مدل سازی مصرف بهنیه آب در دانشگاه صنعتی امیرکبیر

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما،به نقل از روابط عمومی دانشگاه صنعتی امیرکبیر؛ دکتر مریم شعبانی دانش آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر و مجری طرح «مدل‌سازی پورتفوی آب شهری در شرایط عدم قطعیت با رویکرد توسعه پایدار» گفت: هم اکنون، 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 برنامه ریزی دقیق و مدیریت جامع نیاز دارند.


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


خانم دکتر 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.


وی افزود: 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.
خانم 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.


خانم شعبانی گفت: 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 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 مسأله آب و همچنین واقعی بودن مدل ریاضی از مشکلات این طرح بوده است.


خانم 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، راهبرد عرضه آب تاب‌آور و پایدار را پیچیده کرده است. از طرف دیگر در بخش تقاضا نیز رشد سریع جمعیت و شهرنشینی و توسعه فناوری از عوامل افزایش و عدم قطعیت تقاضا به شمار می‌رود.

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

وی با اشاره به مزیت‌های اجرای این طرح 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.

خانم 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 طرح 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.

این محقق گفت: نتیجه این طرح برای مدیران شهری (شهر کرج) قابل استفاده است.

گفتنی است؛ استاد راهنمای این طرح دکتر ناصر شمس قارنه عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر و استاد مشاور دکتر سید تقی اخوان نیاکی از اعضای هیأت علمی دانشگاه صنعتی شریف بوده‌اند.