios in terms of location, amount and number of leaks. First, the location scenarios were examined in terms of the number and amount of leaks, including one, ten, and twenty leaks at the same time, and then the developed model was implemented for location scenarios with an unknown number of leaks and the uncertainty of nodal needs. The results showed that the success of the model in the case of the certainty of the input data and the existence of a node is 100%, and by considering the hourly changes in the nodal demand and increasing the number of leaks up to ten and twenty leak nodes, the success rate of the model in finding the exact leak points is 95% and 94.5% has been obtained. In the scenarios where the number of leaks was considered unknown, the success of the model to find the number of leaks is 94%. The success of the model in the case of uncertainty of nodal requirements with the number of known leaks reaches 91% with the increase of leaks and 86% with the number of unknown leaks.
Keywords: Leak Detection, Uncertainty, Unknown Leakage, Differential Evolution Algorithm, Water Distribution Networks -
در سال های اخیر، با گسترش شهرسازی و بزرگتر و پیچیده تر شدن شبکه های آبرسانی، نیاز به مصرف انرژی جهت انجام فرآیند تامین و توزیع آب افزایش پیدا کرده است. پمپاژ آب به انرژی زیادی احتیاج دارد که هزینه تامین این انرژی بخش قابل توجهی از هزینه های دوران بهره برداری از شبکه را در بر می گیرد. در این تحقیق، بهره برداری هوشمند از این زیرساخت ها با استفاده از ابزارهای بهینه سازی و مدل های ریاضی مورد توجه قرار گرفته است تا با افزایش راندمان ایستگاه های پمپاژ در مناطق شهری و کاهش هزینه ها مفید واقع شود. هدف اصلی این تحقیق دست یابی به بهترین بازده مصرف انرژی در شبکه های توزیع آب (کاهش مصرف انرژی و هزینه های آن) در حین تامین دیگر اهداف بهره برداری (تامین فشار گرهی و غیره) است. مدل هیدرولیکی شبکه، ایستگاه پمپاژ و تجهیزات کنترلی توسط حل گر هیدرولیکی EPANET شبیه سازی شده است. کوپل حل گر هیدرولیکی با الگوریتم تکامل تفاضلی (DE) به عنوان الگوریتم جستجوی تصادفی برای تنظیم بهینه دور موتور پمپ های شبکه توزیع آب بکار گرفته شده است. تنظیم بهینه دور موتور پمپ ها موضوعی است که در تحقیقات پیشین با در نظر گرفتن سری تاریخی داده های مصرف آب، مورد تحقیق قرار نگرفته است. شبکه توزیع آب شهر حسن آباد تهران برای مطالعه موردی انتخاب و الگوی بهینه دور پمپ ها بصورت یک سیاست بهره برداری استخراج شده است. نتایج نشان می دهد که این رویکرد مصرف انرژی را نسبت به وضعیت موجود شبکه 42/47284 کیلووات-ساعت معادل 6/9 درصد کاهش می دهد. همچنین در ساعت اوج مصرف آب، رویکرد ارایه شده توانسته است میزان انرژی مصرفی را 4/19914 کیلووات-ساعت معادل %3/74 کاهش دهد.
کلید واژگان: انرژی، بهینه سازی، الگوریتم تکامل تفاضلی، شبکه های توزیع آب، ایستگاه پمپاژIntroductionIn recent years, with the expansion of urban planning and the larger and more complex water supply networks, the need for energy consumption to carry out the process of water supply and distribution has increased. On the other hand, the increase in energy costs nowadays, due to the limited resources and power plants that produce electricity, has made it necessary to quota available energy for various purposes and activities. Water pumping requires a lot of energy, which is a significant part of the network's operating cost. In this research, intelligent operation of these infrastructures using optimization tools and mathematical models has been considered to be useful by increasing the efficiency of pumping stations in urban areas and reducing costs. Over the past decade, many studies have proposed various automated systems for optimal planning of pump operation with the aim of saving energy and reducing operating and maintenance costs, but a small number of these studies have investigated the optimization of the rotation speed of the pumps, the parameter that has been investigated in this research. The main purpose of this study is to achieve the best energy efficiency in water distribution networks (reducing energy consumption and its costs) while achieving other operating goals (providing standard limits of node pressure, etc.). Optimum adjustment of pumps rotation speed is a topic that has not been investigated in previous researches by considering the historical series of water consumption data.
MethodologyThe hydraulic model of the network, pumping station and its control equipment are simulated by EPANET hydraulic solver. Hydraulic solver coupling with differential evolution (DE) algorithm as a random search algorithm is used to adjust the motor speed of water distribution network pumps optimally. In the DE algorithm, a string of numbers with the range [0.5-2], which is the network pump's rotation speed coefficient, is randomly generated. The objective function evaluates these random values to obtain the optimal answer finally. Constraints monitored in the optimization problem are continuity, energy conservation, and minimum node pressure constraints. In the static operating policy developed in this research, the operational variables of the rotational speed of the pumps are in 15-minute time steps for one day. The DE algorithm optimizes the rotational speed values for one day in 15-minute time steps, and then the optimal pattern is applied uniformly for all days. Hassanabad water distribution network in Tehran has been selected for a case study, and the optimal pumps speed pattern has been extracted as an operation policy.
Results and DiscussionWe received water demands of the entire network for 219 days in 15-minute time steps as the initial research data. The amount of energy consumed by the pumps for these 219 days in the current state of the network is equal to 491496.97 kWh. In the current state, the pumps rotate at a constant speed of 1450 rpm. According to the number of decision variables in this issue (192 variables), the initial population is equal to 400, and the number of iterations of the optimization algorithm is defined as 100. The completion condition of the optimization process is completing 100 iterations. After optimizing and determining the optimal rotation pattern of the pumps, by statically considering this optimal pattern for these 219 days and simulating the network by EPANET software, the energy consumption of the pumps for these 219 days was obtained to be 444212.54 kWh. This optimization-simulation process took about 27 days on a system with "8 core, 2.3 GHz" CPU and "10 GB" RAM. The obtained model shows a significant saving in energy consumption compared to the current state of the network while determining this optimal model by the operator through work experience alone is practically impossible. The obtained energy savings show the efficiency and proper performance of the proposed approach.
ConclusionIn this research, an optimization-simulation model was presented to determine how to adjust the speed of variable speed pumps in water distribution networks with the aim of minimizing energy consumption. The conclusion obtained from the comparison of the results of the optimal model developed for the water distribution network of Hassanabad town using the differential evolution algorithm against the current state of the network indicates that the approach adopted in this study has reduced energy consumption by 47284.42 kilowatt-hours equivalent to 9.6%. Also, in the peak hour of water consumption, the presented approach has been able to reduce the energy consumption by 19914.4 kilowatt-hours, equivalent to 74.3%. This is an important advantage over traditional methods and can be effective in saving energy. The main advantage of this operation approach is simplicity, comprehensibility for the operator and its operationality. In addition to this advantage, perhaps the most important limitation of this method is the lack of consideration of special events and possible accidental conditions in the network and non-compliance with it in the way of operation.
Keywords: Energy, optimization, differential evolution (DE) algorithm, water distribution networks, Pump station -
یکی از روش های سازه ای کنترل سیل، انحراف سیلاب رودخانه است. در این پژوهش، مکان یابی محل های ذخیره موقت سیل و طراحی سیستم انحراف سیلاب رودخانه با استفاده از مدلسازی هیدرولیکی یک بعدی و دوبعدی سیل و در نظرگیری ملاحظات سازه ای و هیدرولیکی طراحی بندهای انحرافی انجام شده است. بازه ی مهمی از رودخانه گرگانرود که شامل بازه پایین دست سد گلستان تا اتصال به دریای خزر می شود، بعنوان مطالعه موردی انتخاب شده است و اثر انحراف سیلاب بر دبی اوج و تراز سیلاب نقاط آسیب شامل شهرهای آق قلا و گمیشان مطالعه شده است. مکان یابی محل های انحراف و ذخیره سازی با استفاده از مدل های Flo-2D، HEC-RAS و SWMM انجام شده و سپس، با توجه به معیارهای هزینه و کارایی مکان های مناسب مخازن ذخیره سیلاب تعیین شده است. در نهایت، عملکرد مجزا و ترکیبی این بندها بر روی خصوصیات سیلاب رودخانه در نقاط آسیب، طی چهار واقعه مهم بارش برآورد شده است. نتایج نشان داد که در صورت استفاده از یک و دو سیستم انحراف سیل، دبی اوج سیل در ورودی به شهر آق قلا، بطور متوسط 7/45 و 16/35 درصد کاهش می یابد. همچنین در صورت استفاده از سه سیستم انحراف سیلاب،دبی اوج سیل ورودی به شهر گمیشان، بطور متوسط 22/15 درصد کاهش خواهد یافت.
کلید واژگان: انحراف سیلاب رودخانه، مخازن تعدیل سیل، مدلسازی هیدرولیکی، روش های سازه ایIn this research, the location of the temporary flood storage sites and the design of the river flood diversion system have been carried out using one-dimensional and two-dimensional hydraulic modeling of the flood and considering the structural and hydraulic design criteria of diversion dams. An important portion of the Gorganrood River, which includes the downstream reach of the Golestan Dam to the connection to the Caspian Sea, has been selected as a case study, and the effect of flood diversion on the peak discharge and flood level of the most vulnerable flood prone areas including the cities of Aqqala and Gomishan, has been studied. Locating the diversion and storage locations has been done using Flo-2D, HEC-RAS and SWMM models, and then, according to the criteria of cost and efficiency, suitable locations of flood storage sites have been determined. Finally, the separate and combined performance of these dams on the flood features of the river at the damage points during 4 important rainfall events have been estimated. The results showed that if flood diversion systems are used, the peak flow of the flood at the entrance to Aqqala and Gomishan city will decrease by 16.35 and 22.15% on average.
Keywords: River flood diversion, Retention ponds, Hydraulic modeling, Structural methods -
نشت یکی از چالش های اساسی در بهره برداری از شبکه های توزیع آب است. در این پژوهش با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی پیشخور (Feedforward) به تعیین محل نشت ها در شبکه های توزیع آب پرداخته شده است. برای این منظور، دو سناریو در آموزش شبکه های عصبی در نظر گرفته شده است. در سناریو اول دو نشت همزمان با مقادیر برابر و در سناریو دوم دو نشت همزمان اما با مقادیر نابرابر در هر یک از دو گره شبکه قرار داده شده است. داده های آموزش با استفاده از نرم افزار شبیه ساز هیدرولیکی EPANET2.0 در محیط MATLAB بدست آمده است. در هر یک از دو سناریو، ابتدا شبکه های عصبی با استفاده از مقدار دبی کل لوله ها آموزش می بینند. سپس تحلیل حساسیت توسط شبکه های عصبی مصنوعی ترکیبی به ازای مقدار دبی درصدهای مختلف لوله ها انجام می شود. نتایج شبکه های عصبی ترکیبی پیشنهادی نشان می دهد که در سناریو اول با داشتن دبی %10 لوله ها موقعیت دو نشت همزمان با موفقیت قابل تعیین است. در سناریو دوم، مادامی که اختلاف مقدار دو نشت کمتر از %80 نشت بیشینه است (تا نسبت های 10 و 90 درصد) با داشتن دبی %10 لوله ها، موقعیت هر دو نشت با موفقیت تعیین می گردد. اما برای اختلاف های بیشتر، فقط محل نشت بزرگتر قابل تعیین است. علی رغم پیچیدگی های سناریوی دوم، شبکه های عصبی پیشنهادی نشت های بزرگتر را با موفقیت تشخیص می دهند.
کلید واژگان: نشت یابی، شبکه عصبی مصنوعی پیش&lrm، خور، دبی، EPANET2.0، شبکه &lrm، های توزیع آبThe leakage is one of the main challenges in the operation of water distribution networks. In the present study, leakage location is detected using Feedforward Artificial Neural Networks (ANNs). For this purpose, two scenarios are considered for training the ANNs. In the first scenario, two simultaneous leakages with equal values, and in the second scenario, two simultaneous leakages but with unequal values are applied to every pair of network node. The training data are analyzed by EPANET2.0 hydraulic simulation software linked with the MATLAB programming language. In both scenarios, first, ANNs are trained using flow rates of total pipes number. Then, sensitivity analysis is performed by Hybrid ANNs for the flow rates of different percent of pipes number. The results of the proposed Hybrid ANNs indicate that in the first scenario, by having the flow rates of 10% of the total pipes, the locations of two simultaneous leakages are successfully determined. However, for the second scenario, while the difference between the two leakages is less than 80% of the maximum leakage (up to ratio value of 10 and 90 % leakages), by having the flow rates of 10% of the total pipes, the locations of the two leakages are still successfully determined. But for larger differences, only the location of the bigger leakage can be detected. Despite the complexities of the second scenario, the proposed ANNs could successfully detect the location of the bigger leakage.
Keywords: Leakage detection, Feedforward artificial neural network, discharge, EPANET2.0, Water distribution networks -
شبکه های جمع آوری آبهای سطحی یکی از زیرساختهای حیاتی هستند که وظیفه انتقال ایمن رواناب را برعهده دارند. در دهه های اخیر، افزایش حجم رواناب یا سیلاب موجب شده تا در برخی از قسمتهای شبکه ظرفیت کافی برای عبور جریان وجود نداشته باشد. وجود کاربری اراضی و تراکم جمعیتی در اطراف این مناطق ریسک بالایی را برای انسانها به همراه دارد. با توجه به اینکه در مطالعات پیشین شاخصهای آسیبپذیری در بررسی نقاط حادثه خیز شبکه درنظر گرفته نشده است، در این پژوهش شاخصهای خطر و شاخصهای آسیبپذیری توامان با یکدیگر در محاسبه شاخص ریسک استفاده شده و اولویت بندی گلوگاهها بر اساس آن انجام شده است. به این ترتیب با استفاده از مدلسازی هیدرولیکی شبکه، روش تحلیل سلسله مراتبی 1 و تعریف پنج شاخص: تمرکز جمعیتی در اطراف گلوگاه، تراکم و تنوع کاربریها در حاشیه گلوگاه، متوسط درصد پرشدگی کانال/ رودخانه در محل گلوگاه، درجه کانال سیلابرو یا رودخانه و سرعت در کانال/ رودخانه، وزنهای شاخصها بهدست آمده و با استفاده از روش مجموع ساده وزنی2، گلوگاههای موجود در شبکه جمع آوری آبهای سطحی شهر تهران برای انجام عملیات بهسازی، اولویت بندی شده است. نتایج این تحقیق نشان میدهد که عمده گلوگاههای بحرانی در زیرحوضه شرق تهران و در کانالهای ابوذر، مقصودبیک و باختر قرار دارند.
کلید واژگان: شبکه های جمع آوری آبهای سطحی، گلوگاههای شبکه، شاخص ریسک، تحلیل سلسله مراتبیUrban drainage Systems are of the vital infrastructures, which are responsible for the safe transport of runoff. In recent decades, the increase in surface runoff has led to inadequate capacity in some parts of drainage network, which results in over-flowing. Land use and population density around these areas pose a high risk of loss of lives and injuries. Since in previous studies, vulnerability indicators were not considered in the assessment of bottleneck’s risk, in this study, hazards and vulnerability indicators are combined together for calculating the risk index which is used for the prioritization of bottlenecks. In order to prioritize the bottlenecks of urban drainage system in Tehran catchment using the Simple Additive Weighting (SAW) method, the hydraulic modeling and Analytic Hierarchy Process (AHP) has been used for calculating the weight of indicators. For this purpose, five indicators have been defined which are population density around the bottlenecks, density of properties and diversity of land uses at these areas, average percentage of canal/main channel river filling, degree of bottleneck submergence, channel or river rank and flow velocity in canal/river. The results showed that the major critical bottlenecks are located in the eastern sub-basin of Tehran: in Abuzar, Maghsoudbeig and Bakhtar canals.
Keywords: Urban drainage system, bottlenecks, risk index, Analytic Hierarchy Process -
با توجه به هزینه های بالای اجرای یک شبکه آبرسانی، طراحی شبکه هایی با کمترین هزینه و بیشترین قابلیت اطمینان اهمیت بالایی از نظر مهندسی دارد. یکی از مسایلی که در تحقیقات چند سال اخیر مورد توجه قرار گرفته است مقایسه شاخص ها و بررسی موفقیت نسبی آنها در اندازه گیری قابلیت اطمینان شبکه های آبرسانی است. مطالعات زیادی تا کنون در رابطه با اطمینان پذیری شبکه های توزیع آب انجام شده است. در مطالعه حاضر، عملکرد شاخص های هیدرولیکی و مکانیکی متنوع و مقایسه کارایی آنها نسبت به هم در شرایط شکست لوله ها مورد بررسی قرار گرفت. این تحقیق، شاخص های عملکرد بیشتری نسبت به مطالعات پیشین ارایه داده است. در این مقاله، بررسی بر روی شاخص عملکرد فشار گره ای، سرعت، اختلاف فشار، شاخص توام سرعت و فشار گره ای، شاخص عملکرد انعطاف پذیری شبکه (NRI)، شاخص حداقل هد مازاد (MSH) و شاخص عملکرد آنتروپی (ERI) روی شبکه توزیع آب هانوی و Pescara بوسیله الگوریتم بهینه سازی NSGA-II و نرم افزار Epanet انجام شد. نتایج نشان داد در طراحی شبکه ی توزیع آب کوچک (هانوی)، شاخص عملکرد انعطاف پذیری شبکه (NRI) بهترین عملکرد را داشته و در طراحی شبکه آب متوسط (Pescara)، در سطح هزینه پایین، شاخص عملکرد فشار گره ای (PIP) و در سطح هزینه بالا، شاخص انعطاف پذیری شبکه (NRI) بهترین عملکرد را در بین سایر شاخص ها داشته اند؛ این دو شاخص، بطور میانگین فشار بیشتری را نسبت به شاخص های دیگر در شبکه ایجاد کرده اند و انرژی مازاد در شبکه را افزایش داده اند. همچنین در هنگام شکست تصادفی چند لوله، نیاز آبی گره های شبکه را نسبت به سایر شاخص ها، بیشتر تامین کرده اند.
کلید واژگان: شبکه، آبرسانی، بهینه سازی، قابلیت اطمینان، چندهدفهDue to the high costs of running a water supply network, designing networks with the lowest cost and highest reliability is of great engineering importance. One issue that has been the focus of recent years' research is the comparison of indexes and their relative success in measuring the reliability of water distribution networks. In this paper, a survey was conducted on the nodal pressure performance index, velocity, pressure difference, combined velocity and node pressure index, network flexibility performance index (NRI), minimum head surplus index (MSH) and entropy performance index (ERI) on the Hanoi water distribution network and Pescara juice were performed using the NSGA-II optimization algorithm and EPANET software. Performance of the indexes were tested for three scenarios of 5%, 10% and 20% pipe failure and four different cost levels and 100 iterations. The results showed that in the design of small water distribution network (Hanoi water network) at high and low cost level, NRI performance index and at medium water distribution network (Pescara water network) and at high cost level, NRI performance index and at low cost level, Node pressure performance index (PIP), Provided water requirements of network nodes more than other indexes, and the average pressure in these indexes is higher and causes less pressure drop in the network. Therefore, the use of these indexes in the design and modernization of the network provides greater reliability in the event of unexpected events such as sudden failure or failure of the pipes.
Keywords: WDN, optimization, Reliability-metrics, MultiObjective, NSGA-II -
شبکه آبرسانی مهم ترین زیر ساخت شهری برای تامین آب مصرفی است. با توجه به اینکه در حال حاضر هدررفت آب یک نگرانی جهانی است و از طرفی تقاضا برای آب در حال افزایش است؛ این مساله مدیریت تقاضا و اصلاح الگوی مصرف را ضروری ساخته است. از مهم ترین روش های مدیریت مصرف، کاهش آب بدون درآمد است. از زیرمجموعه های آب بدون درآمد می توان به نشت موجود در شبکه آبرسانی اشاره کرد. در این مقاله، یک روش شبیه سازی - بهینه سازی مبتنی بر الگوریتم جستجوی هارمونی توسعه داده شده است که در آن، حل گر هیدرولیکی EPANET در محیط متلب به الگوریتم فراکاوشی جستجوی هارمونی لینک شده است. سناریوهایی برای مکان یابی نشت و یافتن اندازه نشت در دو شبکه آبرسانی مورد بررسی قرار گرفت. سناریوهای مکان یابی شامل یک نشت و سه نشت همزمان است. نیازهای گرهی در طول شبانه روز بصورت متغیر در نظر گرفته شده است و بدین ترتیب ضرایب الگوی مصرف در طول 24 ساعت به گره های هر دو شبکه در نرم افزار EPANET اختصاص داده شد. پس از آن بدنه اصلی الگوریتم جستجوی هارمونی در محیط متلب نوشته شد و متناسب با هر یک از سناریوهای مکان یابی و اندازه نشت، الگوریتم جستجوی هارمونی توسعه داده شد. پارامترهای الگوریتم نیز با توجه به نوع سناریو، اندازه شبکه مورد مطالعه (تعداد گره ها) و تعداد متغیرهای تصمیم برای تولید پاسخ های قابل قبول تنظیم شدند. مدل توسعه داده شده، 14 سناریو را مورد بررسی قرار داد. نتایج نشان می دهد مدل توسعه یافته به ترتیب در مکان یابی یک نشت، یافتن اندازه نشت و مکان یابی سه نشت موفق عمل نموده و به طور کلی مدل عملکرد قابل قبولی در مکان یابی و یافتن مقدار نشت در طول شبانه روز داشته است.
کلید واژگان: نشت یابی، بهینه سازی، جستجوی هارمونی، شبکه توزیع آبWater distribution networks are of the most important urban infrastructure for water supply. Given that water loss is currently a global concern, and water demand s increasing; This has made it necessary to manage demand and improve consumption patterns. One of the most important ways to manage consumption is to reduce unaccounted-for water. Leakage is one of the components of unaccounted-for water in the water supply networks. Also, due to population growth and water crisis in a large part of the world, the issue of leakage in urban water supply networks has become very important. Leakage in water distribution networks wastes energy and water resources, increasing damage to infrastructure, and contaminating drinking water. Water leakage in the water distribution systems (WDSs) varies between 5 to 55% of the total water. Therefore, leakage has an important effect on system performance. The importance of leakage can be found in issues such as water scarcity, optimal use of available resources and high costs of water treatment and distribution. In other words, in the discussion of water transmission and use, we are observing obvious and hidden waste, which is important in dry and semi-arid countries like Iran, so this need to minimize the amount of waste so that resources can be used optimally. In recent years, various solutions have been considered to reduce leakage by researchers and managers of the water industry; This includes hardware methods (acoustic procedures, flow measurements, etc.) and software methods (neural network, genetic algorithm, WATERGEMS, etc.). In this paper, a software method is developed to facilitate leakage detection and eliminate uncertainty of hardware methods such as human and device errors. In other words, to reduce the cost and time of hardware methods, a simulation-modeling method is developed here based on harmonic search algorithm. For this purpose, EPANET hydraulic model and MATLAB environment have been used. Different scenarios for locating leaks and finding leakage sizes were investigated in two water supply networks. Scenarios include one leak and three simultaneous leaks in different parts of the networks. Also, the variability of nodal demands during the day and night was considered as an uncertainty parameter, and thus the coefficients of the consumption pattern during 24 hours were allocated to the nodes of both networks in EPANET software. After that, the main body of the Harmony Search Algorithm was written in MATLAB environment, and in accordance with each of the location and leakage scenarios, the Harmony Search Algorithm was developed. Algorithm parameters were also adjusted according to the type of scenario, the size of the studied network (number of nodes) and the number of variables to produce acceptable responses. The algorithm in MATLAB environment was linked to EPANET software. The developed model examined 14 different scenarios. The results show that the developed model has been successful in locating one leak, finding the size of the leak, and locating three leaks, respectively. In general, the model has had an acceptable performance in locating and finding the size of leakage during the day and night.
Keywords: Leak detection, Optimization, Harmony search, Water Distribution Network -
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 می شود. احداث حوضچه های تعدیل سیلاب در سیستم های جمع آوری رواناب شهری موجب تاخیر در زمان وقوع دبی اوج و کاهش دبی اوج رواناب می گردد. عملکرد این حوضچه ها، نه تنها به ابعاد آن ها و سازه های ورودی و خروجی شان، بلکه به نحوه ی بهره برداری از این سازه ها نیز وابسته است و می تواند در میزان راندمان و کارایی آن ها در کنترل سیلاب شبکه زهکشی شهری موثر واقع شود. در این تحقیق، بهره برداری هماهنگ از حوضچه های تعدیل سیلاب شبکه زهکشی شرق تهران، با استخراج منحنی های کنترل بهینه ی دریچه ها مورد توجه قرار گرفته است. برای این منظور از الگوریتم جستجوی هارمونی (HS) در ترکیب با مدل هیدرولوژیکی- هیدرولیکی SWMM برای استخراج منحنی های کنترل بهینه ی دریچه های سازه های ورودی و خروجی حوضچه ها، با هدف حداقل سازی حجم سیلاب مازاد بر ظرفیت شبکه استفاده شده است. نتایج برای 5 رویداد بارش بزرگ در ایستگاه باران سنجی نیاوران نشان می دهد که بهره برداری بهینه ی هماهنگ از این حوضچه ها باعث بهبود سطح عملکرد حوضچه ها در مقایسه با روش فعلی بهره برداری 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.
کلید واژگان: سیلاب شهری، حوضچه های تعدیل سیلاب، بهره برداری بهینه، الگوریتم HS، مدل SWMMToday, 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.
Keywords: Urban Flood, Storm detention ponds, Optimal Operation, HS algorithm, SWMM -
آبشکن یکی از سازه های حفاظتی برای ساماندهی رودخانه است که اهمیت بسیاری داشته و به منظور جلوگیری از فرسایش در رودخانه احداث می شوند. به منظور ارایه طرحی که از لحاظ فنی و اقتصادی بهینه باشد، از مدل بهینه سازی چند هدفه استفاده شده است. در تحقیق حاضر طراحی هیدرولیکی و همچنین طراحی سازه ای آبشکن در قالب یک مساله بهینه سازی فرمول بندی شده که برای حل آن از الگوریتم NSGA-II استفاده شده است. توابع هدف مدل بهینه سازی شامل حداقل سازی هزینه ها و حداکثر سازی انتقال بار رسوب به صورت همزمان در نظر گرفته شده است. هدف اول برای مقرون به صرفه کردن طرح و تابع هدف دوم بر اساس تعاریف پایداری رودخانه به منظور پایدار ماندن رودخانه لحاظ شده است. واسنجی مدل با استفاده از اطلاعات رودخانه زنجانرود معادله بار بستر و آبشستگی انجام و مدل نسبت به تغییر پارامترهای ورودی دبی جریان و شیب طولی حساسیت سنجی و تاثیر آن روی پارامترهای خروجی بررسی شده و صحت سنجی مدل با اطلاعات سازه ای مطالعه موردی انجام شد. جبهه جواب مساله بهینه سازی بر اساس توابع هزینه و بار بستر استخراج شد. با مقایسه پنج طرح بهینه از جبهه جواب با طرح موجود و نقطه ایده آل نتایج نشان می دهد طرحی که به عنوان طرح منتخب از بین 5 سناریو برگزیده شده نزدیکترین نتیجه را با نقطه ایده آل دارد. طرح منتخب به اندازه64/95 % هزینه کمتر و 39/96 % بار رسوب انتقالی را نسبت به طرح موجود افزایش می دهد.
کلید واژگان: آبشکن، ساماندهی رودخانه، بهینه سازی، NSGA-II، هزینهA multi-objective optimization model has been used to provide a technically and economically optimal design. In the present study, the hydraulic design as well as the design of the groyne structures were formulated in the form of an optimization problem using the NSGA-II algorithm. The objective functions of the optimization model include simultaneously minimizing costs and maximizing sediment load transport. The first objective function is to economize the design and the second objective function is based on the definitions of river stability in order to keep the river stable. Model calibration was performed using Zanjanrood River information of bed load and scour equation. The model was investigated for sensitivity to change inlet flow parameters and longitudinal slope and its effect on output parameters and model validation with case study structural information. The optimization problem pareto front was derived based on cost and bed load functions. By comparing the five optimal possible designs (5 different design scenarios) from the pareto front with the existing design and the ideal design, the results show that the design selected among five scenarios has the closest approximation to Utopia point. The selected design suggests that the length of the groynes and the distance between them are reduced compared to the existing design and the slope of the side of the groynes is also lower than the groyne's root. The selected design has 64.95% less cost and 39.96% more sediment transport than those of the current condition.
Keywords: Groyne, River training, optimization, NSGA-II, Cost -
یکی از مزیت های طراحی شبکه های توزیع آب به صورت نواحی مجزا، شناسایی نشت موجود در هر ناحیه با کنترل جریان ورودی و خروجی می باشد که البته این کار نیازمند مجزاسازی و نصب دبی سنج بین لوله های رابط هر ناحیه است. با توجه به اینکه اکثر شبکه های موجود به صورت سنتی و غیرمجزا گسترش یافته اند، تبدیل آنها به نواحی مجزا نیازمند هزینه های زیاد و حتی گاهی غیراجرایی است. در مقاله حاضر برای شناسایی نشت بین نواحی، ایده ی نظری نواحی مجزای مجازی ارایه شده است. نوآوری این مقاله، امکان تبدیل شبکه ها به نواحی مجزا با استفاده از ترکیب تیوری گراف و شبکه عصبی مصنوعی برای یافتن نشت بدون استفاده از دبی سنج می باشد. روش پیشنهادی علاوه بر کاهش هزینه های لازم برای دبی سنجی، باعث افزایش سرعت در شناسایی محدوده های نشت می شود. علاوه بر این، نیازی نیست تعداد گره های نشت، قبل از شروع عملیات نشت یابی مشخص باشد. روش پیشنهادی برای شبکه ی 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 می دهد که نظریه ی پیشنهادی در روش ارایه شده، قادر به شناسایی نشت در هر ناحیه می باشد و با این روش می توان تعداد نواحی مجزای بهینه برای هر شبکه را تعیین کرد. در تمامی مثال ها، ناحیه ی نشت به درستی پیش بینی شد و حداکثر خطای تعیین مقدار نشت حدود 5/6 درصد بود.
کلید واژگان: نشت، تئوری گراف، نواحی مجزای مجازی، شبکه توزیع آب، شبکه عصبی مصنوعیOne 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%.
Keywords: Leakage, Graph theory, Virtual District Metered Areas, Water Distribution Network, Artificial Neural Network -
در این مقاله برای بررسی اثرات تغییر اقلیم بر دبی و کیفیت آب ورودی به سد استقلال در حوضه آبریز میناب از مدل SWAT استفاده شده است. اثرات 4 سناریو (RCP2.6، RCP4.5، RCP6 و RCP8.5) در 5 مدل GCM (GFDL-ESM2M، MIROC، IPSL-CM5A-LR، HadGEM2-ES و NoerESM1-M) بر دبی، نیترات و عملکرد محصول بررسی شد. طبق تحلیل ها و بررسی به عمل آمده تحت سناریوهای مختلف تغییر اقلیم بیشترین کاهش و افزایش میانگین بارش سالانه به ترتیب مربوط به سناریو RCP8.5 و RCP6 مدل NoerESM1-M با میزان 8/34 و 2/37 درصد است. در وضع موجود سهم بارش در فصل زمستان 8/65، بهار 1/5، تابستان 8/1 و پاییز 4/27 درصد است. تغییر عملکرد محصولات بستگی به نوع محصول و دوره آبیاری آن دارد. به دلیل اینکه 77 درصد نیاز آبی محصول باقلا در زمستان است میانگین عملکرد این محصول 19 درصد افزایش می یابد، زیرا طبق نتایج مدل ها سهم بارش در زمستان 9 درصد افزایش می یابد. همچنین 75 درصد از نیاز آبی گندم و 44 درصد از نیاز آبی بادمجان در فصول پاییز و زمستان است که افزایش و ثبات بارش در این فصل ها باعث تغییرات اندک عملکرد این محصولات شده است. در مقابل 80 درصد نیاز آبی محصول ذرت در تابستان است و با توجه به کاهش شدید بارش در فصل تابستان (15 درصد)، عملکرد محصول ذرت 17 درصد کاهش داشته است.کلید واژگان: تغییر اقلیم، مدل SWAT، مدیریت کمی و کیفی حوضه، نیترات، عملکرد محصولIn this paper, the SWAT model is used to study the effects of climate change on discharge and water quality of inflow of Esteghlal reservoir in Minab catchment. Climate change scenarios (RCP2.6, RCP4.5, RCP6, and RCP8.5) in 5 GCMs (GFDL-ESM2M, HadGEM2-ES, IPSL-CM5A-LR, MIROC, NoerESM1-M) to simulate future discharge, NO3 load, and agricultural products yield, were applied. According to the analysis of different climate change scenarios, the highest average annual precipitation decrease and increase were 34.8% and 37.2% in RCP8.5 and RCP6 scenarios in NoRESM1-M model, respectively. In the baseline period, the share of precipitation in winter is 65.8%, spring 5.1%, summer 1.8% and fall 27.4%. Crop yield change depends on the type of crop and its irrigation period. Because of the 77% water requirement of lima bean crop in winter, the average yield of this crop increases by 19%, as models show that the share of precipitation in winter increases by 9%. Also, 75% of water requirement of wheat and 44% of water requirement of eggplant is in autumn and winter that increased and stabilized rainfall in these seasons caused slight variations in yield. In contrast, 80%of water requirement of corn crop is in summer, and due to the severe decrease in precipitation in summer (15%), corn yield has decreased by 17%.Keywords: climate change, SWAT, Basin’s quality, quantity management, NO3, crop yield
-
در اغلب مناطق قسمت قابل ملاحظه ای از آب شرب به وسیله چاه ها و از منابع آب زیرزمینی تامین می شود. منابع مورد استفاده برای تامین آب شرب همواره در معرض تهدید آلاینده های مختلف می باشند. دراین مقاله با استفاده از مدل های MODFLOW، WhAEM2000 و DRASTIC محدوده حریم کیفی چاه های شرب تعیین شده است. در این تحقیق ابتدا مدل مفهومی آبخوان دشت رودان توسط مدل MODFLOW ساخته شد. مدل پایدار برای یک سال آبی نرمال و همچنین مدل ناپایدار برای سه سال آبی ساخته شد که خطای مدل برای حالت ماندگار و غیر ماندگار به ترتیب برابر با 49/1 و 32/2 به دست آمد. در ادامه از نتایج بدست آمده در محیط WhAEM2000 استفاده شد و حریم کیفی چاه ها به دو روش شعاع ثابت محاسبه شده و روش تحلیلی محاسبه گردید. سپس با استفاده از روش DRASTIC میزان آسیب پذیری آبخوان در محدوده های حریم کیفی چاه های شرب شناسایی و مبنایی برای تعیین دوره بازگشت حریم کیفی در محدوده دشت رودان در استان هرمزگان گردید. نتایج نشان داد که عمده چاه های شرب در محدوده با آسیب پذیری بالا واقع شده و عمده کاربری اراضی واقع در محدوده حریم کیفی فعالیتهای کشاورزی است. برای این مناطق حریم کیفی با دوره بازگشت 10 ساله تعیین گردید زیرا اعمال حریم کوچک، خطر آلودگی آب چاه را بالا می برد. همچنین برای مناطق با آسیب پذیری کمتر و کاربری های اراضی دیگر نیز می توان حریم حفاظتی کوچکتری اعمال کرد؛ زیرا اعمال حریم بزرگتر در این مناطق هزینه های اجتماعی و اقتصادی زیادی را به دنبال خواهد داشت.
کلید واژگان: حریم کیفی، DRASTIC، WhAEM2000، MODFLOW، آسیب پذیری آبخوانIn most areas, much of the drinking water supplies from groundwater resources are constantly threatened by various pollutants. In this paper, the groundwater quality protection zone is defined using MODFLOW, WhAEM2000 and DRASTIC models. In this research at the beginning, the conceptual model of Rudan plain aquifer has been made by MODFLOW model. The model is calibrated for the year of 1389-90 in the steady state with the root mean square error about 1.49 m error. Also, the model is calibrated for the period 1389-91 with the root mean square error about 2.32. Then, the groundwater quality protection zone is determined by using WhAEM2000 model in both constant radius and analytical methods. Finally, the vulnerability level of the aquifer was identified by using the DRASTIC model and considered for determining the protection zone area.Results showed that most of the wells are located in the highly vulnerable zone with agricultural land use. So, Because of the high risk of groundwater pollution, extra travel time for groundwater (about 10 years) must be considered for determination of protection zone. Also, for less vulnerable areas and other land use areas, a smaller protection area can be applied, since the application of greater zone in these areas will lead to a lot of social and economic costs.
Keywords: DRASTIC, WhAEM2000, MODFLOW, Aquifer Vulnerability -
برنامه ریزی صحیح منابع آب در حوضه هی مرزی به دلیل فقدان یا عدم دسترسی به اطلاعات هواشناسی و هیدرولوژی کشورهی همسیه با سختی روبروست. در ین مقاله با تلفیق مدل هیدرولوژیکی SWAT و مدل برنامه ریزی منابع آب WEAP سعی شده است تا به بررسی اثر توسعه بالادست و همچنین تغییر اقلیم برکاهش منابع آب ورودی از حوضه مرزی هریرود به کشورهی یران و ترکمنستان صورت پذیرد. سال هی 1955 تا 1996 بری دوره صحت سنجی و از سال 1997-2016 بری واسنجی مدل SWAT قرار داده شد. عدد R2 و NS بترتیب 66/0 و 65/0 بری دوره صحت سنجی و 7/0 و 72/0 بری دوره واسنجی به دست آمد. اغلب مناطق حوضه آبریز سد دوستی با افزیش دما (در حدود 5/1 تا 8/3 درجه) و کاهش بارش به ویژه در مناطق کوهستانی بالادست مواجه خواهد بود. بر اساس نتیج به دست آمده در صورت بهره برداری از سد سلما و اعمال سناریو تغییر اقلیم RCP8.5 اطمینان پذیری حجمی و پیداری تامین آب کشاورزی کشورهی یران و ترکمنستان به کم تر از 3 درصد تقلیل می یابد. تغییر الگوی آب و هویی و احداث سد سلما تامین نیازهی زیست محیطی در پائین دست سد دوستی را با چالش جدی روبرو خواهد کرد. ین موضوع ضرورت برقراری دیپلماسی آب بین کشورهی یران، افغانستان و ترکمنستان را دوچندان می کند. در صورت ادامه روند فعلی جالشهای جدی اجتماعی در دشت سرخس ناشی از عدم امکان تامین آب ایجاد خواهد شد. همچنین برای تامین آب شرب مشهد می بایستی منابع تامین با اطمینان پذیری بیشتر شناسایی شود.کلید واژگان: حوضه آبریز سد دوستی، رودخانه مرزی، تغییر اقلیم، ترکیب مدل SWAT-WEAPThe planning and management of water resources in the transboundary basin because of missing or lack of access to weather information and hydrology in the riparian countries is difficult. In this paper, by coupling the SWAT hydrologic model and WEAP water resource planning and management model, we have tried to study the effect of upstream development as well as climate change on water inputs from the Harirud Transboundary River to Iran and Turkmenistan. The years 1955 to 1996 considered for calibration and the period from 1997 to 2016 to validate the SWAT model. The R2 and NS numbers were 0.66 and 0.65 for the calibration period, 0.7, and 0.72 for the calibration period, respectively. Most areas of the Dusti basin will face a rise in temperature (about 1.5 to 3.8 degrees) and precipitation decline, especially in upstream mountainous areas. Based on the results of the operation of the Salma Dam and RCP 8.5 climate change scenario, the reliability and sustainability of agricultural water supply in Iran and Turkmenistan will be reduced to less than 3%. Changing the climate pattern will face the challenge of meeting the environmental needs of downstream of Dusti and Salma dams. This trouble reveals the necessity of hydro policy between the riparian countries. If the current condition continues in this way water shortage in Sarakhs become the main social challenge at the northeast of Iran.Keywords: Dusti river basin, Transboundary River, Climate change, SWAT-WEAP coupling
-
با توجه به اینکه کشاورزی از جمله بخش های پرمصرف منابع آب است، مدیریت و کنترل در این بخش می تواند سهم بسزایی در مدیریت منابع آب داشته باشد. در این مطالعه رویکرد شبیه سازی-بهینه سازی با استفاده از ابزار ارزیابی خاک و آب (SWAT) در ترکیب با الگوریتم بهینه سازی تفاضلی غیر غالب (NSDE) به منظور پیدا کردن بهترین منحنی فرمان برای آبیاری محصول گندم در حوضه مهاباد به کار گرفته شد. عملکرد محصول گندم در سال های 2011 تا 2013 برای واسنجی و صحت سنجی SWAT در نظر گرفته شد. بر مبنای قانون جیره بندی، تابعی دو هدفه بکار گرفته شد که یکی از اهداف آن تولید محصول بیشتر و دیگری حجم آبیاری کمتر بود. نتایج بهینه نشان دادند که با کاهش میزان آبیاری سالانه از 200 میلی متر به حدود 100 میلی متر می توان تولیدی برابر 2/114 تن در هکتار داشت که این عدد برابر میزان تولید محصول الگوی فعلی آبیاری است. این رویکرد با معرفی بهترین الگوی آبیاری، حداکثر صرفه اقتصادی را ارائه نموده و نشان داد که میزان تغذیه آب زیرزمینی و رواناب سطحی نیز به ترتیب به اندازه 34 درصد و 16 درصد کاهش می یابد.
کلید واژگان: آبیاری، بهینه سازی، شبیه سازی، عملکرد محصول، SWATAs agriculture consumes the most parts of water resources, management and control in this sector plays a significant role in water resources management. In this study, simulation-optimization approach was applied using soil and water assessment tool (SWAT) in combination with non-dominated sorting differential evolution (NSDE) algorithm to find the best operation curve for wheat irrigation in Mahabad basin. The wheat production in 2011 to 2013 was considered for SWAT calibration and validation. According to the hedging rule, a two-objective function was used to increase the crop yield and reduce the irrigation volume. The optimum results showed by reducing the annual irrigation rate from 200 mm to about 100 mm, the wheat production will be 2.114 ton/ha which is equal to the current irrigation pattern yield. This approach could maximize the economic cost by introducing the best irrigation pattern and consequently reduce the groundwater recharge and surface run-off 34% and 13%, respectively.
Keywords: simulation, irrigation, yield, Optimization, SWAT -
روند رو به افزایش شهرنشینی در سرتاسر جهان، اثر تغییرات اقلیمی بر افزایش دفعات و شدت رخداد سیلاب های شهری، ضرورت توجه به استفاده از منابع آب تجدید شونده و نیز حفظ کیفیت منابع آب موجود، منجر به توجه بیش تر به طراحی/بهسازی سامانه های کنترل سیلاب شهری شده است. بیشتر تحقیقات صورت گرفته در زمینه روش های کنترل سیلاب شهری بر پایه طراحی های مبتنی بر قابلیت اطمینان هیدرولیکی و با فرض یک سیلاب طراحی با دوره بازگشت مشخص بوده اند. یک رویکرد جایگزین که امکان رخداد سیلاب های شدید بیش از سیلاب طراحی را در نظر گرفته و همچنین مانع از هزینه های غیرضروری طراحی های دست بالا نیز می گردد، طراحی مبتنی بر خطرپذیری است. این رویکرد عدم قطعیت های موجود در بارگذاری سامانه را نیز مد نظر قرار می دهد. در تحقیق حاضر با توسعه یک مدل تلفیقی شبیه سازی و بهینه سازی چندهدفه، عملکرد دو رویکرد قطعی و غیرقطعی در بهسازی سامانه کنترل سیلاب حوضه سیل برگردان شرق تهران، که با کمبود ظرفیت هیدرولیکی مواجه است، با کاربرد توام تونل های کمکی و استخرهای تعدیل مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج این تحقیق بیانگر عملکرد مناسب طرح ارائه شده توسط مشاور برای بهبود ظرفیت سامانه مذکور، در عین حال کاهش هزینه ها و بهبود عملکرد شبکه مفروض با کاربرد مدل تلفیقی شبیه سازی و بهینه سازی ارائه شده در تحقیق حاضر می باشد. از دیگر نتایج، عدم تاثیر در نظر گرفتن عدم قطعیت های ورودی سامانه برای کنترل سیلاب حوضه سیل برگردان شرق تهران در فرایند بهینه سازی شبکه، به ازای طرح بندی ثابت بدست آمده بر اساس مطالعات امکان سنجی، بوده است.کلید واژگان: سامانه کنترل سیلاب شهری، بهینه سازی، شبیه سازی عددی، غیرقطعی، شبیه سازی مونت کارلو، تهرانIncrease in the urbanization trend in the world and effects of climate changes on the urban stormwaters including frequency and intensity have become a serious issue. Renewable water resources has significant effect in the design and rehabilitation of urban stormwater drainage systems too. While most of the previous studies on the urban stormwater management have been based on the assumption of a specific return period, risk-based design method is an alternative approach considering the effects of more severe events and also preventing over-estimated designs. In the present study, a coupled numerical and multi-objective optimization framework has been developed in the MATLAB programming software to compare the performance of mentioned deterministic and uncertain design approaches applied to rehabilitate eastern part of Tehran stormwater drainage system suffering from lack of sufficient capacity. In this direction, two simultaneous strategies of relief tunnel and storage unit applications have been utilized to minimize conflicting objective functions of rehabilitation costs and flooding volume. Results show that, although acceptable performance of a rehabilitation strategy proposed by related consultant engineering company to compensate systems lack of capacity was verified, utilizing the present coupled numerical and optimization model caused significant reduction of rehabilitation costs and/or improvement of the system performance. Additionally, evaluation the results obtained reveals that there is no network sensitivity to return period assumption and consideration of input parameters uncertainty in case the present fixed rehabilitation layout considered according to feasibility studies.Keywords: Urban stormwater management system, Optimization, Numerical simulation, Uncertain, Monte-Carlo simulation, Tehran
-
رویکرد اصلی حل مسائل بهینه سازی چند هدفه در اغلب الگوریتم های بهینه سازی فراکاوشی، بکارگیری مفهوم « غلبگی پارتو» می باشد. یک روش جدید و جایگزین برای این دسته از الگوریتم های حل، الگوریتم بهینه سازی مبتنی بر تجزیه است که در آن به جای حل مستقیم، با استفاده از تجمیع توابع هدف، مساله اصلی به چند زیر مساله تک هدفه گسسته تبدیل شده و همزمان حل می شوند. در این مقاله الگوریتم مبتنی بر تجزیه برای طراحی بهینه شبکه های آب رسانی بزرگ مقیاس مورد آزمون قرار می گیرد. برای این منظور عملگرهای الگوریتم ژنتیک در قالب رویکرد بهینه سازی مبتنی بر تجزیه بکار گرفته می شود و برای حل دو مساله استاندارد و شناخته شده طراحی بهینه شبکه توزیع آب، به ترتیب با 99 و 454 متغیر تصمیم، مورد استفاده قرار می گیرد. عملکرد مدل توسعه داده شده با دو الگوریتم معروف بهینه سازی، الگوریتم های NSGA-II و SPEA-II، که بر اساس «غلبگی پارتو» توسعه داده شده اند، مقایسه می شود. نتایج حاصل نشان می دهد که الگوریتم مبتنی بر تجزیه هم به لحاظ معیار همگرائی (کیفیت جواب ها) و هم به لحاظ حفظ تنوع در جمعیت بر دو الگوریتم مذکور برتری دارد. این نتایج بیانگر امیدبخش بودن عملکرد این الگوریتم در حل مسائل پیچیده بهینه سازی در حوزه مهندسی آب می باشد.کلید واژگان: بهینه سازی مبتنی بر تجزیه، شبکه آب رسانی، NSGA، II، بهینه سازی چند هدفه، الگوریتم ژنتیکThe use of Pareto dominance for evaluating the solutions has been the mainstream in evolutionary multi objective optimization for the last two decades. An alternative is multi objective evolutionary algorithm based on decomposition (MOEA/D) which uses scalarizing the objective functions. In this paper, decomposition strategies are developed for water distribution network (WDN) design problems by integrating the concepts of genetic algorithm (GA) within the MOEA/D framework. The proposed algorithms are then compared with the two well-known non-dominance based MOEAs: NSGA2, and SPEA2. This comparison is made by plotting the Pareto fronts and evaluating the hyper-volume and two-set coverage metrics across two large scale WDN design problems. Experimental results show that MOEA/D outperform the Pareto dominance methods in terms of both non-domination and diversity criteria. It suggests that decomposition based multi objective evolutionary algorithms are very promising in dealing with real-world water engineering optimization problems.Keywords: MOEA, D, Water Distribution Network, NSGA2, Optimization, MOEA
-
هدفهدف اصلی این پژوهش بررسی پایایی و روایی نسخه فارسی مقیاس استرس مزمن (CSS) در نمونه ای از بستگان نسبی درجه یک بیماران دچار دیابت نوع دو بود.[1]روشنسخه انگلیسی CSS پس از ترجمه و بازترجمه، به پرسشنامه فارسی تبدیل شد و سپس در میان 199 شرکت کننده ی پژوهش به کار گرفته شد. برای بررسی پایایی بازآزمایی، 30 نفر از شرکت کنندگان 8 تا 11 هفته پس از آزمون اول دوباره به پرسش ها پاسخ گفتند.[2]یافته هاهمسانی درونی CSS با استفاده از ضریب آلفای کرونباخ، برای کل مقیاس 87/0 به دست آمد. ضریب همبستگی CSS با مقیاس شخصیت نوع D، مولفه ی نوروزگرایی EPQ-RS، مولفه ی افسردگی مقیاس های DAS، و مولفه ی خشم و خصومت SCL-90-R به ترتیب 36/0، 34/0، 38/0، و30/0 به دست آمد. پایایی بازآزمایی با فاصله 8 تا 11 هفته میان دو بار اجرا 73/0 به دست آمد.نتیجه گیریبر اساس نتایج پژوهش حاضر، نسخه فارسی مقیاس CSS شرایط لازم برای کاربرد در پژوهش های روان شناختی روی جمعیت های ایرانی در معرض خطر بیماری های مزمن را دارد.
کلید واژگان: مقیاس استرس مزمن، همسانی درونی، پایایی بازآزمایی، روایی همزمانObjectiveThe aim of this study was to examine reliability and validity of Persian version of Chronic Stress Scale (CSS) among a sample of first degree relatives of patients with type II diabetes.MethodEnglish version of CSS was transformed into a Persian questionnaire after translation and back-translation and then was used among 199 participants of the research. In order to explore test-retest reliability of CSS, 30 subjects answered the questions again, 8 to 11 weeks after first testing.ResultsInternal consistency of CSS in terms of alpha coefficient was obtained 0.87. Correlation coefficients between CSS and type D personality scale, neuroticism subscale of EPQ-RS, depression subscale of DAS, and anger and hostility subscale of SCL-90-R was obtained 0.36, 0.34, 0.38, and 0.30 respectively. Test-retest reliability with 8- to 11-week distance between two testing periods was 0.73.ConclusionBased on results of our study, Persian version of CSS has the required psychometric properties for application in psychological studies on Iranian populations at risk of chronic diseases.Keywords: chronic stress scale, internal consistency, test, retest reliability, convergent validity -
به منظور بررسی رابطه هوش هیجانی با سازگاری زناشویی در زنان متاهل شاغل در آموزش و پرورش تهران، 109 نفر به صورت نمونه گیری تصادفی خوشه ایاز مناطق (5، 7، 13) آموزش و پرورش تهران انتخاب شدند. با استفاده از پرسشنامه هوش هیجانی بار آن (1980) و مقیاس سازگاری زناشویی اسپانیر (1971) در طرح مطالعه مقطعی مورد ارزیابی قرار گرفتند. برای بررسی داده ها از روش ضریب همبستگی پیرسون، تحلیل رگرسیون گام به گام استفاده شد. نتایج حاصل از تحلیل یافته ها نشان داد که بین هوش هیجانی با سازگاری زناشویی رابطه مثبت (42/0=r) وجود دارد. همچنین بین مولفه های هوش هیجانی و سازگاری زناشویی نیز رابطه مثبت وجود دارد. براساس نتایج تحلیل رگرسیون چندمتغیره به شیوه گام به گام می توان مولفه هوش هیجانی خلق کلی و هوش هیجانی بین فردی را به عنوان متغیرهای پیش بین برای سازگاری زناشویی زنان تلقی کرد (43/0=r2). به عبارتی زنانی که توانایی تشخیص و ابراز هیجان های خود و تشخیص هیجان های دیگران را دارند و نیز دارای خصوصیاتی چون خوش بینی، شادکامی، توانایی حل مسئله، کنترل تکانه، خودشکوفایی، استقلال و همدلی هستند، در زندگی زناشویی خود از سازگاری بیشتری برخوردارند.
کلید واژگان: هوش هیجانی، سازگاری زناشویی، زنان، آموزش و پرورشMarital adjustment has long been a critical issue to be addressed by decision makers. Research suggest that various emotional-related abilities are important for a happy long-term marriage. These abilities include the accurate perception and identification of emotion, the clear expression of emotions (especially positive ones), and mutual understanding, and effective emotion regulation. It could be argued that all these abilities are potentially involved in emotional intelligence (Ciarrochi, Forgas, Mayer, 2001). The present study was aimed to investigate the relationship between emotional intelligence and marital adjustment among married female teachers in Tehran.Participants (N=109) randomly selected from all school levels. Then Emotional Quotient Inventory (Bar-On,1980) and Dyadic Adjustment Scale (Spanier,1971) were administred to all participants. Analysis of data (Pearson correlation and linear stepwise regression) indicated a significant relationship between emotional intelligece and marital adjustment (0.42). Linear stepwise regression revealed that general mood factor (happiness and optimism) at step 1 and interpersonal factor at step could significantly predict marital adjustment.Keywords: Emotional Intelligence, Marital Adjustment, Female, Teachers
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.