I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   1 6 ,   No .   3 J u n e   20 2 6 ,   p p .   1655 ~ 1 6 6 8   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 1 6 i 3 . pp 1 6 5 5 - 1 6 6 8           1655       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Sma rt  wa te r dist r ibution  f o r  sma rt  cities bas ed on     Interne o Thi ng s       Am a l D o uli 1 K helifa   B ena hm ed 2 B elk a ce m   Dr a o ui 3   1 La b o r a t o r y   o f   E n e r g e t i c   i n   A r i d   Z o n e s,  D e p a r t m e n t   o f   M a t h e ma t i c a n d   C o mp u t e r   S c i e n c e ,   F a c u l t y   o f   E x a c t   S c i e n c e ,     Ta h r i   M o h a mm e d   U n i v e r si t y   o f   B e c h a r ,   B e c h a r ,   A l g e r i a   2 I N I La b o r a t o r y   ( I n n o v a t i o n   i n   I n f o r mat i c a n d   En g i n e e r i n g   L a b o r a t o r y ) ,   D e p a r t me n t   o f   M a t h e m a t i c a n d   C o m p u t e r   S c i e n c e ,     F a c u l t y   o f   E x a c t   S c i e n c e ,   T a h r i   M o h a mm e d   U n i v e r si t y   o f   B e c h a r ,   B e c h a r ,   A l g e r i a   3 La b o r a t o r y   o f   E n e r g e t i c   i n   A r i d   Z o n e s,  F a c u l t y   o f   T e c h n o l o g y ,   T a h r i   M o h a mm e d   U n i v e r si t y   o f   B e c h a r ,   B e c h a r ,   A l g e r i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   1 7 ,   2 0 2 5   R ev is ed   Ap r   2 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   Ap r   2 6 ,   2 0 2 6       Ag a in st  a n   u n p re c e d e n ted   wa te c risis  in   o u c o u n tr y ,   b a lan c i n g   wa ter  su p p l y   a n d   d e m a n d   is   n e c e ss a ry   fo a   se c u re   a n d   su sta i n a b le   wa ter  su p p ly .   Th is  c h a ll e n g e   re q u ires   sy ste m c a p a b le  o d e li v e rin g   t h e   n e c e ss a ry   q u a n t it ies   wh i le  c o n se rv in g   re so u rc e s.  Nu m e ro u s   re se a rc h   in it iati v e fo c u s   o n   a d d re ss in g   wa ter  d istri b u ti o n   c h a ll e n g e wit h   t h e   h e l p   o f   sm a rt  wa ter  sy ste m to   o p t imiz e   n e two r k   o p e ra ti o n a n d   m in imiz e   wa ter  d e m a n d .   Ba se d   o n   th e se   a d v a n c e m e n ts,  t h is  p a p e p ro p o se a   n e sm a rt  wa ter  d istri b u t io n   sy ste m   fo so u t h we st  o Alg e ri a .   Th e   sy ste m   in teg ra tes   th e   I n tern e o f   Th in g s   (Io T) ,   in f o rm a ti o n   a n d   c o m m u n ica ti o n   tec h n o lo g ies ,   a n d   sm a rt  tec h n o l o g ies   to   a d d re ss   c rit ica a tt rib u tes   fo e n h a n c in g   e ffici e n c y .   To   a c h iev e   th e   e fficie n m a n a g e m e n o tw o - wa y   fl o ws   (b o th   wa ter  a n d   d a ta)   b a se d   o n   wa ter  d e m a n d   a n d   it s   a v a il a b il it y ,   tw o   i n n o v a ti v e   a rc h it e c tu re h a v e   b e e n   p ro p o se d ,   u si n g   v a ri o u m e a su re m e n ts  o wa ter  q u a n ti ty   a n d   q u a li t y   p a ra m e ters .   Alg o rit h m t o   a u to m a te  a n d   o p ti m ize   wa ter  d istri b u t io n   a re   a lso   p ro p o se d .   Ac c o rd i n g   to   o b tain e d   re su lt s,  p e rfo rm a n c e   h a i m p ro v e d ,   with   a n   a c c u ra c y   ra te  o f   o v e 9 8 % .   T h e se   re su lt e sta b li s h   th e   su g g e ste d   sy ste m   a a   stro n g   o p ti o n   f o i n telli g e n a n d   su sta in a b le  wa ter  re so u rc e   m a n a g e m e n b y   d e m o n stra ti n g   it s   e ffica c y   a n d   d u ra b i li ty .   K ey w o r d s :   Alg o r ith m s   I n f o r m ati o n   an d   c o m m u n ic ati o n   tec h n o lo g i es    I n tellig en t te ch n o lo g ies   I n ter n et  o f   T h in g s     Mo n ito r in g   Sm ar t w ater   d is tr ib u tio n   n etwo r k   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Am al  Do u li   L a b o r at o r y   o f   E n e r g et ic   i n   A r i d   Z o n es,   D ep ar tm en o f   Ma t h e m at ics   a n d   C o m p u te r   Sci e n ce ,   Fac u lt y   o f   E x a ct  Scie n c e,   T a h r i M o h a m m e d   Un iv e r s i ty   o f   B e ch ar   B ec h ar ,   Alg er ia   E m ail: D o u li.a m el1 6 1 7 @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   F o r   l i f e   t o   e x is t   o n   E a r t h ,   w a t e r   i s   a   n e c ess a r y   r e s o u r c e .   H o w ev e r ,   t h e r e   a r e   w o r r i es   o f   a   w a t er   s h o r t a g d u e   t o   t h e   s u b s t a n t i a l   r i s e   i n   w a t e r   u s a g e   b r o u g h t   o n   b y   t h e   e x p a n d i n g   h u m a n   p o p u l a t i o n ,   q u i c k   e c o n o m i c   g r o w t h ,   a n d   u n e v e n   u r b a n i z a t io n   [ 1 ] .   I n   c o n t r a s t ,   w a t e r   s c a r ci t y   i s   e x p e c te d   t o   b e   h a l v e d   b y   2 0 2 5   i n   d e v e l o p i n g   c o u n t r i e s   a n d   b y   o n l y   1 8 %   i n   in d u s t r i a l iz e d   c o u n t r i es   d u e   t o   p o p u l a t i o n   g r o w t h   a n d   i n d u s t r i al  e x p a n s i o n   [ 2 ] [ 4 ]   I n   Alg er ia,   e x is tin g   wate r   d is tr ib u tio n   s y s tem s   ar n o au to m ated ,   a n d   f ac e   m an y   p r o b lem s ,   in clu d in g   o b s o lete  in f r astru ctu r e,   v u ln er a b ilit y   to   n atu r al  d is aster s ,   wate r   lo s s es  d u to   lea k s ,   wate r   p o llu tio n ,   an d   h ig h - en er g y   co n s u m p tio n .   T o   ad d r ess   th ese  ch allen g es,  m an y   r ec en s tu d ies  h av p r o p o s ed   s o lu tio n s   to   au to m ate  wate r   d is tr ib u tio n   s y s tem s   [ 4 ] [ 6 ] .   T h u s ,   d u to   Alg er ia’ s   ab u n d a n wate r   r e s o u r ce s ,   ad v an ce d   wir eless   tech n o lo g ies,  r esear ch   ex p er tis e,   an d   f in an cial  ca p a city ,   th co u n tr y   is   well - p o s itio n ed   to   a d o p t sm ar t   wate r   s y s tem s   ( SW S).     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   3 J u n e   20 2 6 :   1 6 5 5 - 1 6 6 8   1656   I n   r ec en y ea r s ,   g o v er n m en ts ,   b u s in ess es  an d   an aly s ts   h a v s ee n   g r o win g   in ter est  in   in teg r atin g   s m ar tech n o lo g ies,  in clu d in g   wir eless   s en s o r   n etwo r k s ,   in f o r m atio n   an d   c o m m u n icatio n   tech n o lo g ies  a n d   I n ter n et  o f   T h in g s   ( I o T )   in to   wate r   d is tr ib u tio n   s y s tem s .   I n   th is   r eg ar d ,   th ese  p ap er s   o f f er   I o T ,   ar tific ial  in tellig en ( AI ) ,   an d   s en s o r - b a s ed   s m ar wate r   n etwo r k   m an ag em en a n d   m o n ito r i n g   s o lu t io n s   th at  m a x im ize   wate r   r eso u r ce   u s e,   q u ality ,   an d   s u s tain ab ilit y   [ 7 ] [ 1 1 ] .   Ho wev er ,   m o s t   o f   th ese  wo r k s   f o cu s   o n   s y s tem   ar ch itectu r an d   m o n ito r i n g   f u n ctio n s .   W h ile   wate r   q u ality   m an ag em en a n d   q u an tity   co n tr o h av b ee n   co n s id er ed   as  s ep ar ate  is s u es.  Au th o r s   in   r esid en tial  m eter i n g ,   wate r   q u ality   m o n ito r in g ,   leak   d etec tio n ,   a n d   en er g y   m a n ag em e n ar th f o u r   s o lu tio n   a r ea s   th at  C ah n   in   [ 1 2 ]   g o   in to   d etail  in to   af ter   p r esen tin g   b r o ad   s m ar wate r   n etwo r k   ( SW N)   f r am ewo r k .   Alth o u g h   th is   f r am ewo r k   p r o v id es   co m p r eh e n s iv s tr u ctu r e,   it  d o es   n o in teg r ate  o p tim izatio n   a n d   in tellig en co n tr o s tr ateg ies  f o r   d y n a m ic  wate r   d is tr ib u tio n .   I n   [ 1 3 ] ,   s o lu tio n   b ased   o n   I o T   an d   th u s o f   ad v an ce d   to o ls   s u ch   as  s en s o r s ,   g eo g r a p h ic  in f o r m atio n   s y s tem s   ( GI S)   an d   W ater GE MS  i s   p r esen ted .   W h o s o b jectiv is   th r ed u ctio n   o f   wate r   lo s s es  b y   m an ag in g   th p r ess u r in   d is tr ib u tio n   n etwo r k s .   Ho wev er ,   th is   ap p r o ac h   is   s till   l im ite d   to   h y d r a u lic  o p tim izatio n   an d   d o es  n o tak in to   ac co u n wate r   q u ality   tr ea tm e n an d   in te g r ated   c o n tr o s tr at eg ies.  T h Ok o li  an d   Ab aso   i n   [ 1 4 ]   h ig h lig h th e   u s o f   tech n o lo g ies  in   th co n s tr u ctio n   o f   s m ar wate r   s y s te m s   b ased   o n   I o T ,   5 co m m u n icatio n   m o d u le.   I n   ad d itio n ,   th ey   ex p l o r ed   th s c en ar io   o f   i n tr o d u cin g   3 D   p r in tin g   an d   s o lar   en er g y   to   e n s u r th s u s tain ab ilit y   o f   th s y s tem .   Ad d itio n ally ,   R ez et  a l.   [ 1 5 ]   s u g g ested   a   lo w - co s t,  lo w - p o wer ,   lo n g - r an g e,   an d   s ca lab le   m eth o d   f o r   m o n ito r in g   wate r   q u ality   u s in g   L o R m o d u le   b ased   o n   th L o R aWAN  p r o to co l,  lo w - p o wer   wid ar ea   n etwo r k   ( L PW AN)   tech n o lo g y .   Ho wev er ,   th ese  s o lu tio n s   ar b ased   o n   a d d r es s in g   d etec tio n   an d   co n n ec tiv ity   asp ec ts ,   with o u in teg r atin g   c o o r d in ated   co n tr o m an ag em e n o f   wate r   d is tr ib u tio n .   Sar r a f   et  a l.   [ 1 6 ]   p r esen ts   m o d el  o f   s m ar wate r   m eter   with   wate r   q u ality   m o n ito r in g .   T h s u g g e s ted   s y s tem   u s e s   a   v ar iety   o f   s en s o r s ,   R asp b er r y   Pi  as  th co n tr o ller ,   an d   th clo u d   to   s to r th d ata  f r o m   th R asp b er r y   Pi  an d   tr an s m it  co m m an d s   to   it  f o r   m ea s u r in g   wate r   q u ality   a n d   m an ag in g   wate r   d is tr ib u tio n .   W h er ea s   th is   s y s tem   d em o n s tr ates  th f ea s ib ilit y   o f   u s in g   I o T   tech n o lo g ies,  it  d o es  n o p r o v id co m p r eh en s iv f r am ewo r k   o f   wate r   d is tr ib u tio n   m a n ag em e n at  a   n etwo r k   s ca le.   Ad eo ti  et  a l.   [ 1 7 ]   o f f er   s u g g ested   m eth o d   f o r   ass ess in g   h o well  s m ar wate r   m an ag em en tech n o lo g ies  wo r k   to   s tr en g th en   Nig er ia' s   in f r astru ctu r e' s   s u s tain ab ilit y   an d   r esil ien ce .   Data   is   co llected   o v er   a   p er io d   o f   1 , 0 9 5   d a y s   f r o m   s m ar wate r   k i o s k .   T h r esu lts   s h o r eliab ilit y   r ate  o f   9 7 . 1 an d   a   s u s tain ab ilit y   o f   1 0 0 %.   I n   co n tr ast,  th ap p licab ilit y   o f   th is   s tu d y   is   lim ited   i n   m o r co m p lex   o r   wate r - s ca r ce   en v ir o n m en ts   b ec au s it f o cu s es o n   p er f o r m a n ce   m etr ics r ath er   th an   in tellig en t   d ec is io n - m ak in g   o r   a d ap tiv e   c o n tr o l   m ec h an is m s .   R ec en t   ad v an ce s   in   th e   f ield   o f   s m ar w ater   ar e   p r esen ted   in   th is   ed ito r ial   [ 1 8 ] ,   h ig h lig h t in g   th e   in teg r atio n   o f   s m ar te ch n o lo g ies  s u ch   as  AI ,   I o T   an d   d ata  a n aly s is   f o r   s u s tain ab le  m an ag em en o f   wate r   in f r astru ctu r e.   I n   th is   wo r k   [ 1 9 ] ,   s m ar s o lu tio n   f o r   city wid wate r   d is tr ib u tio n   n etwo r k   is   p r o p o s ed   f o r   I n d ia n   s ce n ar i o   b ased   o n   I o T .   Sm ar wate r   m eter in g   in f r astru ct u r es  th at   allo co n s tan b id ir ec tio n al   d ata  in ter ch an g o n   d e m a n d   an d   b etwe en   m eter in g   d ev ices,  wate r   f lo w   eq u ip m en t,  u tili ties ,   an d   en d   u s er s   wer ex am in ed   b y   A m ax ilatis   et  a l.   [ 2 0 ] .   Ne v er t h eless ,   co n tr o an d   ev alu atio n   ar t r ea ted   as sep ar ate  m o d u les in   m o s t w o r k s .     W ith   th ad v en o f   I o T ,   th q u est  f o r   s m ar wate r   m an ag e m en s y s tem   is   g ain in g   atten tio n .   I n   th is   co n tex t,  to   a d d r ess   th lim itatio n s   an d   r esear ch   g a p s   id en tifi ed   in   th a b o v a n aly s is ,   th is   p ap er   in   t h is   p ap er   p r o p o s ed   n ew  s m ar wate r   d is tr ib u tio n   s y s tem   f o r   s o u t h west  Alg er ia  ( ca s s tu d y B e ch ar   C ity )   b ased   o n   I o T ,   in f o r m atio n   an d   co m m u n icatio n   tech n o lo g ies   ( I C T )   a n d   th u s o f   s m ar tech n o lo g ies.  T h is   s o lu tio n   is   d esig n ed   f o r   ef f icien t   m an a g em en o f   b id ir ec tio n al  wat er   f lo w   an d   d ata   b ased   o n   wate r   d em an d   a n d   av ailab ilit y .   T h is   n ew  wate r   d is tr ib u tio n   s y s tem   will  co n s is t   o f   wate r   q u ality   s en s o r s   ( PH  s en s o r )   an d   wate r   lev el  m ea s u r em e n s en s o r s ,   co n tr o ller s   ( R asp b er r y   Pi),   a ctu ato r s ,   p u m p s ,   s o lar   p an el   s y s tem s ,   s o f twar e   ( alg o r ith m s ) ,   a n d   co m p u ter   n etwo r k   s im u latio n .   I n   ad d itio n ,   two   ar ch itectu r m o d els  ar e   also   p r o p o s ed   f o r   th ef f icien m an ag em e n o f   wate r   s u p p ly .   As  r esu lt,  th is   p r o p o s ed   s y s tem   will  en ab le  r ea l - tim m o n ito r in g   o f   wate r   c o n s u m p tio n ,   co n tr o l   o f   wate r   q u ality   a n d   o p tim iza tio n   o f   wate r   d is tr ib u tio n   b y   t h d if f e r en h o u s es  o f   city .   Simu latio n   r esu lts   s h o th at  o u r   p r o p o s ed   s y s tem   h as  g o o d   p er f o r m an ce   a n d   ef f icien cy .   Ou r   p r o p o s ed   s y s tem   o f f er s   a   d y n am ic  an d   ad a p tiv m o d el   f o r   m an ag i n g   wate r   d e m an d ,   in   co n tr ast  to   cu r r e n t   s y s tem s   th at  r ely   o n   s tatic  wat er   co n s u m p tio n   b ases   an d   it  is   s u itab le  f o r   wate r - s ca r ce   en v i r o n m en ts ,   s u ch   as   th Sah ar an   C ity   o f   B ec h ar   in   s o u th er n   Alg er ia,   b ec au s it in teg r ates w ater   q u an tity   an d   q u ality   in   r ea l tim e.     T h is   p ap er ' s   r em ain in g   s ec tio n s   ar o r g an ized   as  f o llo ws:   T h s u g g ested   g en er al  ar ch ite ctu r o f   s m ar wate r   s y s tem   in   s o u th er n   Alg er ia,   th s u g g ested   h ier a r ch ical  n etwo r k ,   an d   n ew  d e s ig n   o f   s m ar an d   wate r - s av in g   d is tr ib u tio n   s y s tem   with in   th f r am ew o r k   o f   s m ar t c ity   co m p r is th m eth o d o lo g y   p ar t.  L astl y ,   th s im u latio n   r esu lts   an d   co m m en tar y   ar e   p r esen ted   i n   th f i n al  s ec tio n .       2.   M E T H O   two - lev el  d esig n   ap p r o ac h   is   p r esen ted   in   th is   s ec tio n .   g en er al  s m ar wate r   s y s te m   d esig n   is   d escr ib ed   in   th e   f ir s lev el,   w h ich   co v er s   th e   k e y   d o m ain s   f r o m   wate r   p r o d u ctio n   to   d is tr ib u tio n   an d   f in al   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       S ma r t wa ter d is tr ib u tio n   fo r   s ma r t c ities   b a s ed   o n   in tern et  o f th in g s   ( A ma l D o u li )   1657   co n s u m p tio n   o f   wate r .   T h s u g g ested   d ata  f lo an d   s o f twar f lo wch ar ts   ar d er iv ed   f r o m   o u r   p r o p o s ed   s m ar t   city   d is tr ib u tio n   s y s tem ,   wh ic h   is   th s p ec if ic  f o cu s   o f   th s ec o n d   lev el.     2 . 1 .     P r o po s ed  o f   g ener a l desig n o f   s m a rt   wa t er   s y s t e m   W will  ex p lain   th co m p o n e n ts   o f   th e   p r o p o s ed   s y s tem   as  s h o wn   in   Fig u r 1 ,   d etailin g   t h task s   o f   th elem en ts   in   ac h iev in g   s m a r t w ater   m an ag em e n t.           Fig u r 1 .   Pro p o s ed   s m ar t w ate r   g r id   i n   th s o u th   o f   Alg e r ia       2 . 1 . 1 .     Wa t er   pro du ct io   T h f ield   o f   wate r   p r o d u ctio n   co n s is ts   o f   th r ee   es s en tial p h ases : a b s tr ac tio n ,   tr ea tm en t a n d   s to r ag e.   I t   is   lin k ed   to   t h f ield   o f   tr an s p o r with   in tellig en c o n n ec ti o n s   ( s m ar p ip es)  u s in g   s m ar s e n s o r s   to   d etec f lo w   an d   p r ess u r e.   I also   c o m m u n icate s   v ia  an   i n ter n et   in ter f ac with   th e   o p e r atio n s   s er v ice   ar ea   an d   th e   wate r   s er v ices o f f ice  to   b alan ce   wate r   s u p p ly   a n d   d e m an d .     2 . 1 . 2 .     Wa t er   dis t ributio n   T h g en e r ated   wate r   is   tr a n s m itted   to   th d is tr ib u tio n   a r e v ia  s ev er al  s m ar tr a n s m is s i o n   lin es.  I t   tak es r esp o n s ib ilit y   f o r   s u p p ly in g   d r in k i n g   wate r   to   co n s u m e r s   ac co r d in g   to   u s er   d em a n d s   an d   th av ailab ilit y   o f   wate r   r eso u r ce s .   T h is   r eg io n ' s   s tab ili ty   is   tr ac k ed   a n d   m a n ag ed   t o   s u p p ly   clea n   d r in k in g   wate r .   T h en ,   wate r   is   s u p p lied   to   cu s to m er s   a n d   u tili ties   th r o u g h   s er v ice  p r o v id er s ,   it  also   p r o v id es  s m ar s e r v ices  s u ch   as  wate r   u s m an ag e m en a n d   d o m esti wate r   p r o d u ctio n .   T h e   o p er a tio n   an d   c o n tr o l   ce n ter   is   r esp o n s ib le  f o r   h o s tin g   th co n tr o o f   th wate r   s y s te m   in   th r esp ec tiv ar ea s e. g .   d is tr ib u tio n   m an a g em en s y s t em s   ( DM S),   wate r   m an ag em en t   s y s tem s   ( W MS)   in   p r o d u ctio n   an d   tr an s p o r t   s y s tem s ,   m icr o - n etwo r k   m a n ag em en t   s y s tem s ,   SC ADA   s y s tem s .   T h e   Sm ar t h o m cu s to m er   d o m ain   in clu d e s   h o m es,  co m m er cial  o r   i n d u s t r ial  b u ild in g s .   I t is  co n n ec ted   with   th s m ar wate r   n etwo r k   v ia  th s m ar m eter   an d   allo ws   in ter ac tio n   b etwe e n   th cu s to m er   an d   th u tili ty .   T h e   h o m ar ea   n e two r k   ( HAN)   i n ter co n n ec ts   all  th s m ar d e v ices  in   th e   h o m s u ch   as  s m ar t   f au ce ts ,   s m ar tan k s   an d   co n t r o d ev ices  to   lin k   th em   to   th s m ar m eter in g   s y s tem .   Fin ally ,   th m icr o - g r id   s h o wn   in   Fig u r 1   is   wate r   d is tr ib u tio n   s y s tem   th at  in clu d es sev er al  n an o - g r id s   an d   d is tr ib u ted   s to r ag tan k s   an d   a   co n tr o s y s tem .   I c o m m u n icate s   with   th e   o th e r   f ield s   u s in g   wir eless   co m m u n icatio n   th at  tr a n s m its   d ata  in f o r m atio n   v ia  s m ar m eter s .   T h is   s o lu tio n   aim s   to   s atis f y   co n s u m er s   in   r eliab le,   s ec u r an d   ec o n o m ical   m an n er .   T h o b jectiv es o f   wh i ch   ar as f o llo ws:     T h is   two - way   co m m u n icatio n   o f   b o t h   wate r   an d   d ata  allo ws  co n s u m er s   to   h a v b etter   c o n tr o l o f   th eir   wate r   co n s u m p tio n   an d   p r o v id es m o r ch o ice  f o r   t h cu s to m er .     Ma k th wate r   d is tr ib u tio n   s y s tem   r o b u s t a g ain s t f ailu r es.     I m p r o v s y s tem   r eliab ilit y .     T h cu s to m er   ca n   in   f ac b wate r   s u p p lier   in s tead   o f   co n s u m er   ( in jectin g   th e x ce s s   wate r   in to   t h e   n etwo r k ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   3 J u n e   20 2 6 :   1 6 5 5 - 1 6 6 8   1658   2 . 2 .     P r o po s ed  hiera rc hica l n et wo rk   a rc hite ct ure   W h av o r g a n ized   th e   n etwo r k   in to   s ev e r al  d is tin ct  lay er s   to   s im p lify   th c o m p lex   p r o ce s s   o f   d ata  f lo m an a g em en t   an d   en s u r e   th ad ap ta b ilit y   an d   ef f icien cy   o f   th s y s tem .   Fig u r e   2   s h o ws  th at  th e   d e v ices  in   o u r   p r o p o s ed   s y s tem   ar d ep lo y ed   in   h ier ar ch ical  n etwo r k   ar ch itectu r ( clu s ter - b ased   n etwo r k )   to   r em o tel y   m o n ito r   a n d   co n tr o l th e   d is tr ib u tio n   o f   d r in k in g   wate r .           Fig u r 2 .   Pro p o s ed   h ier ar ch ica l n etwo r k   ar c h itectu r e       T h is   ap p r o ac h   o f f er s   s ev er al   ad v an ta g es  s u ch   as  m in im i zin g   en er g y   c o n s u m p tio n   a n d   o p tim al   n etwo r k   m a n ag em en t.   Sm ar t d ev ices c o m m u n icate   with   ea ch   o th er   v ia  th e   wM - B u s   p r o to c o l,  wh ich   is   wid ely   ad o p ted   b y   th ir d - p ar t y   wate r   m o n ito r in g   s o lu tio n s   in   th r esid en tial  m eter in g   ar ea   ( R MA )   ar ea .   T h L o R a   s m ar g atew ay   is   u s ed   to   co n n ec th R MA ,   d is tr ict  m eter in g   ar ea   ( DM A)   an d   p r ess u r m eter in g   ar ea   ( PMA)   n etwo r k s   to   th e   in ter n et   u s in g   s ev er al  c o m m u n icatio n   tech n iq u es  ( 2 G,   3 G,   4 G) .   Sin ce ,   ea ch   R MA   co r r esp o n d s   to   an   in d iv id u al  r esid en tial a r ea   ( lik s m ar t h o m e) ,   wh ile  DM co m p r is es  s e v er al  R MA s   in   th s am city   ( s m ar t c ity ) .   W h ile  PMA  co n tain s   s ev er al  DM As  an d   th u s   allo ws f o r   b r o ad er   m an ag em en t o f   lar g e - s ca le  wate r   d is tr ib u tio n .   I n   a d d itio n ,   ad d itio n al   co m m u n ic atio n   p r o to co ls   ar e   also   in te g r ated ,   m ak in g   th e   s y s tem   ad ap tab le  t o   f u tu r e   d ev elo p m en ts .   T h er e   ar e   two   in ter f ac es  o n   th g atew ay s .   W h ile  th s ec o n d   in ter f ac p r o v id es  lo n g - r a n g e   lo w - r ate  co m m u n icatio n   b a s ed   o n   L PW AN  tech n o lo g y ,   th f ir s in ter f ac co m m u n icate s   with   co n n ec ted   s m ar d e v ices  u s in g   t h wM - B u s   p r o to co l.   I n   ad d itio n ,   o u r   s y s tem   is   b ased   o n   th ap p licatio n   o f   d ata  r e d u n d an cy   an d   ag g r eg atio n   m ec h a n is m s   to   en s u r d ata  r eliab ilit y   wh ile  o p tim izin g   en er g y   e f f icien cy .     2 . 3 .     new  pro po s ed  des ig n f o s m a rt   wa t er - s a v ing   dis t ributio n sy s t em   T h p r o p o s ed   s y s tem   f o r   s m ar an d   wate r - s av in g   n etwo r k   in   city   is   d esig n e d   f o r   ef f icien t   m an ag em en o f   wate r   co n s u m p tio n   u s in g   ad v an ce d   m o n it o r in g   an d   co n tr o tech n o l o g ie s .   Ou r   ca s s tu d y   is   s itu ated   o n   t h lef t   b an k   o f   th aq u e d u ct  B ec h ar ,   it  is   a   r u r a to wn ,   wh ic h   s u p p lies   th n eig h b o r h o o d   m ar k e t   with   f ar m in g   item s ,   a n d   w h ich   is   cr ea ted   ar o u n d   th e   o ld   Ksar ,   th s ite  is   wea lth y   in   wat er   ass ets.  T h s to c k   wate r   co m es to   Ou ak d s p r in g   ( g r o u n d wate r )   at  s tr ea m   p ac o f   8 , 0 0 0   m 3 /d   [ 2 1 ] .     2 . 3 . 1 .   T he  s y s t em   des ig n   I n   th is   s ec tio n ,   we  s u g g est  ar c h itectu r e   f o r   s m ar wate r   m a n ag em en s y s tem   wh ile  k ee p i n g   in   m in d   th m ain   an aly s is   o f   th d if f er en ap p r o ac h es  p r ev io u s ly   co v er ed .   T h s y s tem   s h o wn   in   Fig u r 3   co n s is ts   o f   wir eless   s en s o r   n etwo r k ,   r en e wab le  en er g y   an d   elec tr ic  p o wer .   I is   co m p o s ed   o f   two   p ar ts th s o u r ce   o f   d r in k in g   wate r   ( ce n tr al  an d   l o ca r eser v o ir s )   an d   th wate r   d is tr ib u tio n   n etwo r k   f o r   en d   u s er s .   T h W SN   co n s is ts   o f   s ev er al  tin y   d ev i ce s   ( wate r   lev el  d etec tio n   s e n s o r s   ( e. g . ,   HC - SR 0 4   u ltra s o n ic  s en s o r ) ,   wate r   q u ality   s en s o r s   an d   c o n tr o ller s   e. g .   R asp b er r y   Pi.) .   d is tr ib u tio n   n etwo r k   is   in s talled   to   d is tr ib u te  d r in k in g   wate r ,   s o   th e   s o len o id   v alv e   c o n tr o ller s   ar e   in s talled   in   th p ip elin es.  T h e   s o len o id   v alv e   co n tr o ller ,   wh ich   is   in   ch ar g o f   m a n ag in g   au to m a tic   wate r   d eliv er y ,   r ec eiv es  d a ta  f r o m   s en s o r s   th at  m ea s u r t h p o f   th wate r   in   th ce n tr al  an d   lo ca tan k s .   T h elec tr ic  p u m p   co n tr o ller   is   r esp o n s ib le  f o r   ac tiv atin g   o r   d ea ctiv atin g   th e   elec tr ic  p u m p   b ased   o n   th i n f o r m atio n   co m i n g   f r o m   th s e n s o r s .   T h e   p u m p   is   ch a r g ed   e ith er   b y   r en ewa b le  en er g ies  o r   b y   elec tr ic  e n er g y .   T h cu s to m er   ca n   also   in ject  wate r   in to   th n etwo r k .   As  r es u lt,  th in s tallatio n   o f   o u r   s y s tem   is   s im p le  an d   f lex ib le,   an d   in   ar ea s   wh er w ater   is   s ca r ce ,   th is   s y s tem   ca n   b u s ed   to   av o id   wastin g   wate r   r eso u r ce s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       S ma r t wa ter d is tr ib u tio n   fo r   s ma r t c ities   b a s ed   o n   in tern et  o f th in g s   ( A ma l D o u li )   1659       Fig u r 3 .   Pro p o s ed   s m ar t w ate r   d is tr ib u tio n   s y s tem   d esig n       Fig u r 4   illu s tr ates th s o f twar s y s tem   d esig n .   T h wir eless   s en s o r   n o d p r o g r am s   in   o u r   s y s tem   ar d esig n ed   to   co n tin u o u s ly   m o n ito r   wate r   p lev els  a n d   wate r   lev els.  T h ese  n o d es  tr an s m it   th c o llected   d ata   v ia  wM - B u s   n etwo r k   to   L o R s m ar g atew ay ,   w h ich   f o r war d s   it  u s in g   in ter n et - b as ed   co m m u n icatio n   tech n o lo g ies  s u ch   as  2 G,   3 G,   o r   4 to   web   s er v ice.   T h web   s er v ice  em p lo y s   in tellig en s o f twar ap p licatio n s   to   an aly ze   th d ata  an d   tr ig g er   ac tio n s   ac c o r d in g ly ,   s u ch   as   s elec tiv ely   ac tiv atin g   co n tr o ller s .   C o n tr o ller s   d eter m in wh eth e r   to   in itiate  f illi n g   o f   t h s m ar tan k s   b ased   o n   p r ed ef i n ed   t h r esh o ld   v al u es  f o r   wate r   lev el  an d   p i n   b o t h   th e   s m ar t h o m tan k   an d   th s m ar t c ity   r eser v o ir .             Fig u r 4 .   Pro p o s ed   s o f twar s y s tem   d esig n       Flo ch ar ts   o f   s o f twar d esig n   f o r   s en s o r s   n o d es,  co n tr o ller s   an d   th L o r s m ar g at ewa y   ar e   ex p r ess ed   in   Fig u r 5 .   I n   th f l o wch ar ts   f o r   th e   wate r   lev el  s en s o r   an d   t h PH sen s o r ,   th f ir s t step   is   to   s et  th tim ( T )   o f   th lo w - p o wer   s leep   m o d f o r   th s en s o r   in   o r d er   to   m in im ize  its   p o wer   co n s u m p tio n .   T h en ,   th e   s en s o r s   r ea ctiv ate  af ter   th is   p er io d   t o   co llect  wate r   le v el  d ata  an d   PH  o f   wate r   r esp e ctiv ely ,   in   o r d er   to   tr an s m it  th em   to   a   s m ar g ate way   f o r   f u r t h er   an al y s is .   On ce   th tr an s m is s io n   is   co m p lete,   th s en s o r s   g o   in to   s leep   m o d u n til th n ex t c y cl e.   T h is   p r o ce d u r is   r e p ea ted   c o n tin u o u s ly .   T h co n tr o ller   n o d e' s   f lo wch ar t,  wh ich   lik ewise  b eg in s   with   s leep   m o d s tate  f o r   d u r atio n   ( T ) .   Fo llo win g   th is   s leep   p h ase,   th co n tr o ller   e n ter s   ac tiv m o d in   o r d e r   to   ac ce p th d ata  s en b y   th s en s o r s   o v er   th L o R s m ar g atew ay .   Fo llo win g   th co m p letio n   o f   r ec eip t,  th co n tr o ller   ev al u a tes  th r ea d in g s   in   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   3 J u n e   20 2 6 :   1 6 5 5 - 1 6 6 8   1660   r esp ec to   p r e - estab lis h ed   PH   an d   wate r   lev el   th r esh o l d s .   B ased   o n   th e   ass ess m en ts   alr ea d y   c o m p leted ,   th co n tr o ller   d eter m in es  wh eth e r   to   tu r n   o n   o r   o f f   th s o len o id   v alv in   o r d er   to   c o n tr o t h wate r   d is tr ib u tio n   if   n ee d ed .           Fig u r 5 .   Flo wch ar ts   o f   wate r   lev el  s en s o r ,   wate r   PH sen s o r   an d   co n tr o ller   n o d e       3.   SI M UL A T I O A ND  DI SC USSI O O F   R E SU L T S   T o   ef f ec ti v ely   v alid ate  o u r   p r o p o s ed   ap p r o ac h ,   lo g ic - b a s ed ,   d ata - d r iv en   s im u latio n   u s in g   r ea l   h o u s eh o ld   wate r   c o n s u m p tio n   r ec o r d s   is   u s ed .   T h s im u lati o n   en v ir o n m en c o n s is ts   o f   th ex p er im e n tal  p a r t,  o f   wh ic h   we   h av e   d e p lo y e d   t h s et  o f   s en s o r s   ( HC - SR 0 4   u ltra s o n ic  s en s o r ,   Gr av ity   An al o g   p Sen s o r   V2 ) ,   th co n tr o ller s   ( R asp b er r y   Pi ) ,   an d   th s o len o i d   v alv as  s h o wn   in   Fig u r 3 .   T h d ata   o b tain ed   f r o m   th p latf o r m   ar th e n   p r o ce s s ed   b y   th d if f er e n alg o r ith m s   m e n tio n ed   in   Fig u r 5 .   T h im p l em en tatio n   o f   th ese   alg o r ith m s   was c o d ed   i n   th P y th o n   la n g u a g e.   T ab le  1   s u m m ar izes th k ey   p ar am eter s   u s ed   f o r   s im u latio n .   T h lack   o f   ac cu r ate  d ata   o n   wate r   co n s u m p tio n   co m p licat es  d em an d   f o r ec asts   in   Alg er i a.   E s tim ates  ar o f ten   b ased   o n   ty p ical  co n s u m p tio n   o f   1 5 0   liter s   p er   p er s o n   p er   d ay ,   with o u clea r   ju s tific atio n   [ 2 2 ] .   T o   f ill  th is   g ap ,   we  u s ed   wir ele s s   s en s o r s   n etwo r k   ( W SN)   to   d eter m in r ea wate r   co n s u m p t io n   d ata  as  r o b u s em p ir ical  d atab ase.         T ab le  1 .   Simu latio n   p ar am eter s   P a r a me t e r   V a l u e / d e s c r i p t i o n   D a t a   c o l l e c t i o n   p e r i o d   Ei g h t   m o n t h s   N u mb e r   o f   h o u se h o l d s   Te n   h o u se h o l d s   S e n s o r u se d   p H   se n s o r :   G r a v i t y   A n a l o g   p H   S e n s o r   V 2     W a t e r   l e v e l   s e n s o r :   U l t r a so n i c   S e n s o r   H C - S R 0 4   C o n t r o l l e r   u se d   R a s p b e r r y   P i   3   M o d e l   B +   S a mp l i n g   f r e q u e n c y   O n e   m e a s u r e m e n t   e v e r y   h o u r   ( 2 4   r e a d i n g s/ d a y   f o r   e a c h   h o u se).   S i mu l a t i o n   d u r a t i o n     Ei g h t   mo n t h s   P r o g r a m mi n g   l a n g u a g e   P y t h o n   3 . 9   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       S ma r t wa ter d is tr ib u tio n   fo r   s ma r t c ities   b a s ed   o n   in tern et  o f th in g s   ( A ma l D o u li )   1661   T h r esu lts   in   T a b le  2   s h o t h at  wate r   co n s u m p tio n   v ar ies  f r o m   o n e   h o u s to   a n o th er ,   es p ec ially   in   Ma r ch   an d   Ap r il  2 0 2 4 ,   u n d er   th in f lu en ce   o f   s ev er al  f ac t o r s .   T h is   s tu d y   d e m o n s tr ates  th e   ef f ec tiv en ess   o f   W SN  to   ac cu r ately   m o n ito r   ch an g es  in   wate r   co n s u m p tio n   an d   d etec ca s es  o f   m is u s o r   leak s ,   en s u r in g   in tellig en an d   s u s tain ab le  m a n ag em en t   o f   th is   r eso u r ce .   I n   o r d er   to   u n d er s tan d   in d iv id u al   wate r   u s ag h a b its   with in   h o u s eh o ld s ,   we  d i v id e d   th to tal  wate r   co n s u m p tio n   f o r   ea ch   h o u s b y   th n u m b e r   o f   m em b er s .   T h e   f in d in g s   ar p r esen ted   in   T ab l 3 .       T ab le  2 .   Ho u s eh o ld   wate r   c o n s u m p tio n   in   liter s   p er   d ay   u s in g   W SN   H o u s e   H o u s e h o l d s w a t e r   c o n su m p t i o n   Li t e r s / D a y   0 9 / 2 0 2 3   1 0 / 2 0 2 3   1 1 / 2 0 2 3   1 2 / 2 0 2 3   0 1 / 2 0 2 4   0 2 / 2 0 2 4   0 3 / 2 0 2 4   0 4 / 2 0 2 4   H 0 0 1   4 4 0   3 4 5   2 1 5   2 6 0   2 9 5   2 8 0   4 3 0   4 7 0   H 0 0 2   7 1 2   7 5 2   7 8 4   7 2 0   6 1 6   7 1 2   9 8 4   9 6 0   H 0 0 3   3 4 8   2 8 8   1 8 0   2 8 0   3 1 6   3 5 2   3 6 0   4 7 2   H 0 0 4   5 1 8   3 8 5   2 2 4   4 8 3   4 8 3   5 0 4   6 3 0   7 7 0   H 0 0 5   2 6 0   2 2 0   1 8 0   2 0 0   1 9 2   2 0 8   2 4 0   2 9 6   H 0 0 6   4 5 0   3 7 0   2 2 0   2 5 0   3 1 0   3 4 0   3 4 0   3 8 0   H 0 0 7   1 3 6   1 8 0   1 6 0   1 9 6   1 7 2   1 6 8   2 3 6   2 3 2   H 0 0 8   1 3 2 0   1 0 8 0   1 2 0 0   9 0 0   1 1 1 6   1 1 2 8   1 5 8 4   1 8 0 0   H 0 0 9   3 9 6   4 0 2   4 8 0   5 2 2   4 0 2   3 2 4   4 8 0   5 8 2   H 0 1 0   2 3 2   1 4 0   1 6 8   2 0 0   2 0 4   2 9 6   2 8 0   3 6 8       T ab le  3 .   Per   ca p ita  co n s u m p ti o n   ( L /D)   H o u s e   P e r   c a p i t a   c o n s u m p t i o n   l i t r e s   / d a y   0 9 / 2 0 2 2   1 0 / 2 0 2 2   1 1 / 2 0 2 2   1 2 / 2 0 2 2   0 1 / 2 0 2 3   0 2 / 2 0 2 3   0 3 / 2 0 2 3   0 4 / 2 0 2 0   H 0 0 1   88   69   43   52   59   56   86   94   H 0 0 2   89   94   98   90   77   89   1 2 3   1 2 0   H 0 0 3   87   72   45   70   79   88   90   1 1 8   H 0 0 4   74   55   32   69   69   72   90   1 1 0   H 0 0 5   65   55   45   50   48   52   60   74   H 0 0 6   90   74   44   50   62   68   68   76   H 0 0 7   34   45   40   49   43   42   59   58   H 0 0 8   1 1 0   90   1 0 0   75   93   94   1 3 2   1 5 0   H 0 0 9   66   67   80   87   67   54   80   97   H 0 1 0   58   35   42   50   51   74   70   92       I n   co n clu s io n ,   p r ec is in f o r m a tio n   o n   th wate r   u s ag p atter n s   o f   ea ch   in d iv i d u al  is   p r o v i d ed   b y   th e   ca lcu latio n   o f   wate r   c o n s u m p tio n   p er   ca p ita.   T h ese  r esu lts   h elp   t o   clar if y   th e   s tr ateg ies  to   b e   f o llo we d   f o r   im p r o v in g   th e f f icien cy   o f   s u s tain ab le  wate r   m an ag em en t.     3 . 1 .     Da ily   wa t er   c o ns um ptio n   Ou r   p r o p o s ed   s o lu tio n   c o n s is ts   in   d etec tin g   th ex ac d aily   wate r   co n s u m p tio n   f o r   ea c h   h o u s eh o ld ,   m o n th ly   b y   u s in g   th e   W SN.  Su b s eq u e n tly ,   we   ca lcu lated   ad o p ted   c o n s u m p tio n   v alu es   m o n t h ly   f o r   ea ch   h o u s eh o ld .   Un lik th o ld   s y s tem ,   wh er wate r   co n s u m p ti o n   is   d o n r an d o m ly   wh ic h   lead s   to   s ig n if ican waste,   th is   s o lu tio n   allo ws  to   d is tr ib u te  wate r   with   n ec ess ar y   q u a n titi es  ac co r d in g   to   t h n ee d   an d   to   th e   s ea s o n ,   wh ich   p r o v es  th ef f ic ien cy   o f   o u r   s y s tem   in   ter m s   o f   wate r   s av in g .   As  r esu lt,  o u r   s tr ateg y   p er f ec tly   co n f o r m s   to   t h id ea   o f   s m ar cities  f o r   th is   r eso u r ce ' s   s u s tain ab le  d ev el o p m en t.   Fro m   t h an aly s is   o f   th r esu lts   s h o wn   in   Fig u r 6 ,   we  o b s er v r ec u r r i n g   tr en d   with   two   n o tab le  co n s u m p tio n   p ea k s   o cc u r r in g   at   ap p r o x im ately   th e   s am tim ea ch   m o n th .   A   v er y   lo wate r   co n s u m p tio n   i n   th e   ea r ly   h o u r s   o f   th n i g h a n d   an   in cr ea s in   co n s u m p tio n   i s   n o ted   f r o m   6   am   r ea c h in g   m ax im u m   at  1 0   am   to   1 2   am ,   d u to   m o r n in g   r o u tin es.  Af ter   th is   n o tab le  p ea k ,   wate r   co n s u m p tio n   b e g in s   to   d ec r ea s b u r em ain s   f lu ctu atin g .   W ate r   co n s u m p tio n   r em ain s   r elativ e ly   s tab le  b etwe en   t h d if f er e n m o n t h s ,   with   an   in cr ea s in   p er io d s   o f   h ig h   d em an d .   T h is   g r ap h   d em o n s tr ates  th ef f ec tiv en ess   o f   o u r   s y s tem   in   ter m s   o f   d etec ti o n   an d   m o n ito r in g   ca p ac ity   with   p r ec is io n .   I n   ad d itio n ,   o u r   s y s tem   is   r o b u s a n d   allo ws  lo n g - ter m   d ata  co ll ec tio n   f o r   d ec is io n - m ak in g   in   o p tim al  wate r   m a n a g em en t.   T h an aly s is   o f   th g r ap h   o f   t h r esu lts   p r esen ted   in   Fig u r 7   co n ce r n i n g   th wate r   co n s u m p tio n   f o r   h o u s H0 0 2   in   Sep tem b er   2 0 2 3   s h o ws  r em ar k ab le  v ar iatio n s   in   t h d aily   c o n s u m p tio n   o f   wate r .   Ho wev er ,   a   p ea k   in   co n s u m p tio n   is   illu s tr ated   at  1 2 :0 0   with   1 2 0   liter s   a n d   p er io d s   o f   lo co n s u m p tio n   esp ec ially   d u r in g   th n ig h an d   ev e n in g   ar e   also   r ec o r d e d .   Ou r   s y s tem   th at  u s es  W SNs   allo ws  ac cu r ately   ca p tu r in g   co n s u m p tio n   v ar iatio n s   an d   id en tify in g   p ea k s   a n d   t r o u g h s   i n   co n s u m p tio n ,   wh ich   d em o n s tr ates  its   r eliab ilit y   to   m o n ito r   an d   m an ag wate r   co n s u m p tio n   ef f ec tiv ely .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   3 J u n e   20 2 6 :   1 6 5 5 - 1 6 6 8   1662       Fig u r 6 .   Daily   wate r   c o n s u m p tio n   f o r   H0 0 1   f r o m   0 9 /2 0 2 3   t o   0 4 /2 0 2 4           Fig u r 7 .   Daily   wate r   c o n s u m p tio n   f o r   H0 0 2   in   Sep tem b er   2 0 2 3       3 . 2 .     Co m pa riso n bet wee n mo nths   Acc o r d in g   to   Fig u r e   8 ,   th e   an aly s is   o f   th e   m o n th ly   wate r   c o n s u m p tio n   f o r   H0 0 1   r esu lts   h ig h lig h ts   s ev er al  im p o r tan p o in ts   o f   t h co n s is ten cy ,   p r ec is io n   an d   r eliab ilit y   o f   th s y s tem .   Fro m   th a n aly s is   o f   th e   r esu lts   in   Fig u r 8 ,   we  n o tic th at  th er e   ar s ig n i f ican v ar iatio n s   in   co n s u m p tio n   b et wee n   m o n t h s   with   a   m in im u m   o f   2 1 5   L /D  in   N o v em b er   a n d   a   m ax im u m   o f   4 7 0   L /d   i n   Ap r il  2 0 2 4 .   T h a b ilit y   to   d etec th ese   v ar iatio n s   p r o v es th at  o u r   s y s tem   is   r eliab le  an d   m ea s u r es th d ata  ac cu r ately .           Fig u r 8 .   Mo n th ly   wate r   c o n s u m p tio n   f o r   h o u s eh o ld   f r o m   0 9 /2 0 2 3   to   0 4 /2 0 2 4       3 . 3 .     O pti m iza t io o f   o ur  pro po s ed  s m a rt   wa t er   dis t ributi o n m a na g e m ent   s y s t em   T h o p tim izatio n   o f   s m ar t   wate r   d is tr ib u tio n   m an a g em en t   r e q u ir es  th d eter m in atio n   o f   a n   ap p r o v ed   co n s u m p tio n   v alu e   in   o r d e r   to   ad o p t   it  as  r ef er e n ce   v alu to   im p r o v a n d   o p tim ize  t h allo ca tio n   o f   wate r   r eso u r ce s .     3 . 3 . 1 .   Cho o s ing   a n a pp ro v ed  wa t er   co ns um ptio n v a lue   T o   f in d   t h ap p r o v e d   v alu o f   wate r   co n s u m p tio n ,   we  p r o p o s ed   to   u s s o lu tio n   th at  c o n s is ts   o f   u s in g   weig h ted   a v er ag e   with   d y n am ic  a n aly s es a n d   s af ety   m ar g in s ,   b y   ap p l y in g   th e   f o r m u la   ( 1 ) .          =          +                ( 1 )     W h av in s p ir ed   th is   s tr ateg y   f r o m   o t h er   f ield   o f   en e r g y   m a n ag em en [ 2 3 ]   i n   o r d er   to   ap p l y   it in   o u r   p r o p o s ed   s y s tem   f o r   th m an a g em en t o f   in tellig en wate r   d is tr ib u tio n ,   wh o s f u tu r e   n ee d s   ar esti m ated   u s in g   av er ag es  o f   h is to r ical  d ata  an d   ad d i n g   s af ety   m ar g in   t o   r eg u late  v a r iatio n s .   T o   ca l cu late  th m o n th l y - ap p r o v ed   v al u es,  we  h av f o ll o wed   th f o llo win g   s tep s :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       S ma r t wa ter d is tr ib u tio n   fo r   s ma r t c ities   b a s ed   o n   in tern et  o f th in g s   ( A ma l D o u li )   1663   a.   Ass ig n   weig h ts   b ased   o n   s p ec i f ic  f ac to r s   ( e. g .   n u m b er   o f   o cc u p an ts   p er   h o u s e) .   b.   Do   weig h ted   av e r ag ca lcu lati o n s   f o r   ea c h   m o n th .            = (     ) = 1  = 1     ( 2 )     I n   o u r   s tu d y ,   we  u s ed   s af ety   m ar g in   o f   1 0 o f   th e   av er a g co n s u m p tio n   af ter   s ev er al   s im u latio n s .   T h is   ch o ice  is   o p tim al  f o r   th is   s y s tem   to   ef f icien tly   m a n ag e   u n ex p ec ted   v a r iatio n s   in   co n s u m p tio n .   s af ety   m ar g in   was in tr o d u ce d   t o   p r e v en t b o th   wate r   s h o r tag a n d   o v er - allo ca tio n .     I n   ad d itio n ,   af te r   s ev er al  s im u latio n s ,   we  ch o s th e   n o r m al ized   weig h r a n g [ 0 . 5 ,   1 . 5 ]   t o   o p tim ize  th weig h ted   av e r ag in   o u r   p r o p o s ed   s y s tem   in   o r d er   t o   r ed u ce   th d e v iatio n s   b etwe en   th tar g et  v o lu m an d   th m ea s u r ed   v o lu m wh ile  i m p r o v i n g   th e   ef f icien c y   o f   th s y s tem .   T h is   d ec is io n   is   b a s ed   o n   estab lis h ed   r esear ch ,   s u ch   as  in   [ 2 4 ] ,   [ 2 5 ] .   T h weig h v al u es  p r esen ted   in   T ab le  4   ar d eter m in ed   af ter   s ev er al   s im u latio n s   an d   co m p ar ativ an aly s es.  T h ese  v alu es  en s u r e   th o p tim izatio n   o f   r eso u r ce   allo ca tio n   an d   th e   ef f icien cy   o f   th p r o p o s ed   s y s tem .   T h an k s   to   th is   ap p r o ac h ,   b ased   o n   s ev er al  s im u latio n s ,   we  wer ab le  to   id en tify   th e   s tan d ar d   b est  s u ited   to   o u r   s p ec if ic   co n te x t,   g u ar a n teein g   in tellig en an d   s u s tain ab le  wate r   d is tr ib u tio n   m an a g em en t.   Usi n g   th ese  n o r m alize d   weig h ts   an d   b y   ap p ly in g   f o r m u la  ( 2 ) ,   th weig h te d   av er a g v al u f o r   th e   m o n th   o f   Sep tem b e r   is 7 3 . 4 1   L /D.   So ,   th s af ety   Ma r g in   ( 1 0 %) = 7 . 3 4 1   L /D.   Fo llo win g   th s am s tep s ,   th ap p r o v ed   m o n th ly   wate r   co n s u m p tio n   v al u es  wer ca lcu lated   b y   ap p l y in g   weig h ted   av er ag b ased   o n   th e   s tan d ar d ized   weig h ts   p r esen te d   in   T a b le  3 ,   to   wh ich   1 0 s af ety   m ar g in   was  ad d e d   to   en s u r r o b u s tn ess   an d   f lex ib ilit y   to   ch an g es  f o r   o u r   p r o p o s ed   s y s tem .   T h e   ca lcu latio n   r esu lts   ar p r esen ted   in   T ab le   5 .   T ab le  6   p r esen ts   th o p tim ized   wate r   co n s u m p tio n   tar g et  v alu es  f o r   all  m o n ito r e d   h o u s es,  wh ich   ar ca lcu lated   b ased   o n   th ap p r o v ed   v alu es  p r es en ted   in   T ab le  5 .   T h ese  tar g et  v alu es  wer d eter m in ed   b y   m u ltip ly in g   th e   ap p r o v ed   v al u b y   th n u m b er   o f   in h a b itan ts   in   ea ch   h o u s eh o ld .       T ab le  4 .   No r m alize d   weig h ts   f o r   h o u s eh o ld s   b ased   o n   n u m b er   o f   in h ab itan ts   H o u s e h o l d   N u mb e r   o f   o c c u p a n t s   N o r mal i z e d   w e i g h t   H 0 0 1   5   0 . 6 2 5   H 0 0 2   8   1 . 0   H 0 0 3   4   0 . 5   H 0 0 4   7   0 . 8 7 5   H 0 0 5   4   0 . 5   H 0 0 6   5   0 . 6 2 5   H 0 0 7   4   0 . 5   H 0 0 8   12   1 . 5   H 0 0 9   6   0 . 7 5   H 0 1 0   4   0 . 5       T ab le  5 .   Mo n th ly   a p p r o v ed   v a lu es f o r   d aily   c o n s u m p tio n   o f   in h ab itan t   M o n t h   A p p r o v e d   d a i l y   c o n su m p t i o n   v a l u e s / i n h a b i t a n t   S e p t e m b e r   2 0 2 3   8 0 . 7 5   L/ D   O c t o b e r   2 0 2 3       7 3 . 0 0   L/ D   N o v e mb e r   2 0 2 3     7 2 . 1 0   L/ D   D e c e m b e r   2 0 2 3     7 0 . 6 5   L/ D   Jan u a r y   2 0 2 4       7 2 . 9 1   L/ D   F e b r u a r y   2 0 2 4       7 6 . 0 2   L/ D   M a r c h   2 0 2 4       9 3 . 8 5   L/ D   A p r i l   2 0 2 4     1 1 3 . 4 9   L / D       T ab le  6 .   T ar g et  v alu es o p tim ized   f o r   ea ch   h o u s liter s /d ay   H o u s e   Ta r g e t   v a l u e o p t i mi z e d   f o r   e a c h   h o u s e   L/ D   0 9 / 2 0 2 2   1 0 / 2 0 2 2   1 1 / 2 0 2 2   1 2 / 2 0 2 2   0 1 / 2 0 2 3   0 2 / 2 0 2 3   0 3 / 2 0 2 3   0 4 / 2 0 2 3   H 0 0 1   4 0 3 , 7 5   3 6 5   3 6 0 , 5   3 5 3 , 2 5   3 6 4 , 5 5   3 8 0 , 1   4 6 9 , 2   5 6 7 , 4 5   H 0 0 2   6 4 6   5 8 4   5 7 6 , 8   5 6 5 , 2   5 8 3 , 2 8   6 0 8 , 1 6   7 5 0 , 7 2   9 0 7 , 9 2   H 0 0 3   3 2 3   2 9 2   2 8 8 , 4   2 8 2 , 6   2 9 1 , 6 4   3 0 4 , 0 8   3 7 5 , 3 6   4 5 3 , 9 6   H 0 0 4   5 6 5 , 2 5   5 1 1   5 0 4 , 7   4 9 4 , 5 5   5 1 0 , 3 7   5 3 2 , 1 4   6 5 6 , 8 8   7 9 4 , 4 3   H 0 0 5   3 2 3   2 9 2   2 8 8 , 4   2 8 2 , 6   2 9 1 , 6 4   3 0 4 , 0 8   3 7 5 , 3 6   4 5 3 , 9 6   H 0 0 6   4 0 3 , 7 5   3 6 5   3 6 0 , 5   3 5 3 , 2 5   3 6 4 , 5 5   3 8 0 , 1   4 6 9 , 2   5 6 7 , 4 5   H 0 0 7   3 2 3   2 9 2   2 8 8 , 4   2 8 2 , 6   2 9 1 , 6 4   3 0 4 , 0 8   3 7 5 , 3 6   4 5 3 , 9 6   H 0 0 8   9 6 9   8 7 6   8 6 5 , 2   8 4 7 , 8   8 7 4 , 9 2   9 1 2 , 2 4   1 1 2 6 , 0 8   1 3 6 1 , 8 8   H 0 0 9   4 8 4 , 5   4 3 8   4 3 2 , 6   4 2 3 , 9   4 3 7 , 4 6   4 5 6 , 1 2   5 6 3 , 0 4   6 8 0 , 9 4   H 0 1 0   3 2 3   2 9 2   2 8 8 , 4   2 8 2 , 6   2 9 1 , 6 4   3 0 4 , 0 8   3 7 5 , 3 6   4 5 3 , 9 6   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   3 J u n e   20 2 6 :   1 6 5 5 - 1 6 6 8   1664   3 . 4 .     Co m pa riso bet wee o ur  o ptim ized  s m a rt   wa t er   dis t ributio s y s t em   a nd   t he  s t a n da rd  s y s t em   ba s ed  o n 1 5 0   L /D/perso n   I n   th is   s ec tio n ,   c o m p a r is o n   f o r   th m o n th   o f   Sep tem b er   b e twee n   o u r   p r o p o s ed   s m ar wat er   s y s tem   b ased   o n   d is tr ib u tio n   o f   th o p tim ized   v alu es  p r esen ted   in   T ab le  6   an d   s tan d ar d   s y s tem   b ased   o n   a   d is tr ib u tio n   o f   1 5 0   L /D/p er s o n   is   p r esen ted .   T ab le  7   illu s tr ates th is   co m p ar is o n .     T h r esu lts   p r esen ted   in   T ab le  7   s h o th at,   th an k s   to   th u s o f   s m ar tech n o lo g ies,  o u r   p r o p o s ed   s y s tem   r ed u ce s   th to tal  v o lu m to   b d is tr ib u ted   to   7 , 9 9 9 . 2 5   l/d ,   o r   4 5 . 6 co m p ar ed   to   th s tan d ar d   s y s tem .   T h p r o p o s ed   s m ar wate r   d is tr ib u tio n   s y s tem   n o o n ly   s av es  wate r   b u also   c o m p e n s ates  f o r   f l u ctu atio n s   i n   co n s u m p tio n   b y   ad d i n g   a   1 0 s af ety   m ar g in .   I also   m in i m izes  p r ess u r o n   wate r   r eso u r ce s   b y   d is tr ib u tin g   o n ly   th e   am o u n n ec ess ar y   to   m ee u s er   n ee d s   a n d   s av es  el ec tr icity ,   th u s   e n s u r in g   s u s tain ab le  m a n ag em en t.   On   th co n tr a r y ,   t h s tan d ar d   s y s tem   ch ar ac ter ized   b y   th g e n er atio n   o f   s u r p l u s es a n d   waste  o f   wate r .       T ab le  7 .   co m p ar is o n   f o r   t h e   m o n th   o f   Sep tem b e r   b etwe en   o u r   p r o p o s ed   s m ar t w ater   s y s tem   H o u s e s   N u mb e r   o f   i n h a b i t a n t s   O p t i mi z e d   t a r g e t   v o l u me   ( o u r   p r o p o se d   sy st e m )   L / D   f o r   S e p t e m b e r   S t a n d a r d   t a r g e t   v o l u me  ( t r a d i t i o n a l   s y st e m )   ( L / D )   H 0 0 1   5   4 0 3 . 7 5   7 5 0   H 0 0 2   8   6 4 6 . 0   1 2 0 0   H 0 0 3   4   3 2 3 . 0   6 0 0   H 0 0 4   7   5 6 5 . 2 5   1 0 5 0   H 0 0 5   4   3 2 3 . 0   6 0 0   H 0 0 6   5   4 0 3 . 7 5   7 5 0   H 0 0 7   4   3 2 3 . 0   6 0 0   H 0 0 8   12   9 6 9 . 0   1 8 0 0   H 0 0 9   6   4 8 4 . 5   9 0 0   H 0 1 0   4   3 2 3 . 0   6 0 0     t o t a l   7 9 9 9 . 2 5   1 4 7 0 0       3 . 5 .     Vo lu m et ric  a cc ura c y   ra t o f   o ur  s y s t e m   T h v o lu m etr ic  ac cu r ac y   r at ( VAR)  is   u s ed   to   ev alu at h o ac cu r ately   th p r o p o s ed   s y s tem   d eliv er s   wate r   q u an titi es  with   r esp ec to   th e   tar g et   co n s u m p tio n   d em an d .   I t   r e p r esen ts   th r atio   b etwe en   t h e   ef f ec tiv ely   d eliv er e d   wate r   v o l u m an d   th ex p ec ted   tar g et  v o lu m e.   T h f o r m u la  ( 3 )   allo ws   u s   to   ca lcu late  th e   v o lu m etr ic  ac cu r ac y   r ate  o f   o u r   s y s tem :      = 1    100           ( 3 )     C alcu late  tar g et  v o lu m es     :        =                                  ( 4 )     As  we  h av alr ea d y   ca lcu late d   ab o v e   th at,   th ap p r o v ed   v a lu is   8 0 . 7 5   L / d ,   in   Sep tem b e r .   So ,   th e   ca lcu latio n s   f o r   ea ch   h o u s ar p r esen ted   in   T a b le  8 .       T ab le  8 .   Me asu r e d   an d   tar g et  v o lu m v alu es   H o u s e   N u mb e r   o f   i n h a b i t a n t s   Ta r g e t   v o l u me       L/ D   M e a su r e d   v o l u me        L/ D   H 0 0 1   5   4 0 3 . 7 5   4 4 0   H 0 0 2   8   6 4 6 . 0   7 1 2   H 0 0 3   4   3 2 3 . 0   3 4 8   H 0 0 4   7   5 6 5 . 2 5   5 1 8   H 0 0 5   4   3 2 3 . 0   2 6 0   H 0 0 6   5   4 0 3 . 7 5   4 5 0   H 0 0 7   4   3 2 3 . 0   1 3 6   H 0 0 8   12   9 6 9 . 0   1 3 2 0   H 0 0 9   6   4 8 4 . 5   3 9 6   H 0 1 0   4   3 2 3 . 0   2 3 2       C alcu latio n   o f   th d if f er en ce s   f o r   ea ch   h o u s e:      =                     ( 5 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.