Ελαχιστοποίηση κόστους με ασαφή γραμμικό προγραμματισμό και ανάλυση λειτουργίας υπό πίεση αρδευτικών δικτύων.:
Creators: name: Κανάκης, Παναγιώτης Χρήστου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2009
Subjects: Ασαφής γραμμικός προγραμματισμός
Υπό πίεση αρδευτικά δίκτυα
Ανάλυση λειτουργίας
Ελάχιστο κόστος σχεδιασμού
Fuzzy linera programming
Pressurized irrigation networks
Performance analysis
Minimum cost design

description: Η ορθολογική χρήση του νερού είναι μια αναγκαιότητα σε περιοχές με έλλειψη νερού. Τα τελευταία χρόνια γίνονται σημαντικές προσπάθειες προκειμένου να αυξηθεί η εξοικονόμηση του νερού άρδευσης μέσω καλύτερης διαχείρισης. Στην Ελλάδα η γεωργία είναι ο μεγαλύτερος καταναλωτής νερού. Περίπου το 85% του νερού καταναλώνεται για αρδευτικούς σκοπούς. Τα δίκτυα μεταφοράς και διανομής του αρδευτικού νερού στη χώρα μας είναι κατά το πλείστον επιφανειακά αρδευτικά δίκτυα βαρύτητας, με έντονα προβλήματα δυσλειτουργιών και απώλειας αρδευτικού νερού. Η κατασκευή υπό πίεση αρδευτικών δικτύων σε πολλές περιπτώσεις κρίνεται απαραίτητη. Σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής είναι η οικονομική βελτιστοποίηση του σχεδιασμού συλλογικών υπό πίεση αρδευτικών δικτύων που λειτουργούν με ελεύθερη ζήτηση και η ανάλυση της λειτουργίας αυτών των δικτύων. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιείται η μέθοδος του ασαφούς γραμμικού προγραμματισμού ως μέθοδος βελτιστοποίησης και το λογισμικό COPAM ως διαδικασία ανάλυσης της λειτουργίας των δικτύων. Η μέθοδος συγκρίθηκε με την κλασική ασυνεχή μέθοδο του Γραμμικού προγραμματισμού. Η αντικειμενική συνάρτηση του προβλήματος βελτιστοποίησης αφορά στην ελαχιστοποίηση του κόστους των αγωγών του δικτύου. Οι περιορισμοί περιλαμβάνουν το μέγιστο μήκος κάθε κλάδου του δικτύου και τις μέγιστες επιτρεπόμενες απώλειες φορτίου για κάθε κλάδο. Οι μεταβλητές απόφασης είναι το ανά μέτρο μήκους κόστος του αγωγού για κάθε πιθανή διάμετρο. Οι παροχές των κλάδων υπολογίζονται με τον πρώτο τύπο του Clement και οι απώλειες στους αγωγούς υπολογίζονται με τη σχέση των Hazen-Williams. Τα παραπάνω εφαρμόσθηκαν σε ένα υπό πίεση αρδευτικό δίκτυο που λειτουργεί με ελεύθερη ζήτηση. Το δίκτυο βρίσκεται στην περιοχή των Ν. Κερδυλίων του νομού Σερρών. Το δίκτυο σχεδιάστηκε για αρδευτικές μεθόδους χαμηλής πίεσης. Κάποια υδροστόμια βρέθηκε ότι δεν ήταν δυνατό να ικανοποιήσουν την απαίτηση του απαιτούμενου φορτίου. Έτσι δημιουργήθηκαν πέντε διαφορετικά «σενάρια», στο καθένα από τα οποία δόθηκε διαφορετική τιμή φορτίου. Η ασάφεια της μεθόδου του ασαφούς γραμμικού προγραμματισμού ενσωματώθηκε στους περιορισμούς του πιεζομετρικού φορτίου σε κάθε κόμβο του δικτύου με υδροστόμιο. Από τη συγκριτική αξιολόγηση προκύπτει πως σε όλα τα σενάρια ο Ασαφής Γραμμικός Προγραμματισμός δίνει μεγαλύτερο κόστος από την κλασική μέθοδο του Γραμμικού Προγραμματισμού. Όμως αυτό αντισταθμίζεται από το μικρότερο κίνδυνο της αστοχίας του έργου λόγω πιθανών μελλοντικών αλλαγών στα απαιτούμενα φορτία, οι οποίες μπορεί να προέλθουν λόγω αλλαγής συστημάτων άρδευσης, φθοράς του δικτύου με το πέρασμα του χρόνου ή ακόμα και αλλαγής στις καλλιεργητικές πρακτικές και στο είδος των καλλιεργειών. Σαν τελικά συμπεράσματα μπορούν να συνοψιστούν τα εξής: α) Η μέθοδος του ασαφούς γραμμικού προγραμματισμού είναι μια ιδιαίτερα αξιόλογη εναλλακτική μέθοδος για το σχεδιασμό αρδευτικών υπό πίεση δικτύων που λειτουργούν με ελεύθερη ζήτηση, β) η μέθοδος του ασαφούς γραμμικού προγραμματισμού δίνει ιδιαίτερη ευελιξία στην προσαρμογή ενός μελλοντικού συστήματος άρδευσης σε απαιτήσεις φορτίου, το μέγεθος των οποίων εξαρτάται από το εύρος ασάφειας που χρησιμοποιείται. γ) το λογισμικό COPAM ενσωματώνει μία πολύ χρήσιμη και εύχρηστη διαδικασία για την ανάλυση της λειτουργίας τόσο των λειτουργούντων όσο και των υπό σχεδιασμό υπό πίεση αρδευτικών δικτύων.
description: The rational use of water is a necessity in regions with water shortages. In recent years, important efforts were made in order to raise the savings of irrigation water through better management. In Greece agriculture is the biggest water consumer. About 85% of water is consumed for irrigation purposes. In our country, the transfer and distribution networks of irrigation water are at most gravity surface irrigation networks, with intense problems of dysfunctions and loss of irrigation water. The construction of pressurized irrigation networks in many cases is absolutely essential. The purpose of this MSc thesis is the economic optimization and the performance analysis of on-demand pressurized irrigation networks. For this purpose a fuzzy linear programming method is used as an optimization method and the computer program COPAM as a process of analysis of networks operation. This method was compared to classic discontinuous linear programming method. The objective function of the optimization problem is the minimization of the cost of networks pipes. The constraints include the maximum length of each network branch and the maximum permitted head loss for each branch. The decision variables are the pipe cost per meter for each possible diameter. Pipe discharges are calculated using Clement’s first model and the losses in pipes are calculated using Hazen-Williams’ relationship. These were implemented in an on-demand pressurized irrigation network. The network is located in the region of N. Kerdylia in the prefecture of Serres, Greece. The network was designed for low pressure irrigation methods. Some hydrants were found impossible to meet the minimum requirement of pressure head. So, five different scenarios were created in each of which different value of pressure head was applied. The fuzziness of the fuzzy linear programming method was incorporated into the pressure head constraints of each node with hydrant. The comparative evaluation shows that in all scenarios the fuzzy linear programming gives higher cost than the classic linear programming method. But this is offset by lower risk of failure of the project due to the possible future changes to the required pressure heads may arise due to the change of irrigation methods used, damage to the network overtime or even changes in farming practices and crops types. As final conclusions could be summarized as follows: a) The fuzzy linear programming method is a particularly valuable alternative for the design of on-demand pressurized irrigation networks, b) the fuzzy linear programming method is particularly flexible in the adaptation of a future irrigation system in load requirements, the size of which depends on the range of fuzziness that is used, c) the computer program COPAM incorporates a very useful and easy to use process for the performance analysis of both the operating and the under design pressurized irrigation networks.