تدوین الگوی بهینه تزریق کلر در شبکه توزیع آب با استفاده از الگوریتم های فرا ابتکاری

کنترل غلظت کلر باقیمانده در بازه مطلوب در سراسر شبکه های توزیع آب، می تواند باعث تخریب پاتوژن های بالقوه مضر بدون ایجاد اثرات ضد سلامت انسان و محصولات جانبی سمی کلر شود. بنابراین، برنامه ریزی بهینه ایستگاه های تزریق کلر در این شبکه ها برای اطمینان از تامین آب سالم با کمترین مقدار کلر مصرفی، اهمیت حیاتی دارد. هدف از این پژوهش، توسعه یک مدل بهینه سازی چند هدفه به منظور کاهش نرخ تزریق کلر هم زمان با کاهش احتمال نقض کلر در گره ها در شبکه های توزیع آب بود که در بستر نرم افزاری MATLAB-EPANET اجرا شد. به منظور به دست آوردن جبهه پارتوی موردنظر در یک شبکه واقعی (Brushy Plains)، الگوریتم های گروه میگوهای چند هدفه و بهینه سازی ازدحام ذرات چند هدفه به عنوان بهینه سازها به کار گرفته شدند. جبهه پارتوهای به دست آمده نشان دادند که در اغلب موارد، با افزایش نرخ تزریق کلر مقدار تابع احتمال نقض کلر در گره ها کاهش می یابد. در این پژوهش، به منظور اطمینان از تامین آب سالم، پاسخ دارای کمترین مقدار احتمال نقض کلر در گره ها در هر جبهه پارتو به عنوان پاسخ بهینه انتخاب شد. اگرچه پارتوی حاصل از بهینه سازی ازدحام ذرات چند هدفه، تنوع پاسخ بیشتری نسبت به پارتوی حاصل از الگوریتم گروه میگوهای چند هدفه دارد، پاسخ بهینه انتخاب شده در پارتوی الگوریتم گروه میگوهای چند هدفه دارای مقدار نرخ تزریق کلر کمتری نسبت به پاسخ بهینه انتخاب شده در پارتوی بهینه سازی ازدحام ذرات چند هدفه با مقدار یکسان احتمال نقض کلر در گره ها است. تحلیل نیم رخ های غلظت کلر باقیمانده متناظر با پاسخ بهینه الگوریتم گروه میگوهای چند هدفه در یک دوره نظارت ۲۴ ساعته نشان داد که غلظت کلر در اغلب گره های شبکه Brushy Plains در بازه مطلوب ۲/۰ تا ۸/۰ میلی گرم در لیتر قرار دارد و غلظت کلر در ۱۰۰ درصد گره های این شبکه در بازه ۲/۰ تا ۶/۱ میلی گرم در لیتر قرار دارد. همچنین نتایج این پژوهش نشان داد که پاسخ بهینه الگوریتم گروه میگوهای چند هدفه نسبت به نتایج پژوهش های قبلی، نرخ تزریق کلر کمتری دارد. به طور کلی، علاوه بر مزایای اقتصادی، به حداقل رساندن میزان تزریق کلر و احتمال نقض کلر در گره ها به طور هم زمان در سیستم های توزیع آب، اثرات نامطلوب بهداشتی محصولات جانبی کلر را نیز کاهش می دهد.