Multi-Objective Optimization Model for Water Resources Management in Saudi Arabia. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF M.Sc._Thesis-Ammar_Musa.pdf Download (5MB) | Preview

Arabic Abstract

في هذا البحث تم تطوير نموذج متعدد الأغراض يهدف إلى المساهمة في توزيع المياه من مصادر متعددة إلي العديد من الإستخدامات وذلك للفترة من عام 2015 حتي 2050 في المملكة العربية السعودية. وقد تم إستخدام تقنية تسمي برمجمة الهدف لتطوير النموذج. إن مصادر المياه المتوفرة في المملكة هي: المياه الجوفية، المياه السطحية، المياه المحلاة ومياه الصرف الصحي المعالجة، بينما المستخدمين هم: القطاعات المنزلية، الزراعية والصناعية. تم تطوير النموذج آخذاً في الإعتبار كل من الأهداف التالية: )1( تحقيق طلبات و جودة المياه في قطاعات الإستهلاك المختلفة، )2( رفع معدل إعادة إستخدام مياه الصرف الصحي المعالجة، الإستفادة القصوى من المياه السطحية، و الحفاظ علي المياه الجوفية، و)3( تقليل كمية المياه المحلاة المنتجة وكذلك تقليل كلفة إنتاج المياه من مصادر مختلفة. وقد وضع في الحُسبان الشكوك وعدم الدقة التي ربما تصاحب تنبؤات إمدادات و طلبات المياه، و ذلك عن طريق توليد 100 رقم عشوائي بناءً علي البيانات المتوقعة. كما حدد النموذج العلاقة بين إمدادات المياه من مصادر مختلفة لتحقيق طلبات المياه في قطاعات الإستهلاك المختلفة للفترة من 2015 حتى 2050. ويقدر إستهلاك المياه الجوفية والسطحية في القطاعات المنزلية بحولي 458.1 و207.7 مليون متر مكعب، علي التولي في عام 2015، ومن المتوقع أن تكون حوالي 585.3 و349.1 مليون متر مكعب، على التوالي بحلول العام 2050. و في عامي 2015 و2050، يقدر إمداد المياه المحلاة في القطاعات المنزلية بحوالي 1959.4 و 4494.8 مليون متر مكعب، على التوالي. من المرجح أن يُخفض إستهلاك المياه الجوفية و السطحية في الزراعة من 10483 و236.6 مليون متر مكعب إلى 8753 و 95.2 مليون متر مكعب في الفترة من 2015 إلى 2050، علي التوالي، بينما يُعوض هذا الإنخفاض بزيادة إعادة إستخدام مياه الصرف الصحي المعالجة. و أوضحت النتائج بأن إمداد المياه الجوفية في القطاعات الصناعية يزيد من 992.5 مليون متر مكعب في العام 2015 إلى 6428.3 مليون متر مكعب بحلول العام 2050. كما أن الكميات المتوقع إمدادها من مصادر المياه الجوفية، المياه المحلاة و مياه الصرف الصحي المعالجة في العام 2015 تقدر بحوالي 11933.4، 1959.3 و2074.4 مليون متر مكعب، علي التوالي، و من المحتمل أن تكون 15766.4، 4494.8 و3945.8 مليون متر مكعب، علي التوالي في عام 2050. كما توصلت الدراسة إلى أن إمدادات المياه السطحية المتوقعة خلال هذه الفترة تقدر بحوالي 444.3 مليون متر مكعب في السنة. ومن المحتمل أن تٌلبي الإمدادت الحالية لمصادر المياه الجوفية الكميات المتوقعة حتى عام 2035، بعدئذ، فإن إمكانية توفير هذه الكميات من الإمدادات الحالية قد تتناقص. و خلصت الدراسة إلى أن الإمدادات الحالية لمياه التحلية والمياه العادمة المعالجة لا تكفي لتلبية الكميات المتوقعة خلال الفترة من 2015– 2050، لذا لابد من زيادة الإمدادات الحالية من هذه المصادر. كما إستنتجت الدراسة إلى أن تكلفة إمدادات المياه من المصادر المختلفة في عام 2015 تبلغ حوالي 47.4 مليار ريال سعودي، و قد تبلغ 82 مليار ريال سعودي بحلول عام 2050.

English Abstract

This research developed a multi-objective model for reasonable distributions of water from multiple sources to multiple users from 2015 through 2050 in Saudi Arabia. The goal programming (GP) technique was used for model development. The supply sources are groundwater (GW), surface water (SW), desalinated water (DW) and treated wastewater (TWW), while the users are domestic, agricultural and industrial sectors. The model was applied to: (i) satisfy water demands and water quality; (ii) maximize TWW reuse, SW supply and GW conservation; and (iii) minimize DW overproduction and overall cost. Uncertainties in water demands and supplies were incorporated through generating 100 random realizations of water demands and supplies. The model identified the combinations of source wise supplies for satisfying sector wise demands from 2015 to 2050. Distributions of GW and SW in domestic sectors are estimated to be 458.1 and 207.7 MCM, respectively in 2015, which are predicted to be 585.3 and 349.1 MCM, respectively in 2050. In 2015 and 2050, DW supplies are 1959.4 and 4494.8 MCM, respectively. Supply of GW and SW for agriculture may be reduced from 10483 and 236.6 to 8753 and 95.2 MCM from 2015 to 2050, respectively, which is compensated by maximizing TWW reuse. GW supply to industrial sectors may increase from 992.6 MCM in 2015 to 6428.3 MCM in 2050. In 2015, the predicted supplies of GW, DW and TWW are 11933.4, 1959.3 and 2074.4 MCM, respectively, which are projected to be 15766.4, 4494.8 and 3945.8 MCM, respectively in 2050. The predicted supply of SW is 444.3 MCM/year. GW source is likely to satisfy the predicted quantities till 2035, thereafter, probabilities of satisfying the predicted quantities show decreasing trend. Supply of DW and TWW needs to be increased to satisfy the predicted quantities during 2015-2050. The cost for using water from different sources in 2015 is estimated to be 47.4 billion SR, which is predicted to be 82 billion SR in 2050.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Civil Engineering > Water and Environmental Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor:	Chowdhury, Shakhawat
Committee Members:	AL-Zahrani, Muhammad and Al-Suwaiyan, Mohammad
Depositing User:	MUSA AMMAR AHMED (g201105630)
Date Deposited:	04 Jan 2015 10:41
Last Modified:	01 Nov 2019 15:44
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139404