ارائه چارچوب فرایند همکارانه در افزایش تاب‌آوری تصفیه‌خانه‌های آب و فاضلاب در مواجهه با سیلاب

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی عمران- منابع آب، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

قرارگیری تصفیه‌خانه‌ها در مناطق ساحلی لزوم افزایش توجه به این زیرساختها را افزایش می‌دهد. وقوع سیلاب می‌تواند باعث آب‌گرفتگی اجزا و افزایش بار ورودی به تصفیه‌خانه شود که این امر موجب کاهش عملکرد قسمت‌های مختلف این زیرساخت و خسارت‌های هنگفت می‌شود. در این مطالعه، در راستای کاهش خطرپذیری تصفیه‌خانه‌ها در برابر سیل، به منظور کمّی‌سازی خصوصیات تصفیه‌خانه از شاخص تاب‌آوری استفاده شد. برای ارتقای عملکرد تصفیه‌خانه در مواجهه با سیل دو رویکرد اصلی رفتار همکارانه میان تصفیه‌خانه‌ها و تخصیص مالی میان بخش‌های قابل سرمایه‌گذاری درون هر تصفیه‌خانه مورد ارزیابی قرار گرفت. به این منظور در رویکرد اول، خصوصیاتی از تصفیه‌خانه که با سرمایه‌گذاری مالی قابل بهبود هستند، شناسایی شدند و تخصیص بودجه در میان هریک به‌منظور ارتقای عملکرد سیستم مورد بررسی قرار گرفت. به‌علاوه، رویکردهای مدیریتی پیشنهادی برای درک دقیق‌تر سیستم نیز ارائه شد. در نتیجه، رویکرد بهره‌برداری توأمان بین تصفیه‌خانه‌ها و ارتقای عملکرد این زیرساخت‌ها با ایجاد ارتباط بین تصفیه‌خانه‌های مجاور محقق می‌شود. به‌منظور ایجاد این ارتباط و همکاری که مبنای کار مقاله می‌باشد، عملکرد تصفیه‌خانه‌های مجاور به‌صورت یکپارچه در نظر گرفته شد. در ادامه، نتایج رویکرد بهره‌برداری توأمان و میزان اثرگذاری آن مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در این پژوهش، سه همکاری شامل تصفیه‌خانه‌هایBowery Bay، Tallman، Newtown Creek و Red Hook تاب‌آوری را به میزان قابل توجهی بهبود داده است. چارچوب ارائه شده در این پژوهش برای به‌کارگیری در سایر تصفیه‌خانه‌های فاضلاب مناطق ساحلی پیشنهاد می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Presenting a Cooperative Behavior Framework for Increasing the Resilience of Water and Wastewater Treatment Plants in Coastal Floods

نویسندگان [English]

  • Mohammad Karamouz 1
  • Pouya Khalili 2
1 Prof., Faculty of Civil Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
2 MSc Student of Civil and Water Resources Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

Wastewater Treatment Plants that constructed in the coastal regions need more attention since the flood occurrence may cause excessive loads on the infrastructures. These excessive loads may result in the system’s failure and innumerable damages on the infrastructure. In this study, in order to reduce WWTPs’ vulnerability in time of flood, an index called Resiliency was developed to quantify system’s characteristics. Later, two main approaches were considered to enhance the infrastructure performance; the “Resource allocation” and the “Cooperative behavior” method. The former method was applied employing those factors which were improvable with the investment of funds and financial allocations. They were utilized to make the system more robust. In addition, for this part, implementing some new agents with potential impacts on funding were described in order to have a more realistic vision. As for the latter method, the cooperative behavior approach, the cooperation was utilized to demonstrate joint operation among WWTPs and the way they interact. For this purpose, WWTPs’ placement was analyzed to check if they could operate jointly. Thereafter, effectiveness of these two approaches was compared in order to make the best decision regarding different cases. The results showed that in three collaborations among; Bowery Bay, Tallman Island, Newtown Creek, and Red Hook WWTPs, cooperation has had a significant effect on the resiliency index.

کلیدواژه‌ها [English]

  • resiliency
  • flood
  • Wastewater Treatment Plant
  • Resource Allocation
  • cooperation

Akhbari, M. & Grigg, N. S. 2013. A framework for an agent-based model to manage water resources conflicts, Water Resources Management, 27(11), 4039-4052.

Bruneau, M., Chang, S. E., Eguchi, R. T., Lee, G. C., O’Rourke, T. D., Reinhorn, A. M., et al. 2003. A framework to quantitatively assess and enhance the seismic resilience of communities. Earthquake Spectra, 19(4), 733-752.

Da Silva, J., Kernaghan, S. & Luque, A. 2012. A systems approach to meeting the challenges of urban climate change. International Journal of Urban Sustainable Development, 4(2), 125-145.

Edwards, M., Ferrand, N., Goreaud, F. & Huet, S. 2005. The relevance of aggregating a water consumption model cannot be disconnected from the choice of information available on the resource. Simulation Modelling Practice and Theory,13(4), 287-307.

Gilard, O. & Givone, P. 1997. Flood risk management: New concepts and methods for objective negotiations. IAHS Publications-Series of Proceedings and Reports-Intern Assoc Hydrological Sciences, 239, 145-158.

Holling, C. S. 1973. Resilience and stability of ecological systems. Annual Review of Ecology and Systematics, 4(1), 1-23.

Karamouz, M., Nazif, S. & Falahi, M. 2012. Hydrology and hydroclimatology: Principles and applications, CRC Press.

Karamouz, M., Rasoulnia, E., Zahmatkesh, Z., Olyaei, M. A. & Baghvand, A. 2016a. Uncertainty-based flood resiliency evaluation of wastewater treatment plants. Journal of Hydroinformatics, 18(6), 990-1006.

Karamouz, M. & Zahmatkesh, Z. 2016b. Quantifying resilience and uncertainty in coastal flooding events: Framework for assessing urban vulnerability. Journal of Water Resources Planning and Management,  143(1), 04016071.

Karamouz, M., Rasoulnia, E., Olyaei, M.-A. & Zahmatkesh, Z. 2017. Financial resource allocation for wastewater treatment plants' resiliency improvement. Journal of Infrastructure Systems, 24 (4), Article No. 040418021.

Karamouz, M., Taheri, M., Khalili, P. & Chen, X. 2019. Building infrastructure resilience in coastal flood risk management. Journal of Water Resources Planning and Management, DOI: 10.10611 (ASCE) WR. 1943-5452. 0001043.

Kenward, A., Yawitz, D. & Raja, U. 2013. Sewage overflows from hurricane sandy, Climate Central, Princenton, N.J.

Koks, E. E., Jongman, B., Husby, T. G. & Botzen, W. J. 2015. Combining hazard, exposure and social vulnerability to provide lessons for flood risk management. Environmental Science and Policy, 47, 42-52.

Kong, J. & Simonovic, S. P. 2016. An original model of infrastructure system resilience, NDM-515: Resilience Infrastructure, London.

Krzys, B. P. 2010. PVC Duct fittings & PVC Duct pipe List Price Catalog, <www.trenchless-technology.com/pdfs/2010_Pipe_Materials_Guide.pdf> (March 2017)

Mutikanga, H. E., Sharma, S. K. & Vairavamoorthy, K. 2011. Multi-criteria decision analysis: A strategic planning tool for water loss management. Water Resources Management, 25(14), Article No. 3947.

NYC DEP. 2013. NYC wastewater resiliency plan, climate risk assessment and adaptation 191 Study, Chapter 2: Wastewater treatment plants, Department of Environmental Protection, 192 New York City.

Øien, K., Massaiu, S., Tinmannsvik, R. K. & Størseth, F. 2010. Development of early warning indicators based on resilience engineering. In Submitted to PSAM10, International Probabilistic Safety Assessment and Management Conference, Seattle, Washington, USA.

Sayers, P. B., Hall, J. W. & Meadowcroft, I. C. 2002. Towards risk-based flood hazard management in the UK. Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Civil Engineering, 150 (5), 36-42. Thomas Telford Ltd.

Simonovic, S. P. & Peck, A. 2013. Dynamic resilience to climate change caused natural disasters in coastal megacities quantification framework. British Journal of Environmental and Climate Change, 3(3), 378-401.

Yilmaz, B. & Harmancioglu, N. 2010. Multi-criteria decision making for water resource management: A case study of the Gediz River Basin, Turkey, Water SA, 36(5), 563-576.