سبد منابع و مصارف آب شهری برای حل بحران آب در ایران مدل‌سازی شد

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو به نقل از دانشگاه صنعتی امیرکبیر، مریم شعبانی دانش آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر و مجری طرح « مدل‌سازی پورتفوی آب شهری در شرایط عدم قطعیت با رویکرد توسعه پایدار» گفت: در حال حاضر، بحران آب یکی از بزرگ‌ترین و مهم‌ترین بحران‌های قرن کنونی شناخته شده است. کشور ما نیز با توجه به شرایط آب و هوایی با چالش جدی تأمین آب مواجه است. از طرفی با توجه به اهمیت آب شهری، هزینه بالای زیرساخت‌های تأمین آب و عدم قطعیت‌های موجود در آن، مدیران شهری به منظور جلوگیری از کمبود آب به برنامهریزی دقیق و مدیریت جامع نیاز دارند.

وی افزود: این پروژه به توسعه مدل برنامه‌ریزی و مدیریت بهینه آب شهری در حوزه منابع عرضه و برنامه‌های مدیریت تقاضا می‌پردازد.

شعبانی با بیان اینکه شاخص زیست محیطی و اجتماعی جدیدی به منظور توجه به اهداف توسعه پایدار در مدیریت آب شهری علاوه بر هزینه، تعریف شده است، گفت: به طور مشخص، گزینه‌های انتخابی سبد منابع و مصارف (افزایش عرضه و مدیریت تقاضا) در هر دوره پنج ساله و در هر سه سناریو (سال خشک، سال معتدل و سال تر)، مقدار آب در هر سال و در هر سناریو، میزان کمبود آب در صورت رخداد در هر سال و در هر سناریو و میزان کمبود مورد انتظار در سطح اطمینان مشخص (ارزش در معرض خطر شرطی) در هر سناریو به مدیران شهری ارائه شده است.

به گفته وی، مدل ارائه شده بر اساس یک مورد واقعی طراحی و برای شهر کرج اجرا شده است و می‌تواند برای مدیریت آب شهرهای دیگر با هدف توسعه پایدار و تصمیم‌گیری سیستماتیک مورد استفاده قرار گیرد.

شعبانی خاطر نشان کرد: از آنجایی که، تعادل عرضه و تقاضای آب همزمان با عدم قطعیت مورد توجه است، تحقیق حاضر بر روی برنامه‌ریزی همزمان عرضه و تقاضا با اهداف اقتصادی، محیط زیستی و رفاه اجتماعی در یک مدل بهینه‌سازی تصادفی دو هدفه تحت سناریو کار می‌کند.

وی افزود: درخت سناریو چند مرحله‌ای بر اساس شاخص بارش، تبخیر و تعرق استاندارد شده (SPEI) طراحی شده و احتمالات حاصل از آن در برنامه‌ریزی تصادفی استفاده می‌شود.

محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر ادامه داد: جهت استفاده از تنوع در پوشش ریسک، مدل انتخاب پورتفوی مبتنی بر ریسک با استفاده از کمبود مورد انتظار، در چندین مرحله تصمیم‌گیری ارائه می‌شود. سپس مدل خطی‌سازی و تک هدفه می‌شود و استوار آن به منظور پوشش عدم قطعیت محدودیت‌ها نوشته می‌شود.

به گفته شعبانی، داده‌های مورد نیاز مدل ریاضی مسأله مدیریت آب در شهر کرج جمع‌آوری و از تکنیک آریما در نرم‌افزار متلب برای پیش‌بینی ۲۰ سال آینده استفاده شده است. پیش‌بینی‌ها شامل رشد جمعیت، تقاضای آب و بارش است.

"در سال‌های اخیر، شهرهای زیادی با خشکسالی، کمبود آب و چالش‌های عرضه آب سالم و قابل اطمینان مواجه بوده‌اند"در گام بعدی، نرم‌افزار گمز برای حل مسأله به روش ترکیب تجزیه بندرز و تولید ستون به کار برده شده و مرز کارای پارتو حاصل می‌شود.

وی افزود: جمع‌آوری داده‌ها در حوزه آب شهری و عدم همکاری ادارات با توجه به امنیتی بودن مساله آب و همچنین واقعی بودن مدل ریاضی از مشکلات این پروژه بوده است.

شعبانی ادامه داد: مدیریت آب با چالش‌های جدید زیادی مانند رشد جمعیت، تحولات فناوری، توسعه‌های شهری و افزایش تقاضا برای آب پاک و پایدار روبرو است که تا حد زیادی مورد غفلت قرار گرفته‌اند. این چالش‌ها با تکیه بر توازن عرضه و تقاضا به یک روش مدیریت متفاوت برای منابع آب نیاز دارند.

وی افزود: این مسأله نیاز به مسئولیت‌پذیری کامل در برنامه‌ریزی و مدیریت منابع کاربردی را نشان می‌دهد. در سال‌های اخیر، شهرهای زیادی با خشکسالی، کمبود آب و چالش‌های عرضه آب سالم و قابل اطمینان مواجه بوده‌اند. تغییرات آب و هوا، استراتژی عرضه آب تاب‌آور و پایدار را پیچیده کرده است. از طرف دیگر در بخش تقاضا نیز رشد سریع جمعیت و شهرنشینی و توسعه تکنولوژی از عوامل افزایش و عدم قطعیت تقاضا به‌ شمار می‌رود.

وی افزود: در مقابله با چالش‌ها، سوال اصلی برای زیرساخت‌های آبی و مدیران شهری این است که چگونه به صورت سیستماتیک در استراتژی عرضه-تقاضای آب شهری که مقرون به صرفه، استوار و تاب‌آور است سرمایه‌گذاری کنند.

وی با اشاره به مزیت های اجرای این پروژه خاطر نشان کرد: مدل طراحی شده در این رساله شامل تعریف شاخص برای اهداف زیست محیطی و اجتماعی در مدل برنامه‌ریزی آب شهری، استفاده از شاخصی جدید برای تولید درخت سناریو، تعریف جامع ریسک در پورتفوی آب و استفاده از ارزش در معرض خطر شرطی برای تعریف خطای تصمیم‌گیری نادرست، استفاده از بهینه‌سازی ترکیبی استوار-تصادفی در مدلسازی است.

وی افزود: همچنین مدل با استفاده از ترکیب الگوریتم تجزیه بندرز و تولید ستون در حوزه مدیریت آب حل شده است.

شعبانی با بیان اینکه این مدل تحقیق، تنها بخشی از زنجیره تأمین آب بوده که پیرامون برنامه‌ریزی افزایش منابع عرضه و مدیریت تقاضا برای جلوگیری از کمبود آب شهری است، مورد بررسی قرار می‌دهد، گفت: با توجه به اینکه در عرضه و تقاضا تنوع زیادی وجود دارد، منابع عرضه که در دسترس بودن آب را بیشتر تأمین می‌کند و برنامه‌های مدیریت تقاضایی که امکان صرفه‌جویی و شدنی بودن آن بیشتر وجود دارد، مدنظر قرار گرفته می‌شود.

وی با اشاره به ویژگی‌های این پروژه گفت: مزیت مدل نسبت به مدل‌های مشابه، کاربردی بودن آن برای تمامی شهرها، هم‌چنین پوشش کامل عدم قطعیت‌های موجود در بخش عرضه و تقاضا و توجه به ریسک‌های کمبود آب شهری و نیز خطای تصمیم‌گیری نادرست و توانایی استفاده آسان از نتایج رساله در بازه‌های زمانی کوچک برای برنامه‌ریزی آب شهری است.

وی تصریح کرد: نکته قابل توجه اینکه، با تغییر و تحول نسبت به زمان، مدل کارایی خود را از دست نخواهد داد و به تمامی شهر‌ها تعمیم‌پذیری خواهد داشت و برای به روزرسانی مدل کافی است پارامتر‌های جدید وارد مدل شوند.

مدل‌سازی با توجه به سه هدف مدنظر در توسعه پایدار صورت گرفته و برای اهداف اجتماعی و زیست محیطی در مفهوم مدیریت آب شهری، شاخص جدیدی تعریف شده است.

شاخص استاندارد تبخیر و تعرق بارش استاندارد برای طبقه‌بندی و تولید سناریو‌های مختلف استفاده شده است. تعریف جامعی از ریسک و پورتفوی ریسک-محور در حوزه منابع آبی، به منظور اطلاع از کمبود مورد انتظار در سطح اطمینان مشخص انجام شده است. رویکرد برنامه‌ریزی ترکیبی استوار-تصادفی برای برنامه‌ریزی منابع آب که همزمان عدم قطعیت پارامتر‌ها و محدودیت‌ها را مد نظر قرار دهد، ارائه شده است. ترکیب الگوریتم تجزیه بندرز و تولید ستون برای حل مسأله منابع آب به هدف کاهش زمان حل به کار برده شده است.

به گفته این محقق، نتیجه این پروژه برای مدیران شهری (شهر کرج) قابل استفاده است.

گفتنی است: استاد راهنمای این پروژه ناصر شمس قارنه عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر و استاد مشاور سید تقی اخوان نیاکی از اعضای هیئت علمی دانشگاه صنعتی شریف بوده‌اند.