Comprehensive Modeling and Prototyping of the Kuwaiti Water Distribution System

كونها واحدة من أعلى الدول مرتبة في العالم من حيث المخاطر المائية، تعتبر الكويت بحاجة إلى تقنيات ومنهجيات جديدة معتمدة لتحسين البنية التحتية للمياه. يعتبر استهلاك وجودة المياه وتحسين تصميم الشبكات من بين التحدت التي تواجه أنظمة توزيع المياه في الكويت. يهدف هذا المشروع البحثي إلى استخدام السيطرة والتحسين والطرق النظرية للتعلم الآلي والخوارزميات لتطوير نموذج رضي تفاعلي لأنظمة توزيع المياه في الكويت. من المتوقع أن يعزز هذا النموذج الديناميكي شبكات توزيع المياه في الكويت وينتج عنه تبني أحدث التقنيات في مجال صناعة المياه (من حيث الإستشعار ، والتحكم ، والتحكم اللاسلكي). سيتم تطوير نموذج قائم على EPANET وتحليله واختباره. وسيتم دمج مكوت مختلفة لشبكة المياه مثل محطات تحلية المياه أو الخزانات أو آبار المياه الجوفية في النموذج. سيتمكن هذا النموذج من تحديد و التنبؤ بظروف التنبيه المختلفة في الشبكة؛ على سبيل المثال ، الإفراط في استخدام المياه ، تسرب المياه ، تلوث المياه ، والمخاطر الأمنية الأخرى. يمكن استخدام النموذج، جنباً إلى جنب مع التحليل ، من قبل الحكومة الكويتية ومشغلي المياه كقوة اختبار للتنبؤ بالسلوك وتحسين تصميم شبكات المياه في الكويت للمدن القائمة والحديثة. سيتم بناء نموذج أولي لشبكة توزيع المياه على نطاق صغير مع جميع الخزانات والمضخات والصمامات وأجهزة الاستشعار المطلوبة للتحقق من صحة النموذج المطور.

Being one of the highest water-risk ranked countries in the world, Kuwait is in urgent need of new advanced techniques and methodologies to conserve and optimize its water infrastructure. Water consumption, water quality, and network design optimization are among the challenges that faces Kuwait water distribution systems. This research project aims at using control, optimization, machine-learning theoretic methods, and algorithms to develop a systems-theoretic mathematical model for Kuwait water distribution networks. This dynamical model is expected to enhance the Kuwait water distribution networks and result in earlier adoption of state-of-the-art technologies in the water industry (in terms of sensing, actuation, and wireless control). An EPANET-based model--which is the used in various modern water systems in the world---will be developed, analyzed and tested alongisde the mathematical model. Different water network components such as desalination plants, tanks, valves, pumps, and groundwater wells will be integrated in the model. Such model shall identify/predict different alerting conditions in the network; for instance, water overuse, water leakage, water contamination, and cyber-security attacks. The model, combined with the analysis, can be used by the Kuwaiti government and water/energy operators as a test-bed to predict the behavior and optimize the design of Kuwait water networks for existing and newly developed cities. A prototype of a small-scale water distribution network combined with all the required tanks, pumps, valves, and sensors will be built to validate the developed model.