Abstract:
آب مورد نیاز در بسیاری از سیستمهای آبرسانی بزرگ با اختلاط آبهای برداشتی از منابع سطحی و زیرزمینی با کمیت و کیفیت متفاوت تامین می‌گردد. تامین آب از منابع زیرزمینی نیازمند مصرف انرژی بوده ومنابع آب سطحی نیزمحدود و ناپایدارمی‌باشند. هدف ازاین پژوهش، راهبری بهینه وتامین آب مورد نیاز سیستم آبرسانی با حداقل هزینه انرژی وحداقل نیازبه برداشت آب از منابع سطحی، ضمن حفظ پایداری کمی وکیفی سیستم می‌باشد. این هدف از طریق بهینه سازی زمانبندی عملکرد پمپها با مدیریت مصرف انرژی و بهینه سازی تغییرات دبی برداشت و نسبت اختلاط منابع تامین آب صورت پذیرفته است. تفاوت این پژوهش با مقالات مشابه، تعریف اهداف چندگانه، اضافه نمودن محدودیتهایی نظیرکیفیت آب در پایداری سیستم وهمچنین متغیرفرض نمودن دبی برداشت آب ازمنابع سطحی و زیرزمینی می‌باشد. برای حل مسئله، ابتدا بادرنظرگرفتن قوانین پیوستگی وانرژی ومشخصات فنی سیستم آبرسانی، هیدرولیک سیستم مدلسازی ریاضی شده است. سپس با شبیه سازی سیستم آبرسانی درنرم افزار Vensim به کمک مدل ریاضی، اعتبار مدل براساس مقایسه خروجی نرم افزار باداده های واقعی موردسنجش قرارگرفته است. در مرحله بعد مسئله بهینه سازی چندهدفه با استفاده ازنرم افزارGAMS حل شده است. در پایان براساس انتظارات واهداف متولیان سیستم، تحلیل حساسیت برروی داده های ورودی و نتایج انجام شده و سناریوهای بهینه برای راهبری سیستم آبرسانی ارائه گردیده است. طبق یافته های پژوهش، با بهینه سازی سیستم آبرسانی، 21% کاهش در مصرف اوج بار و 5% در هزینه انرژی کل سیستم و فقط در ایستگاه پمپاژ 37% کاهش مصرف در اوج بار و 13% در هزینه انرژی حاصل می‌گردد.
Water requirements in many large water supply systems are provided by mixing water withdrawal from surface and underground resources with different quantity and quality.Water supply from underground sources requires energy consumption and surface water resources are limited and unstable.The aim of this research is managing optimal supply of required water of system with minimum energy cost and minimum water withdrawal from surface sources, meanwhile maintaining quantitative and qualitative stability of the system.This goal is achieved by optimizing operation schedule of pumps by managing energy consumption and optimizing changes in harvest discharge and mixing ratio of water sources.Differences between this study and similar studies, is the definition of multiple objectives, adding constraints like water quality in stability of the system, and assumption of harvest discharge and mixing ratio of water sources as variable.By considering continuity and energy rules and features of the system, system hydraulic is modeled mathematically and then by simulation in Vensim software with mathematical model assistance, model validation based on comparison with the actual data has evaluated.A multi-objective optimization is solved by using GAMS software.Finally, based on the goals of system administrators, sensitivity analysis on input data and results performed ,and optimal scenarios for managing the water supply system are presented.According to research findings,optimizing the water supply system can lead to 21% reduction in peak load consumption and 5% in energy costs .By considering just pumping stations, we save 37% in peak load consumption and 13% in energy costs.
Machine summary:
براساس نتايج پژوهش ، نه تنها مديريت مصرف و کاهش هزينه هاي انرژي، همزمان با بهينه سازي سازي برداشت از منابع آب سطحي و زير زميني، ضمن حفظ الزامات کيفيت و کميت آب (شرايط پايداري) در سيستم آبرساني مورد مطالعه امکان پذير شده است ، بلکه امکان تغييرو توسعه مدل رياضي براساس ويژگيهاي سيستمهاي آبرساني وهمچنين تعريف سناريوهاي متفاوت وحل مسئله متناسب باشرايط جديد ايجاد شده است .
1 Cassiolato 2 Candelieri 3 Luna & Ribaua 4 Khatavkar & Mays (رجوع شود به تصویر صفحه) شکل ١ : نمودار مراحل انجام پژوهش در سيستم آبرساني مورد مطالعه نمادهاي مورد استفاده دراين پژوهش که براي تشريح سيستم آبرساني وتهيه مدل رياضي مورد استفاده قرار خواهند گرفت ، به شرح جدول ذيل مي باشند : جدول ١ – تعريف نمادها و واحدها (بخش اول ) (رجوع شود به تصویر صفحه) (رجوع شود به تصویر صفحه) سيستم آبرساني مورد مطالعه سيستم آبرساني مورد مطالعه شامل شامل مخازن اول و دوم ( RES١ , RES٢ ) مطابق شکل ٢ مي باشد که از ورودي منبع آب سطحي يکسان (تصفيه خانه آب : XXS١ , InS١ ; XXS٢ , InS٢ ) و منابع آب زيرزميني متفاوت شامل دو گروه چاه جداگانه ( آب زيرزميني : XXUG,InUG١ ; XXUG٢,InUG٢ )تغذيه مي شوند.
کل انرژي مصرفي در يک شبانه روز(ET) و کل آب سطحي مصرفي سيستم آبرساني در يک شبانه روز با توجه به موارد فوق ، مطابق معادله ذيل قابل محاسبه مي باشد : (رجوع شود به تصویر صفحه) اهداف پژوهش ، " بهينه سازي هزينه انرژي" و "ميزان برداشت از منابع آب سطحي" به شرح ذيل تعريف مي شوند: Z1 = ET اعتبار سنجي مدل رياضي : در اين پژوهش براي اعتبار سنجي مدل رياضي از مدلسازي سيستم آبرساني توسط نرم افزار vensim ,SA( ) استفاده شده است .
(
, 
, 
)
