طراحي بهينه چندهدفه شبكه جمع آوري آب‌هاي سطحي با استفاده از الگوريتم اتوماتاي سلولي

كارشناسي ارشد

شبكه جمع‌آوري آب‌هاي سطحي يكي از مهم¬ترين زيرساخت¬هاي شهري مي¬باشد كه عدم وجود اين نوع شبكه مي‌تواند موجب خسارات قابل توجهي ‌شود. بدليل بودجه اختصاصي كم براي احداث اين شبكه¬ها، امكان تخليه كامل حجم سيلاب‌هايي با دوره طرح بالا نمي¬باشد. بادر نظر گرفتن مخاطرات شهري و ريسك متفاوت وقوع سيلاب در مناطق مختلف، بخصوص بدليل نامشخص بودن مدت زمان طرح، لزوم بهينه¬سازي دوهدفه در طراحي اين شبكه¬ها امري بسيار ضروري به نظر مي-رسد. در اين تحقيق براي اولين بار از الگوريتم اتوماتاي سلولي جهت بهينه¬سازي دوهدفه اين نوع شبكه‌ها استفاده شده است. در بهينه¬سازي دوهدفه بكار رفته در اين تحقيق، علاوه بر كمينه كردن هزينه¬هاي طراحي و نگهداري، كمينه نمودن حجم سيلاب سرريز شده نيز به‌عنوان تابع هدف جداگانه در نظر گرفته شده است. در اين تحقيق ضمن بررسي تاريخچه تحقيقات و تلاش¬هاي انجام‌گرفته، روش‌هاي متداول طراحي بهينه شبكه جمع¬آوري آب‌هاي سطحي مورد نقد و بررسي قرارگرفته و روش اتوماتاي سلولي دومرحله¬اي موازي براي طراحي دوهدفه اين نوع شبكه معرفي شده است. در روش پيشنهادي در اين تحقيق به‌منظور حذف نسبت پرشدگي لوله‌ها (Flow-Ratio) از قوانين محلي جديد استفاده گرديده است، درحالي‌كه در مطالعات قبلي اين مقادير به‌صورت شهودي و بر اساس قضاوت مهندسي صورت مي¬گرفت. ارائه قوانين محلي متفاوت و اصلاح¬شده، و همچنين اعمال مناسب¬تر قيود مسئله منجر به شرايط همگرايي، تغييرات مقدار تابع هدف دو جواب پياپي برابر صفر، بهتر الگوريتم اتوماتاي سلولي ارائه شده در اين تحقيق نسبت به مطالعات قبلي گرديده است، كه تنها با يك بار اجراي برنامه به بهترين نتايج ممكن دست خواهيم يافت كه هم از لحاظ كيفيت جواب¬ها و هم از لحاظ سرعت همگرايي از برتري خاصي برخوردار مي¬باشد. در مدل‌هاي بهينه‌سازي، به‌منظور محاسبه مقادير تابع هدف و برقراري شرايط هيدروليكي لازم، نياز به شبيه‌سازي عملكرد شبكه مي‌باشد. به‌منظور شبيه‌سازي عملكرد شبكه‌ مدنظر و تحليل عملكرد هيدروليكي آن‌ها از نرم‌افزار SWMM كه قابليت حل معادلات موج سينماتيك و ديناميك را داراست، استفاده شده است. در اين تحقيق نحوه ارتباط مدل بهينه‌ساز و شبيه‌ساز به‌گونه‌اي است كه با توجه به مقادير در نظر گرفته شده براي متغيرهاي تصميم در مدل بهينه‌سازي، عملكرد شبكه، شبيه‌سازي شده و پس از آن نتايج به‌دست‌آمده از شبيه‌سازي به‌منظور انجام محاسبات و بررسي برقراري قيود، در مدل بهينه‌ساز مورد استفاده قرار مي‌گيرد. به‌منظور بررسي عملكرد روش‌هاي پيشنهادي در اين تحقيق، دو نمونه مسئله واقعي شهر تهران و اروميه، بررسي شده¬اند. همچنين نتايج روش ارائه شده در اين تحقيق با نتايج حاصل از روش الگوريتم ژنتيك با رتبه¬بندي نامغلوب (NSGA-II) مورد مقايسه قرارگرفته است. نتايج به‌دست‌آمده حاصل از اين مقايسه، حاكي از آن است كه روش‌هاي پيشنهادي مبتني بر الگوريتم اتوماتاي سلولي نه‌تنها قادر به طراحي بهينه دوهدفه شبكه جمع¬آوري آب‌هاي سطحي مي‌باشند، بلكه هزينه‌هاي محاسباتي بسيار كم¬تري دارند و به همين دليل امكان طراحي بهينه شبكه¬هاي بزرگ‌تر را فراهم خواهند آورد. نتايج كلي عملكرد مدل‌هاي ارائه شده در طراحي مسائل موجود، نشان‌دهنده برتري روش‌هاي ارائه شده هم در كيفيت جواب¬ها و هم در سرعت بالاي آن، در مقايسه با ساير روش¬ها مي¬باشد.

191622

دانشگاه علم و صنعت ايران

آب

دكتر محمدهادي افشار