ارزیابی شبکه های توزیع آب با استفاده از روش آنتروپی اطلاعات برپایه عدم قطعیت های مکانیکی و هیدرولیکی

پایان نامه ارزیابی شبکه های توزیع آب با استفاده از روش آنتروپی اطلاعات بر پایه عدم قطعیت های مکانیکی و هیدرولیکی
نوع فایل: Word و قابل ویرایش
تعداد صفحات : 178 صفحه

چکیده
یکی از ابزارهای مناسب برای شناخت وضعیت شبکه های توزیع آب به عنوان یکی از سیستم های شریان حیاتی، شاخص قابلیت اعتماد است. یک دسته روش‌ دیگر که به علت وجود پارامترهای زیاد سیستم‌های شریان حیاتی مناسب تر است، استفاده از مفهوم تئوری آنتروپی اطلاعات شانون و تعیین شاخص درجه افزونگی شبکه است. درکارهای انجام شده بر روی درجه افزونگی شبکه های توزیع آب معمولاً اثر همزمان پارامترهای هیدرولیکی و مکانیکی لحاظ نمی شود. به همین منظور در این مطالعه یک معیار اصلاح شده بر اساس مفهوم آنتروپی اطلاعات برای ارزیابی سطح خدمت رسانی شبکه های توزیع آب ارائه شده است. به طوری که در این رابطه به طور همزمان اثر عدم قطعیت های هیدرولیکی (مانند میزان جریان در لوله ها) و عدم قطعیت های مکانیکی (مانند احتمال گسیختگی خطوط جریان) لحاظ شده باشد.
برای این منظور، پس از بررسی تأثیر انواع روش های وزن‌دار نمودن تابع آنتروپی بر روی نوع رفتار تابع، ضریبی به صورت نسبت نیاز گره مصرف به نرخ جریان تمام لینک های شبکه تعریف شده است. با وزن‌دار نمودن مناسب تابع آنتروپی هیدرولیکی موجود در ادبیات فنی، تأثیر توالی و نحوه اتصال گره های مصرف به گره‌های چشمه در رابطه پیشنهادی دیده شده است. صحت رفتار تابع پیشنهادی به کمک مثال‌هایی با پیکره‌بندی‌های متفاوت، مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای لحاظ نمودن اثر احتمال عدم خدمت‌رسانی لینک ها نیز از مفهوم آنتروپی شرطی استفاده شده است. بدین صورت که یک تابع جریمه بر اساس احتمال گسیختگی هر یک از لینک ها تحت یک سناریوی خطر مشخص تعریف می‌شود و این تابع جریمه به صورت مناسب در تابع آنتروپی هیدرولیکی اعمال می‌گردد. در این حالت نیز با در نظر گرفتن حالات حدی مختلف و مقایسه نتایج حاصل از آن با نتایج مورد انتظار، صحت رفتار تابع آنتروپی پیشنهادی بررسی شده است.
به کمک رابطه آنتروپی پیشنهادی نحوه عملکرد تعدادی شبکه توزیع آب نمونه، از شبکه های ساده درختی تا شبکه‌های حلقه ای پیچیده، بررسی شده است تا صحت نتایج حاصل از رابطه پیشنهادی در ارزیابی عملکرد کلی شبکه‌ها نیز مورد بررسی قرار گرفته باشد. در ادامه، نتایج حاصل از رابطه آنتروپی پیشنهادی با نتایج حاصل از روابط کلاسیک محاسبه قابلیت اعتماد شبکه های توزیع آب برای تعدادی شبکه با گره‌های مصرف و چشمه یکسان ولی پیکره‌بندی‌های مختلف مقایسه گردیده و کارایی شاخص پیشنهادی هم جهت دستیابی به پیکره بندی بهینه هیدرولیکی برای یک شبکه آب جدید و هم انتخاب بهترین برنامه ریزی برای کاهش خسارت در یک شبکه موجود در برابر خطرات مختلف طبیعی یا ساخته دست انسان، نشان داده شده است. به عنوان یک مثال واقعی رفتار شبکه توزیع آب شهر کوبه نیز بر اساس رابطه پیشنهادی مورد ارزیابی قرار گرفته است. از مهمترین مزایای روش پیشنهادی می توان به سادگی بسیار بیشتر این روش نسبت به سایر روش های موجود برای تعیین قابلیت اعتماد شبکه‌ها و تعیین بهترین پیکره‌بندی اشاره نمود. این در حالی است که در این روش پیشنهادی به طور همزمان عدم قطعیت های هیدرولیکی و مکانیکی نیز لحاظ شده است.
از آنجا که پارامترهای مشخصه شبکه مانند میزان نیاز گره های مصرف یا میزان احتمال عدم خدمت رسانی لینک ها و غیره، خود نیز دارای عدم قطعیت می باشند، در بخش پایانی پایان‌نامه به کمک ریاضیات فازی و مفهوم فازی- آنتروپی به بررسی میزان حساسیت نتایج حاصل به این‌گونه عدم قطعیت ها پرداخته شده است. در این بخش نشان داده شده است که وجود عدم قطعیت در برخی پارامترها، همچون میزان نیاز برخی گره های مصرف، می تواند تأثیر قابل توجهی بر روی میزان اطمینان به نتایج حاصل داشته باشد در حالی که وجود عدم قطعیت در برخی پارامترهای دیگر تأثیر زیادی روی تغییرات نتایج ندارد. در نتیجه به کمک این روش می توان پارامترهای حساس بر روی عملکرد شبکه را نیز شناسایی نمود.
واژگان کلیدی: توزیع آب، روش آنتروپی

فهرست مطالب
فهرست مطالب ‌ب
فهرست اشکال ‌د
فهرست جداول ‌ط
۱- مقدمه 1
۱-۱- زمینه تحقیق 3
۱-۲- بیان مسئله 4
۱-۳- لزوم انجام تحقیق 6
۱-۳-۱- چالشهای پیش رو 7
۱-۳-۲- راهکارها و اهداف 8
۱-۳-۳- مراحل تحقیق حاضر 9
۲- مبانی نظری تحلیل قابلیت اعتماد شبکهها 10
۲-۱- مقدمه 11
۲-۲- تئوری قابلیت اعتماد 11
۲-۳- تحلیل قابلیت اعتماد سیستم‌ها 16
۲-۴- مروری بر کارهای انجام گرفته بر روی تحلیل قابلیت اعتماد سیستم‌ها 21
۲-۵- مروری بر کارهای انجام شده بر روی قابلیت اعتماد امکانی 22
۲-۶- مروری بر کارهای انجام شده درباره قابلیت اعتماد شریان‌های حیاتی 26
۲-۷- مطالعات انجام شده در زمینه قابلیت اطمینان شبکه توزیع آب 29
۳- مفهوم آنتروپی و درجه افزونگی 39
۳-۱- مقدمه 40
۳-۲- آنتروپی اطلاعات برای شبکه‌های توزیع آب 40
۳-۳- شاخص نامعینی مکانیکی برای سیستم‌های شریان حیاتی 44
۳-۴- آنتروپی هیدرولیکی برای سیستم‌های شریان حیاتی 58
۳-۵- بحث پیرامون تابع آنتروپی پیشنهادی توسطT&T 65
۴- تابع آنتروپی پیشنهادی با در نظر گرفتن عدم قطعیت‌های هیدرولیکی و مکانیکی 70
۴-۱- مقدمه 71
۴-۲- وارد نمودن تأثیر پیکره‌بندی و ترتیب ارتباطات گره‌های نیاز در ارزیابی خدمت‌پذیری شبکه 71
۴-۳- در نظر گرفتن احتمال عدم خدمت‌رسانی لینک‌ها در ارزیابی خدمت‌پذیری شبکه 74
۴-۴- بررسی رفتار تابع آنتروپی پیشنهادی در شبکه‌های موازی و شبکه‌های سری 76
۴-۵- کاربرد تابع آنتروپی پیشنهادی برای شبکه حلقوی 85
۴-۶- تحلیل حساسیت نتایج آنتروپی شبکه 94
۴-۷- بررسی عملکرد یک شبکه با دو حلقه بر اساس تابع آنتروپی پیشنهادی 98
۴-۸- بررسی تأثیر شکل حلقه‌ها در عملکرد یک شبکه دو حلقه‌ای بر اساس تابع آنتروپی پیشنهادی 110
۴-۹- بررسی رابطه بین تابع آنتروپی پیشنهادی و قابلیت اعتماد شبکه توزیع آب 119
۴-۱۰- ارزیابی خدمت‌رسانی شبکه توزیع آب شهر کوبه به کمک رابطه آنتروپی پیشنهادی 124
۵- محاسبه آنتروپی شبکه بر اساس متغیرهای فازی 130
۵-۱- مقدمه 131
۵-۲- مجموعه‌های فازی جهت مدلسازی عدم قطعیت‌های امکانی 132
۵-۳- بررسی تأثیر تغییرات قطر لوله بر روی خواص هیدرولیکی شبکه توزیع آب 137
۵-۴- مدل‌سازی تغییرات قطر لوله به صورت فازی و محاسبه آنتروپی شبکه 142
۵-۵- مدل‌سازی تغییرات نیاز گره‌های مصرف به صورت فازی و محاسبه آنتروپی شبکه 144
۵-۶- مدل‌سازی احتمال عدم خدمت‌رسانی لوله‌ها به صورت فازی و محاسبه آنتروپی شبکه 146
۶- نتایج و پیشنهادات 149
۶-۱- نتایج 150
۶-۲- پیشنهادات 153