Title of article :
Entropy-based Serviceability Assessment of Water Distribution Networks, Subjected to Natural and Man-Made Hazards
Author/Authors :
Hosseini, M International Institute of Earthquake Engineering and Seismology , Emamjomeh, H International Institute of Earthquake Engineering and Seismology
Abstract :
In this study a modified entropy-based measure is presented for evaluating the serviceability level of water distribution networks in which the hydraulic uncertainties (flow rates in pipes) as well as the uncertainties due to mechanical parameters (failure probabilities of links) are considered simultaneously. In the proposed entropy calculation method, the connectivity order of the network demand nodes is incorporated in the entropy calculations by defining a factor based on the ratio of the nodal demand to the total flow rates of all links of the network. The failure probability of the network links has been incorporated by using a penalty function based on their failure probability in any specified hazard scenario. Then, this penalty function is inserted satisfactorily in the existing hydraulic entropy function (defined by previous researchers) of the network. In this way, the effect of mechanical behavior of links is also taken into account in the hydraulic entropy function of the network, while keeping its simplicity and applicability. By calculating the entropy values of some sample networks, it has been shown that the proposed entropy-based index is an efficient tool to find the optimum hydraulic layout for designing a new system, or to make decision on the best mitigation plan for an existing network subjected to different natural and man-made hazards.
Farsi abstract :
در اين مطالعه يك معيار اصلاح شده بر اساس مفهوم آنتروپي اطلاعات براي ارزيابي سطح خدمت رساني شبكه هاي توزيع آب ارائه مي گردد؛ به نحوي كه در آن به طور هم زمان اثر عدم قطعيت هاي هيدروليكي (مانند ميزان جريان در لوله ها) و عدم قطعيت هاي مكانيكي (مانند احتمال گسيختگي خطوط جريان) لحاظ شده است. در روش پيشنهاد شده براي محاسبه آنتروپي شبكه، توالي اتصال گره هاي مصرف شبكه، با تعريف ضريبي در رابطه به صورت نسبت نياز گره مصرف به نرخ جريان تمام لينك هاي شبكه ديده شده است. احتمال گسيختگي لينك ها نيز با تعريف يك تابع جريمه بر اساس احتمال گسيختگي هر يك از لينك ها تحت يك سناريوي خطر مشخص، ديده شده و به شكل مناسب در تابع آنتروپي هيدروليكي موجود (ارائه شده توسط پژوهشگران پيشين) اعمال گرديده است. بدين ترتيب ضمن در نظر گرفتن اثر رفتار مكانيكي لينك ها در محاسبه آنتروپي هيدروليكي شبكه ها سادگي روش نيز حفظ شده است. با محاسبه مقادير آنتروپي براي تعدادي شبكه آب نمونه، كارايي شاخص پيشنهادي جهت دستيابي به پيكره بندي بهينه هيدروليكي براي يك شبكه جديد و نيز انتخاب بهترين برنامه ريزي براي كاهش خسارت در يك شبكه موجود در برابر خطرات مختلف طبيعي يا ساخته دست انسان، نشان داده شده است.
Keywords :
Lifelines , Hydraulic Uncertainties , Failure Probabilities of Links , Informational Entropy
Journal title :
Astroparticle Physics