Hybrid method for least-cost design of the water distribution systems

Abstract

V článku je predstavený model cenovej optimalizácie pri navrhovaní priemerov potrubí okruhových tlakových rozvodov určených na distribúciu vody, ktorý je založený na kombinácii metódy lineárneho programovania (LP) a genetických algoritmov (GA). Cenovo optimálny návrh okruhových sietí patrí do triedy relatívne veľkých kombinatorických problémov, ktoré sú ťažko riešiteľné klasickými technikami matematického programovania. Z tohto dôvodu bolo v posledných dvoch dekádach vyvinutých aj viacero heuristických algoritmov. Napriek tomu pretrváva určitá neistota, pokiaľ ide o spoľahlivosť existujúcich metód, ktorá sa odzrkadľuje ich malým využitím v praxi. Autori predkladajú metódu, v ktorej sa pri hľadaní optimál-neho návrhu okruhových sústav v zmysle priblíženia sa ku globálnemu minimu hlavný dôraz kladie na vyš-šiu spoľahlivosť. Ide o hybridnú metódu, ktorá kombinuje genetické algoritmy (heuristická zložka) s lineár-nym programovaním (deterministická zložka). Autori verifikujú metódu na benchmarkovej distribučnej sús-tave, používanej na testovanie v odbornej literatúre a na dvoch modeloch derivovaných z tejto sústavy so známym riešením. Výsledky potvrdzujú, že v porovnaní s existujúcimi modelmi navrhovaná metóda zaručí vyššiu úroveň kvality dosahovaných výsledkov, tak v zmysle priblíženia sa ku globálnemu minimu, ako aj z hľadiska jednoduchšieho nastavovania parametrov GA a rýchlejšej konvergencie. Metódu možno použiť pri navrhovaní nových systémov aj na rekonštrukciu existujúcich systémov na rozvod pitnej vody a pri navrhovaní tlakových závlahových systémov. A new optimization model for determining the minimum cost for the design of water distribution systems is described in the paper based on a combination of linear programming methodology (LP) and a genetic algorithms approach (GA). The optimal design of looped hydraulic pipe networks belongs to the class of large combinatorial optimization problems that are difficult to handle using conventional operational research techniques. A many different heuristic algorithms have been developed in the last two decades and applied to the design of water distribution systems. Although many research efforts have been made for the sake of achieving the optimal design of the looped water distribution networks, there is still some uncertainty about finding a generally reliable method. The authors of the paper are proposing a method in which the main emphasis is placed on its higher reliability of finding an optimal solution in terms of closeness to a global minimum. In this study the efficiency of GA optimization was improved through a hybrid method, which combines the GA method (heuristic component) with a linear programming methodology (deterministic component). The proposed method was tested on three benchmark least-cost design problems and compared with other methods and the results suggest that the GALP consistently provides better solutions. It was investigated that the method gives results more reliable in terms of closeness to a global minimum. The proposed method guarante...

A DSS generator for multiobjective optimisation of spreadsheet-based models

“…Since its launch in 2006, GANetXL has been used by more than 250 researchers from 35 countries all over the world. Several applications of the GANetXL in the water engineering area already exist, including the development of a model-based DSS for optimal management of groundwater contamination (Farmani et al, 2008), optimal design of water distribution systems (Deepthi et al, 2009;Čistý and Bajtek, 2009), integrated water resources management (Molina et al, 2010), planning renewal of water distribution systems (Nafi and Kleiner, 2010), and optimisation of water recycling schemes (Rozos et al, 2010).…”