Journal of Water and Wastewater Science and Engineering

Journal of Water and Wastewater Science and Engineering

The Application of Generative Artificial Intelligence in Evaluating and Ranking the Key Factors Influencing the Performance of Rainwater Harvesting Systems

Document Type : Original Article

Authors
1 Assistant Professor, Civil Engineering Department, Faculty of Engineering and Technology, University of Mazandaran, Babolsar, Iran.
2 M.Sc. Student, Biotic Architecture Technology, University of Mazandaran, Babolsar, Iran.
3 M.Sc. in Water Resources Engineering, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran.
Abstract
Rainwater harvesting systems have been recognized as one of the fundamental strategies in water resource management. Considering climate change and the growing demand for water, many regions are facing water scarcity. These systems can be utilized as a sustainable and cost-effective approach to address these issues. This study aims to identify and rank suitable areas for rainwater harvesting. Using the Generative Artificial Intelligence, Analytical Hierarchy Process (AHP) and geographic data analysis in GIS software, potential areas in Mazandaran province have been identified for this purpose. ChatGPT-4 artificial intelligence was employed to simulate expert opinions in pairwise comparisons. The results of this research, in addition to aiding the development of rainwater harvesting systems, can also evaluate the use of AI in the water resources management and engineering. Among the obtained results, slope had the highest weight with a final value of 0.2412, while geomorphology had the lowest weight with a final value of 0.0372. The findings indicate that the use of AI can facilitate decision-making under uncertainty and challenges in water resource engineering and management.
Keywords

اکبرپور، ا.، خاشعی‌سیوکی، ع.، کشاورز، ا.، و فروغی‌فر، ح.، (1394)، "تعیین مکان‌های مناسب جمع‌آوری آب باران برای استفاده در مصارف کشاورزی با استفاده از مدل AHP (مطالعه موردی: حوزه آب‌خیز بیرجند)پژوهش‌نامه مدیریت حوزه آب‌خیز، 6(12)، 65-74.
اکبرپور، ا.، صادقی، ش.، فروغی‌فر، ح.، و شهیدی، ع.، (1394)، "مقایسه روش‌های مکان‌یابی مناطق مستعد جمع‌آوری باران به‌کمک سیستم پشتیبانی تصمیم (DSS) مبتنی بر GISنشریه جغرافیا و توسعه، 13(39)، 147-164، https://doi.org/10.22111/gdij.2015.2010.
امامی اسکاردی، م،ج.، شوبیری، غ.، و کراچیان، ر.، (1401)، "تحلیل روابط بین گروداران و تحلیل تعارض با استفاده از رویکرد درخت تعارض"، تحقیقات منابع آب، 18(4)، 57-74، https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.17352347.1401.18.4.4.8
خیرخواه، آ.، محمدی، ف.، و معماریان، ه.، (1394)، "تعیین مناطق مستعد استحصال آب باران با استفاده از تحلیل سلسله‌مراتبی در محیط GIS (مطالعه موردی: حوزه آب‌خیز رود سراب شهرستان خوشاب استان خراسان رضوی) (حفاظت از منابع و توسعه پایدار)"، همایش ملی سامانه‌های سطوح آبگیر باران، 28-29 بهمن، مشهد.
سلطانی، م.، و سلیمانی، ک.، (1401)، "مکان‌یابی مقایسه‌ای جمع‌آوری آب باران (مطالعۀ موردی: حوضه‌های میخوران و خسروآباد استان کرمانشاه)"، مهندسی اکوسیستم بیابان، 7(18)، 49-62، https://doi.org/10.22052/deej.2018.7.18.49.
عربی علی‌آباد، ف.، و ملکی‌نژاد، ح.، (1394)، "ارزیابی استحصال آب باران از ساختمان‌های مسکونی (مطالعه موردی شهر شیراز) (مدیریت و برنامه‌ریزی شهری)"، همایش ملی سامانه‌های سطوح آبگیر باران، 28-29 بهمن، مشهد.
فقیهی، ف.، و جهان‌تیغ، ح.، (1402)، "تعیین مکان‌های مناسب برداشت آب باران با استفاده از GIS و FAHPنشریه علمی-پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران، 13(3)، 251-267، https://doi.org/10.22125/iwe.2023.168323.
معماریان، ه.، حسین‌نیا، ا.، توسلی، ا.، کومه، ز.، تاج‌بخش، ح.، عباسی، ع.، و پارسایی، ل.، (1394)، "ملاحظات و استانداردهای زیست‌محیطی اجرای سیستم‌های استحصال آب باران در منازل مسکونی (مدیریت و برنامه‌ریزی شهری)"، همایش ملی سامانه‌های سطوح آبگیر باران، 28-29 بهمن، مشهد.
نوروززاده، م.، قانعی‌بافقی، م.، و تازه، م.، (1401)، "کاربرد روش‌های تصمیم‌گیری چندمعیاره در تعیین نقاط مناسب برای احداث سازه‌های جمع‌آوری آب باران"، مهندسی اکوسیستم بیابان، 7(21)، 45-58، https://doi.org/10.22052/deej.2018.7.21.35.
Al-Harbi, K.M.A.S., (2001), "Application of the AHP in project management", International Journal of Project Management, 19(1), 19-27,  https://doi.org/10.1016/S0263-7863(99)00038-100038-1.
Alwan, I.A., Aziz, N.A., and Hamoodi, M.N., (2020), "Potential water harvesting sites identification using spatial multi-criteria evaluation in Maysan Province, Iraq", ISPRS International Journal of Geo-Information, 9(4), 235, https://doi.org/10.3390/ijgi9040235.
Ammar, A., Riksen, M., Ouessar, M., and Ritsema, C., (2016), "Identification of suitable sites for rainwater harvesting structures in arid and semi-arid regions: A review", International Soil and Water Conservation Research, 4(2), 108-120, https://doi.org/10.1016/j.iswcr.2016.03.001.
Bojer, A.K., Bekalo, D.J., Debelee, T.G., Nadarajah, S., and Al-Quraishi, A.M.F., (2024), "Rainwater harvesting site selection for drought-prone areas in Somali and Borena Zones, Oromia Regional State, Ethiopia: A geospatial and multi-criteria decision analysis", Water, 16(13), 1789, https://doi.org/10.3390/w16131789.
Darko, A., Chan, A.P.C., Ameyaw, E.E., Owusu, E.K., Pärn, E., and Edwards, D.J., (2019), "Review of application of analytic hierarchy process (AHP) in construction", International Journal of Construction Management, 19(5), 436–452, https://doi.org/10.1080/15623599.2018.1452098.
Li, Z., Boyle, F., and Reynolds, A., (2010), "Rainwater harvesting and greywater treatment systems for domestic application in Ireland", Desalination, 260(1-3), 1-8, https://doi.org/10.1016/j.desal.2010.05.035.
Martínez-Acosta, L., López-Lambraño, A.A., and López-Ramos, A., (2019), "Design criteria for planning the agricultural rainwater harvesting systems: A review", Applied Sciences, 9(24), 5298, https://doi.org/10.3390/app9245298.
Mosase, E., Kayombo, B., Tsheko, R., and Tapela, M., (2017), "Assessment of the suitability of rain water harvesting areas using multi-criteria analysis and fuzzy logic", Advances in Research, 10(4), 1-22, https://doi.org/10.9734/AIR/2017/33983.
Nandi, S., and Gonela, V., (2022), "Rainwater harvesting for domestic use: A systematic review and outlook from the utility policy and management perspectives", Utilities Policy, 77, 101383, https://doi.org/10.1016/j.jup.2022.101383.
Noori, S., and Ghasemlounia, R., (2019), "A review of criteria in rain water harvesting management", International Journal of Engineering and Natural Sciences, 2(3), 9-16, https://doi.org/10.1007/978-3-031-28251-513.
Pacheco, G.C.R., and Alves, C.D.M.A., (2024), “The performance of rainwater harvesting systems in the context of deep uncertainties”, Proceedings of IAHS, 385, 11-16, https://doi.org/10.5194/piahs-385-11-2024.
Rao, N.R., Kiran, S.P., Amena, T., Senthilkumar, A., Sivakumar, R., Kumar, M.A., and Velusamy, S., (2024), "Enhancing rainwater harvesting and groundwater recharge efficiency with multi-dimensional LSTM and clonal selection algorithm", Groundwater for Sustainable Development, 25, 101167, https://doi.org/10.1016/j.gsd.2024.101167.
Raimondi, A., Quinn, R., Abhijith, G.R., Becciu, G., and Ostfeld, A., (2023), "Rainwater harvesting and treatment: State of the art and perspectives", Water, 15(8), 1518, https://doi.org/10.3390/w15081518.
Saaty, T.L., (1980). The analytic hierarchy process: Planning, priority setting, resource allocation, McGraw-Hill.
Singh, L.K., Jha, M.K., and Chowdary, V.M., (2017), "Multi-criteria analysis and GIS modeling for identifying prospective water harvesting and artificial recharge sites for sustainable water supply", Journal of Cleaner Production, 142, 1436-1456, https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.11.163.
Soh, Q.Y., O’Dwyer, E., Acha, S., and Shah, N., (2023), "Robust optimisation of combined rainwater harvesting and flood mitigation systems", Water Research, 245, 120532, https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.120532.
Sharifian, H., Emami-Skardi, M.J., Behzadfar, M., and Faizi, M., (2022), “Water sensitive urban design (WSUD) approach for mitigating groundwater depletion in urban geography; through the lens of stakeholder and social network analysis”, Water Supply, 22(6), 5833-5852, https://doi.org/10.2166/ws.2022.206.
Toosi, A.S., Tousi, E.G., Ghassemi, S.A., Cheshomi, A., and Alaghmand, S., (2020), "A multi-criteria decision analysis approach towards efficient rainwater harvesting", Journal of Hydrology, 582, 124501, https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2019.124501.
Ward, S., Memon, F.A., and Butler, D., (2012), "Performance of a large building rainwater harvesting system", Water Research, 46(16), 5127-5134, https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.06.043.
Zheng, X., Sarwar, A., Islam, F., Majid, A., Tariq, A., Ali, M., Gulzar, S., Khan, M.I., Sardar Ali, M.A., Israr, M., Jamil, A., Aslam, M., and Soufan, W., (2023), "Rainwater harvesting for agriculture development using multi-influence factor and fuzzy overlay techniques", Environmental Research, 238, 117189, https://doi.org/10.1016/j.envres.2023.117189.
Volume 10, Issue 4
Winter 2026
Pages 51-62

  • Receive Date 20 January 2025
  • Revise Date 30 March 2025
  • Accept Date 08 June 2025