بهینه سازی توپولوژی شبکه توزیع آب شهری با رویکرد شبکه های پیچیده و پدافند غیرعامل (مطالعه موردی: شهر اندیمشک)

امروزه زیرساخت های شهری نظیر شبکه های توزیع آب، به عنوان نمونه هایی از شبکه های پیچیده با ساختار گرافی، از اهمیت حیاتی برخوردارند. در این پژوهش، شبکه توزیع آب شهر اندیمشک با رویکرد شبکه های پیچیده مدل سازی شده و با استفاده از معیارهایی نظیر شاخص افزونگی، اتصال پذیری، ضریب خوشه شدگی و توزیع درجه تحلیل شده است. برای افزایش تاب آوری شبکه در برابر تهدیدات (با رویکرد پدافند غیرعامل)، یک مدل بهینه سازی چندهدفه ارائه شده که به طور هم زمان هزینه و آسیب پذیری را کمینه و تاب آوری را بیشینه می کند. حل مدل با استفاده از الگوریتم گرگ خاکستری چندهدفه (MOGWO) و شبیه سازی هیدرولیکی با **نرم افزار EPANET انجام شده است. بر اساس آمار میدانی، لوله های شبکه از سه جنس GRP (پلی استر تقویت شده با الیاف شیشه) ، ST (فولاد) و PE (پلی اتیلن) هستند که تاثیر مستقیمی بر میزان شکستگی ها دارند. نتایج نشان می دهد که شاخص تاب آوری شبکه از ۰.۳۲ به ۰.۶۸ افزایش می یابد و در سناریوی قطع خط اصلی، تعداد گره های بی آب از ۵۰ درصد به ۱۵ درصد کاهش می یابد. فشار متوسط از ۳۲.۴ متر (۳۱۷.۸ کیلوپاسکال) به ۳۸.۵ متر (۳۷۷.۶ کیلوپاسکال) و حداقل فشار از ۱۲.۶ متر (۱۲۳.۶ کیلوپاسکال) به ۲۲.۴ متر (۲۱۹.۷ کیلوپاسکال) رسیده است. تحلیل شکست آبشاری با شبیه سازی مونت کارلو نشان می دهد که در شبکه بهینه شده، احتمال گسترش خرابی به بیش از ۳ گره مجاور کمتر از ۵ درصد است. برآورد هزینه ها ۱۸۵۰ میلیارد ریال و زمان اجرا ۳۶ ماه است. در پایان، یک نقشه حرارتی از ریسک شکستگی مناطق مختلف ارائه شده است که به مدیران شبکه کمک می کند تا بودجه تعمیرات را به صورت بهینه تخصیص دهند. این پژوهش نشان می دهد که رویکرد شبکه های پیچیده، ابزاری قدرتمند برای تحلیل و بهینه سازی زیرساخت های شهری ارائه می دهد.

کلیدواژه ها:

شبکه های پیچیده ، بهینه سازی چندهدفه ، الگوریتم گرگ خاکستری ، تاب آوری ، پدافند غیرعامل ، شکست آبشاری ، شبکه توزیع آب ، اندیمشک