عنوان پایان‌نامه
ارزیابی و مدیریت ریسک امنیت آب در شبکه های آب شهری با تآکید بر جانمایی بهینه سنسورهای تشخیص آلودگی در شبکه
- رشته تحصیلی
- مهندسی محیط زیست -منابع آب
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه دانشکده محیط زیست شماره ثبت: ENV 1318;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 69732
- تاریخ دفاع
- ۲۱ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- حمید باستانی
- استاد راهنما
- امین سارنگ
- چکیده
- شبکه‌های آب‌رسانی شهری جزو زیرساخت‌های حیاتی هر جامعه می‌باشد که وظیفه تأمین آب سالم به‌منظور شرب و یا مصارف خانگی را بر عهده دارد. به هر میزان که آب قابل‌اطمینان‌تر باشد در سلامت و شرایط اقتصادی – اجتماعی افراد نیز نقش مؤثرتری ایفا می‌کند. در سال‌های اخیر و با توجه به تهدیداتی که متوجه زیرساخت‌های حیاتی شده است، حفاظت از این زیرساخت حیاتی بسیار موردتوجه قرارگرفته است. با توجه به اهمیت نظارت، کنترل و ارتقای این تأسیسات، ارزیابی و مدیریت ریسک شبکه‌های آب‌رسانی را می‌توان مبنای ارزیابی عملکرد سیستم دانست. بنابراین برای در دست داشتن معیاری از شرایط حال حاضر هر شبکه بررسی‌های ارزیابی ریسک و به‌منظور هدایت مؤثر شبکه در زمان‌های بحران، مدیریت ریسک بسیار حائز اهمیت می‌باشد. همچنین در بخش مدیریت ریسک، پایش آنلاین و مستمر کیفیت آب را می‌توان از راهکارهای کارآمد در افزایش شاخص امنیت آب شرب به‌حساب آورد و ازآنجاکه هزینه حس‌گرهای تشخیص کیفیت بالا بوده نیاز به جانمایی دقیق آن‌ها در شبکه احساس می‌شود. در همین راستا و در مطالعه‌ی حاضر، در بخش اول ارزیابی ریسک شبکه‌های آب شهری تحت تزریق آلاینده آرسنیک با در نظر گرفتن شش عدم قطعیت انجام‌گرفته است. در این بخش یک شبکه آب شهری با 5000 نفر جمعیت، 700 گره تقاضا و دو منبع تأمین آب شامل یک تانک و یک واحد تصفیه‌خانه در نظر گرفته‌شده است. در گام اول برای تمامی نقاط شبکه مقدار آسیب‌پذیری تعریف می‌شود و بر اساس نتایج آن، آلودگی از طریق تانک شهر که آسیب‌پذیرترین نقطه شهر می‌باشد، طی یک سناریوی مبنا تزریق می‌شود. مقادیر عدم‌قطعیت به کمک شبیه‌ساز مونت‌کارلو در این سناریوی مبنا اعمال می‌شود و طی آن غلظت آلودگی در نرم‌افزار ایپنت محاسبه‌شده و برای مقادیر بیشتر از حد مجاز آلاینده با مقدار 0,01 mg/L جمعیت قرارگرفته در معرض آلودگی در طی بازه 48 ساعته مدل‌سازی محاسبه می‌گردد. در ادامه با در نظر گرفتن استفاده از حس‌گرهای هوشمند تشخیص آلودگی در شبکه به بررسی چهار راهکار برای کاهش مقدار آلاینده در سیستم پرداخته‌شده و در آخر نتایج هر چهار راهکار به‌وسیله شاخص جمعیت قرارگرفته در معرض آلودگی مقایسه می‌شود. در بخش دوم مطالعه حاضر به‌طور خاص به جانمایی تعداد یک تا شش حس‌گر آلودگی در شبکه به‌عنوان ابزاری برای مدیریت ریسک پرداخته می‌شود. با استفاده از الگوریتم ژنتیک تک هدفه و نرم‌افزار ایپنت و با در نظر گرفتن عدم قطعیت‌های حاصل از بخش ارزیابی ریسک، دو هدف 1- ایجاد بیشترین مقدار پوشش در شبکه و 2- وقوع کمترین خسارت در سیستم به معنای کمترین حجم از آب آلوده را بهینه می‌کنیم. در محاسبه بیشترین پوشش در شبکه مقدار زمان تأخیر در تشخیص آلودگی توسط حس‌گر در نظر گرفته می‌شود. همچنین به‌منظور کاهش حجم محاسبات، آلاینده به ترتیب از 94 گره منتخب از بین 700 گره شبکه به سیستم تزریق می‌شود. جواب‌های نهایی برای به‌کارگیری تعداد مختلف حس‌گر در شبکه در یک نمودار پارتو فرانت بهینه برای دو هدف نشان داده‌شده است. به‌طوری‌که انتخاب جواب موردنظر برای مقادیر مختلف دو هدف بر عهده مسئولین امر می‌باشد.
- Abstract
- Water distribution systems are considered as vital infrastructure in all societies which roles are supplying water to drink and for domestic consumers. More the water in WDS is reliable more successful impact it has in the safety and economical-social accept of people. In recent years and due to the threats to these vital infrastructures, more attention and researches has done in this field in order to protect them. Risk assessment and management can be used to evaluate the function of WDS Due to the importance of control, surveillance and promotion of these installations; hence, in order to have a picture of the present situation of the system and to properly manage the system in crisis situation it is necessary to use risk assessment and risk management, respectively. Furthermore, in risk management section, online and continues water quality monitoring can increase the safety index of system and as the price of such water quality sensors is considerable, it is important to optimize their placement in the network. Due to abovementioned information, in the first of this research, a risk assessment has done by considering of six uncertainty parameters under a contamination injection event by Arsenic. A case study which has 5000 thousands residents, 700 demand points, tow water resource including one water treatment plant and one reservoir is considered. A risk assessment has done for all of the demand points and based on the results, the contamination has injected through the system based on a base-scenario. The six uncertainties has applied by using Monte Carlo Simulation and then the exposed population over 0.01 Mg/L of contamination under 48 hours time of simulation has been calculated. In the following four different strategies has investigated in order to decline the contamination. The results has comprised based on contaminated population parameter. In the second part of this thesis, as a way of risk management, the optimum location of one to six contamination detection sensors, has investigated. By using Genetic Algorithm, EPANET and the uncertainties from first section, it is tried to optimize to main objects; 1- providing the most coverage in the system 2- minimizing the volume of contaminated water. Delay detection time has been considered in maximizing the coverage of the system. The contamination has injected one by one through 94 points from 700 demand points in order to decreasing the volume of calculations. The last results of the location of different number of sensors has shown in a Pareto-Front diagram which selecting the most desired result is based on the manager’s choose.
