فهرست مطالب

نشریه علوم و مهندسی آب و فاضلاب
سال نهم شماره 2 (تابستان 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/04/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • عباس نوری نژاد، فرهاد هوشیاری پور*، مجید دهقانی صفحات 3-16

    خشک‎سالی هیدرولوژیک بر تخصیص آب و تولید برق آبی تاثیر می گذارد. از این‎جهت پیش‎بینی خشکسالی می تواند به مدیریت بهینه منابع آب کمک نماید. در این مقاله، خشکسالی هیدرولوژیکی کوتاه مدت بر اساس یادگیری عمیق پیش بینی شد. برای این منظور، شاخص استاندارد خشک‎سالی هیدرولوژیک (SHDI) دربازه های یک، سه و شش ماه محاسبه شد. سپس، سه حالت کلی برای پیش بینی SHDI و 36 ترکیب ورودی-خروجی استخراج شدند. در مرحله بعد، الگوریتم های مختلف بهینه سازی، ازجمله الگوریتم بهینه سازی ملخ، الگوریتم ازدحام نمک، بهینه سازی مبتنی بر جغرافیای زیستی و بهینه سازی ازدحام ذرات ترکیب ‎شده با ANN برای پیش بینی SHDI مورداستفاده قرار گرفتند. در این تحقیق 70% داده ها برای آموزش و 30% برای آزمایش مدل‎ها درنظر گرفته شدند. در نهایت عملکرد شبکه عصبی عمیق (DNN) در مقایسه با نتایج مدل های ترکیبی و ANN نشان داد که مدل های ترکیبی عملکرد بهتری داشته اند ولی در مقایسه با یادگیری عمیق توانایی آن‎ها کم‎تر است. یادگیری عمیق بدون نیاز به تعریف ترکیب ورودی‎ها، توانست مقدار RMSE را به 32/0 کاهش دهد.

    کلیدواژگان: خشکسالی هیدرولوژیک، یادگیری عمیق، پیش‎بینی، شاخص استاندارد خشکسالی هیدرولوژیکی
  • مسعود حراقی*، علی درویشی، مریم حراقی صفحات 17-30

    یکی از مهم ترین رویکردهای سال های اخیر حکمرانی در حوزه آب، گذار از سیاست های مقابله با خشکسالی به سازگاری با کم آبی است. مهار عواقب ناشی از خشک‎سالی و سازگاری با کم آبی مستلزم اعمال مدیریت کاربردی و اتخاذ سیاست های صحیح در حوزه تقاضا و نحوه مصرف است. انتخاب روش مناسب برای سازگاری با کم آبی به‎علت وجود پارامترها و عوامل تاثیرگذار متنوع به عنوان یکی از مسائل پیچیده مطرح است. در این پژوهش ضمن مطالعه وضعیت منابع و مصارف آبی استان بوشهر و شناسایی راه‎کارهای سازگاری با کم آبی در استان و معیارهای موثر بر آن، یک روش تصمیم گیری جامع نیز ارائه شد. نخست معیارهای موثر بر راه‎کارهای سازگاری با کم آبی شناسایی و با استفاده از تحلیل سلسله مراتبی اولویت بندی شدند. سپس با استفاده از تکنیک تاپسیس، راه‎کارها رتبه بندی شدند. جامعه آماری پژوهش کارشناسان و روسای ادارات شرکت های آب و فاضلاب و آب منطقه ای هستند که 40 نفر از کارشناسان مربوطه به صورت تصادفی انتخاب و مورد بررسی قرارگرفتند. مطابق با یافته‎های پژوهش، توسعه سامانه های نمک زدایی و آب‎شیرین کن ها، مدیریت مصرف و کاهش هدررفت آب و اجرای پروژه های اضطراری تامین و مدیریت مصرف آب شهرها و روستاها به عنوان سه راه‎کار حائز اهمیت در سازگاری با کم آبی شناسایی شدند.

    کلیدواژگان: سازگاری با کم آبی، مدیریت مصرف آب، تحلیل سلسله مراتبی، تاپسیس، استان بوشهر
  • پرهام وظیفه دوست صالح، جعفر یزدی*، علی مریدی صفحات 31-42

    یکی از معضلات شبکه های توزیع آب، هدررفت آب در اثر نشت به‎دلیل فشار بالا در شبکه است. از این‎روی لازم است فشار شبکه را در یک بازه مناسب نگه‎داشت. از موثرترین تجهیزات بدین‎منظور شیرهای فشارشکن و پمپ های معکوس هستند. در این مقاله با استفاده از مرتبط کردن الگوریتم DE1 با حل گر هیدرولیکی EPANET تلاش‎ شده است در گام نخست با استفاده از الگوریتم DE دو هدفه، مکان مناسب شیر های فشار شکن و نیز فشار تنظیمی آن ها و هم‎چنین به‎ صورت هم زمان مکان بهینه پمپ معکوس و نوع پمپ معکوس در شبکه مشخص شود. در گام دوم با استفاده از الگوریتم تک هدفه DE، با ثابت نگه‎داشتن مکان شیرهای فشار شکن و هم‎چنین ثابت نگه داشتن مکان و نوع پمپ های معکوس (حاصله از گام نخست)، سرعت دورانی بهینه پمپ و فشار تنظیمی بهینه شیر فشارشکن در یک بازه 24 ساعته، به منظور بهره برداری و افزایش انرژی تولیدی از شبکه مشخص می‎شود. نتایج به دست آمده نشان داد که می توان از شبکه 160 کیلو وات ساعت در 24 ساعت شبانه روز، انرژی استحصال نمود.

    کلیدواژگان: مدیریت فشار، نشت، شیر فشار شکن، مکان بهینه، پمپ معکوس، فشار تنظیمی
  • سید بهنام غفاری، محمدحسین صراف زاده* صفحات 43-56

    در این پروژه اصلاح سطحی غشا های میکروفیلتراسیون برای توسعه سیستم های گندزدایی آب ارزان برای مناطقی که از عدم دسترسی مناسب به آب آشامیدنی رنج می برند، انجام شد. از دو استراتژی برای حذف باکتری ها استفاده شده است. گیرانداختن آن‎ها از طریق برهمکنش الکترواستاتیکی باکتری ها با سطح کاتیونی غشا و اثرات ضد باکتریایی نانوکامپوزیت اکسید روی/کیتوسان/اکسید نقره که در مقایسه با نانوذرات نقره، به‎کار رفته در تحقیقات پیشین، بسیار ارزان تر است. پوشش کاتیونی حاوی نانوذرات بر روی سطح میکروفیلتراسیون پلی تترافلوئورو‎اتیلن (PTFE)، از طریق پلیمریزاسیون پلی دوپامین و پلی اتیلن‎ایمین در حضور نانوذرات انجام شد. نانوذرات و غشاء های تولیدی از طریق روش های مشخصه یابی هم‎چون XRD، FTIR، FE-SEM، EDAX، آنالیز زاویه ‎تماس و آزمون های آنتی باکتریال مطالعه شدند. نتایج مطالعات نشان‎داد که اصلاح سطحی غشا ها منجر به بهبود آب‎دوستی آن‎ها (از زاویه تماس 136 به 76 درجه) و کاهش نه چندان شدید شار آب خروجی (37 درصد کاهش شار) شده است. پتانسیل حذف عوامل بیماری زا از طریق حذف باکتری استافیلوکوس اورئوس بررسی شد. نتایج نشان‎داد که اصلاح سطحی غشا ها منجر به حذف نزدیک به 98/99% از باکتری فوق شده است و این غشا ها می توانند به‎عنوان روشی برای توسعه سیستم های غشایی برای گندزدایی آب بدون نیاز به انرژی درنظر گرفته شوند.

    کلیدواژگان: نانوذرات آنتی باکتریال، گندزدایی آب، غشا های میکروفیلتراسیون، نانوکامپوزیت های اکسید روی، کیتوسان
  • مهدی دینی*، پریسا احدپور صفحات 57-70

    در این مقاله، کارایی هیدرولیکی بلندمدت شبکه های توزیع آب در شرایط بحرانی یا پیک مصرف با اعمال عدم قطعیت پارامترهای مدل و تغییرات نشت بررسی می شود که اعمال عدم قطعیت پارامتر نشت و تعریف برنامه ریزی بهره برداری شبکه مبتنی بر تغییرات نشت از نوآوری های تحقیق است. برای این‎منظور، ابتدا پارامترهای مدل در شرایط قطعی در سال های موردنظر تخمین زده می شود. سپس مقادیر غیرقطعی آن‎ها با استفاده از توزیع های آماری و به ‎روش مونت کارلو محاسبه و به مدل شبیه ساز شبکه اعمال و سرانجام سطوح کارایی شبکه به‎صورت احتمالاتی تعیین می شود. کارایی هیدرولیکی شبکه با ارزیابی شاخص قابلیت‎اطمینان فشار گرهی شبکه NPRI و کدنویسی در محیط متلب با لینک شبیه ساز شبکه EPANET انجام شده است. روش پیشنهادی برای یک شبکه نمونه و یک شبکه واقعی به‎کار رفته است. نتایج نشان می دهد که با انجام برنامه ریزی بهره برداری 3/15 درصد در سال میانی دوره طرح نسبت به حالت عدم برنامه ریزی بهره برداری کارایی شبکه افزایش داشته است. به‎ طورکلی با اعمال برنامه ریزی بهره برداری، عمر شبکه از نظر کارایی هیدرولیکی در شرایط پیک مصرف افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: کارایی هیدرولیکی، عدم قطعیت، نشت، قابلیت اطمینان، پیک مصرف
  • مجید قنادی* صفحات 71-80

    با نگاه به فراز و فرودها و تجربه بیش از شش دهه اجرای طرح آب رسانی به روستاهای کشور، ایجاد و توسعه مناسب خدمات آب رسانی روستایی با ویژگی های کمیت، کیفیت و پایداری، هم‎چون سایر طرح های عمرانی، به‎شدت نیازمند التزام و پای‎بندی به رعایت انضباط های مهندسی (تعریف طرح، توسعه و پیاده سازی و راهبری آن) و طی مراحل چهارگانه شناخت و ارزیابی، طراحی و مهندسی، اجرایی و بهره برداری است. شناسایی موانع پیش‎روی و راه های برون‎رفت از موانع پیش‎روی، که با توجه ویژه به سیر تطور جمعیت روستایی کشور و تجربه های برآمده از مدیریت طرح های آب رسانی روستایی، در سه سرفصل متولی ویژه و حرفه ای، پرهیز از شتابزدگی، ساده‎انگاری و جامع نگری در اجرای طرح ها، با تاکید بر پیش بینی ساختار مناسب سازمانی و مدیریت مالی برای نگهداری و راهبری تاسیسات آب رسانی روستایی خلاصه شده است، موفقیت در اجرا، پایداری و کارآمدی نسبی آن را تضمین خواهد کرد.

    کلیدواژگان: آب رسانی روستایی، ساختار سازمانی، مدیریت مالی، نگهداری و راهبری
|
  • Abbas Noorinejad, Farhad Hooshyaripor *, Majid Dehghani Pages 3-16

    Hydrological drought affects water allocation and hydropower generation. Therefore, hydrological drought prediction can help for optimal water resources management. In this paper, short-term hydrological drought was predicted using deep learning. Doing so, Standardized Hydrological Drought Index (SHDI) was calculated in one-, three- and six-month periods. Then, 36 combinations and three different modes of input variables were considered to predict SHDI. In the next step, various optimization algorithms, including grasshopper optimization algorithm, salt swarm algorithm, biogeography-based optimization, and particle swarm optimization combined with ANN were used to predict SHDI. Here, 70% of the data were considered for training and the remaining 30% for test. Finally, the performance of deep learning (DNN) compared to the combined ANN-SSA, -BBO, -PSO and -GOA were discussed. The results of ANN compared to the combined models showed that the combined models performed better, but they were less campatible to DNN. The DNN on one hand, does not need to define the input combination, and on the other hand could reduce the value of RMSE to 0.32.

    Keywords: Hydrologic Drought, Deep Learning, Prediction, Standardized Hydrologic Drought Index
  • Masoud Haraghi *, Ali Darvishi, Maryam Haraghi Pages 17-30

    One of the most important approaches of governance in water sector in recent years is the transition from policies to deal with drought to adaptation to water scarcity. Curbing the consequences of drought and adapting to water scarcity requires applying practical management and adopting correct policies in the field of demand and consumption. Choosing the right method to adapt to water scarcity is considered as one of the complex issues due to the existence of various parameters and influencing factors. In this research, while studying the status of water resources and uses in Bushehr province and identifying strategies to adapt to water scarcity in the province and effective criteria, a comprehensive decision-making method is also presented. First, the criteria effective on water scarcity adaptation strategies are identified and prioritized using hierarchical analysis. Then, using TOPSIS technique, the solutions are ranked. The statistical population of the research is the experts and the heads of departments of water and sewage and regional water companies, 40 of the relevant experts are randomly selected and examined. According to the findings of the research, the development of desalination systems and water softeners, management of water consumption and reduction of water wastage, and the implementation of emergency projects for the supply and management of water consumption in cities and villages are identified as three important solutions in adapting to Dehydration.

    Keywords: Adaptation To Water Scarcity, Water Consumption Management, Hierarchical Analysis, TOPSIS, Bushehr Province
  • Parham Vazifehdoest Saleh, Jafar Yazdi *, Ali Moridi Pages 31-42

    One of the problems in the field of water is its wastage in water supply networks due to water leakage due to high pressure. Therefore, keeping the pressure at a suitable range is necessary. The most effective equipment for this purpose is pressure relief valves and PAT2. In this article, by linking the DE algorithm with the EPANET hydraulic solver, in the first step, by using the double-objective DE algorithm, the appropriate location of the pressure relief valves and its regulating pressure, as well as the optimal location of the reverse pump and the type of reverse pump, are determined at the same time. In the second step, by using the DE single objective algorithm, keeping the location of the pressure relief valves constant (resulting from the first step) and also keeping the location and type of PAT, the rotational speed of the pump and the regulating pressure of the pressure relief valve constant are optimized in 24 hours, to increase the production energy. The obtained results showed that it is possible to provide 160 kilowatt hours per day of salable energy to the city power grid from the network.

    Keywords: Pressure Management, Leakage, Pressure Reducing Valve, Optimal Location, Pump As Turbine
  • Seyed-Behnam Ghaffari, Mohammadhossein Sarrafzadeh * Pages 43-56

    In the present study, the surface modification of Polymeric Microfiltration (MF) membranes was done to develop cheap water disinfection systems for areas that suffer from a lack of access to drinking water. Two strategies have been used to remove bacteria. Their capture occurs through the electrostatic interaction of bacteria with the cationic surface of the membrane and the antibacterial effects of zinc oxide/chitosan/silver oxide nanocomposite, which is much cheaper compared to silver nanoparticles used in previous reports. Polytetrafluoroethylene (PTFE) microfiltration, with an average pore size of 450 nm, was modified through the polymerization of Polydopamine (PDA) and polyethyleneimine (PEI), and the incorporation of ZnO/CS/Ag2O nanoparticles. The nanoparticles and membranes were analyzed through various characterization methods such as XRD, FTIR, FE-SEM, EDAX, contact angle, zeta potential and antibacterial tests. The results showed that the surface modification of the membranes significantly enhanced their hydrophilicity. Moreover, no considerable reduction in water flux was detected (37% decrease in flux). The bacterial removal efficiency (S. aureus) after filtration with the modified membrane was estimated at about 99.98%, which met WHO standards for drinking water. Therefore, the modified MF membrane can be considered a platform for developing cheap gravity-driven technologies to supply safe water to people.

    Keywords: Zno-Based Nanocomposites, Chitosan, Antibacterial Nanoparticles, Microfiltration Membranes, Water Disinfection
  • Mehdi Dini *, Parisa Ahadpour Pages 57-70

    In this article, the long-term hydraulic performance of water distribution networks in peak consumption conditions is investigated by applying the uncertainty of model parameters and leakage variation. Applying the uncertainty of the leakage parameter and defining network operation planning based on leakage variation are research innovations. For this purpose, first, the model parameters are estimated in deterministic conditions in the desired years. Then, their non-deterministic values are calculated using statistical distributions and Monte Carlo method and applied to the model. Finally, the network performance levels are determined probabilistically. The Nodal Pressure Reliability Index (NPRI) is used to calculate the hydraulic performance of the network by coding in MATLAB linked with the EPANET simulator. The proposed method has been applied to a sample and real network. The results showed that by implementing the operational planning, the network performance increased by 15.3% in the middle year of the operation period, compared to non-operational planning. In general, by applying operational planning, the network's life increases in peak consumption conditions in terms of hydraulic performance.

    Keywords: Hydraulic Performance, Uncertainty, Leakage, Reliability, Peak Consumption
  • Majid Ghannadi * Pages 71-80

    Looking at the ups and downs and the experience of more than six decades of implementing the water supply plan to the country's villages, the creation and proper development of rural water supply services with the characteristics of quantity, quality and sustainability, just like other construction projects, strongly requires commitment and adherence to the disciplines engineering (the definition of planning, development and implementation) and its management and through the four stages of recognition and evaluation, design and engineering, execution and exploitation. Identifying the obstacles ahead and the ways out of the obstacles ahead, with special attention to the course of development, the rural population of the country and the experiences gained from the management of the rural water supply projects, in three headings, special and professional trustees, avoiding haste, simplicity and comprehensiveness in the implementation of projects, with an emphasis on predicting the appropriate organizational structure and financial management for the maintenance and management of rural water supply facilities is summarized, success in implementation will ensure its sustainability and relative efficiency.

    Keywords: Rural Water Supply, Organizational Structure, Financial Management, Maintenance, Operation