Rehabilitation of irrigation pressurised pipe systems using optimisation techniques

• Autorzy: Cisty M.

Warianty tytułu

PL

Modernizacja systemu nawodnień ciśnieniowych przy zastosowaniu technik optymalizacyjnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Irrigation systems pipe networks are often branched and possible approach to increase their hydraulic capacity (while keeping capital investment at minimum) is to convert branched systems to looped. However, optimal design of looped hydraulic pipe networks belongs to the class of large combinatorial optimisation problems, which are difficult to handle using conventional operations research techniques. In this study a classical optimisation methodology was applied, linear programming (LP), and the genetic algorithm (GA) to network rehabilitation. The LP method was first used for changing some diameters on the existing pipe network so it could satisfy the increased demand conditions with an unchanged topology (network remains branched). Such a solution was compared with a solution obtained using the GA, with a good agreement of results. When the GA was used to design the looped version of the network rehabilitation, the full advantage of this approach was achieved. Economical comparison of branched and looped options shows that the looped option is for studied irrigation system about 17 % cheaper.

PL

Systemy nawodnień ciśnieniowych działają zazwyczaj w schemacie tzw. "gałęziowej sieci" przewodów rozprowadzających wodę. Istnieje możliwość zwiększenia wydajności hydraulicznej systemu poprzez przebudowę sieci gałęziowej w tzw. sieć w postaci pętli z pozostawieniem istniejących średnic przewodów. Dobór optymalnych rozwiązań systemu pracującego w pętli nie może być oparty o konwencjonalne metody obliczeń. Niezbędne jest tu zastosowanie metod z klasy dużych problemów optymalizacji kombinatoryjnej. Do obliczeń hydraulicznych przebudowy istniejącego systemu nawodnień ciśnieniowych zastosowano klasyczne metody optymalizacyjne, a mianowicie: metodę programowania liniowego (LP) oraz metodę algorytmu genetycznego (GA). W pierwszej fazie obliczeń obie metody zastosowano do wymiarowania przewodów sieci "gałęziowej". Uzyskane wyniki wykazały na konieczność zwiększenia średnic przewodów do zaspokojenia wzrastającego zapotrzebowania na wodę. Obie metody dały podobne rezultaty. W drugiej fazie przeprowadzono obliczenia dla sieci w układzie "pętla". Tutaj widocznie uwidoczniły się zalety metodą algorytmu genetycznego (GP) umożliwiając przyjęcie optymalnych rozwiązań rekonstrukcji sieci nawadniającej. Porównanie kosztów przebudowy systemu nawadniającego z pozostawieniem sieci nawadniającej w postaci gałęziowej lub tej zamiany na sieć w postaci pętli wykazało, że to drugie rozwiązanie dla rozpatrywanego przypadku, jest o 17% tańsze.

Słowa kluczowe

EN

sprinkler irrigation system; rehabilitation; optimisation; genetic algorithms

PL

system nawodnień deszczownianych; przebudowa; optymalizacja; algorytmy genetyczne

• Wydawca: Wydawnictwo ITP
• Czasopismo: Journal of Water and Land Development
• Rocznik: 2002
• Tom: no. 6
• Strony: 117--128
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Cisty M.

• Slovak University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Department of Land and Water Resources Management Radlinskeho 11, 813 68 Bratislava, Slovak Republic

Bibliografia

• 1. Alperovits E., Shamir U., 1977. Design of optimal water distribution systems. Water Resources Research, AGU vol. 13 no. 6: 885-900.
• 2. Čistý M., Savič D.A., Walters G.A., 1999. Rehabilitation of pressurised pipe networks using genetic algorithms. In: Water for agriculture in the next Millenium. Eds. W.A. Price et al. 17th Congr. Irrig. Drainage, Granada, Intern. Commission on Irrigation and Drainage: 13-27.
• 3. Goldberg D.E., 1989. Genetic algorithms in search, optimisation and machine learning. New York, Addison-Wesley.
• 4. Quindry G.E., Brill E.D., Liebman J.C., 1981. Optimisation of looped water distribution systems. Journal of Environmental Engineering, ASCE, vol. 107 no. EE4: 665-679.
• 5. Savič D.A., Walters G.A., 1997. Genetic algorithms the least-cost design of water distribution networks. J. Water Resources Planning and Management vol. 123 no. 2: 67-77.
• 6. Shamir U., 1979. Optimisation in water distribution systems engineering. Mathematical Programming no. 11: 65-75.
• 7. Simpson A.R., Dandy G.C., Murphy L.J., 1994. Genetic algorithms compared to other techniques for pipe optimisation. J. Water Resources Planning and Management ASCE 120 (4).
• 8. Woodburn J., Lansey K., Mays L.W., 1987. Model for the optimal rehabilitation and replacement of water distribution system components. Proc. Nat. Conf. Hydraulic Eng., ASCE: 606-611.
• 9. Zdražil K., 1965. Research of the computation and graphical methods of designing the irrigation pipe networks. VUZH Bratislava. In Czech.