Determining the Minimum Price of Drinking Water and Optimal Scheduling of Water Pipe Replacement in Urban Distribution Network

Abstract

شکست لوله‌ها در شبکه‌های توزیع آب شهری به‌دلیل افزایش سن لوله‌ها، علاوه بر هدررفت قابل‌توجهی از آب شبکه، باعث زیان مالی شرکت آب و فاضلاب نیز می‌شود. بنابراین برای کاهش تعداد شکست لوله‌ها و جلوگیری از نشت، باید لوله‌های فرسوده را تعویض کرد. از سوی دیگر عملیات جایگزینی هزینه زیادی دارد. بنابراین تعیین زمان مناسب جایگزینی و نوسازی شبکه، برای کاهش تعداد شکست لوله‌های شبکه از یک سو و کاهش هزینه‌های تعویض از سوی دیگر، ضروری است. در این پژوهش با استفاده از روش پویای سیستم، شبکه آب‌رسانی شهر همدان شبیه‌سازی و سپس با استفاده از روش‌های حل تحلیلی معادله ارزش فعلی خالص و روش ترکیبی پویایی سیستم-ارزش فعلی، بهترین زمان جایگزینی لوله‌های شبکه، بهینه‌سازی شد. همچنین با استفاده از روش الگوریتم بهینه‌سازی پاول و به‌منظور بهبود توازن مالی شرکت آب و فاضلاب شهر همدان، میزان بهینه قیمت آب شرب تعیین شد. شبیه‌سازی به روش پویا در محیط برنامه‌نویسی VENSIM انجام شد و برای ارزیابی دقت روش‌های مذکور، از اطلاعات و داده‌های 5 ساله (1393 تا 1397) شرکت آب و فاضلاب شهر همدان استفاده شد. به‌منظور تجزیه‌و‌تحلیل آماری از شاخص‌های آماری ریشه میانگین مربعات خطا، خطای استاندارد و ضریب تبیین استفاده شد. بر اساس نتایج، برای متغیر منفعت به هزینه، شاخص RMSE برابر 006/0، SE برابر 010/0 و R2 برابر 991/0 محاسبه شد. خطای استاندارد متغیر منفعت به هزینه نشان داد که میزان اختلاف بین مقدار مشاهده‌ای و شبیه‌سازی شده این متغیر، کمتر از حدود یک درصد است که نشان از دقت بسیار بالای مدل دارد. طبق نتایج روش‌های ارائه شده در این پژوهش، زمان بهینه جایگزینی لوله‌ها در شبکه آب شرب شهر همدان، سال 1420 است. در نهایت، نتایج این پژوهش نشان داد که با تعیین قیمت بهینه آب شرب، می‌توان بیلان مالی شرکت را افزایش داد و علاوه بر جلوگیری از ضرر‌دهی شرکت آب و فاضلاب، با افزایش ضریب نوسازی لوله‌ها، سطح رفاه اجتماعی را نیز بالا برد. بنابراین می‌توان از روش پویایی سیستم و الگوریتم پاول برای بهینه‌سازی حداقل قیمت آب شرب، کاهش زیان وارده به شرکت‌های آب و فاضلاب و کاهش تعداد شکست لوله‌های آب‌رسانی، استفاده کرد.