本文摘要：摘要：針對蓄意攻擊下城市供水網絡防護的問題，提出一種新的供水網絡重要節點綜合價值評估方法。結合蓄意攻擊特性，用EPANET、ALOHA分別模擬節點被毀后供水網絡的效能變化和次生災害后果，構建基于節點自身價值、系統價值、間接價值的綜合價值評估模型。對湖
摘要：針對蓄意攻擊下城市供水網絡防護的問題，提出一種新的供水網絡重要節點綜合價值評估方法。結合蓄意攻擊特性，用EPANET、ALOHA分別模擬節點被毀后供水網絡的效能變化和次生災害后果，構建基于節點自身價值、系統價值、間接價值的綜合價值評估模型。對湖北省某城市供水網絡的應用結果表明，相比于埋于地下的輸水管線，供水廠作為城市供水網絡源頭才是蓄意攻擊重點打擊目標;不同水廠綜合價值差距巨大，水廠3的綜合價值為水廠4的近5倍;水廠綜合價值越大，攻擊方收益也越大，受襲概率也越高，因此在應對蓄意攻擊時應為綜合價值高的水廠提供更多的防護資源。
關鍵詞：蓄意攻擊;供水網絡;綜合價值評估;水利模擬;次生災害
1引言
城市供水網絡是城市生命線系統中最重要的基礎設施之一。近年來，戰爭和恐怖襲擊等蓄意攻擊越來越多的將目標轉向城市供水網絡上[1]。城市供水網絡作為現代城市運行和發展的基礎，若遭到蓄意攻擊破壞將會嚴重影響城市居民用水和工業用水，進而影響經濟和民生。目前大多數研究還集中在地震災害下城市供水網絡的性能評估及供水恢復上，如王永等[2]評估分析了2008年汶川地震下12個城鎮供水管網損壞;盧金鎖等[3]對地震后城市供水系統進行風險分析及震后供水;李黎等[4]針對埋于地下的供水管道，采用蒙特卡羅評價了地震下城市供水網絡連通可靠性。然而，對蓄意攻擊背景下的供水網絡的重要節點及評估還很不足。
因此，本文構建蓄意攻擊背景下供水網絡重要節點的綜合價值評估模型，分別從自身價值、系統價值、間接價值評估重要節點，應用EPANET、ALOHA軟件對供水網絡性能及次生災害進行仿真模擬，并通過熵權法確定不同價值的權重系數得到節點綜合價值(綜合價值最大的節點即為受蓄意攻擊威脅最大的目標)，為城市供水網絡安全防護提供了依據。
2供水網絡重要節點綜合價值評估模型
考慮到蓄意攻擊主要為物理毀傷，主要是對供水設施的實體結構進行毀傷，且此種攻擊是使供水系統癱瘓的最有效和最危險的手段。城市供水網絡包括水廠、輸水管線、水泵機組和閘閥等。在不影響網絡特性的情況下，將供水網絡簡化為只由管線和節點兩類元素組成的管網模型。
在模型中，管段與節點互相關聯，由于輸水管線大多埋藏于地下，且分布廣泛[5]，對于蓄意攻擊者來說，水廠被攻擊所造成的轟動效應巨大，通常是優選目標。同時，不同水廠由于地理位置、供水性能各方面的不同，其重要度也會有很大差異。因此，對不同水廠進行綜合價值評估確定重點防護目標顯得尤為重要。供水廠綜合價值主要包括水廠自身價值、系統價值、間接價值，可通過熵權法確定不同價值的權重系數。
2.1自身價值評估方法
選擇層次分析法評估城市供水網絡重要節點自身價值。首先需要確定判斷矩陣，即通過各元素之間兩兩比較確定合適標度，結合專家打分實現定性向定量轉化，根據打分結果建立判斷矩陣。
2.2系統價值評估方法
供水網絡性能表示網絡為居民提供用水的能力。當供水網絡正常運行時，所有居民都能用上水，此時網絡性能為居民總用水量。當供水網絡遭到破壞，網絡性能下降最明顯的特征就是需水點水壓不足。根據《城市給水工程規劃規范》[6]中的設計要求，城市供水管網的供水水壓應滿足需水點處壓力28m的要求。因此，假設需水點若水壓低于28m，則代表該點供不上水。
2.3間接價值評估方法
自來水廠是城市供水網絡的源頭，同時也是原水轉化為生活用水的重要環節。目前中國許多城市的自來水廠仍采用氯化消毒法，并備有大量的氯氣。氯氣是一種黃色有刺激性氣味的氣體，對人體有強烈的刺激性，氯氣擴散將造成嚴重的人員中毒傷亡。間接價值主要表現為水廠被破壞后氯氣擴散導致的人員傷亡影響。
2.4節點綜合價值評估
選擇熵權法確定節點不同價值的權重系數，并對節點重要度進行綜合評估。
3應用
湖北省某城市供水網絡包括5座水廠、332個需水點、577根管線，每個需水點為該區域的居民提供用水，自來水廠可視為城市供水網絡的水源頭，對城市供水起著至關重要的作用，也是恐怖分子著重打擊的目標。出于保密性和安全性的考慮，隱藏該城市的具體地理信息，并對供水網絡進行適當簡化。
電力論文投稿刊物：《水電能源科學》(Water Resources and Power)屬于工業技術類學術性刊物，創刊于1983年，教育部主管，中國水力發電工程學會、華中科技大學主辦，武漢國測三聯水電設備有限公司、鄭州大學水科學研究中心協辦主要報道水、電、能源及相關學科的新理論、新技術、新方法及工程應用成果，適當報道經驗交流、技術革新和技術改造，涉及水電、電氣與電子、能源與動力、土木與力學、環境工程、控制工程、計算機等多個學科。
4結論
a.通過對水廠自身價值、系統價值、間接價值三個方面的量化計算，直觀顯示了不同水廠的綜合價值高低，可為蓄意攻擊威脅下的重點防護對象提供理論依據。b.對于綜合價值高的目標應投入更多的防護資源。首先，可為重要水廠的關鍵設備及廠房建造防爆墻，以減少攻擊對供水能力的影響;然后，建議將廠房建在人口稀疏的地方或將氯氣存儲罐地下化，以減少水廠被打擊后造成的次生災害影響;還可設置專業搶修和救援隊，以保障被打擊后供水廠的搶修及人員的搶救;最后，從城市供水規劃上應盡量將各水廠的供水能力分散化，避免攻擊單個水廠造成整個網絡癱瘓。
參考文獻：
[1]PATTERSONSA，APOSTOLAKISGE.Identifi-cationofcriticallocationsacrossmultipleinfrastruc-turesforterroristactions[J].Reliabilityengineering&systemsafety，2017，92(9)：1183-1203.
[2]王永，劉遂慶，鄭小明，等.供水管網地震損失分析與評估指標研究[J].給水排水，2010，46(10)：112-116.
[3]盧金鎖，柴蓓蓓，黃廷林，等.城市給水系統地震風險分析及震后供水[J].西安建筑科技大學學報(自然科學版)，2008(5)：686-691.
[4]李黎，程志遠，吳奎，等.城市供水系統抗震可靠性分析[J].水電能源科學，2010，28(12)：68-70.
作者：陳順，趙旭東，肖寶強，肖元昊，席俊鵬
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