Optimization Of Storage Tanks Considering Water Quality Constraints In Water Distribution Networks

T h e o p t i m u m d e s i g n i s c o n s i d e r e d a s v e r y i m p o r t a n t t o p i c i n e n g i n e e r i n g i s s u e s. W a t e r d i s t r i b u t i o n n e t w o r k s a r e o n e o f t h e c r u c i a l u r b a n i n f r a s t r u c t u r e s. I n u r b a n w a t e r s u p p l y s y s t e m s, t a n k s o r s e r v i c e r e s e r v o i r s a r e c o n s t r u c t e d f o r p u r p o s e s o f w a t e r s t o r a g e f o r b a l a n c i n g c o n s u m p t i o n, e m e r g e n c y a n d f i r e a s w e l l a s p r e p a r i n g d e s i g n p r e s s u r e. C o n s i d e r i n g t h a t a s i g n i f i c a n t p o r t i o n o f t h e c o s t o f u r b a n w a t e r p r o j e c t s i s r e l a t e d t o t a n k s a n d s e r v i c e r e s e r v o i r s, d e s i g n e r s s h o u l d o p t i m i z e t h e r e s e r v o i r c o s t a s w e l l a s i t s h y d r a u l i c a n d q u a l i t y p e r f o r m a n c e s. O p t i m i z a t i o n i s s u e s i n t h e d e s i g n a n d o p e r a t i o n p h a s e s o f w a t e r d i s t r i b u t i o n n e t w o r k s m o s t l y f o c u s o n p i p e s o r p u m p's s c h e d u l e a n d l e s s o n s t o r a g e c a p a c i t y, o r c o n s t r a i n t s a s s o c i a t e d w i t h q u a l i t y p a r a m e t e r s a r e l e s s c o n s i d e r e d. T h e r e a s o n i s t h a t w a t e r q u a l i t y s h o w s i t s i m p o r t a n c e i n t h e o p e r a t i o n s t a g e; t h e r e f o r e, c o n t r o l l i n g w a t e r q u a l i t y i s d o n e i n t h e o p e r a t i o n s t a g e w i t h s a m p l i n g f r o m d i f f e r e n t p a r t s o f t h e n e t w o r k. I n t h i s p a p e r, i n o r d e r t o o p t i m i z e t h e p e r f o r m a n c e a n d q u a l i t y o f t h e w a t e r d i s t r i b u t i o n n e t w o r k, h i g h p e r f o r m a n c e a n d e a s y i m p l e m e n t a t i o n a l g o r i t h m o f N A A C O (N o n-d o m i n a t e d A r c h i v i n g A n t C o l o n y O p t i m i z a t i o n) i s d e v e l o p e d i n V i s u a l C++, w h i c h m i n i m i z e s t h e c o s t a n d m a x i m i z e s t h e r e l i a b i l i t y o f s t o r a g e t a n k s. T o a c h i e v e t h i s g o a l, t h e A n t C o l o n y O p t i m i z a t i o n a l g o r i t h m (A C O) i s c o m b i n e d w i t h s i m u l a t i o n s o f t w a r e (E P A N E T) w h i c h i s c a p a b l e o f b o t h h y d r a u l i c a n d q u a l i t y a n a l y s e s. O p t i m a l s o l u t i o n s a r e p r e s e n t e d i n p a r e t o c u r v e s. A p p l i c a t i o n o f t h e p r o p o s e d a p p r o a c h t o t h e w e l l k n o w n t e s t n e t w o r k o f A n y t o w n s h o w s t h e a d v a n t a g e s o f t h i s m e t h o d o l o g y. A l s o, d i f f e r e n c e s i n o u t c o m e s b a s e d o n d e m a n d a n d h e a d d r i v e n h y d r a u l i c a n a l y s e s a r e e x a m i n e d a n d a r e l a t i o n s h i p b e t w e e n h y d r a u l i c r e l i a b i l i t y o f t a n k a n d n e t w o r k i s p r o p o s e d. R e s u l t s s h o w t h a t t h i s m e t h o d o l o g y c a n w e l l c o v e r t h e a s p e c t s o f t h e p r o b l e m a n d l e a d s t o t h e f a v o r a b l e d e c i s i o n s i n t h e o p e r a t i o n o f s t o r a g e t a n k s i n w a t e r d i s t r i b u t i o n n e t w o r k s c o n s i d e r i n g q u a l i t y c o n s t r a i n t s.