مدل‌سازي رفتار مصرفي مشتركين شبكه توزيع آب تحت سياست‌هاي مديريت تقاضا با استفاده از مدل‌سازي عامل بنيان

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي عمران

دكتري

در مدل‌هاي مرسوم تحليل هيدروليكي شبكه‌هاي توزيع آب، تقاضا و مصرف آب مصرف‌كنندگان معمولاً بيش از حد ساده‌سازي مي‌شوند و پيچيدگي تعاملات ميان رفتار مصرف‌كنندگان و هيدروليك شبكه توزيع ناديده گرفته مي‌شود. براي رفع اين محدوديت‌ها، در اين مطالعه روش‌شناسي در مقياس خرد براي تحليل مصرف آب ارائه شده كه پويايي ميان رفتار كاربران نهايي و عملكرد هيدروليكي شبكه توزيع آب را بازنمايي مي‌كند. در اين جهت چهارچوبي نوين جهت تحليل هيدروليكي شبكه‌‌هاي توزيع آب توسعه داده شده‌است كه دبي خروجي از گره را بر اساس رفتار مصرفي مصرف‌كنندگان در مواجهه با سرويس‌‌دهي شبكه در فعاليت‌‌هاي مختلف آب‌‌بر تعيين مي‌‌كند. چهارچوب ارائه شده در اين مطالعه از سه زير مدل شبيه‌‌ساز هيدروليكي شبكه توزيع آب، شبيه‌‌ساز تقاضاي آب و شبيه‌‌ساز رفتار مصرف آب تشكيل شده است كه قادر به تحليل دورگسترده هيدروليك شبكه در مقياس زماني دقيقه است. در زير مدل شبيه‌‌ساز هيدروليكي، هيدروليك شبكه با استفاده از الگوريتم WNTR بر اساس رويكرد مبتني بر تقاضا تحليل مي‌‌شود. با استفاده از ابزار عامل‌بنيان جامعه مشتركين در گره‌‌هاي شبكه توزيع آب قرار مي‌‌گيرند و بر اساس اطلاعات آماري منطقه مطالعاتي، خصوصيات فردي و دموگرافيك مشتركين اختصاص داده مي‌‌شود. نگرش هر يك از مشتركين در زمينه صرفه‌‌جويي در مصرف آب نيز بر اساس خصوصيات فردي، مشخصات دموگرافيك و روابط اجتماعي مدل‌‌سازي مي‌‌شود. در زير مدل شبيه‌‌ساز تقاضا، تقاضاي مشتركين در مقياس فعاليت‌‌هاي آب‌‌بر تعيين مي‌‌شود. در اين زير مدل بر اساس خصوصيات فردي و توابع توزيع آماري براي هر يك از مشتركين تعداد دفعات تكرار و شدت جريان، مدت زمان و زمان شروع تقاضا آب به‌ازاي هر تكرار از فعاليت‌‌هاي آب‌‌بر تعيين مي‌‌شود. بر اساس نگرش صرفه‌جويانه افراد، دامنه تقاضاي مطلوب پيرامون شدت جريان تقاضا تعريف مي‌گردد. سپس در زيرمدل شبيه‌ساز رفتار مصرفي، مؤلفه‌هاي مصرف آب مشتركين بر اساس مؤلفه‌هاي تقاضا، دامنه تقاضاي آن‌ها و نحوه سرويس‌‌دهي شبكه توزيع آب مدل‌‌سازي مي‌‌شود. رفتار مصرف آب مصرف‌كنندگان بر اساس الگوريتم‌هاي رفتار مصرفي تعيين مي‌شود. در اين الگوريتم‌ها، امكان برداشت آب از شير با ارتفاع كم‌تر، ذخيره‌‌سازي آب و تغيير ميزان بازشدگي شير براي مشتركين تعريف شده است. به‌علاوه اين الگوريتم‌ها از قابليت مدل‌‌سازي نارضايتي مشتركين نيز برخوردار هستند. با اتصال سه زير مدل در محيط پايتون، شبكه با لحاظ تعامل دوسويه هيدروليك شبكه توزيع و رفتار مصرفي مصرف‌كنندگان تحليل مي‌شود. به‌منظور ارزيابي عملكرد مدل، مدل پيشنهادي بر روي شبكه توزيع آب شهر گز اعمال شده است. نتايج نشان داد در چهارچوب ارائه‌شده در اين مطالعه، نيازي به تعريف فشار حداقل و مطلوب نيست؛ زيرا با درنظرگرفتن توزيع مكاني شيرآلات، ميزان سرويس‌دهي شبكه به‌صورت مستقيم تعيين مي‌شود. تحليل حساسيت بيان كرد كه در فشارهاي پايين، توزيع مكاني عمودي شيرهاي پيرامون گره، تأثير بيش‌تري بر شدت جريان تأميني دارد و در فشارهاي بالا، اثرگذاري توزيع مكاني افقي برجسته‌تر است. مدل پيشنهادي در مقايسه با روش تحليل هيدروليكي مبتني بر فشار، توصيف واقع‌گرايانه‌تري از شرايط بهره‌برداري ارائه كرده و رفتار شبكه را دقيق‌تر بازآفريني كرده است. اعمال اين مدل بر شبكه موردي نشان داد مقدار مصرف آب و در نتيجه نسبت تأمين، بيش‌تر از مقادير به‌دست‌آمده از تحليل مبتني بر فشار برآورد مي‌شود، به‌طوري كه در برخي از مقادير هد مخزن، مصرف در شبكه در مدل پيشنهادي حدود 13 درصد بيش‌تر از تحليل مبتني بر فشار محاسبه گرديد. مقايسه الگوهاي تقاضا و مصرف حاصل از مدل نيز نشان داد نارضايتي مصرف‌كنندگان عمدتاً در دوره‌هاي اوج تقاضا رخ مي‌دهد؛ زيرا به دليل فشار پايين، مصرف كم‌تر از تقاضاست، درحالي‌كه در دوره‌هاي غير اوج، مصرف از سطح تقاضا فراتر رفته است. نتايج حاصل از مدل پيشنهادي نشان داد در صورت مناسب نبودن كيفيت سرويس‌دهي شبكه، افزايش هد مخزن منجر به كاهش نارضايتي مصرف‌كنندگان و افزايش نسبت تأمين مي‌شود. براي نمونه افزايش هد مخزن از 1625 به 1630، باعث شد در حدود 10 درصد نسبت تأمين شبكه بهبود پيدا كند و در حدود 97 درصد نارضايتي مصرف‌كنندگان كاهش يابد. ادغام بعد اجتماعي در تحليل هيدروليكي شبكه نشان داد تغيير نگرش مصرف‌كنندگان نسبت به صرفه‌جويي، بدون اعمال تغيير در پارامترهاي هيدروليكي، عملكرد شبكه را حدود 13 درصد بهبود داده است. در مجموع، اين نتايج نشان مي‌دهد كه چهارچوب پيشنهادي با بازنمايي واقع‌گرايانه رفتار مصرف‌كنندگان، دقت تحليل هيدروليكي شبكه توزيع آب را تقويت مي‌كند و مبنايي قابل‌اتكا براي ارزيابي سياست‌هاي مديريت تقاضا در شرايط بهره‌برداري غيرعادي فراهم مي‌آورد.

237442

مهندسي و مديريت منابع آب

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان