توسعه و اعتبارسنجی همتای مجازی یک شبکه توزیع آب آزمایشگاهی برای تحلیل های هیدرولیکی و کیفی

اطمینان از دقت مدل های محاسباتی شبکه های توزیع آب برای مدیریت کیفی و هیدرولیکی حیاتی است. این پژوهش، فرآیند جامع طراحی، ساخت و اعتبارسنجی یک مدل آزمایشگاهی پیچیده شبکه توزیع آب و همتای مجازی محاسباتی آن را ارائه می دهد. ابتدا، یک مدل فیزیکی با توپولوژی پیچیده (شامل ۹۳ گره، ۱۳۱ لوله، ۱ پمپ و ۲ شیر کنترل) ساخته شد. سپس، یک مدل EPANET متناظر جهت شبیه سازی رفتار سیستم ایجاد گردید. برای اطمینان از تطابق کامل مدل محاسباتی با واقعیت فیزیکی، یک متدولوژی کالیبراسیون هیدرولیکی پیشرفته مبتنی بر الگوریتم ژنتیک اجرا شد. این فرآیند، ۱۷ متغیر تصمیم (شامل ضریب زبری هیزن-ویلیامز و ضرایب تلفات جزئی تفکیک شده برای اتصالات زانویی و سه راهی) را بر اساس ۱۰ سناریوی آزمایشگاهی بهینه کرد. تابع هدف مورد استفاده، مجموع وزنی نرمال شده مربعات خطا بود تا خطاهای فشار و دبی به طور عادلانه ارزیابی شوند. نتایج کالیبراسیون، دقت بسیار بالای مدل را با خطای RMSE فشار ۰.۰۲۷ متر و دبی ۰.۹۳۲ لیتر بر دقیقه نشان داد. پارامترهای فیزیکی یافت شده، مانند ضریب زبری هیزن ویلیامز، که برابر با ۰.۱۵۱۷۲ شد، مطابقت کاملی با ماهیت لوله های پلی اتیلن سیستم داشتند. در نهایت، مدل کالیبره شده از طریق یک سناریوی مستقل تزریق آلاینده (نمک طعام) مورد اعتبارسنجی کیفی قرار گرفت. همپوشانی منحنی های غلظت واقعی و شبیه سازی شده، صحت دینامیکی مدل را اثبات کرد. این همتای مجازی معتبر، بستری قابل اتکا برای تحقیقات آتی در زمینه تحلیل سناریوهای کیفی و توسعه الگوریتم های شناسایی منبع آلودگی فراهم می آورد.

کلیدواژه ها:

کالیبراسیون هیدرولیکی ، شبکه توزیع آب ، همتای مجازی ، الگوریتم ژنتیک ، مدل آزمایشگاهی ، اعتبارسنجی کیفی