بهینه سازی چندهدفه هزینه و تاب آوری شبکه توزیع آب با MOGWO و EPANET

طراحی شبکه های توزیع آب شهری یکی از مهم ترین مسائل مهندسی منابع آب است که باید در برابر رشد جمعیت، افزایش تقاضا، تغییرات اقلیمی و محدودیت های مالی پاسخگو باشد. این فرایند به صورت ذاتی یک مسئله چندهدفه، غیرخطی، گسسته و بسیار پیچیده است، زیرا انتخاب قطرهای لوله از میان گزینه های تجاری، رعایت قیود هیدرولیکی، حفظ فشار در شرایط بحرانی، و کمینه سازی هزینه های سرمایه گذاری و بهره برداری به طور هم زمان باید انجام شود. در سال های اخیر، استفاده از الگوریتم های تکاملی پیشرفته به عنوان ابزارهای موثر برای حل این مسئله مطرح شده است. در این پژوهش، یک چارچوب نوآورانه مبتنی بر الگوریتم گرگ خاکستری چندهدفه (MOGWO) برای بهینه سازی هم زمان هزینه کل شبکه و شاخص تاب آوری هیدرولیکی ارائه شده است. برای تحلیل هیدرولیکی، از مدل دقیق شبکه با استفاده از EPANET ۲.۰ و اتصال پویا MATLAB–EPANET استفاده شد. مطالعه موردی بر روی پهنه D شبکه توزیع آب شهر مشهد شامل ۲۶۵ لوله، طول کل بیش از ۳۸ کیلومتر، یک منبع اصلی تغذیه، مساحت ۱۰۸۷ هکتار و جمعیت تحت پوشش ۴۷۰۱۳ نفر انجام شد. نتایج نشان دادند که روش پیشنهادی توانست هزینه طرح را تا ۱۸ تا ۲۵ درصد کاهش داده و در عین حال شاخص تاب آوری را ۱۵ تا ۳۰ درصد افزایش دهد. هم چنین MOGWO در مقایسه با الگوریتم های مطرح هم چون  NSGA-II و MOPSO، جبهه پارتوی یکنواخت تر، تنوع بالاتر و همگرایی سریع تری تولید کرده است. تحلیل نمودارهای همگرایی، توزیع فشار، قطرهای انتخاب شده و رفتار شبکه در شرایط بحرانی نشان داد که مدل پیشنهادی از دیدگاه اقتصادی و عملکردی یک گزینه قابل اعتماد برای طراحی شبکه های توزیع آب شهری است.

کلیدواژه ها:

تاب آوری ، شبکه توزیع آب شهری ، الگوریتم MOGWO ، جبهه پارتو ، مدل هیدرولیکی EPANET