مدیریت خطرپذیری آبگرفتگی و آلودگی ناشی از سیلاب شهری با استفاده از راهکارهای بهینه متداول و نوین

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد مهندسی عمران/ دانشکده عمران و محیط‌زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 دانشیار /دانشکده عمران و محیط‌زیست دانشگاه صنعتی امیرکبیر، خیابان حافظ، تهران

3 دانشیار /دانشگاه لندن غرب، خیابان سنت مری، لندن، انگلستان

چکیده

توسعه شهرنشینی و درنتیجه کاهش سطوح نفوذناپذیری سبب افزایش خطرپذیری سیلاب و آلودگی بیشتر آب‌های پذیرنده می‌شود. این مقاله مدیریت خطرپذیری سیلاب شهری را با هدف کاهش آبگرفتگی و تخلیه آلاینده‌ها در آب‌های پذیرنده با به‌کارگیری دو روش‌های متداول و نوین ارائه می‌نماید. روش‌های متداول شامل افزایش ابعاد کانال‌های شبکه، کاهش ضریب زبری آن‌ها و روش‌های نوین شامل اجرای سیستم ماند بیولوژیکی، روسازی نفوذپذیر، ترانشه‌های نفوذ و حوضچه‌های نگهداشت در شبکه جمع‌آوری آب‌های سطحی می‌باشد. مدل بهینه‌سازی چندهدفه با استفاده از الگوریتم ژنتیک چندهدفه توسعه‌یافته که با مدل شبیه‌سازی شبکه جمع‌آوری آب‌های سطحی توسط نرم‌افزار SWMM ترکیب می‌شود. اهداف مدل بهینه‌سازی حداقل‌ نمودن سه معیار هزینه اقتصادی، خطرپذیری آبگرفتگی سیلاب و آلودگی محتمل آب‌های پذیرنده است. در کنترل بار آلودگی، آلاینده‌های TSS، TN و TP مدنظر قرار گرفت. کاربرد روش پیشنهادی بر روی مطالعه موردی شبکه جمع‌آوری آب‌های سطحی شهر گلستان تشریح شد. نتایج نشان می‌دهد بکاری گیری ترکیب بهینه هر دو رویکرد متداول و نوین، منجر به کاهش قابل‌ملاحظه و مؤثر خطرپذیری آبگرفتگی و تخلیه آلاینده‌ها در آب‌های پذیرنده می‌شود. نتایج رویه بهینه نشان می‌دهد کنترل بهینه خطرپذیری آبگرفتگی رابطه معکوس با میزان کنترل بهینه تخلیه آلاینده‌ها در آب‌های پذیرنده دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Hazard Management of Inundation and Pollutants in Urban Floods Using Optimal Conventional and Novel Strategies

نویسندگان [English]

  • M. Karami 1
  • A. Ardeshir 2
  • K. Behzadian 3
1 MSc graduate, Department of Civil and Environmental Engineering, Amirkabir University of Technology, Iran
2 Associate Professor, Department of Civil and Environmental Engineering, Amirkabir University of Technology, Iran.
3 Assistant Professor, Environmental Research Center, Amirkabir University of Technology, Iran.
چکیده [English]

Urbanisation by decreasing in pervious areas would result in increase in the risk of flood inundation and cause more discharge of pollutants into receiving water bodies. This paper presents the management of urban flood hazard in terms of inundation and pollutants discharge into receiving water bodies using a combination of the conventional and novel techniques. Conventional techniques include increasing the dimension of conduits as well as decreasing their roughness. Novel techniques on the other hand include bio-retention systems, pervious pavements, infiltration trenches, and detention ponds in urban drainage networks. In this study the multi-objective optimization model is developed using multi-objective genetic algorithm coupled with a simulation model of urban drainage system using SWMM software. The objectives are to minimize the economic cost, the inundation flood hazard, and the expected pollution reaching the receiving waters. Pollution control consider pollutants of TSS, TN, and TP. The suggested methodology was applied to a case study for the urban drainage system of Golestan city in Tehran Province. Results indicated that applying the optimal methods can considerably decrease the expected flood and pollutants. Results of Pareto front showed that indirect relation exists between the solutions of optimal control of expected inundation and the optimal control of expected pollutants in receiving water bodies.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Flood management
  • Urban drainage networks
  • hazard
  • Optimisation

حفیظی م، پاشاخانلو ف (1385) ضریب آبگذری از داده‌های مقاومت ویژه الکتریکی در دشت تهران. مجله فیزیک زمین و فضا، شماره 32: 13-21.

خداشناس س، تاج‌بخش م (1386) بهره‌گیری از روش‌های نوین کنترل سیلاب شهری برای استفاده بهینه در منابع آب. مجموعه مقالات کنفرانس ملی توسعه منابع آب، زاهدان، ایران،10-11اسفند.

سلیمانی م (1392) ارزیابی و اولویت‌بندی خطرپذیری‌های ساخت و بهره‌برداری یک شبکه جمع‌آوری و هدایت آب‌های سطحی شهری. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه امیرکبیر، تهران.

سلیمانی م، بهزادیان ک، اردشیر ع (1394) ارزیابی راهکارهای اصلاح شبکه زهکشی آب‌های سطحی شهری بر اساس معیارهای مبتنی بر ریسک. مجله آب و فاضلاب، در حال چاپ تابستان 1394.

سلطانی م (1388) مدل‌سازی کیفی نهرهای درون‌شهری. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده عمران دانشگاه صنعتی شریف، تهران

Abi Aad M, Suidan M, Shuster W (2010) Modeling techniques of best management practices: rain barrels and rain gardens using EPA SWMM-5. Journal of Hydrologic Engineering 15:434-443.

Bitting J (2006) A methodology and evaluation tool for comparing post-construction storm water best management practises. M.Sc. Thesis, Cambridge University .

Coffman L (1999) Low-impact development design strategies, an integrated design approach. Washington D.C: U.S. Environmental Protection Agency.

Deb K, Pratap A, Agarwal S, Meyarivan T (2002) A fast and elitist multiobjective genetic algorithm: NSGA-II Evolutionary Computation, IEEE Transactions on 6(2): 182-197.‏

Eichenwald Z, McGarity A (2010) Watershed-based optimal stormwater management: part 2—hydrologic modeling of LID/BMP sites on little crum creek in suburban philadelphia. World Environmental and Water Resources Congress 2010: 2522-2530.

Jia H, Lu Y, Yu S, Chen Y (2012) Planning of LID–BMPs for urban runoff control: the case of beijing olympic village. Separation and Purification Technology 84:112-119.

Jiang W, Deng L, Chen L (2009) Risk assessment and validation of flood disaster based on fuzzy mathematics. Progress in Natural Science 19:1419–1425.

Karamouz M, Nazif S (2013) Reliability-based flood management in urban watersheds considering climate change impacts. Journal of Water Resources Planning and Management 139:520-533.

Lee k, Kim H, Pak G (2010) Cost-effectiveness analysis of stormwater best management practices (BMPs) in urban watersheds. Desalination and Water Treatment 19:92-96.

NYDEC (2010) New York state stormwater management design manual. New York: Center for Watershed Protection.

Oraei S, Saghafian B, Shamsai A (2012) Multi-objective optimization for combined quality–quantity urban runoff control. Hydrology and Earth System Sciences 16:4531-4542.

Prodanovic P, P. Simonovic S (2004) Generation of synthetic design storms for the upper thames river basin. Water Resources Research Report no. 049, Facility for intelligent decision support, Department of Civil and Environmental Engineering, London, Ontario, Canada, 20 pages.

Rossman L.A (2010) Storm water management model. User's manual. version 5.0, United States Environmental Protection Agency.

Shaver E, Horner R, Skupien J (2007) Fundamentals of urban runoff management: technical and institutional issues. North American Lake Management Society.

Strecker E, Sheffield A, Cristina C, Leisenring M (2010) Stormwater BMP guidance tool. New Orleans.

USEPA (2004) The use of best management practices (BMPs) in urban watersheds. EPA-600-R-04-184. Office of Research and Development, Washington, D.C. 20460.

Young K, Dymond R, Kibler D (2011) Development of an Improved approach for selecting storm-water best management practices. Journal of Water Resources Planning and Management 137:268-275.