بهینه‏ سازی چندهدفه و مدیریت تخصیص پساب تصفیه‏ شده به منظور آبیاری فضای‏ سبز شهری

الموضوعات :

سیدعلی کاظمی نژادفرد ¹ , اکرم الملوک لاهیجانیان ² , محمدرضا نیکو ³ , امیرحسام حسنی ⁴

1 - دانشجوی دکتری مدیریت محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 - استاد، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، گروه مدیریت محیط زیست، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
3 - دانشیار دانشکده مهندسی، بخش مهندسی عمران و معماری، دانشگاه سلطان قابوس، مسقط، عمان
4 - استاد، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

تاريخ الإرسال : 08 الأحد , جمادى الثانية, 1444 تاريخ التأكيد : 27 الخميس , رجب, 1445 تاريخ الإصدار : 09 الأحد , رجب, 1445

الکلمات المفتاحية: مدیریت منابع آب, فضای سبز شهری, بهینه‌سازی چندهدفه, پویایی سیستم, پساب تصفیه‌شده,

ملخص المقالة :

چکیده
مقدمه: کشور ایران از جمله کشورهای خشک و کم‌آب جهان محسوب می­شود که تأمین آب شرب در بسیاری از شهرهای آن، یکی از معضلات اصلی مدیریت منابع آب شهری می­باشد. در این راستا، یکی از مناسب­ترین روش‌ها برای مبارزه با کم‌آبی، کاهش و محدودسازی استفاده از آب‌های با کیفیت بالا در آبیاری فضای‌ سبز می باشد. لذا نیاز به مدیریت مؤثر در برنامه­ریزی­های کلان شهری در بخش مدیریت منابع آب فضای سبز شهری، به­ویژه در فصل­های گرم سال بیش از پیش احساس می­شود. هدف از پژوهش حاضر، بهینه­سازی چندهدفه و مدیریت تخصیص پساب تصفیه­شده با استفاده از مدل های پویایی سیستم (سیستم داینامیک) به­منظور آبیاری فضای سبز شهری در کلان­شهر شیراز می­باشد.
روش­: بدین منظور، عوامل مؤثر بر تأمین منابع آب و آبیاری فضای سبز شهر شیراز، شبیه­سازی شده و با توجه به آن، پیش‌بینی مصارف و میزان منابع در دسترس و بهینه­سازی تخصیص، ارائه شده است. هم­چنین، در پژوهش حاضر، عوامل مؤثر در شرایط فعلی و آینده که می­تواند بر مدل پیشنهادی تأثیرگذار باشد، مورد توجه قرار گرفته و دو سناریو افزایش بازده آبیاری فضای سبز و استفاده از پساب تصفیه­شده اعمال گردیده است.
یافته­ ها: نتایج نشان دادند که افزایش بازده آبیاری از طریق مدیریت انتقال، ذخیره و توزیع آب و هم­چنین آبیاری در ساعات مناسب، تأثیر به مراتب بیش­تری در مقایسه با استفاده از پساب تصفیه‌شده به منظور کاهش برداشت از منابع محدود کنونی خواهد داشت؛ به­گونه­ای که با افزایش راندمان آبیاری به میزان 40 و 50 درصد به­ترتیب مقدار 14 و 39 درصد از کمبودهای آبی برطرف می­شود.
نتیجه­ گیری: نتایج شبیه­سازی نشان داد که به­منظور رسیدن به پایداری سامانه باید ترکیبی از انواع سناریوهای کاهش سرانه­ مصرف آب فضای سبز، افزایش بازده آبیاری، استفاده از پساب تصفیه‌شده و فضاهای خشک­منظر در توسعه فضاهای شهری مدنظر قرار گیرد. 

المصادر:

1.       Ahmadi., M.H., Zarghami. M & Y. HassanZadeh, Y. 2018. Providing dynamic optimization in order to investigate the problems of water supply in the green spaces of Shiraz city. Water Engineering Journal. 39(11): 104-114. [In Persian]. https://www.sid.ir/paper/169397/fa

2.       Barzegar, Z. 2012.  Urbanization and effects on food, water and energy security in Iran, case study:Shiraz. [In Persian]. https://jzpm.marvdasht.iau.ir/article_115.html

3.       Hosseini, S. A., and Bagheri, A. 2013. Modeling the dynamics of Mashhad water resources system to analyze sustainable development strategies. Journal of water and sewage. 24(4): 28-39. [In Persian]. https://www.wwjournal.ir/article_3186.html

4.       Nazarian, A., Karimi, B., and Roshni, A. 2018. Evaluation of physical development of Shiraz city with emphasis on natural factors. Zagros landscape Geographical Journal. [In Persian]. https://www.sid.ir/paper/175704/fa

5.       Studies in water supply and water distribution of available water for green space irrigation in Shiraz, Reyab consulting Inc, 2021. [In Persian]

6.       Tabesh, M., Gosheh, S., and Yazdanpanah, M. 2016. Prediction of short-term water demand in Tehran using artificial neural networks. Technical Faculty Journal. 41(1): 11-24. [In Persian]. https://www.sid.ir/paper/14124/fa

7.       Salavi Tabar, A., Zarghami, M., and Abrisham-Chi, A. 2015. System dynamics model in urban water management of Tehran. Journal of water and sewage. 59(3): 12-28. [In Persian]. https://www.wwjournal.ir/article_2288.html

8.       Water scarcity adaptation plan. Fars Province. 2018. [In Persian].

9.       Yazdian, M, Rukhshandeh Ro, Gh, Niko, MR, Taleb Bidakhti, N. (1401). Presenting a game theory-based model for optimal allocation of water to stakeholders in common water resources under water bankruptcy conditions: application of the chicken game. Scientific-Research of Water Resources Engineering, 15(52), 1-12. [In Persian]. 10.30495/WEJ.2021.26673.2284

10.   Axelrad, G., & Feinerman, E. 2009. Regional planning of wastewater reuse for irrigation and river rehabilitation. Journal of Agricultural Economics, 60(1), 105-131.10.1111/j.1477-9552.2008.00170.x

11.   Bagheri Ardebilian, P., Sadeghi, H., Nabaii, A., & Bagheri Ardebilian, M. 2010. Assessment of wastewater treatment plant efficiency: a case study in zanjan. Journal of health, 1(3), 67-75. 10.22038/jreh.2020.43484.1327.

12.   Barbosa, B., Costa, J., Fernando, A. L., & Papazoglou, E. G. 2014. Wastewater reuse for fiber crops cultivation as a strategy to mitigate desertification. Industrial Crops and Products, 68, 17-23. 10.1016/j.indcrop.2014.07.007.

13.   Burnham, M., Ma, Z., & Zhu, D. 2015. The human dimensions of water saving irrigation: lessons learned from Chinese smallholder farmers. Agriculture and Human Values, 32(2), 347-360. 10.1007/s10460-014-9565-8.

14.   Chu, J., Chen, J., Wang, C., & Fu, P. 2004. Wastewater reuse potential analysis: implications for China's water resources management. Water Research, 38(11), 2746-2756. 10.1016/j.watres.2004.04.002

15.   Cirelli, G. L., Consoli, S., Licciardello, F., Aiello, R., Giuffrida, F., & Leonardi, C. 2012. Treated municipal wastewater reuse in vegetable production. Agricultural Water Management, 104, 163-170. 10.1016/j.agwat.2011.12.011.

16.   de Castro Carvalho, I., Calijuri, M. L., Assemany, P. P., e Silva, M. D. F. M., Neto, R. F. M., da Fonseca Santiago, A., & de Souza, M. H. B. 2013. Sustainable airport environments: a review of water conservation practices in airports. Resources, Conservation and Recycling, 74, 27-36. 10.1016/j.resconrec.2013.02.016

17.   Elsokkary, I. H., & Abukila, A. F. 2014. Risk assessment of irrigated lacustrine & calcareous soils by treated wastewater. Water Science, 28(1), 1-17. 10.1016/j.wsj.2014.08.001.

18.   Feigin, A., Ravina, I., & Shalhevet, J. 2012. Irrigation with treated sewage effluent: management for environmental protection (Vol. 17). Springer Science & Business Media. ISBN-3-540-50804-X.

19.   Feng, K., Hubacek, K., Siu, Y. L., & Li, X. 2014. The energy and water nexus in Chinese electricity production: a hybrid life cycle analysis. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 39, 342-355. 10.1016/j.rser.2014.07.080.

20.   Fagan, J.E., Reutera, M.A. and Langford, K.J.. 2010. Dynamic performance metrics to assess sustainability and cost effectiveness of integrated urban water systems. Resources, Conservation and Recycling. 54: 719–736. 10.1016/j.resconrec.2009.12.002.

21.   Ganoulis, J. (2012). Risk analysis of wastewater reuse in agriculture. International Journal of Recycling of Organic Waste in Agriculture, 1(1), 1-9. 10.1186/2251-7715-1-3

22.   Group Studies and Urban Planning Department of the Interior .1990. Urban green spaces, standards and types. Tehran. 10.1007/s10668-021-01970-4.

23.   Hammer, M. J. 1986. Water and wastewater technology.

24.   Hansen, E., Rodrigues, M. A. S., & de Aquim, P. M. 2016. Wastewater reuse in a cascade-based system of a petrochemical industry for the replacement of losses in cooling towers. Journal of Environmental Management, 181,157-162. 10.1016/j.jenvman.2016.06.014 .

25.   Hassanzadeh, E., Alshorbaghy, A., Wheater, H., and Gober, P. 2016. Managing water in complex systems: An integrated water resources model for Saskatchewan, Canada. Environmental Modeling and Software, 58: 12-26. 10.1016/j.envsoft.2014.03.015.

26.   Hjorth, P., and Bagheri, A. 2006. Navigating towards sustainable development: A system dynamics approach. Futures, 38(1): 74-92. 10.1016/j.futures.2005.04.005.

27.   Huertas, E., Salgot, M., Hollender, J., Weber, S., Dott, W., Khan, S. & Chikurel, H. 2008. Key objectives for water reuse concepts. Desalination, 218(1-3), 120-131. 10.1016/j.desal.2006.09.032.

28.   Kibuye, F. A., Gall, H. E., Elkin, K. R., Ayers, B., Veith, T. L., Miller, M., ... & Elliott, H. A. 2019. Fate of pharmaceuticals in a spray-irrigation system: From wastewater to groundwater. Science of the Total Environment, 654, 197-208. 10.1016/j.scitotenv.2018.10.442.

29.   Larsen, T.A., and Gujer, M. 1997. The Concept of sustainable urban water management. Wat Sci Tech, 35(9): 3-10.

30.   Lawrence, P., Adham, S., & Barrott, L. 2003. Ensuring water re-use projects succeed—institutional and technical issues for treated wastewater re-use. Desalination, 152(1-3), 291-298. 10.1016/j.desal.2005.04.086.

31.   Lubello, C., Gori, R., Nicese, F. P., & Ferrini, F. 2004. Municipal-treated wastewater reuse for plant nurseries irrigation. Water research, 38(12), 2939-2947. 10.1016/j.watres.2004.03.037.

32.   Mahjouri, N., & Pourmand, E. 2017. A social choice-based methodology for treated wastewater reuse in urban and suburban areas. Environmental monitoring and assessment, 189(7), 1-18. 10.1007/s10661-017-6039-7

33.   Miller, G. W. 2006. Integrated concepts in water reuse: managing global water needs. Desalination, 187(1-3), 65-75. 10.1016/j.desal.2005.04.068

34.   Ministry of Energy, National Water and Wastewater Engineering Company. 2004. Shiraz water supply and wastewater project report. LAR Consulting Engineers in collaboration with Iran AB Consulting Engineers Volume 1 and 2.

35.   Mohammadi Moghadam, F., Mahdavi, M., Ebrahimi, A., Tashauoei, H. R., & Mahvi, A. H. 2015. Feasibility study of wastewater reuse for irrigation in Isfahan, Iran. Mahvi, 23. 10.5829/idosi.mejsr.2015.23.10.22752.

36.   Mulvihill, M. E., & Dracup, J. A. 1974. Optimal timing and sizing of a conjunctive urban water supply and waste water system with nonlinear programing. Water Resources Research, 10(2), 170-175. 10.1016/j.envsoft.2013.11.004

37.   Onder, S. 2010. Water saving opportunities urban green space applications. International Multidisciplinary Scientific Geo Conference SGEM, Bulgaria, Vol. 2: 859-864.

38.   Pourmand, E., & Mahjouri, N. 2018. A fuzzy multi-stakeholder multi-criteria methodology for water allocation and reuse in metropolitan areas. Environmental monitoring and assessment, 190(7), 1-20. 10.1007/s10661-018-6813-1.

39.   Ramaiah, M., & Avtar, R. 2019. Urban green spaces and their need in cities of rapidly urbanizing India: A review. Urban Science, 3(3), 94. 10.3390/urbansci3030094.

40.   Rehan, R., Knight, M.A., Unger AJA and Haas, C.T. 2013. Development of system dynamics model for financially sustainable management of municipal water main networks. Water Research Journal. 47(20): 7184- 7205. 10.1016/j.watres.2013.09.061. 

41.   Sa-nguanduan, N., & Nititvattananon, V. 2011. Strategic decision making for urban water reuse application: A case from Thailand. Desalination, 268(1-3), 141-149.  10.1016/j.desal.2010.10.010.

42.   Schwartz, M., & Mays, L. W. (1983). Models for water reuse and wastewater planning. Journal of environmental engineering, 109(5), 1128-1147. 10.1061/(ASCE)0733-9372..

43.   Stave, K.A. 2003. A system dynamics model to facilitate public understanding of water management options in Las Vegas, Nevada. J. of Environmental Management, 67: 303-313. 10.1016/s0301-4797(02)00205-0 .

44.   Taheriyoun, M., Alavi, V., & Ahmadi, A. 2016. Risk analysis of wastewater reuse in agriculture using Baysian network. Amirkabir Journal of Civil Engineering (Amirkabir), 48, 101-109.

45.   Tayebikhorami, S., Nikoo, M. R., & Sadegh, M. 2019. A fuzzy multi-objective optimization approach for treated wastewater allocation. Environmental monitoring and assessment, 191(7), 1-24.‏ 10.1007/s10661-019-7557-2.

46.   Tayebikhorami, S., Nikoo, M. R., Izady, A., & Adamowski, J. 2020. A novel CVaR-based conflict resolution model for optimal allocation of treated wastewater under bankruptcy conditions. Journal of Cleaner Production, 252, 119766.‏ 10.1016/j.jclepro.2019.119766

47.   United Nations. 2014. World urbanization prospects: The 2014 revision, highlights. Department of Economic and Social Affairs, Population Division.ISBN 978-92-1-151517-6.

48.   United Nations Report. 2012. World Water Development. 2.

49.   Van Rensburg, P. 2016. Overcoming global water reuse barriers: the Windhoek experience. International Journal of Water Resources Development, 32(4), 622-636. 10.1080/07900627.2015.1129319

50.   Vieira, J. M. P., & Lijklema, L. 1989. Development and application of a model for regional water quality management. Water research, 23(6), 767-777. 10.1016/0043-1354(89)90212-1

51.   Zarghami, M. and Akbariyeh, S. 2012. System dynamics modeling for complex urban water systems; Application to the City of Tabriz, Iran. Resources, Conservation and Recycling, 60: 99-106. 10.1016/j.resconrec.2011.11.008.

52.   Zhang, X.H., Zhang, H.W., Chen, B., Chen, G.Q. and Zhao, X.H. 2008. Water resources planning based on complex system dynamics: A case study of Tianjin City. Communication in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 13: 2328-2336. 10.1016/j.cnsns.2007.05.031.

53.   Zeinal, Z. 2015. Basil leaf plant response to absorb cadmium and lead through different concentrations of sewage sludge irrigation in greenhouses around Tehran. Journal of Food and Agriculture, 13(133), 31-28. 10.1016/j.yrtph.2019.03.009.