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• W1969758813 abstract "This paper considers the control of quality in rural water supply systems by means of dilution and treatment plants. Diverse quality sources can be used to supply consumers with differing quality requirements, such as irrigation of agricultural crops with differing water quality tolerance levels, domestic requirements at drinking water standards, and industrial and municipal uses. Models for optimal operations of such systems are difficult to develop due to the complexity of formulating dilution conditions at junctions as functions, for which the derivative can be calculated (because the flow directions at incident pipes change as the solution procedure progresses); strong scaling effects due to the treatment plants; and the presence of several water quality parameters. The model presented here solves the operation problem for a single period under steady state conditions. The formulation is simplified by representing the hydraulics by a conveyance cost in each pipe with bounds on the maximum allowed discharges (the authors have also developed a model that includes the hydraulics explicitly). The model is therefore suited both to canal and pipe systems for supply of irrigation and drinking water. Improvement of water quality by treatment plants located at the supply system is also considered here. This improvement has been achieved by lowering the concentration of conservative substances (those whose concentration remain time invariant) in the water only such as in the reverse osmosis process. The applicability of the model to practical situations is demonstrated by a case study of a regional rural water supply system with 39 pipes and 37 nodes (of which 11 are source nodes with different qualities, 10 are agricultural consumers with different quality requirements, and 4 are domestic consumers requiring high quality drinking water). The model determines the optimal discharges in all pipes, values of quality parameters at consumer nodes, and removal ratios of the treatment plants. Three cases were studied: (1) a single water quality parameter (salinity) without treatment plants; (2) three quality parameters (salinity, sulphur, and magnesium) without treatment plants; and (3) three quality parameters and eight treatment plants, each located at a different source node. Water quality requirements are represented by constraints on the maximum allowable concentrations at consumer nodes, and, for the case of irrigation, a crop yield function that relates yield loss to salinity. The value of the objective function for Case 3 was 10% lower than for the other cases due to savings in yield loss at the agricultural consumers that were obtained by improvement of the quality of the irrigation water. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd. Cet article s'intéresse au contrôle de la qualité des systèmes d'adduction d'eau potable en milieu rural par des processus de dilution ou par des usines de traitement. En milieu rural, les consommateurs ont des exigences de qualité différentes: pour l'irrigation, les cultures ont des seuils de tolérance à la salinité variables, pour l'eau domestique la qualité est fixée par des normes. Le fonctionnement optimal de tels systèmes est donc délicat à modéliser du fait (i) de la complexité de la représentation des fonctions de dilution aux jonctions du réseau dont la dérivée peut être calculée, (ii) d'effets d'échelle importants et (iii) de la nécessaire prise en compte de nombreux paramètres de qualité. Le modèle présenté dans l'article résoud ces problèmes pour une période unitaire en conditions de régime permanent. La formulation est simplifiée en représentant l'hydraulique par une fonction de coût de transport dans chaque tronçon dont la limite est le débit maximal admissible du tronçon (les auteurs ont également développé un modèle basé sur les lois de l'hydraulique). Le modèle est donc adapté à la fois aux canaux et aux tuyaux, à l'irrigation et à la distribution d'eau potable. L'amélioration de la qualité de l'eau par des systèmes de traitement est également prise en compte. Elle est modélisée par des réductions de concentrations de substances supposées conservatives comme par example dans les techniques d'osmose inverse. L'utilité du modèle est démontrée pour le cas du système d'adduction d'eau d'une région rurale comprenant 39 tronçons et 37 noeuds (11 noeuds-source de qualité variable, 10 représentant des consommateurs agricoles ayant des exigences variables et 4 consommateurs exigeant une eau potable conforme aux normes). Le modèle détermine les débits optimaux dans les différents tronçons, les valeurs de qualité aux différents noeuds et les prélèvements nécessaires par les unités de traitement. Trois cas sont étudiés: (1) un seul paramètre de qualité (salinité) sans usine de traitement, (2) trois paramètres de qualité (salinité, sulfures et magnésium) sans usine de traitement et (3) trois paramètres de qualité et huit unités de traitement en différents noeuds du système. Les exigences de qualité sont représentées par des contraintes de concentration aux différents noeuds représentant les consommateurs et, dans le cas de l'irrigation, une fonction de rendement des cultures liée à la salinité de l'eau. La valeur de la fonction objectif dans le cas (3) était 10% inférieure à celle des autres cas en raison des augmentations de rendement obtenues par l'amélioration de la qualité de l'eau d'irrigation. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd." @default.
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