Ivóvízhálózatok szivárgás-csökkentő topológia optimalizációja, szivárgási paraméter kalibrációja
Ivóvízhálózatok szivárgás-csökkentő topológia optimalizációja, szivárgási paraméter kalibrációja
Szabó Marcell, BSc III. évfolyam
e-mail: marci.szabo75@gmail.com
Konzulens: Huzsvár Tamás, BME Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék
e-mail: huzsvar.tamas@gmail.com
A dolgozat tárgya az ivóvízhálózatok vízszivárgásának csökkentése topológia optimalizációval. Abból fakadóan, hogy földünk népessége egyre növekszik, várhatóan a 21-22. század egyik legritkább és legértékesebb természeti kincse az ivóvíz lesz. A Föld népességét a jövőben csak korszerű és gazdaságosan üzemelő hálózatokkal fogjuk tudni ellátni. A jelenlegi helyzetet tekintve azonban ivóvízhálózataink nem ilyenek, majdnem minden régióban találhatóak olyan hálózatok ahol a kitermelt víz jelentős hányada a talajba visszaszivárog és szennyeződik, ahelyett, hogy a fogyasztók igényeit szolgálná ki. Ennek számos oka van, többek között az urbanizáció miatt az egykor korszerű és jól működő hálózatok darabos fejlesztése és újabb területek hozzácsatolása, amelynek következtében napjaink hálózataiban megtalálhatóak mind a legújabb technológiát képviselő polimer csövek, mind pedig az elmúlt százötven év során fektetett gömbgrafitos öntöttvas vezetékek. Az így kialakult összetett, bonyolult struktúrák folyamatos állapotelemzése szinte lehetetlen feladat, lévén egy közepes méretű város is már több száz kilóméternyi csővezetékkel rendelkezik, ennek okán pedig szinte minden hálózaton találhatóak kisebb vagy nagyobb folyamatos szivárgások.
Munkánk során azt vizsgáljuk, hogy milyen strukturális módosítás végrehajtásával tudjuk e folyamatos veszteséget minimalizálni. Mivel a legtöbb szivárgási forma a nyomás függvénye, a topológia optimalizáció eszközét a nyomáscsökkentő szelepek hálózatba helyezése jelenti. Az optimalizáció pedig ezen szelepek optimális bekötési helyének, beállításának és számának meghatározására irányul.
Ahhoz, hogy e cél elérhetővé váljék, először a vizsgált ivóvízhálózatok szivárgáselemzése került elvégzésre, amely önmagában is egy optimalizációs folyamat, lévén ilyen esetben a hálózatra jellemző szivárgási konstans meghatározására volt szükség. Magát a szivárgáscsökkentést először egy genetikus algoritmussal való kiosztással teszteltük, míg a szivárgási konstans kalibráció a Nelder-Mead technika alkalmazásával történt. Ezt követően egy direkt módszer kidolgozásával csökkentettük le a módszer futásidejét és terjeszettük ki a vizsgálható hálózatok méretét. A vizsgálatot több valódi ivóvízhálózaton folytattuk le, különböző maximális tolózárszám mellett.
Irodalom:
1. Somos Éva: A csőbe zárt ivóvíz… (vagy mégsem?). Magyar Tudomány, 2011/12.
2. Araujo L. S. et. al.: Pressure Control for Leakage Minimisation in Water Distribution Systems Management, Water Resources Management (2006) 20: 133–149
3. Dini Mehdi & Asadi Asghar: Pressure Management of Large-Scale Water Distribution Network Using Optimal Location and Valve Setting, Water Resources Management (2019) 33:4701-4713
