本文摘要：摘要：针对蓄意攻击下城市供水网络防护的问题，提出一种新的供水网络重要节点综合价值评估方法。结合蓄意攻击特性，用EPANET、ALOHA分别模拟节点被毁后供水网络的效能变化和次生灾害后果，构建基于节点自身价值、系统价值、间接价值的综合价值评估模型。对湖
摘要：针对蓄意攻击下城市供水网络防护的问题，提出一种新的供水网络重要节点综合价值评估方法。结合蓄意攻击特性，用EPANET、ALOHA分别模拟节点被毁后供水网络的效能变化和次生灾害后果，构建基于节点自身价值、系统价值、间接价值的综合价值评估模型。对湖北省某城市供水网络的应用结果表明，相比于埋于地下的输水管线，供水厂作为城市供水网络源头才是蓄意攻击重点打击目标;不同水厂综合价值差距巨大，水厂3的综合价值为水厂4的近5倍;水厂综合价值越大，攻击方收益也越大，受袭概率也越高，因此在应对蓄意攻击时应为综合价值高的水厂提供更多的防护资源。
关键词：蓄意攻击;供水网络;综合价值评估;水利模拟;次生灾害
1引言
城市供水网络是城市生命线系统中最重要的基础设施之一。近年来，战争和恐怖袭击等蓄意攻击越来越多的将目标转向城市供水网络上[1]。城市供水网络作为现代城市运行和发展的基础，若遭到蓄意攻击破坏将会严重影响城市居民用水和工业用水，进而影响经济和民生。目前大多数研究还集中在地震灾害下城市供水网络的性能评估及供水恢复上，如王永等[2]评估分析了2008年汶川地震下12个城镇供水管网损坏;卢金锁等[3]对地震后城市供水系统进行风险分析及震后供水;李黎等[4]针对埋于地下的供水管道，采用蒙特卡罗评价了地震下城市供水网络连通可靠性。然而，对蓄意攻击背景下的供水网络的重要节点及评估还很不足。
因此，本文构建蓄意攻击背景下供水网络重要节点的综合价值评估模型，分别从自身价值、系统价值、间接价值评估重要节点，应用EPANET、ALOHA软件对供水网络性能及次生灾害进行仿真模拟，并通过熵权法确定不同价值的权重系数得到节点综合价值(综合价值最大的节点即为受蓄意攻击威胁最大的目标)，为城市供水网络安全防护提供了依据。
2供水网络重要节点综合价值评估模型
考虑到蓄意攻击主要为物理毁伤，主要是对供水设施的实体结构进行毁伤，且此种攻击是使供水系统瘫痪的最有效和最危险的手段。城市供水网络包括水厂、输水管线、水泵机组和闸阀等。在不影响网络特性的情况下，将供水网络简化为只由管线和节点两类元素组成的管网模型。
在模型中，管段与节点互相关联，由于输水管线大多埋藏于地下，且分布广泛[5]，对于蓄意攻击者来说，水厂被攻击所造成的轰动效应巨大，通常是优选目标。同时，不同水厂由于地理位置、供水性能各方面的不同，其重要度也会有很大差异。因此，对不同水厂进行综合价值评估确定重点防护目标显得尤为重要。供水厂综合价值主要包括水厂自身价值、系统价值、间接价值，可通过熵权法确定不同价值的权重系数。
2.1自身价值评估方法
选择层次分析法评估城市供水网络重要节点自身价值。首先需要确定判断矩阵，即通过各元素之间两两比较确定合适标度，结合专家打分实现定性向定量转化，根据打分结果建立判断矩阵。
2.2系统价值评估方法
供水网络性能表示网络为居民提供用水的能力。当供水网络正常运行时，所有居民都能用上水，此时网络性能为居民总用水量。当供水网络遭到破坏，网络性能下降最明显的特征就是需水点水压不足。根据《城市给水工程规划规范》[6]中的设计要求，城市供水管网的供水水压应满足需水点处压力28m的要求。因此，假设需水点若水压低于28m，则代表该点供不上水。
2.3间接价值评估方法
自来水厂是城市供水网络的源头，同时也是原水转化为生活用水的重要环节。目前中国许多城市的自来水厂仍采用氯化消毒法，并备有大量的氯气。氯气是一种黄色有刺激性气味的气体，对人体有强烈的刺激性，氯气扩散将造成严重的人员中毒伤亡。间接价值主要表现为水厂被破坏后氯气扩散导致的人员伤亡影响。
2.4节点综合价值评估
选择熵权法确定节点不同价值的权重系数，并对节点重要度进行综合评估。
3应用
湖北省某城市供水网络包括5座水厂、332个需水点、577根管线，每个需水点为该区域的居民提供用水，自来水厂可视为城市供水网络的水源头，对城市供水起着至关重要的作用，也是恐怖分子着重打击的目标。出于保密性和安全性的考虑，隐藏该城市的具体地理信息，并对供水网络进行适当简化。
电力论文投稿刊物：《水电能源科学》(Water Resources and Power)属于工业技术类学术性刊物，创刊于1983年，教育部主管，中国水力发电工程学会、华中科技大学主办，武汉国测三联水电设备有限公司、郑州大学水科学研究中心协办主要报道水、电、能源及相关学科的新理论、新技术、新方法及工程应用成果，适当报道经验交流、技术革新和技术改造，涉及水电、电气与电子、能源与动力、土木与力学、环境工程、控制工程、计算机等多个学科。
4结论
a.通过对水厂自身价值、系统价值、间接价值三个方面的量化计算，直观显示了不同水厂的综合价值高低，可为蓄意攻击威胁下的重点防护对象提供理论依据。b.对于综合价值高的目标应投入更多的防护资源。首先，可为重要水厂的关键设备及厂房建造防爆墙，以减少攻击对供水能力的影响;然后，建议将厂房建在人口稀疏的地方或将氯气存储罐地下化，以减少水厂被打击后造成的次生灾害影响;还可设置专业抢修和救援队，以保障被打击后供水厂的抢修及人员的抢救;最后，从城市供水规划上应尽量将各水厂的供水能力分散化，避免攻击单个水厂造成整个网络瘫痪。
参考文献：
[1]PATTERSONSA，APOSTOLAKISGE.Identifi-cationofcriticallocationsacrossmultipleinfrastruc-turesforterroristactions[J].Reliabilityengineering&systemsafety，2017，92(9)：1183-1203.
[2]王永，刘遂庆，郑小明，等.供水管网地震损失分析与评估指标研究[J].给水排水，2010，46(10)：112-116.
[3]卢金锁，柴蓓蓓，黄廷林，等.城市给水系统地震风险分析及震后供水[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版)，2008(5)：686-691.
[4]李黎，程志远，吴奎，等.城市供水系统抗震可靠性分析[J].水电能源科学，2010，28(12)：68-70.
作者：陈顺，赵旭东，肖宝强，肖元昊，席俊鹏
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