Mahmut FIRAT, Önder Halis BETTEMİR, Özgür ÖZDEMİR

İçme suyu şebeke arızalarına müdahale için karar destek sisteminin geliştirilmesi Development of a decision support system for the maintenance of water distribution network

İçme suyu şebekelerinde meydana gelen arızalara müdahale edilmesiönemli bir karar alma problemidir. Şebeke arızalarına hiçbeklenmeyecek bir şekilde müdahale edilmesi amaçlanırsa çok sayıdaekibin istihdam edilmesi gerekir. Ekip sayısının düşük tutulmasıdurumunda ise arızalara müdahale süresi çok uzayacak ve arızalarınyol açtığı işletme maliyeti önemli boyutlara ulaşacaktır. Arıza sıklığınınmevsimsel değişim göstermesi problemin çözümünü daha dazorlaştırmaktadır. Bu çalışmada içme suyu dağıtım sistemlerindekiarızalara müdahale probleminin çözümü için Diferansiyel GelişimAlgoritması ile en iyileme yapan bir karar destek sistemi önerilmiştir.Bunun için Malatya Su ve Kanalizasyon İdaresi (MASKİ) hizmetalanında bulunan su dağıtım sistemine ait geçmişte gözlenmiş arızakayıtlarından yararlanılmıştır. Geçmiş yıllarda gerçekleşen arızasayılarından yola çıkarak gelecek yıllarda gerçekleşmesi beklenen arızasayıları regresyon ile tahmin edilmiştir. Şebekenin gelecekteki durumumodellenip arıza sayıları tespit edilerek onarım ekiplerinin müdahaleedebileceği arıza sayısından yararlanarak arıza ihbarlarının beklemesüreleri belirlenmiştir. Gerekli ekip sayıları arızanın yol açtığımaliyetlerinin ve personel giderlerinin toplamı en az olacak şekildeDiferansiyel Gelişim Algoritması ile belirlenmiştir. Bu sayede gelecekteolması muhtemel arızaların en düşük maliyetle çözülebilmesi içinistihdam edilmesi gereken ekip sayıları tahmin edilmiştir. Bu çalışmadaiçme suyu şebekelerinde görülen arızalara en düşük işletme maliyeti ilemüdahale edilebilmesi için bir karar destek uygulaması geliştirilmiştir.Karar destek sisteminin uygulanması ile arıza müdahale maliyetlerindeönemli tasarrufların sağlanabileceği belirlenmiştir. Bu sistemi kullananyerel yönetimler hem mevcut ekiplerinin dağılımını en uygun biçimdedüzenleyip işletme maliyetlerinde tasarrufa gidebilirler hem degelecekte ihtiyaç duyacakları personel sayılarını belirleyip daha verimliistihdam politikaları uygulayabileceklerdir.

Dealing with the failures of the water distribution network is an important decision making problem. If decision makers aim to immediately react all of the failures, then it is required to employ too many crews which will be idle throughout the low demand periods. On the other hand, if insufficient number of crews is employed, reaction will be too late and the adverse effects of the failure may be significant. Frequency of failures fluctuates seasonally which complicates the problem further. In this study, a decision support system which optimizes the maintenance of water distribution network problem by differential evolution algorithm is proposed. In this respect, past failure records of the Malatya Water Distribution System are used. Number of failures of the network is estimated for the future by using a regression model fed by the past records of failure. Future state of the network is modeled and number of failures is reckoned to estimate the reaction times to the failures. Optimum crew size which minimized the summation of the adverse effects of the failure and the employment cost is determined by Differential Evolution algorithm. Thus, number of crews which minimizes the maintenance cost of the prospected failures is determined. Implementation of the decision support system provides the opportunity of saving important amount of resource and money. Consequently, the local authorities which implement the proposed decision support system can reduce the maintenance cost and execute efficient employment policy.

PDF

___

Ghosh S, Das S, Vasilakos AV, Suresh K. “On convergence of differential evolution over a class of continuous functions with unique global optimum”. IEEE Trans. Systems, Man, and Cyb., Part B: Cyb., 42(1), 107124, 2012.
Das S, Suganthan PN. “Differential evolution: a survey of the state-of-the-art. Evolutionary Computation”. IEEE Transactions on, 15(1), 4-31, 2011.
Storn R, Price K. “Differential evolution-a simple and efficient heuristic for global optimization over continuous spaces." ournal. Global Optim., 11(4), 341-359, 1997.
Wang H, Chen X. “Optimization of maintenance planning for water distribution networks under random failures”. Journal of Water Resources Planning & Management, 142(2), 1-10, 2016.
Sarbu I, Ostafe G. “Optimal design of urban water supply pipe networks”. Urban Water Journal, 13(5), 521-535, 2016.
González Perea R., Camacho Poyato E, Montesinos P, Rodríguez Díaz JA. “Optimization of Irrigation Scheduling Using Soil Water Balance and Genetic Algorithms”. Water Resources Management, 30(8), 2815-2830, 2016.
Blinco LJ, Simpson AR, Lambert MF, Marchi A. “Comparison of pumping regimes for water distribution systems to minimize cost and greenhouse gases”. Journal of Water Resources Planning and Management. 142(6), 04016010, 2016.
Gökçe Ş, Ayvaz MT. “Evaluation of harmony search and differential evolution optimization algorithms on solving the booster station optimization problems in water distribution networks”. Studies in Computational Intelligence. 585, 245-261, 2015.
Corcoran L, McNabola A, Coughlan P. “Optimization of Water Distribution Networks for Combined Hydropower Energy Recovery and Leakage Reduction”. Journal ournal of Water Resources Planning and Management, 10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0000566, 04015045. 2015.
Suribabu CR. “Differential evolution algorithm for optimal design of water distribution networks”. Journal of Hydroinformatics, 12(1), 66-82, 2010.
Vasan A, Simonovic SP. “Optimization of water distribution network design using differential evolution”. Journal of Water Resources Planning and Management. 136(2), 279-287, 2010.
Vamvakerıdou-Lyroudıa LS, Savic DA, Walters GA. “Fuzzy hierarchical decision support system for water distribution network optimization”. Civil Engineering and Environmental Systems. 23(3), 237–261, 2006.
MASKİ. (2015). Malatya Su ve Kanalizasyon İdaresi Genel Müdürlüğü.
Web-1. https://bim.maski.gov.tr.