Date of Award

6-2021

Document Type

Dissertation

Degree Name

Doctor of Philosophy (PhD)

Department

Environmental Science

First Advisor

Dr. Mohamed Mostafa Mohamed

Abstract

One of the main challenges for water managers is to foresee the future accurately; then, design appropriate policies and infrastructure plans accordingly. The use of decision support systems in the field of water resource management and planning is now widely implemented, but its use in sustainable water planning of a nation or state in arid and semi-arid areas, such as Middle East countries, remains limited. The main objective of this dissertation is to present a graphical software tool that can assist water planners and decision-makers in long-term water management and planning. Sustainable planning for Abu Dhabi’s future water supply is a very challenging task that requires consideration of various drivers and decision criteria. To produce realistic future scenarios for the EAD, sound knowledge of the supply-side elements and demand-side elements; for existing and future usages are required. Therefore, Abu Dhabi Dynamic Water Budget Model (ADWBM) was developed to help water policymakers of Abu Dhabi to assess various components of the Abu Dhabi water budget. The model, which can produce future scenarios of the water budget, was calibrated and validated using historical data. Additionally, the sensitivity of the model outputs to changes in the inputs was determined by conducting a sensitivity analysis. A second tool named Abu Dhabi Capacity Planning Model (ADWPM) is developed to manage the supply of water which is designed to form part of an integrated plan of water resources and the capacity planning of infrastructures. This is a multi-period optimization model based on mixed integer linear programming (MILP) and incorporated several parameters including various types of economic and environmental costs, capacity expansion options of treatment plants and water transmission systems, and environmental aspects (such as carbon footprint and brine discharge). The AWCPM was programmed in General Algebraic Modeling System (GAMS) and solved using the Cplex solver. This provides an ability for water resource managers to identify the optimal combination of sources to meet both the present and future demands of Abu Dhabi. Finally, a decision support system for water resource managers is then provided by coupling key components of these models (ADWBM and ADWCPM) and is named “Sustainable Water Budgeter for Abu Dhabi” (SuWaB-AD). This has a graphical interface such that various scenarios can be explored and consequences of decisions can be made. The use of SuWaB-AD is demonstrated through the case study of Abu Dhabi could help decision makers in promoting sustainable plans. The results and applications show that SuWaB-AD approach can be adapted to support long-term water decision-making. The proposed tools would be helpful to water administrators, water professionals, and other water management authorities for sustainable water planning worldwide.

Arabic Abstract

يتمثل أحد التحديات الرئيسية لمديري المياه في التنبؤ بالمستقبل بدقة، وتصميم السياسات المناسبة وخطط البنية التحتية بناءً على المتطلبات المستقبلية. يتم الآن تنفيذ استخدام أنظمة دعم القرار في مجال إدارة الموارد المائية والتخطيط على نطاق واسع، ولكن استخدامها في التخطيط المائي المستدام لدولة أو امارة في المناطق القاحلة وشبه القاحلة ، مثل دول الشرق الأوسط ، لا يزال محدودًا. لذلك ، فإن الهدف الرئيسي من هذه الرسالة هو تقديم أداة برمجية رسومية يمكن أن تساعد مخططي المياه وصانعي القرار في إدارة المياه وتخطيطها على المدى الطويل ولقد تم تنفيذ هذه الدراسة في إمارة أبوظبي بدولة الإمارات العربية المتحدة. يعد التخطيط المستدام لإمدادات المياه المستقبلية في أبوظبي مهمة صعبة للغاية وتتطلب مراعاة العوامل المحركة ومعايير القرار المختلفة. لإنتاج سيناريوهات مستقبلية واقعية لهيئة البيئة - أبوظبي ،والمعرفة السليمة بعناصر جانب العرض وعناصر جانب الطلب ؛ كل من الاستخدام الحالي والمستقبلي مطلوب ويتم تحقيقه من خلال تحديد المحركات الرئيسية التي تتحكم في العرض والطلب المستقبلي في أبوظبي. لذلك، تم تطوير نموذج ميزانية مياه أبوظبي ( ADWBM) الذي سيساعد صانعي السياسات المائية في أبوظبي على تقييم جميع مكونات المياه ، ويكون قادرًا على إنتاج سيناريوهات لميزانية المياه المستقبلية. تمت معايرةADWBM والتحقق من صحتها باستخدام البيانات التاريخية. تم تحديد حساسية مدخلات النموذج بإجراء تحليل الحساسية . تم تطوير أداة ثانية تسمي نمودج تخطيط قدرة المياه في أبوظبي (ADWCPM) لإدارة إمدادات المياه والتي تم تصميمها لتشكل جزءًا من خطة متكا ملة للموارد المائية وتخطيط قدرة البنى التحتية. هذا نموذج تحسين متعدد الفترات يعتمد على البرمجة الخطية المختلطة الصحيحة (MILP) ودمج العديد من المعلمات بما في ذلك أنواع مختلفة من التكاليف الاقتصادية والبيئية، وخيارات توسيع السعة لمحطات المعالجة وأنظمة نقل المياه، والجوانب البيئية (مثل بصمة الكربون و تصريف محلول ملحي ). تمت برمجة ADWCPM في نظام النمذجة الجبرية العامة (GAMS) وتم حلها باستخدام Cplex Solver . يوفر ذلك قدرة لمديري الموارد المائية على تحديد التركيبة المثلى للمصادر لتلبية كل من المتطلبات الحالية والمستقبلية لإمارة أبوظبي. أخيرًا ، تم تطويرDSS من خلال دمج المكونات الرئيسية لـ ADWBM و ADWCPM ، لتقديمها كأداة تفاعلية للمستخدم الرسومية. وهذا ما يسمى "الميزانية المستدامة للمياه لأبوظبي" ( SuWaB-AD ). تم دمج ADWBM لمحاكاة سيناريوهات المياه المستقبلية ولتقييم الظروف المستقبلية لتوازن المياه في إمارة أبوظبي و تهدف ADWCPM إلى إيجاد حلول التخطيط الأمثل من حيث التكلفة لأي سيناريوهات مائية تمت محاكاتها بواسطة ADWBM من خلال تقييم القيود الاقتصادية والبيئية المختلفة المدرجة في ADWCPM ولقد تم توضيح استخدام SuWaB-AD في دراسة حالة في أبوظبي. تكمن الأهمية الأساسية لـ SuWaB-AD في فائدتها لصانعي القرار في تعزيز الخطط المستدامة. تظهر النتائج والتطبيق أنه يمكن تكييف نهج SuWaB-AD لدعم اتخاذ القرارات المتعلقة بالمياه على المدى الطويل و ستكون الأداة المقترحة مفيدة لمديري المياه والمتخصصين في مجال المياه وسلطات إدارة المياه الأخرى لتخطيط المياه المستدام في جميع أنحاء العالم.

Download

Share

COinS