Diseño óptimo de redes de distribución de agua mediante algoritmos de búsqueda tabú

Abstract

En este Trabajo Fin de Máster se desarrolla un método de optimización que permite resolver el problema de diseño y planificación de redes hidráulicas de distribución. Las redes de abastecimiento son infraestructuras de gran importancia que suponen grandes inversiones. Con el crecimiento demográfico de las ciudades, y el aumento de la contaminación, están apareciendo nuevos retos de diseño y gestión de las mismas. Debido a las características intrínsecas de los sistemas hidráulicos y a la naturaleza discreta de algunas de sus variables, éste es un problema no-lineal mixto y entero. Ante este tipo de problemas de alta complejidad han surgido técnicas de resolución, como las metaheurísticas, que permiten obtener resultados satisfactorios en tiempos reducidos. En este trabajo se diseña un algoritmo de búsqueda tabú ajustando los parámetros a la problemática de estudio. Para la validación del algoritmo se ha resuelto el problema de diseño de redes de distribución aplicado a la red de Alperovits. Esta red ha sido utilizada por muchos autores en la literatura, permitiendo la comparación de los resultados obtenidos en este trabajo con aquellos que obtuvieron otros autores aplicando otras técnicas de resolución. La ejecución del algoritmo se realiza usando el lenguaje de programación Python y, en concreto, una de sus librerías, WNTR, que permite la generación y simulación de redes hidráulicas.

This Final Master Project proposes an optimization method as a tool to the design of water distribution network. Water distribution networks are very important infrastructures that involve huge investments. Due to the population growth of cities and the increase of pollution, new challenges are emerging in the design and manage of those networks. The intrinsic characteristics of hydraulic systems and the discrete nature of some of its variables make this a nonlinear mixed integer problem. There are different techniques to face this kind of complex problems like the meta-heuristics which enables satisfactory solutions in a short period of time. In this work, a Tabu Search algorithm, meta-heuristic that simulates the human mind behaviour, is developed. The parameters are carefully selected for the subject of study. In order to validate the method the design of water distribution network problem have been applied to a specific case, the Alperovits network. Many authors used this network in the past so it enables to compare the results obtained in this work and analyze its efficiency. The algorithm is implemented in Pyhton, a powerful programing language. It contains many libraries which execute different calculation. WNTR is one of the libraries used in the code that allows simulating hydraulic networks.