پژوهشگران دانشگاه علم و صنعت ایران با همکاری دانشگاه شهید بهشتی، روشی محاسباتی مبتنی بر یک الگوریتم هوشمند ارائه کردهاند که میتواند محل و میزان نشت در شبکههای توزیع آب را با دقت بالا شناسایی کند و به کاهش هدررفت آب و هزینههای نگهداری شبکه کمک کند.
به گزارش سیناپرس، در تحقیق جدیدی که توسط محققان ایرانی انجام شده است، شیوهای نو برای بررسی نشت در شبکههای توزیع آب ارزیابی شده است؛ مسئلهای مهم که با کارایی سامانههای آبرسانی، کاهش اتلاف آب و نگهداری بهتر زیرساختهای شهری ارتباط دارد.
شبکههای توزیع آب از مهمترین زیرساختهای شهری به شمار میآیند، زیرا آب را باید با فشار مناسب و کیفیت قابل قبول به مصرفکنندگان برسانند. با این حال، بسیاری از این شبکهها بهویژه در شهرها، با مشکل فرسودگی، خوردگی، کیفیت پایین برخی مصالح و کمبود تعمیر و نگهداری منظم روبهرو هستند. نتیجه این وضعیت، هدررفت آب در بخشهای مختلف شبکه است؛ هدررفتی که بخش بزرگی از آن به نشت مربوط میشود.
نشت فقط به معنای از دست رفتن آب نیست، بلکه میتواند فشار شبکه را کاهش دهد، مصرف انرژی را بالا ببرد و حتی احتمال ورود آلودگی به آب را افزایش دهد. به همین دلیل، شناسایی بهموقع نشت و رفع آن، یکی از مهمترین چالشهای شرکتهای خدمات آبرسانی در بسیاری از کشورهاست.
ضرورت پژوهش در این زمینه زمانی بیشتر روشن میشود که بدانیم میزان نشت در شبکههای توزیع آب در نقاط مختلف جهان بسیار متفاوت است. در برخی کشورها این میزان نسبتاً پایین گزارش شده، اما در برخی کشورهای در حال توسعه حتی میتواند به بیش از نیمی از آب ورودی به شبکه برسد. در سالهای گذشته، روشهای گوناگونی برای یافتن نشت به کار گرفته شده است.
برخی از این روشها فیزیکی هستند، مانند ابزارهای شنیداری، دستگاههای صوتی، گاز ردیاب یا ترموگرافی. هرچند این شیوهها در مواردی دقت مناسبی دارند، اما معمولاً به تجهیزات پیشرفته، نیروی متخصص، زمان و هزینه زیاد نیاز دارند. به همین دلیل، توجه پژوهشگران به روشهای غیرفیزیکی و محاسباتی بیشتر شده است؛ روشهایی که با مقایسه دادههای واقعی شبکه و نتایج شبیهسازی، میتوانند محل نشت را با سرعت و هزینه کمتر تخمین بزنند.
در همین چارچوب، مریم نصیری دهج، محقق گروه آب و سازههای هیدرولیکی دانشکده عمران دانشگاه علم و صنعت، به همراه یک همکار دانشگاهی و با همراهی دانشگاه شهید بهشتی، پژوهشی درباره شناسایی محل و میزان نشت در شبکههای توزیع آب انجام دادهاند. این پژوهش بر بررسی یک روش محاسباتی برای پیدا کردن محل نشت و برآورد مقدار آن در شبکههای آبرسانی متمرکز بوده است؛ روشی که تلاش میکند بدون نیاز به جستوجوی گسترده میدانی، از روی دادههای شبکه به پاسخ دقیق برسد.
در این مطالعه، پژوهشگران از یک روش «واسنجی-بهینهیابی» استفاده کردند. منظور از واسنجی این است که مدل رایانهای شبکه با دادههای واقعی تنظیم شود تا رفتار آن هرچه بیشتر به شرایط واقعی نزدیک شود. سپس با کمک یک الگوریتم فراابتکاری جدید به نام SMA، دادههای شبیهسازیشده با دادههای اندازهگیریشده میدانی مقایسه شد.
الگوریتم فراابتکاری را میتوان نوعی روش هوشمند جستوجو دانست که در میان حالتهای مختلف، بهترین پاسخ ممکن را پیدا میکند. در این پژوهش، روش پیشنهادی در ۱۵ سناریوی مختلفِ وجود یک نشت در سه شبکه توزیع آب اجرا شد. در همه این سناریوها، محل و مقدار نشت به صورت خودکار تعیین شد. همچنین سناریوها به شکل تصادفی تعریف شدند تا توان روش در شرایط گوناگون سنجیده شود.
نتایج پژوهش نشان دادند که این روش میتواند محل و مقدار نشت را با دقت بالا تخمین بزند. به گفته پژوهشگران، عملکرد این روش به ابعاد و ویژگیهای شبکه وابسته نبود و همچنین مقدار نشت یا محل آن نیز مانع کارایی روش نشد. این موضوع از آن جهت مهم است که شبکههای توزیع آب در شهرهای مختلف، اندازهها و ساختارهای متفاوتی دارند و یک روش کاربردی باید در شرایط گوناگون قابل استفاده باشد.
یافتهها همچنین نشان دادند که الگوریتم مورد استفاده در شبکههای بررسیشده با سرعت مناسبی به پاسخ رسیده است. به طور میانگین، این الگوریتم در کمتر از ۹۰ تکرار به همگرایی رسید؛ یعنی به مرحلهای که پاسخ نهایی با دقت مناسب مشخص شد. در توضیح ساده، همگرایی به این معناست که الگوریتم پس از چند بار آزمون و اصلاح، به یک جواب پایدار و قابل اعتماد میرسد. بر پایه نتایج این تحقیق، پژوهشگران تأکید کردهاند که با استفاده از این الگوریتم میتوان نشت موجود در شبکههای آب را با دقت بسیار بالا پیدا کرد.
طبق اطلاعات تکمیلی ارائهشده در این تحقیق، اندازه و پیچیدگی شبکه میتواند بر زمان رسیدن به پاسخ اثر بگذارد، اما در هر حال، روش توانسته نشت را با دقت مناسب تشخیص دهد.
نکته قابل توجه دیگر آن است که هرچه محل نشت از ورودی شبکه دورتر بوده، تشخیص آن برای الگوریتم سادهتر شده است، زیرا در چنین شرایطی افتهای ناشی از طول مسیر بیشتر میشود و نشانههای نشت در دادهها واضحتر دیده میشود.
به نقل از ایسنا، در مجموع، اهمیت این یافتهها در آن است که اگر شرکتهای آب و فاضلاب بتوانند نشتهای پنهان را سریعتر و دقیقتر شناسایی کنند، هم از هدررفت آب جلوگیری میشود، هم هزینههای بهرهبرداری و تعمیرات کاهش مییابد و هم کیفیت خدمترسانی به مشترکان بهتر حفظ میشود. به بیان ساده، چنین روشهایی میتوانند به تصمیمگیری سریعتر برای تعمیر شبکه و مدیریت بهتر منابع آب کمک کنند.
این یافتههای علمی در «فصلنامه علوم و مهندسی آب و فاضلاب» منتشر شده است؛ نشریهای وابسته به انجمن آب و فاضلاب ایران که در حوزه موضوعات علمی و پژوهشی مرتبط با آب، فاضلاب و زیرساختهای وابسته فعالیت میکند.