دانلود پایان نامه ارشد : بهينه يابي چند متغیره یک شبكه توزيع آب

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته عمران 

گرایش : سازه­ هاي هيدروليکي

عنوان : بهينه يابي چند متغیره یک شبكه توزيع آب

دانشگاه شیراز

واحد بين الملل

 پایان نامه ­ی کارشناسي ارشد

در رشته­ ی مهندسي عمران – سازه­ هاي هيدروليکي

 بهينه يابي چند متغیره یک شبكه توزيع آب

با رویداشت به اطمینان پذیری

 استادراهنما

دکتر غلامرضا رخشنده رو

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

با توجه به کمبود آبهای شیرین و در دسترس جهت شرب، تامین و توزیع آب در شبکه های آبرسانی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. شبکه‌های آب شهری را می توان با توجه به مسائل هیدرولیکی، هزینه و اطمینان‌پذیری به‌صورت چند متغیره بهینه یابی کرد. در این پایان نامه شبکه آبرسانی شهرک بزین، واقع در غرب شهر شیراز با 1907 مشترک، به عنوان مورد مطالعاتی انتخاب و بکمک نرم افزار WaterGEMS شبیه سازی گردید. فشار و میزان آب ورودی به شهرک از طریق فلومتر الکترومغناطیسی نصب شده در ورودی اندازه‌گیری شد. بر این اساس آب ورودی به این شهرک در سال 1391 به میزان 534،573 مترمکعب با متوسط سرانه مصرف 187 لیتر در روز و فشار متوسط ورودی 60 متر آب بوده است. بهینه یابی شبکه فوق در سه مرحله انجام گرفت. در ابتدا، پارامترهای هیدرولیکی (فشار گره ها و سرعت آب در لوله ها) و اطمینان پذیری شبکه با تغییر قطر لوله ها بهینه گردیدند. در مرحله بعد جانمایی‌های مختلفی از شبکه مورد مطالعه قرار گرفت و دو جانمایی بعنوان بهینه تعیین گردیدند. اطمینان پذیری این دو جانمایی برابر با 97.95 و 98.08 درصد و مقدار تابع هدف بهینه در آنها برابر با 117 و 113 میلیون واحد بود. همانطور که انتظار می‌رفت، این جانمایی‌ها دارای بیشترین تعداد حلقه‌ها بودند. پس از آن به بررسی تاثیر پارامتر اطمینان‌‌پذیری شبکه بر تابع هدف پرداخته شد. با تغییر اطمینان‌پذیری‌ از 75 تا 99.99 درصد مشخص شد که بیشترین میزان تابع هدف برای بدست آوردن اطمینان‌پذیری 99.99 درصد و به میزان 161 میلیون واحد می‌باشد. بطور کلی افزایش اطمینان پذیری، به صرف هزینه بیشتر و افزایش مقدار تابع هدف منجر گردید. در انتها باتوجه به بالا بودن میزان فشار در گره‌ها و بمنظور فراهم کردن شرایط هیدرولیکی قابل قبول در مدل شبکه، شیر فشارشکن در ورودی شبکه نصب گردید که هد فشار ورودی را به 20 مترآب کاهش داد. با اینکار، متوسط فشار شبکه به اندازه 70 درصد کاهش یافت به گونه ای که 97 درصد فشار گره‌ها در محدوده فشار مجاز قرار گرفتند. همچنین متوسط سرعت آب در شبکه 5 درصد افزایش یافت.

کلمات کلیدی: شبکه توزیع آب، بهینه‌یابی چند متغیره،اطمینان‌پذیری، جانمایی، بزین

فهرست مطالب

عنوان                                                                                        صفحه

فصل اول: مقدمه…………………………………………………………………………………………… 2

1-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………….. 2

1-2- ضرورت انجام تحقیق……………………………………………………………………………….. 3

1-3- اهداف پایان نامه……………………………………………………………………………………… 4

1-4- ساختار پایان نامه…………………………………………………………………………………….. 5

 فصل دوم: مروری بر کارهای پیشینیان

2-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………. 7

2-2- محاسبات شبکه های توزیع آب………………………………………………………………………………. 8

2-2-1- محدودیت های طراحی شبکه آب…………………………………………………………………………… 8

2-2-2-روابط حاکم بر جریان های هیدرولیکی……………………………………………………………………. 8

2-3- بهینه یابی…………………………………………………………………………………………………… 10

2-3-1-مفاهیم بهینه یابی……………………………………………………………………………………… 10

2-3-2- روش‌های بهینه یابی………………………………………………………………………………………. 11

2-3-2-1- روشهای تحلیلی ………………………………………………………………………………………….. 11     

2-3-2-2- روش‌های بهینه‌سازی تکاملی …………………………………………………………………….. 12

2-3-2-2-1- الگوریتم ژنتیک……………………………………………………………………………………….. 12

2-3-2-2-2-آنيلينگ شبيه‌سازي شده…………………………………………………………………………. 14

2-3-2-2-3-جستجوي ممنوع………………………………………………………………………………………. 15

2-3-2-2-4-سيستم کلونی مورچگان…………………………………………………………………………… 16

2-3-2-بهينه‌يابي شبكه های آبرسانی……………………………………………………………….. 17

2-3-3-بهینه سازی چند متغیره طراحی شبکه‌های توزيع آب و اطمینان پذیری: …………. 21

فصل سوم: مواد و روش ها

3-1- معرفی شهرک بزین………………………………………………………………………………………. 28

3-1-1- معرفی منطقه مورد مطالعه……………………………………………………………………. 28

3-1-2- وضعیت آبرسانی………………………………………………………………………………… 29

3-2- فلومتر الکترومغناطیسی ABB…………………………………………………………….. 31

عنوان                                                                                                 صفحه

3-3- نرم افزارهای استفاده شده در این پایان نامه…………………………………………….. 32

3-3-1- نرم افزار مدل سازی شبکه آبرسانی  WaterGEMS ……………………………………… 32

3-3-2- نرم افزار GIS…………………………………………………………………………………. 35

3-3-2-1- تعریف  GIS………………………………………………………………………….. 35

3-3-2-2- مختصری از تاریخچه………………………………………………………………. 36

3-3-2-3- ویژگی های GIS………………………………………………………………… 36

3-3-2-4- معرفی نرم افزار ArcGIS………………………………………………………….. 37

3-3-3- نرم افزار متلب……………………………………………………………………………… 38

3-3-3-1- توضیحات نرم افزار……………………………………………………………… 38

3-3-3-1- ساختار نرم افزار متلب……………………………………………………………….. 39

3-4-تست مدل (صحت سنجی و کالیبراسیون مدل)……………………………………….. 40

3-5- انتخاب روش بهینه یابی……………………………………………………………………. 41

3-5-1-بهینه‌یابی چند متغیره طراحی شبکه‌های توزيع آب و اطمینان پذیری:………………. 43

3-5-2- محاسبه تابع هدف………………………………………………………………………. 45

فصل چهارم: نتایج و بحث پیرامون آن

4-1- نتایج مطالعات در وضعیت موجود  ……………………………………………. 54

4-1-1- بررسی و تحلیل دبی ورودی به شهرک بزین در سال های 1388 تا 1391……….. 55

4-1-1-1- نمودار دبی ورودی در سال 1388……………………………………………………………… 56

4-1-1-2- نمودار دبی ورودی در سال 1389……………………………………………………………… 57

4-1-1-3- نمودار دبی ورودی در سال 1390……………………………………………………………… 57

4-1-1-4- نمودار دبی ورودی در سال 1391……………………………………………………………… 58

4-1-2- میزان تغییرات دبی، جمعیت و سرانه مصرف………………………………………………………… 59

4-1-3- دبی ورودی شهرک بزین در فصل مختلف سال……………………………………………………… 60     

4-1-4- دبی ورودی شهرک بزین بصورت روزانه………………………………………………………………….. 63

4-1-5- فشار ورودی شهرک بزین بصورت سالانه………………………………………………………………… 66

4-2- آماده‌سازی مدل کامپیوتری …………………………………………………………………………….. 69

4-2-1- جمع‌آوری داده‌های ورودی …………………………………………………………………………………….. 69

4-2-2- کلیات……………………………………………………………………………………………………… 69

4-2-3- نیازهای آبی……………………………………………………………………………………………… 74

4-2-4- آرایش شبکه……………………………………………………………………………………….. 74

عنوان                                                                                              صفحه

4-2-5- اجرای برنامه…………………………………………………………………………………….. 79

4-3- کالیبراسیون……………………………………………………………………………………………….. 79

4-3-1- بررسی وضعیت موجود با استفاده از اندازه گیری پارامترها و مقایسه با نرم افزار.. 79

4-4. بهینه‌یابی شبکه………………………………………………………………………………………………. 83

4-4-1- تاثیر تغییر قطر بر اطمینان پذیری و تابع هدف…………………………………………… 84

4-4-2- جانمایی‌های مختلف شبکه و مقایسه آنها………………………………………………………. 91

4-4-2-1- معرفی سناریوهای مختلف شبکه ………………………………………………………………. 92

4-4-2-2- اطمینان پذیری هر جانمایی……………………………………………………………………….. 96

4-4-2-2- به دست آوردن تابع هدف کمینه………………………………………………………………. 98

4-4-3- مقایسه آرایش های مختلف شبکه با توجه به اطمینان پذیری و تابع هدف……….. 100

4-4-3- تغییر اطمینان پذیری معلوم و مقایسه تابع های هدف…………………………………………. 102

4-3-5- نصب شیر فشارشکن (PRV)  در ورودی شبکه و بررسی اثرات آن………………….. 104

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات

5-1- نتیجه گیری …………………………………………………………………………………….. 105

5-2- پیشنهادات………………………………………………………………………………………………… 106

فهرست منابع……………………………………………………………………. 107

مقدمه

آب سر منشاء تولید تلاش و تمدن است. خداوند در قرآن کریم هستی حیات هر چیزی را به آب وابسته دانسته است و تداوم حیات را در گرو وجود آب دانسته است. اهمیت آب شرب و آبیاری در کشاورزی مخصوصا در کشاورزی ایران بر کسی پوشیده نیست. اگر تمام مشکلات و مسائل مربوط به آب شرب و تولید کشاورزی را در در یک کفه ترازو و مشکلات و مسائل مربوط به آب را در طرف دیگر قرار دهیم مشکلات مربوط به آب سنگین تر خواهد بود. کشور ایران در بخش نیمه خشک کره زمین قرار دارد. پس خارج از ذهن نیست که آب از قدیم الایام ارزش بسیار والایی نسبت به دیگر مناطق داشته است. در گذشته با وجود مشکلات فراوان و نبود امکانات فنی برای دسترسی به آب‌های زیرزمینی، دست به حفر چاه و ایجاد قنات و غیره زدند.

بر خلاف نفت و کالاهای دیگر، آب را نمی توان در حجم زیاد از جایی به جای دیگر انتقال داد و لذا مصرف آن فقط به منابع محلی محدود است. البته شکی نیست که توسعه و اجرای طرح های آبی از نظر بالابردن استاندارد و سطح زندگی مردم الزامی است و اگر بخواهیم به مردم کمک شود باید توسعه برنامه‌های آبی صورت گیرد. اما این کار بدون تخلیه آب‌های زیر زمینی و خشک شدن رودخانه ها و یا از بین رفتن جنگلها به آسانی حاصل نخواهد شد.

1-2- ضرورت انجام تحقیق

آب یکی از بزرگترین چالش‌های قرن حاضر است که می تواند سر منشاء بسیاری از تحولات مثبت و منفی جهان قرار گیرد. 5/96 درصد از کل آب موجود در کره زمین در دریاها و اقیانوسها و 5/2 درصد از آن به عنوان آب تازه و شیرین می باشد. از آب‌های شیرین 97 درصد در یخچال‌های قطبی، 20 درصد در سفره‌های زیر زمینی و تنها 1 درصد در سطح زمین قرار دارد] 1[.

 5/2 درصد از کل آب های زمین شیرین است که حدود 6/68 درصد آن به صورت جامد در یخچالهای قطبی و قله کوه ها قرار دارد. 1/30 درصد آن در زیرزمین قرار گرفته است. 006/0 درصد از کل آبهای شیرین در رودخانه ها جاری است و 003/0 درصد آن به عنوان آبهای بیولوژیکی در اندام حیوانات و گیاهان قرار گرفته است ]1[.

آب آشامیدنی، آبی با کیفیت مناسب بدون اثرات منفی کوتاه‌مدت یا بلند‌ مدت است. در بسیاری از نقاط جهان، دسترسی راحت و ارزان به آب آشامیدنی وجود ندارد. در این مناطق بیشتر افراد از آبی استفاده می‌کنند که یا دارای میکروب و آلودگی است یا به سبب داشتن املاح و ذرات بیش از اندازه، در طولانی مدت برای بدن خطرآفرین هستند. وجود منابع آب آشامیدنی مطمئن، از نیازهای اولیه انسان و یکی از اهداف اولیة عرصه های بین‌المللی در دهه بین‌المللی “آب برای زندگی (2005-2015)”[1] می‌باشد ]2[.

همزمان با رشد جمعیت در جهان و رشد و توسعه صنایع مختلف، آلودگی آب آشامیدنی، تبدیل به یکی از اساسی‌ترین مشکلات جهان گردیده‌است. سازمان بهداشت جهانی (WHO) بيان می‌کند که وقتی منابع آب آشامیدنی، کم و میزان خدمات، نامناسب باشند، شهرها در معرض بیشترین تهدیدهای محیط زیستی قرار می‌گیرند (گزارش توسعه جهانی آب، 2003[2]( ]3[. وجود این مسئله باعث می‌شود نیاز به سیستم توزیع آب مطمئن و کافی در شهرها مورد توجه قرار گیرد. مسئله تامین آب شرب سالم، در آینده‌ای نه چندان دور یکی از اصلی ترین چالش‌های جهانیان خواهد شد.

بنابراین بین توان تامین آب و شدت تقاضا در جهان تفاوت عمده‌ای وجود دارد که بحران آفرین است. هنگامی که این عدم تعادل با مجموعه راهکارهای مدیریتی قابل مهار نباشد، چه در بعد محلی و چه در بعد ملی و جهانی، زبان مفاهمه در بخش آب به زبان مخاصمه تغییر خواهد کرد. طبق آخرین برآوردهای یونسکو و فائو از چرخه آب در کره زمین نشان می دهد که متوسط  بارندگی سالانه ایران 251 میلیمتر است که اختلاف قابل توجهی با متوسط  بارندگی هر یک از قاره ها دارد و تنها با بارندگی کشورهای نیمه خشک و صحرایی برخی از قاره ها قابل مقایسه است. همچنین خشکسالی های پیاپی در سالهای اخیر به مسئله کمبود آب و بحران آب قابل استفاده در بسیاری از نقاط ایران دامن زده است.

1-3- اهداف پایان نامه

رشد سريع صنعت و توسعه زيربنايي شهرها باعث گرديده كه طراحي و بهره‌برداري از شبكه‌هاي توزيع آب در ساختار مديريت شهري، امري حياتي تلقي گردد. شبكه توزيع آب به عنوان يك سازه زيربنايي هيدروليكي، شامل مجموعه‌اي از لوله‌ها، ابزارهاي هيدروليكي (پمپ‌ها، شيرآلات و اتصالات خطوط لوله) ومخازن بوده و هدف آن تأمین آب سالم با فشار مناسب برای تقاضاهای مختلف شبکه می‌باشد. با توجه به هزينه‌هاي هنگفت اجراي شبكه‌هاي آبرساني و نيز اهميت تولید و توزيع آب، لازم است شبكه‌هاي توزيع آب مورد تحليل و ارزيابي قرار گيرند.. طراحی و نگهداری یک شبکه توزیع آب شامل تعیین میزان تقاضای گره‌ها، طراحی بهینة شبکه توزیع آب، ابعاد بهینه اجزاء سیستم شامل لوله‌، پمپ‌، شیرآلات و غیره و بهره‌برداری بهینه شبکه می‌باشد. امکان وجود ترکیب‌های زیاد از جنس لوله‌ها، مسیر عبور لوله‌ها، قطر لوله‌ها، محل ایستگاه‌های پمپاژ و مخازن موجود، کار مهندسان و مدیران درگیر در طراحی شبکه های توزیع آب را دشوار می‌سازد. پارامترهای بهره‌برداری مانند مرز نواحی فشاری، تنظیمات شیرهای کنترلی و برنامه بهره‌برداری پمپ‌ها که بر کیفیت خدمات، هزینة کل و عمر آنها اثرگذار است نیز به این پیچیدگی اضافه می‌گردد.

هدف از بهینه‌یابي، اطمینان از عملکرد شبكه در شرایط بهینه است. در واقع هدف از بهينه‌یابي يافتن بهترين جواب قابل قبول، با توجه به محدوديتها و نيازهاي مسأله و تعيين متغيرهای طراحي است که تابع هدف كمينه يا بيشينه باشد ]4[.

بهینه‌یابی در حل مسائل مهندسی و اقتصادی، محور اصلی تصمیم‌گیری می‌باشد. بهترین طرحهای ارائه شده توسط مهندسان طراح آنهایی هستند كه بتوانند با استفاده از روشهاي بهينه‌یابی در صرف زمان و هزينه طراحي صرفه‌جويي نمايند. از آنجاییکه بسياري از مسائل بهينه‌یابي در مهندسي، پيچيده‌تر و مشكلتر از آن هستند كه با روشهاي سنتی بهينه‌يابي قابل حل باشند، لذا استفاده از روش‌های نوین بهینه‌یابی ضرورت می‌یابد.

1-4- ساختار پایان نامه

در این تحقیق شهرك بزين به عنوان مورد مطالعاتي انتخاب شد. شبكه آب منطقه در برنامه واترجمز به صورت مدل هيدروليكي درآمده و پارامترهاي هيدروليكي آن در هر گره و لوله نشان داده شده اند که در صورت هر نوع تغيير قابل پيش بيني گرديد. در ابتدا تابع بهينه تعريف شد. اين تابع شامل پارامترهاي بازي فشار گره ها، سرعت آب در لوله ها و اطمينان پذيري مطلوب بود. اين تابع در سه حالت بهينه شده و نتايج گوناگون به دست آمد. اول پارامترهاي هيدروليكي شبكه با استفاده از اين تابع بهينه شدند. در مرحله بعد، ده جانمايي متفاوت بر روي شبكه تعريف گرديد و تابع هدف براي هر يك بهينه شد. در نهايت بهينه ترين جانمايي به دست آمد. در مرحله آخر اطمينان پذيري معلوم تغيير داده شد تا اثر اطمينان پذيري بر روي تابع هدف به دست آيد.   

این پایان‌نامه و مطالعات مرتبط با آن در پنج فصل گردآوری شده است. در فصل اول، نگرانی‌های موجود و ضرورت انجام این مطالعه بیان گردیده است. در فصل دوم، مروری بر تاریخچه آبرسانی در دنیا و ایران مطرح می‌شود. سپس تاریخچه بهینه‌یابی و انواع روش‌های آن مورد بررسی قرار گرفته و کاربرد آن در شبکه‌های آبرسانی شهری مورد مطالعه قرار می‌گیرد. سپس به مفاهیم اطمینان‌پذیری پرداخته و دسترس‌پذیری شبکه توزیع آب شهری بررسی و بیان می‌گردد.

در فصل سوم این پایان‌نامه، مواد و روش‌ها، منطقه مطالعاتی انتخاب شده معرفی می‌گردد. سپس به ارائه و معرفی نرم‌افزارها و مدل‌های استفاده شده در این کار پرداخته می‌شود. منابع موجود آب و نحوه آبرسانی منطقه و وضعیت موجود آن ارائه می‌گردد. سپس درباره کالیبراسون و اندازه‌گیری و مقایسه واقعیتهای موجود با تئوری مطالبی بیان می‌شود. پس از آن به انواع بهینه‌یابی و روش‌های آن پرداخته شده و روش انتخاب شده، متغیرها، قیدها و پارامترهای شبکه برای این منطقه ارائه می‌گردد.

در فصل چهارم، نتایج و بحث پیرامون آن، کلیه نتایج به‌دست آمده وضعیت موجود، اعداد و ارقام، نتایج عملی یا به دست آمده از نرم افزارها بیان می گردد. سپس جانمایی موجود شبکه و حالت‌های ممکن آن بیان شده و مورد آزمایش قرار می‌گیرند. همچنین هزینه به عنوان یکی از قیود اصلی در فرمول‌بندی ها لحاظ گردیده و اثرات خود را در نتیجه به نمایش می‌گذارد. از طرفی شروط هیدرولیکی شبکه مورد در حالت های مختلف مورد توجه قرار گرفته و مقایسه می‌گردند. در نهایت نتیجه‌گیری شده و حالت بهینه شبکه انتخاب گردیده و معرفی می‌شود. در نهایت فصل پنجم که مشتمل بر نتیجه‌گیری و پیشنهاداتی مبنی بر تحقیقات آینده است، پایان بخش این نوشتار است.

تعداد صفحه :133

قیمت : 14700 تومان

———–

——-

پشتیبانی سایت :               serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  --