Hibrit HS-Solver optimizasyon yaklaşımı kullanılarak ek klorlama istasyonlarının optimum tasarımı

Bu çalışmada, su dağıtım şebekelerindeki ek klorlama istasyonlarının optimum tasarımı amacıyla bir hibrit simülasyon-optimizasyon yaklaşımı geliştirilmiştir. Geliştirilen yaklaşımda, talep noktalarındaki bakiye klor konsantrasyonları tepki matrisi yaklaşımı ile belirlenmiştir. Oluşturulan tepki matrisi ardından hibrit HS-Solver optimizasyon yaklaşımının kullanıldığı bir optimizasyon modeline entegre edilmiştir. HS-Solver, armoni araştırması ile elektronik tablolama programlarında kullanılan Solver eklentisinin sırasıyla global ve lokal optimizasyon aracı olarak kullanıldığı yeni önerilmiş bir optimizasyon yaklaşımıdır. Geliştirilen yaklaşımda HS-Solver’ın amacı bakiye klor konsantrasyonlarını arzu edilen limitlerde tutacak şekilde ek klorlama istasyon sisteminin optimum tasarımını yapmaktır. Geliştirilen yaklaşımın uygulanabilirliği gerçek bir su dağıtım şebekesi üzerinde test edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, geliştirilen HS-Solver tabanlı çözüm yaklaşımı ile literatürde verilenlerle uyumlu veya daha iyi sonuçlar elde edilebildiğini göstermiştir.

Optimum design of the booster chlorination systems by using hybrid HS-Solver optimization approach

A hybrid simulation-optimization approach is developed in this study for optimally designing the booster chlorination systems in water distribution networks. In the developed approach, chlorine residuals in the demand locations are determined by using the response matrix (RM) approach. The generated RM is then integrated to an optimization model where a hybrid HS–Solver optimization approach is used. HS-Solver is a recently proposed hybrid approach which integrates the harmony search (HS) algorithm and a spreadsheet Solver as the global and local optimizers, respectively. The objective of the HS-Solver in the developed approach is for optimally designing the booster stations by maintaining the chlorine residuals within desired limits. The applicability of the developed approach is tested on a real water distribution network. Identified results indicate that the developed HS-Solver based solution approach determined similar or better results than those obtained by using the different solution approaches in literature.

___

  • Propato M, Uber JG. “Linear least-squares formulation for operation of booster disinfection systems”. Journal of Water Resources Planning and Management, 130(1), 53-62, 2004.
  • Munavalli GR, Mohan Kumar MS. “Optimal scheduling of multiple chlorine sources in water distribution systems”. Journal of Water Resources Planning and Management, 129(6), 493-504, 2003.
  • Prasad TD, Walters GA, Savic DA. “Booster disinfection of water supply networks: Multiobjective approach”. Journal of Water Resources Planning and Management, 130(5), 367-376, 2004.
  • Bocelli DL, Tryby ME, Uber JG, Rossman LA, Zierolf ML, Polycarpou MM. “Optimal scheduling of booster disinfection in water distribution systems”. Journal of Water Resources Planning and Management, 124(2), 99-111, 1998.
  • Tryby ME, Bocelli DL, Uber JG, Rossman LA. “Facility location model for booster disinfection of water supply networks”. Journal of Water Resources Planning and Management, 128(5), 322-333, 2002.
  • Propato M, Uber JG. “Booster system design using mixed-integer quadratic programming”. Journal of Water Resources Planning and Management, 130(4), 348-352, 2004.
  • Ostfeld A, Salomons E. “Conjunctive optimal scheduling of pumping and booster chlorine injections in water distribution systems”. Engineering Optimization, 38(3), 337-352, 2006.
  • Ozdemir ON, Ucaner ME. “Success of booster chlorination for water supply networks with genetic algorithms”. Journal of Hydraulic Research, 43(3), 267-275, 2005.
  • Chu CW, Lin MD, Tsai KT. “Optimal scheduling of booster chlorination with immune algorithm”. 3rd International Conference on Convergence and Hybrid Information Technology (ICCIT’08), Busan, South Korea, 11-13 November 2008.
  • Wang H, Guo W. “Ant colony optimization for booster chlorination stations of water distribution systems”. Proceedings of the 2010 International Conference on Computer Application and System Modeling (ICCASM), Taiyuan, China, 22-24 October 2010.
  • Wang H, Guo W, Xu J, Gu H. “A hybrid PSO for optimizing locations of booster chlorination stations in water distribution systems”. Proceedings of the 2010 International Conference on Intelligent Computation Technology and Automation (ICICTA), Changsha, China, 11-12 May 2010.
  • Gokce S, Ayvaz MT. “Application of harmony search algorithm for solving the booster station optimization problems in water distribution networks”. Proceedings of the International Civil Engineering & Architecture Symposium for Academicians (ICESA2014), Side, Turkey, 17-20 May 2014.
  • Gokce S, Ayvaz MT. “A simulation-optimization model for optimal estimation of the numbers, locations and chlorine injection rates of the booster stations in water distribution networks”. 11th International Conference on Hydroinformatics (HIC2014), New York, USA, 17-21 August 2014.
  • Ayvaz MT, Kayhan AH, Ceylan H, Gurarslan G. “Hybridizing harmony search algorithm with a spreadsheet solver for solving continuous engineering optimization problems”. Engineering Optimization, 41(12), 1119-1144, 2009.
  • Shannon MW. Evolutionary Algorithms With Local Search for Combinatorial Optimization. PhD Thesis, University of California, San Diego, USA, 1998.
  • Ayvaz MT, Kentel E. “Identification of the best booster station network for a water distribution system”. Journal of Water Resources Planning and Management, 141(5), 1-10, 2015.
  • Rossman LA. “EPANET 2 User’s Manual”. U.S. Environmental Protection Agency, EPA/600/R-00/057, 2000.
  • Ayvaz MT, Elçi A. “A groundwater management tool for solving the pumping cost minimization problem for the Tahtali watershed (Izmir-Turkey) using hybrid HS-Solver optimization algorithm”. Journal of Hydrology, 478, 63-76, 2013.
  • Ayvaz MT, Elçi A. Application of Hybrid HS-Solver Algorithm to the Solution of Groundwater Management Problems. Editors: Yang XS, Hossein Alavi A, Gandomi AH, Talatahari S. Metaheuristics in Water, Geotechnical and Transport Engineering, 79-97, New York, USA, Elsevier, 2013.
  • Geem ZW, Kim JH, Loganathan GV. “A new heuristic optimization algorithm: Harmony search”. Simulation, 76(2), 60-68, 2001.
  • Geem ZW. “Novel derivative of harmony search algorithm for discrete design variables”. Applied Mathematics and Computation, 199(1), 223-230, 2008.
  • Frontline Systems. “Premium Solver’s Web Site”. http://www.solver.com/premium-solver-platform#tab2 (03.02.2017).
  • Gökce S. Determination of the Booster Chlorination Plans in Water Distribution Networks Using Simulation Optimization Models. MSc Thesis, Pamukkale University, Denizli, Turkey (In Turkish), 2014.
Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi-Cover
  • ISSN: 1300-7009
  • Başlangıç: 1995
  • Yayıncı: PAMUKKALE ÜNİVERSİTESİ
Sayıdaki Diğer Makaleler

Yapıların plastik enerji dengesine göre sismik tasarımı

Onur MERTER, Taner UÇAR

Klinoptilolit ile hazırlanan bitümlü karışımların Marshall karışım tasarımının değerlendirilmesi

İsmail Çağrı GÖRKEM

Yüksek fırın cürufunun geoteknik özellikleri ve taşıma kapasitesi performansının incelenmesi

İnci DEVELİOĞLU, Hasan Fırat PULAT

Terzili-Yerköy-Yozgat Cu yatağı ve çevresinde yetişen Euphorbia cyparissias bitkisinin biyojeokimyasal olarak incelenmesi, Türkiye

Güllü KIRAT

Tekstil endüstrisinde bütünleşik membran sistemi ile su geri kazanımı ve hibrit ileri oksidasyon/membran filtrasyonu ile konsantrelerin arıtımı ve yönetimi

Berna KIRIL MERT, Esra C. DOĞAN, Esin BALCI, Yasemin M. TİLKİ, Şeyda AKSU, Ayşegül Y. GÖREN, Coşkun AYDINER

Dünya ve Türkiye’de gemilerden kaynaklanan deniz kirliliği ve atık kabul tesisleri: Genel perspektif, yönetim ve öneriler

Neslihan DOĞAN-SAĞLAMTİMUR, Emre SUBAŞI

Sandıklı havzası (Afyonkarahisar-Türkiye) içme sularında doğal radyoaktivite ve duraylı izotop özelliklerinin belirlenmesi

Fatma AKSEVER, Ayşen DAVRAZ, Remzi KARAGÜZEL

Kapak altı batmış akım mansabında meydana gelen oyulmaların sayısal simülasyonu

Mehmet Cihan AYDIN, Çimen KARADUMAN

Demiryolu dolgularının taşkın anındaki güvenliğinin değerlendirilmesi

Melih ÇALAMAK

Çelik fiber ilaveli etriyesiz betonarme kirişlerin eğilme etkisi altındaki davranışlarının doğrusal olayan sonlu elemanlar analizi ile belirlenmesi

Sena TAYFUR, Selçuk SAATÇİ, Ninel ALVER