مدل شبیه‌سازی- بهینه‌سازی برای مدیریت مناسب امنیت شبکه‌های توزیع آب شهری

نویسندگان

چکیده

امنیت آب از مسایل مهمی است که می‌تواند در پی تزریق یک آلاینده سمی در آب شرب یک شهر به‌عنوان نمونه در پی یک حمله تروریستی به خطر افتد. در صورتی که که شبکه فاقد یک مدیریت مناسب امنیت باشد،‏ آسیب‌دیدگان چنین حادثه‌ای می‌تواند تمام جمعیت یک شهر باشند. در مطالعات پدافند غیرعامل،‏ اولین گام در هر سامانه هشدار و کنترل آلودگی تشخیص سریع منبع آلودگی است. در این راستا،‏ از مشاهد‌ه‌های پایش برای تشخیص منبع آلودگی استفاده می‌شود. تعیین تعداد بهینه نقطه‌های پایش لازم و بهترین چیدمان آن‌ها از مسایل پیچیده‌ای است که به نقطه‌های پتانسیل تزریق آلودگی عمدی،‏ مقدار و خصوصیات آلاینده تزریقی وابسته است. بهترین سامانه پایش،‏ سامانه‌ای است که در آن اول نقطه‌ها لازم برای پایش شبکه،‏ دوم جمعیت تحت تأثیر در لحظه تشخیص و سوم تعداد حالت‌های عدم تشخیص،‏ به‌ طور همزمان کمینه شوند. در این پژوهش برای تعیین منحنی تبادل بین هدف‌ها متضاد مذکور،‏ الگوریتم تکاملی چند هدفه سریع NSGA-II با مدل شبیه‌ساز EPANET تلفیق شده و از تحلیل مونت کارلو در لحاظ عدم قطعیت‌ها در تزریق آلودگی استفاده شده است. هم‌چنین در تعیین نقطه تعادل منحنی تبادل به دست آمده،‏ از مدل رفع اختلاف نش به کار گرفته شده است. برای نشان‌دادن کارایی و توانایی روش پیشنهادی،‏ شبکه آب شهر لامِرد شبیه‌سازی شده و بهترین نقطه‌های پایش برای این شهر تعیین شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A simulation-optimization model for proper safety management in urban water distribution systems

نویسندگان [English]

  • Mohammad Reza Bazargan-Lari
  • Faraz Modiri
  • Mohammad Reza Nikoo
چکیده [English]

Water security is a vital issue that may threat by contaminating drinking water of a city, for example through a terrorist attack. In the absence of a proper managing safety in water distribution system, the number of victims of such terrorist attack can reach to whole of city population. In a passive defense approach, the first step for any integrated public alert system and contaminant controlling is rapid detection of contaminant source. Observations from a set of monitoring points are used to detect the contaminant source. The optimal number of required monitoring points and their pattern is a challenging task that closely depends on the potential injection points, the amount and characteristics of injected pollution. The best monitoring system corresponds to the pattern that minimizes (a) the required number of monitoring points, (b) the affected population at detection instant, and (c) the undetected cases. In this study, the fast multi-objective evolutionary algorithm, NSGA-II, is coupled with the simulation model, EPANET, to find a trade-off curve among the conflicting objectives. Monte Carlo simulation is used to incorporate uncertainties in injected pollution. The Nash bargaining solution is utilized to find the equilibrium point of the obtained trade-off curve. In order to demonstrate the efficiency and capabilities of the proposed methodology, the water distribution network of Lamerd City is modeled and the best monitoring points are determined.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Alert system-Passive defense-EPANET-Water distribution network-NSGA-II-