بهینه سازی شبکه های آبرسانی به کمک الگوریتم ژنتیک

امروزه یکی از مهمترین اهداف مهندسی در جوامع بشری، به حداکثر رساندن سود و یا به حداقل رساندن هزینه در طرح ها و پروژه ها می باشد. این هدف سبب تولید و توسعه علم بهینه سازی در میان سایر علوم مهندسی شده است. آب آشامیدنی به عنوان یکی از نیازهای اساسی بشر، تامین آن مستلزم احداث شبکه های آبرسانی جدید و گسترش و بازسازی شبکه های موجود می باشد. اجرای شبکه های آبرسانی همواره با هزینه بسیار بالا همراه است و از آنجایی که طراحی بهینه می تواند تأثیر بسزایی در کاهش هزینه های چنین طرحهای را در برداشته باشد، لذا استفاده از نرم افزارهای طراحی بهینه امری ضروری به نظر می رسد. چگونگی تحلیل هیدرولیکی هر شبکه آبرسانی بزرگ مقیاس در حین فرآیند بهینه سازی که مهمترین بخش یک الگوریتم بهینه سازی است و چگونگی مدل سازی مسئله بهینه سازی توسط روش های گوناگون، از جمله مواردی هستند که می بایست به آنها توجه گردد. در این رساله سعی شده است از ترکیب یک برنامه شبیه ساز هیدرولیکی و کیفی شبکه های آبرسانی (epanet v.2) جهت تحلیل هیدرولیکی شبکه آبرسانی و استفاده از روش بهینه یابی ga به عنوان یک تکنیک جستجو، نرم افزاری برای بهینه سازی شبکه های آبرسانی تهیه گردد. مثال های استاندارد ارائه شده در پژوهش هایی که از (epanet v.2) جهت تحلیل هیدرولیکی استفاده نموده اند، با در نظر گرفتن معیار تأمین مینیمم مقدار فشار گره ای بوده است. به جهت کاربردی شدن این تحقیق علاوه بر معیار تأمین مینیمم مقدار فشار گره ای، معیار نگهداری مقدار سرعت جریان در داخل لوله ها یک شبکه آبرسانی در محدوده مجاز نیز مورد توجه قرار گرفته شده است. بنابراین در این رساله دو حالت طراحی، حالت1 (در نظر گرفتن تنها یک معیار طراحی، تأمین مینیمم مقدار فشار گره ای ) و حالت2 (با در نظر گرفتن دو معیار طراحی: تأمین مینیمم مقدار فشار گره ای و نگهداری مقدار سرعت جریان در داخل لوله ها در محدوده مجاز) جهت طراحی شبکه های آبرسانی در نظر گرفته شده است. در این رساله همچنین به منظور بررسی پارامترهای دخیل در بهینه یابی با ga، دو نوع تابع هدف اصلاح شده پیشنهادی متفاوت (ایستا و پویا)، دو نوع عملگر انتخاب (چرخ گردان و مسابقه ای) و سه نوع عملگر پیوند (یکنواخت و یک نقطه ای و دونقطه ای) مورد بررسی قرار گرفته اند. بدین ترتیب 12 نوع برنامه رایانه ای مختلف برای هر یک از دو حالت طراحی (در مجموع 24 برنامه رایانه ای) تهیه و برای ارزیابی عملکرد این برنامه های رایانه ای، هر یک از این برنامه های رایانه ای 100 بار بر روی هر شبکه آبرسانی جهت یافتن جواب (طرح) بهینه اجرا شده اند. با اجرا شدن این برنامه های رایانه ای بر روی چهار شبکه آبرسانی (سه شبکه آبرسانی استاندارد و یک شبکه آبرسانی ارائه شده توسط مولف) توانمندی خود را در یافتن جواب بهینه را به نمایش گذاشتند. برای نمونه یکی از برنامه های رایانه ای توانست از 100 بار اجرا بر روی یکی از شبکه های آبرسانی 94 بار به جواب بهینه دست یابد. این برنامه های رایانه ای نیز قادر هستند جواب بهینه ارائه شده توسط سایر محققین برای سه شبکه آبرسانی استاندارد که از روش های بهینه یابی غیر از روش بهینه یابی ga و یا بدون استفاده از برنامه شبیه ساز هیدرولیکی و کیفی شبکه های آبرسانی (epanet v.2) استفاده کرده بودند، را با ارزیابی تعداد شبکه آبرسانی کمتر و در یک زمان محدودتر تکرار نمایند.