بهینه‌سازی و امکان‌سنجی استفاده از سامانه‌های استحصال آب باران در اردبیل

آب و خاک

مقاله 3، دوره 36، شماره 3 - شماره پیاپی 83، مرداد و شهریور 1401، صفحه 351-363   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.2022.73460.1111

نویسندگان

هادی شوکتی^{* 1}؛ زینب سجودی²؛ محمود مشعل³

¹گروه آبیاری و زهکشی پردیس ابوریحان دانشگاه تهران

²آبیاری و زهکشی، پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران، تهران، ایران

³پردیس ابوریحان دانشگاه تهران

چکیده

ایران از لحاظ اقلیمی جزء مناطق خشک و نیمه‌خشک جهان محسوب می‌شود که از میزان بارندگی نسبتاً پایینی برخوردار است. از طرفی، توزیع این میزان بارندگی در کشور نیز مناسب نبوده و اغلب در سواحل دریای خزر و نیمه غربی تا جنوب غرب کشور رخ می‌دهد. این عوامل، لزوم انجام اقدامات مدیریتی در جهت غلبه بر بحران آب را به دنبال دارد. یکی از راهکارهای عملی در راستای مدیریت منابع آب، اجرای سامانه‌های استحصال آب باران می‌باشد که باید به صورت بهینه طراحی شوند تا سامانه توجیه اقتصادی داشته باشد. در این مقاله با هدف ارزیابی و بهینه‌سازی سامانه‌های استحصال آب باران، داده‌های 42 ساله بارش روزانه شهرستان اردبیل تحت سناریو یک خانه مسکونی با سطح آبگیر 100 و 200 متر مربع و دارای چهار سکنه در نظر گرفته شد. شبیه‌سازی سامانه در نرم‌افزار متلب انجام و قابلیت اطمینان مخازن و نسبت سرریز برای حجم‌های مختلف مخازن محاسبه شد. در نهایت، بهینه‌سازی حجم مخازن با استفاده از الگوریتم ژنتیک انجام شد. نتایج نشان داد که برای پشت‌بام 100 متر مربع، استفاده از مخزن 5/0 متر مکعبی بیشترین سودآوری را داشته و با نصب این مخزن، سالانه 17 درصد در مصرف آب صرفه‌جویی خواهد شد. همچنین مخزن بهینه برای پشت‌بام 200 متر مربع برابر با 5/1 متر مکعب انتخاب شد که با استفاده از آن می‌توان در هر سال حدود 32 درصد در مصرف آب صرفه‌جویی کرد. ارقام بدست آمده برای درصد صرفه جویی در مصرف آب حاکی از پتانسیل بالای شهرستان اردبیل برای اجرای سامانه‌های استحصال آب باران است.

کلیدواژه‌ها

الگوریتم ژنتیک؛ بهینه‌سازی؛ شبیه‌سازی؛ قابلیت اطمینان

مراجع

1. Aladenola O.O., and Adeboye O.B. 2010. Assessing the potential for rainwater harvesting. Water Resources Management 24(10): 2129-2137. https://doi.org/10.1007/s11269-009-9542-y.
2. Assayed A., Hatokay Z., Al-Zoubi R., Azzam S., Qbailat M., Al-Ulayyan A., Bushnaq S., and Maroni R. 2013. On-site rainwater harvesting to achieve household water security among rural and peri-urban communities in Jordan. Resources, Conservation and Recycling 73: 72-77. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2013.01.010.
3. BasharZ.I., Karim M.R., and Imteaz M.A. 2018. Reliability and economic analysis of urban rainwater harvesting: A comparative study within six major cities of Bangladesh. Resources, Conservation and Recycling 133: 146-154. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2018.01.025.
4. DastoraniT. 2018. Quantitative and qualitative study of water that can be harvested in residential houses. P.551-562. 7^th National Conference on Rainwater Harvesting systems, 20-21 Feb. 2019. Soil Conservation and Watershed Management Research Institute, Tehran, Iran. (In Persian). https://scwmwh.areeo.ac.ir/article_14647.html.
5. Eroksuz, and Rahman A. 2010. Rainwater tanks in multi-unit buildings: A case study for three Australian cities. Resources, Conservation and Recycling 54(12): 1449-1452. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2010.06.010.
6. Fewkes 1999. The use of rainwater for WC flushing: the field testing of a collection system. Building and Environment 34(6): 765-772. https://doi.org/10.1016/S0360-1323(98)00063-8.
7. Ghisi, Bressan D.L., and Martini M. 2007. Rainwater tank capacity and potential for potable water savings by using rainwater in the residential sector of southeastern Brazil. Building and Environment 42(4): 1654-1666. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2006.02.007.
8. Ghisi 2010. Parameters influencing the sizing of rainwater tanks for use in houses. Water Resources Management 24(10): 2381-2403. https://doi.org/10.1007/s11269-009-9557-4.
9. HansonS., and Voge R.M. 2014. Generalized storage–reliability–yield relationships for rainwater harvesting systems. Environmental Research Letters 9(7): 075007. https://doi.org/10.1088/1748-9326/9/7/075007.
10. ImteazA., Adeboye O.B., Rayburg S., and Shanableh A. 2012. Rainwater harvesting potential for southwest Nigeria using daily water balance model. Resources, Conservation and Recycling 62: 51-55. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2012.02.007.
11. ImteazA., Matos C., and Shanableh A. 2014. Impacts of climatic variability on rainwater tank outcomes for an inland city, Canberra. International Journal of Hydrology Science and Technology 4(3): 177-191. https://doi.org/10.1504/ijhst.2014.067730.
12. Jing, Zhang S., Zhang J., Wang Y., and Wang Y. 2017. Assessing efficiency and economic viability of rainwater harvesting systems for meeting non-potable water demands in four climatic zones of China. Resources, Conservation and Recycling 126: 74-85. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2017.07.027.
13. JonesP., and Hunt W.F. 2010. Performance of rainwater harvesting systems in the southeastern United States. Resources, Conservation and Recycling 54(10): 623-629. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2009.11.002.
14. LaniH.M., Syafiuddin A., Yusop Z., and bin Mat Amin M.Z. 2018. Performance of small and large scales rainwater harvesting systems in commercial buildings under different reliability and future water tariff scenarios. Science of The Total Environment 636: 1171-1179. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.04.418.
15. Lee K.T., Lee C.D., Yang M.S., and Yu C.C. 2000. SW-soil and water: probabilistic design of storage capacity for rainwater cistern systems. Journal of Agricultural Engineering Research 77(3): 343-348. https://doi.org/10.1006/jaer.2000.0597.
16. LiawH., and Tsai Y.L. 2004. Optimum storage volume of rooftop rain water harvesting systems for domestic use 1. JAWRA Journal of the American Water Resources Association 40(4): 901-912. https://doi.org/10.1111/j.1752-1688.2004.tb01054.x.
17. LondraA., Theocharis A.T., Baltas E., and Tsihrintzis V.Α. 2015. Optimal sizing of rainwater harvesting tanks for domestic use in Greece. Water Resources Management 29(12): 4357-4377. https://doi.org/10.1007/s11269-015-1064-1.
18. MehrabadiH.R., and Saghafian B. 2012. Optimization of reservoirs of residential houses in cities. P. 1-9. Proceeding of 9^th International Congress on Civil Engineering, 8-10 May. 2012. Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran. (In Persian). https://civilica.com/doc/165886/.
19. MehrabadiH.R., Saghafian B., and Fashi F.H. 2013b. Assessment of residential rainwater harvesting efficiency for meeting non-potable water demands in three climate conditions. Resources, Conservation and Recycling 73: 86-93. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2013.01.015.
20. MehrabadiH.R., Saghafian B., and Sadeghian M.S. 2013a. Evaluation of the performance of rooftop surfaces of residential buildings in meeting the non-potable needs of residents in coastal cities of the country. Water Resources Engineering 6(19): 1-16. (In Persian with Engliah abstract). https://www.sid.ir/fa/journal/ViewPaper.aspx?id=213763.
21. Office of Research and Technical Criteria, Principles and Criteria for Designing Urban Water Supply Projects, Journal 3-117, Planning and Budget Organization. 1992.
22. Palla, Gnecco I., Lanza L.G., and La Barbera P. 2012. Performance analysis of domestic rainwater harvesting systems under various European climate zones. Resources, Conservation and Recycling 62: 71-80. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2012.02.006.
23. Rostad, Foti R., and Montalto F.A. 2016. Harvesting rooftop runoff to flush toilets: Drawing conclusions from four major US cities. Resources, Conservation and Recycling 108: 97-106. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2016.01.009.
24. Shokati, Kouchakzadeh M., and Fashi F.H. 2020. Assessing reliability of rainwater harvesting systems for meeting water demands in different climatic zones of Iran. Modeling Earth Systems and Environment 6(1): 109-114.https://doi.org/10.1007/s40808-019-00662-3.
25. Steffen, Jensen M., Pomeroy C.A., and Burian S.J. 2013. Water supply and stormwater management benefits of residential rainwater harvesting in US cities. JAWRA Journal of the American Water Resources Association 49(4): 810-824. https://doi.org/10.1111/jawr.12038.
26. Wang, and Zimmerman J.B. 2015. Economic and environmental assessment of office building rainwater harvesting systems in various US cities. Environmental Science & Technology 49(3): 1768-1778. https://doi.org/10.1021/es5046887.
27. www.makhzaneab.com.