مجله آب و فاضلاب

مجله آب و فاضلاب

شبیه‌سازی مدیریت یکپارچه دارایی‌های سیستم‌های شبکه‌های توزیع آب و جمع‌آوری فاضلاب شهری با استفاده از مدل‌سازی دینامیکی نرم‌افزار ونسیم (مطالعه موردی شهر تبریز)

نوع مقاله : مطالعه موردی

نویسندگان
سمیه فخیمی حسین زاد 1
یعقوب علوی متین 2
سلیمان ایرانزاده 3
1 دانشجوی دکترای مدیریت صنعتی، گرایش استراتژی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تبریز، تبریز، ایران
2 استادیار، گروه مدیریت، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تبریز، تبریز، ایران
3 دانشیار، گروه مدیریت، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تبریز، تبریز، ایران
10.22093/wwj.2023.420464.3378
چکیده
بهبود مدیریت منابع آب در مقیاس جهانی در این زمان حیاتی است. خطراتی که در حال حاضر بدنه‌های آبی در معرض آن قرار دارند، چه به‌دلیل تغییرات آب و هوایی یا شرایط انسانی، بر دسترسی و کیفیت آب در حوضه‌های سراسر جهان تأثیر می‌گذارد. با این وجود، مدیریت آب به‌عنوان یک مشکل پیچیده آشکار شده است. در این پرتو، یکی از امیدوارکننده‌ترین روش‌ها، ساخت مدل‌های شبیه‌سازی پویا است که ممکن است فقط هیدرولوژیکی نباشد و شامل بیشترین تعداد ممکن از متغیرها باشد. این پژوهش، یک سیستم پشتیبانی تصمیم را برای مدیریت یکپارچه شبکه‌های توزیع آب و جمع‌آوری فاضلاب ارائه داد. روش پیشنهادی از پویایی سیستم (شبیه‌سازی با نرم‌افزار ونسیم) برای ادغام شبکه‌های آب و فاضلاب با بخش‌های مالی و اجتماعی-سیاسی استفاده می‌کند که امکان تنظیم نرخ و برنامه‌ریزی زیرساخت‌های عملیاتی و سرمایه‌ای یکپارچه آب و فاضلاب در سه منطقه تبریز را در طول چرخه عمر آنها (50 سال) فراهم کند. نتایج نشان داد که چارچوب یکپارچه، شرکت را قادر می‌سازد تا به‌دلیل یکپارچه‌سازی منابع مالی آب و فاضلاب، تأمین مالی برای کارهای سرمایه‌ای و عملیاتی را تسریع بخشد و سطح خدمات یکپارچه را بهبود بخشد. در عمل، چارچوب یکپارچه پیشنهادی، شرکت‌های آب و فاضلاب را برای مدیریت و برنامه‌ریزی دارایی‌های خود در یک رویکرد یکپارچه برای ارتقای عملکرد زیرساختی، مالی و اجتماعی- سیاسی دارایی‌های آب و فاضلاب خود در مقایسه با مدیریت مجزا، توانمند می‌کند. مدیریت دارایی فیزیکی تنها راه‌حل شرکت‌های آب و فاضلاب برای حل مشکلات مالی، اجتماعی و زیر ساختی است. شبکه فاضلاب مورد مطالعه در این پژوهش، سرمایه کمی بیشتری نیاز دارد تا اهرم خط مشی کسری لوله‌های بسیار خراب در مقایسه با شبکه توزیع آب که وضعیت نسبتاً بهتری دارد، برآورده شود. یک استراتژی مدیریت استقراض برای شبکه فاضلاب اجرا شود تا کار سرمایه را تسریع بخشد. یک استراتژی مدیریت فعال برای شبکه توزیع آب با ذخیره وجوه نقد موردنیاز برای هر گونه عقب‌ماندگی آینده باید اجرا شود.
کلیدواژه‌ها
مدیریت یکپارچه دارایی
دینامیک سیستم
جمع‌آوری فاضلاب
توزیع آب
ونسیم

موضوعات

عنوان مقاله English

Simulating the Integrated Management of Assets of Water Distribution Networks and Urban Wastewater Collection Systems Using Dynamic Modeling of Vensim Software (Case Study of Tabriz City)

نویسندگان English

Somayeh Fakhimi Hosinzad 1
Yagoub Alavi Matin 2
Soleyman Iranzadeh 3
1 PhD. Student of Industrial Management, Strategy Orientation, Islamic Azad University, Tabriz Branch, Tabriz, Iran
2 Assist. Prof., Dept. of Management, Islamic Azad University, Tabriz Branch, Tabriz, Iran
3 Assoc. Prof., Dept. of Management, Islamic Azad University, Tabriz Branch, Tabriz, Iran
چکیده English

Improving the management of water resources on a global scale is critical at this time. The risks that water bodies are currently exposed to, whether due to climate change or human conditions, affect the availability and quality of water in watersheds around the world. However, water management has emerged as a complex problem. In this light, one of the most promising methods is the construction of dynamic simulation models that may include the largest possible number of variables, not just hydrological. This paper presents a decision support system for the integrated management of water distribution and wastewater collection networks. The proposed method uses system dynamics (simulation with Vensim software) to integrate water and sewage networks with financial and socio-political sectors, which allows the rate adjustment and planning of integrated operational and capital infrastructure of water and sewage in three provinces of the Tabriz region during their life cycle (50 years). The results show that the integrated framework enables the company to accelerate financing for capital and operational works and improve the level of integrated services due to the integration of financial resources of water and sewage. In practice, the proposed integrated framework empowers water and wastewater utilities to manage and plan their assets in an integrated approach to improve the infrastructural, financial, and socio-political performance of their water and wastewater assets compared to separate management. Physical asset management is the only way for water and sewage companies to solve financial, social and infrastructural problems. The sewerage network studied here needs a little more capital work to meet the deficit policy lever of very damaged pipes compared to the water distribution network, which is in a relatively better condition. Implementing a borrowing management strategy for the sewer network to accelerate capital work, a proactive management strategy for the water distribution network should be implemented with the necessary cash reserves for any future setbacks.

کلیدواژه‌ها English

Integrated Asset Management
System Dynamics
Wastewater Collection
Water Distribution
Vensim
Coyle, R. G. 1997. System dynamics modelling: a practical approach. Journal of the Operational Research Society, 48, 544-544. https://doi.org/10.1111/j.1467 8667.2012.00773.x.
Duchesne, S., Beardsell, G., Villeneuve, J. P., Toumbou, B. & Bouchard, K. 2013. A survival analysis model for sewer pipe structural deterioration. Computer‐Aided Civil and Infrastructure Engineering, 28, 146-160. https://doi.org/10.1111/j.1467 8667.2012.00773.x.
Elsawah, H., Bakry, I. & Moselhi, O. 2016. Decision support model for integrated risk assessment and prioritization of intervention plans of municipal infrastructure. Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice, 7, 04016010. https://doi.org/10.1061/(ASCE)PS.1949-1204.0000245.
Ford, F. A. 1999. Modeling the environment: an introduction to system dynamics models of environmental systems, International Journal of Sustainability in Higher Education, 1(1), https://doi.org/10.1108/ijshe.2000.24901aae.002.
Forrester, J. W. 1958. Industrial dynamics: a major breakthrough for decision makers. Harvard Business Review, 36, 37-66.
Ganjidoost, A., Knight, M. A., Unger, A. J. & Haas, C. T. 2021. Performance modeling and simulation for water distribution networks. Frontiers in Water, 3, 718215. https://doi.org/10.3389/frwa.2021.718215.
Ganjidoost, A., Knight, M. A., Unger, A. J. & Haas, C. T. 2022a. Performance modeling and simulation for wastewater collection networks. Frontiers in Water, 4, 723639. https://doi.org/10.1002/aws2.1283.
Ganjidoost, A., Vladeanu, G. & Daly, C. M. 2022b. Leveraging risk and data analytics for sustainable management of buried water infrastructure. AWWA Water Science, 4, e1283.
Grigg, N. S. 2009. Total Water Management: Leadership Practices for a Sustainable Future: Published by American Water Works Association, Denver, Colorado, USA. https://doi.org/10.1080/02508060902937512.
Hawari, A., Alkadour, F., Elmasry, M. & Zayed, T. 2017. Simulation-based condition assessment model for sewer pipelines. Journal of Performance of Constructed Facilities, 31, 04016066. https://doi.org/10.1061/(ASCE)CF.1943-5509.0000914.
Johnson, N. 2009. Simply Complexity: a Clear Guide to Complexity Theory, Simon and Schuster.
Katko, T. S., Kurki, V. O., Juuti, P. S., Rajala, R. P. & Seppälä, O. T. 2019. Integration of water and wastewater utilities. Water Services Management and Governance, 29. https://doi.org/10.1002/j.1551-8833.2010.tb10187.x.
Kleiner, Y., Adams, B. J. & Rogers, J. S. 1998. Long‐term planning methodology for water distribution system rehabilitation. Water Resources Research, 34, 2039-2051. https://doi.org/10.1029/98WR00377.
Mashford, J., Marlow, D., Tran, D. & May, R. 2011. Prediction of sewer condition grade using support vector machines. Journal of Computing in Civil Engineering, 25, 283-290. https://doi.org/10.1061/(ASCE)CP.1943-5487.0000089.
Mazumder, R. K., Salman, A. M., Li, Y. & Yu, X. 2021. Asset management decision support model for water distribution systems: impact of water pipe failure on road and water networks. Journal of Water Resources Planning and Management, 147, 04021022. https://doi.org/10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0001365MOE.
Mohammadifardi, H., Knight, M. A. & Unger, A. A. 2019. Sustainability assessment of asset management decisions for wastewater infrastructure systems-implementation of a system dynamics model. Systems, 7, 34. https://doi.org/10.3390/systems7030034.
Park, H., Ting, S. H. & Jeong, H. D. 2016. Procedural framework for modeling the likelihood of failure of underground pipeline assets. Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice, 7, 04015023. https://doi.org/10.1061/(ASCE)PS.1949-1204.0000222.
Qi, C. & Chang, N. B. 2011. System dynamics modeling for municipal water demand estimation in an urban region under uncertain economic impacts. Journal of Environmental Management, 92, 1628-1641. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2011.01.020.
Rehan, R., Knight, M. A., Unger, A. J. & Haas, C. T. 2013. Development of a system dynamics model for financially sustainable management of municipal watermain networks. Water Research, 47, 7184-7205. https://doi.org/10.1016/j.watres.2013.09.061.
Rehan, R., Knight, M. A., Unger, A. J. & Haas, C. T. 2014. Financially sustainable management strategies for urban wastewater collection infrastructure–development of a system dynamics model. Tunnelling and Underground Space Technology, 39, 116-129. https://doi.org/10.1016/j.tust.2012.12.003.
Rehan, R., Unger, A., Knight, M. A. & Haas, C. 2015. Strategic water utility management and financial planning using a new system dynamics tool. Journal‐American Water Works Association, 107, E22-E36. https://doi.org/10.5942/jawwa.2015.107.0006.
Richmond, B. 2001. Systems Thinking and the STELLA Software: Thinking, Communicating, Learning and Acting More Effectively in the New Millennium. In Richmond, B. 2001. Stella: An Introduction to Systems Thinking, I See Systems Pub., New Hampshire, USA.
Roshani, E. & Filion, Y. 2014. Event-based approach to optimize the timing of water main rehabilitation with asset management strategies. Journal of Water Resources Planning and Management, 140, 04014004. https://doi.org/10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0000392.
Scheidegger, A., Hug, T., Rieckermann, J. & Maurer, M. 2011. Network condition simulator for benchmarking sewer deterioration models. Water Research, 45, 4983-4994. https://doi.org/10.1016/j.watres.2011.07.008.
Scholten, L., Scheidegger, A., Reichert, P., Mauer, M. & Lienert, J. 2014. Strategic rehabilitation planning of piped water networks using multi-criteria decision analysis. Water Research, 49, 124-143. https://doi.org/10.1016/j.watres.2013.11.017.
Sterman, J. 2000. Instructor's Manual to Accompany Business Dyanmics: Systems Thinking and Modeling for a Complex World, McGraw-Hill, USA.
Sterman, J. D. 2001. System dynamics modeling: tools for learning in a complex world. California Management Review, 43, 8-25. https://doi.org/10.2307/41166098.
Syachrani, S., Jeong, H. S. & Chung, C. S. 2011. Dynamic deterioration models for sewer pipe network. Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice, 2, 123-131. https://doi.org/10.1061/(ASCE)PS.1949-1204.0000085.
Tran, H. D., Marlow, D. & May, R. 2010. Application of Decision Support Models in Asset Management of Sewer Networks: Framework and Case Study. In: Ruchti, G. & Roode, P. E. T. 2010. Pipelines 2010: Climbing New Peaks to Infrastructure Reliability: Renew, Rehab, and Reinvest. Keystone, Colorado, USA. 846-856.