Rainwater Harvesting for Lawn Irrigation: A Case Study in Diyarbakır Province

Yıl 2025, Cilt: 16 Sayı: 1, 207 - 215

Muhammed Nimet Hamidi

Öz

The prevalence of global water stress is rising annually as a consequence of population growth and industrialisation. The utilization of potable water from the drinking water network for irrigation, toilet flushing, and cleaning, which do not necessitate drinking water quality, exerts strain on freshwater resources. Consequently, the adoption of alternate water sources, such as rainwater harvesting (RWH) for non-potable applications, is becoming increasingly prevalent. This study investigates the potential of rooftop RWH to mitigate water stress in Diyarbakır, Turkey, by supplying irrigation water for lawns area. The research calculates the volume of rainwater that can be collected, filtered, and stored for irrigation, comparing it with the water needed to irrigate the lawn. The findings indicate that the potential for water savings is up to 55% when rainwater is collected on a 3600 m² roof area and used for irrigation on a 100 m² lawn area. In cases where the roof area exceeds 3600 m², the annual cash flow is consistently positive from the outset. Furthermore, it is important to note that the annual interest and inflation rates may vary from one country to another, which in turn affects the annual cash flow of the RWH system in each respective country. Moreover, the sum of the net present value (NPV) becomes positive only after 43 years. In the event that the storage tank and pump, which constitute the initial investment costs, are provided free of charge with the incentive, NPV is positive from the first year onwards. The study highlights that RWH can only achieve substantial water savings when there are extensive roof areas, thereby contributing to the alleviation of water scarcity in arid regions. Furthermore, the economic viability of RWH is contingent upon the provision of government incentives or subsidies.

Anahtar Kelimeler

rainwater harvesting, irrigation, economical analyses, water saving

Çim Sulama için Yağmur Suyu Hasadı: Diyarbakır İlinde Bir Vaka Çalışması

Öz

Küresel su stresi, nüfus artışı ve sanayileşme sonucunda her geçen yıl artmaktadır. İçme suyu kalitesine ihtiyaç duyulmayan sulama, tuvalet sifonu ve temizlik gibi alanlarda içme suyu kullanımı, tatlı su kaynakları üzerinde baskı oluşturmaktadır. Sonuç olarak, bu tür içilebilir olmayan uygulamalar için yağmur suyu hasadı (RWH) gibi alternatif su kaynaklarının kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır. Bu çalışma, Diyarbakır, Türkiye'de çim alanların sulama suyu ihtiyacını karşılayarak su stresini azaltmak amacıyla çatı üstü RWH'nin potansiyelini araştırmaktadır. Araştırma, toplanabilecek, filtrelenebilecek ve sulama için depolanabilecek yağmur suyu miktarını hesaplamakta ve bu miktarı çimleri sulamak için gereken su miktarıyla karşılaştırmaktadır. Bulgular, 3600 m²'lik bir çatı alanından yağmur suyu toplandığında ve 100 m²'lik bir çim alanında sulama için kullanıldığında, su tasarrufu potansiyelinin %55'e kadar çıktığını göstermektedir. Çatı alanının 3600 m²'yi aşması durumunda, yıllık nakit akışı başlangıçtan itibaren sürekli olarak pozitiftir. Ayrıca, yıllık faiz ve enflasyon oranlarının ülkeden ülkeye değişebileceği ve bunun da her ülkede RWH sisteminin yıllık nakit akışını etkileyebileceği unutulmamalıdır. Net bugünkü değer (NPV) toplamı, ancak 43 yıl sonra pozitif hale gelmektedir. Depolama tankı ve pompanın teşvikle birlikte ücretsiz sağlanması durumunda ise NPV ilk yıldan itibaren pozitif olmaktadır. Çalışma, RWH'nin ancak geniş çatı alanları olduğunda önemli su tasarrufu sağlayabileceğini ve böylece kurak bölgelerdeki su kıtlığının hafifletilmesine katkıda bulunabileceğini vurgulamaktadır. Ayrıca, RWH'nin ekonomik uygulanabilirliği, devlet teşvikleri veya sübvansiyonlarının sağlanmasına bağlıdır.

Anahtar Kelimeler

yağmur suyu hasadı, sulama, ekonomik analiz, su tasarrufu

Kaynakça

• [1] K.-E. Norrman, “World population growth: A once and future global concern,” World, vol. 4, no. 4, pp. 684–697, 2023.
• [2] R. M. Ewers, J. P. Scharlemann, A. Balmford, and R. E. Green, “Do increases in agricultural yield spare land for nature?,” Glob. Change Biol., vol. 15, no. 7, pp. 1716–1726, 2009.
• [3] H. Zhou, “Population growth and industrialization,” Econ. Inq., vol. 47, no. 2, pp. 249–265, 2009.
• [4] S. Liu, S. Gao, W. L. Hsu, Y. C. Shiau, and H. L. Liu, “Mechanism study on the impact of China population structure change on the water use of the three main industries,” Sustainability, vol. 14, no. 1, p. 204, 2021.
• [5] UNESCO World Water Assessment Programme, The United Nations World Water Development Report 2023: partnerships and cooperation for water. UNESCO, 2023. Accessed: Jun. 24, 2024. [Online]. Available: https://unesdoc.unesco.org/ark:/48223/pf0000384655
• [6] A. du Plessis and A. du Plessis, “Current and future water scarcity and stress,” Water as an Inescapable Risk: Current Global Water Availability, Quality and Risks with a Specific Focus on South Africa, pp. 13–25, 2019.
• [7] M. Kummu, P. J. Ward, H. De Moel, and O. Varis, “Is physical water scarcity a new phenomenon? Global assessment of water shortage over the last two millennia,” Environ. Res. Lett., vol. 5, no. 3, p. 034006, 2010.
• [8] M. Salehi, “Global water shortage and potable water safety; Today’s concern and tomorrow’s crisis,” Environ. Int., vol. 158, p. 106936, 2022.
• [9] Aqueduct Water Risk Atlas. Accessed: Nov. 21, 2024. [Online]. Available: https://www.wri.org/applications/aqueduct/water-risk-atlas/#/?advanced=false&basemap=hydro&indicator=bws_cat&lat=38.48779515943426&lng=35.618485808372505&mapMode=view&month=1&opacity=0.5&ponderation=DEF&predefined=false&projection=absolute&scenario=optimistic&scope=baseline&threshold&timeScale=annual&year=baseline&zoom=7
• [10] K. Obaideen, N. Shehata, E. T. Sayed, M. A. Abdelkareem, M. S. Mahmoud, and A. G. Olabi, “The role of wastewater treatment in achieving sustainable development goals (SDGs) and sustainability guideline,” Energy Nexus, vol. 7, p. 100112, 2022.
• [11]World Health Organization and United Nations Children’s Fund (UNICEF), Progress on household drinking water, sanitation and hygiene 2000-2017: special focus on inequalities. Geneva: World Health Organization, 2019. Accessed: Aug. 02, 2024. [Online]. Available: https://iris.who.int/handle/10665/329370
• [12] M. Turkes, “Climate and drought in Turkey,” Water Resources of Turkey, pp. 85–125, 2020.
• [13] F. K. Sönmez, A. Ü. Kömüscü, A. Erkan, and E. Turgu, “An analysis of spatial and temporal dimension of drought vulnerability in Turkey using the standardized precipitation index,” Nat. Hazards, vol. 35, pp. 243–264, 2005.
• [14]‘Kümülatif Yağış Raporu - Meteoroloji Genel Müdürlüğü’. Accessed: Aug. 03, 2024. [Online]. Available: https://www.mgm.gov.tr/veridegerlendirme/yagis-raporu.aspx?b=k
• [15]ÇEVRE, ŞEHİRCİLİK VE İKLİM DEĞİŞİKLİĞİ BAKANLIĞI Meteoroloji Genel Müdürlüğü, ‘2023 YILI YAĞIŞ DEĞERLENDİRMESİ’.
• [16] I. N. Shaikh and M. M. Ahammed, “Quantity and quality characteristics of greywater from an Indian household,” Environ. Monit. Assess., vol. 194, no. 3, p. 191, 2022.
• [17] J. Hristov, J. Barreiro-Hurle, G. Salputra, M. Blanco, and P. Witzke, “Reuse of treated water in European agriculture: Potential to address water scarcity under climate change,” Agric. Water Manag., vol. 251, p. 106872, 2021.
• [18] M. N. Hamidi, N. Hamidi, O. Işık, H. Güven, H. Özgün, and M. E. Erşahin, “Sürdürülebilir yağmur suyu hasadı,” Çevre İklim ve Sürdürülebilirlik, vol. 24, no. 2, pp. 97–110, 2023.
• [19] S. Börü and Z. F. Toprak, “Alternatif bir su kaynağı olarak yağmur suyu hasadı,” Türk Hidrolik Dergisi, vol. 6, no. 1, pp. 42–50, 2022.
• [20] M. N. Hamidi, S. Shitreh, A. I. Cengiz, K. Ozcelik, B. Eryildiz-Yesir, Ö. Ekmekcioğlu, O. M. Halat, M. C. Demirel, B. Canberk, I. Koyuncu, O. Isik, H. Guven, H. Ozgun, and M. E. Ersahin, “Efficient roof selection in rainwater harvesting: Hybrid multi-criteria and experimental approach,” Water Resour. Manag., pp. 1–20, 2024.
• [21] A. M. Rodrigues, K. T. M. Formiga, and J. Milograna, “Integrated systems for rainwater harvesting and greywater reuse: A systematic review of urban water management strategies,” Water Supply, vol. 23, no. 10, pp. 4112–4125, 2023.
• [22] N. Şarlak, A. Muratoğlu, and Ş. Tiğrek, “Devegeçidi Baraj Gölü meteorolojik-hidrolojik-tarımsal kuraklık analizi,” Doğal Afetler ve Çevre Dergisi, 2024.
• [23] B. İzol, H. Yetmen, and S. Benek, “İklim değişikliğinin ve değişebilirliğinin yerel göç ve çatışmalardaki rolü: Siverek-Diyarbakır (Karacadağ yöresi) örneği,” Coğrafya Dergisi, no. 46, pp. 67–80, 2023.
• [24] A. Campisano, D. Butler, S. Ward, M. J. Burns, E. Friedler, K. DeBusk, L. N. Fisher-Jeffes, E. Ghisi, A. Rahman, H. Furumai, and M. Han, “Urban rainwater harvesting systems: Research, implementation and future perspectives,” Water Res., vol. 115, pp. 195–209, 2017.
• [25] R. Baştuğ, “Çim alanların su gereksinimi ve sulanması,” Akdeniz Univ. J. Fac. Agric., vol. 12, no. 1, pp. 169–182, 1999.
• [26] Y. Ünlükaplan and B. Tiğiz, “Cumhuriyetin 100. yılında sürdürülebilir su kullanımında yeşil alan tasarım ve yönetiminin etkinliğinin araştırılması: Ankara Dikmen Vadisi örneği,” Kent Akad., vol. 16, special issue, pp. 115–130, 2023.
• [27] ‘Meteoroloji Genel Müdürlüğü’. Accessed: Oct. 01, 2024. [Online]. Available: https://www.mgm.gov.tr/Veridegerlendirme/il-ve-ilceler-istatistik.aspx?m=DIYARBAKIR
• [28] H. Çakar, “İzmir ili koşullarında bahçeli bir sitenin yağmur suyu hasadı potansiyelinin değerlendirilmesi,” Türk Tarım ve Doğa Bilimleri Dergisi, vol. 9, no. 2, pp. 446–452, 2022.
• [29] ‘Güncel Su Fiyatları – DİSKİ Genel Müdürlüğü’. Accessed: Oct. 02, 2024. [Online]. Available: https://diski.gov.tr/guncel-su-fiyatlari/
• [30]İZOPLAS, ‘Su Deposu Fiyatları’, Su Deposu Fiyatları. Accessed: Nov. 25, 2024. [Online]. Available: https://izoplas.com/su-deposu-fiyatlari/
• [31] ‘TCMB - Tüketici Fiyatları’. Accessed: Nov. 22, 2024. [Online]. Available: https://www.tcmb.gov.tr/wps/wcm/connect/TR/TCMB+TR/Main+Menu/Istatistikler/Enflasyon+Verileri/Tuketici+Fiyatlari
• [32] M. Carollo, I. Butera, and R. Revelli, “Water savings and urban storm water management: Evaluation of the potentiality of rainwater harvesting systems from the building to the city scale,” PLoS One, vol. 17, no. 11, p. e0278107, 2022.
• [33] W. Zhang, J. Sheng, Z. Li, D. C. Weindorf, G. Hu, J. Xuan, and H. Zhao, “Integrating rainwater harvesting and drip irrigation for water use efficiency improvements in apple orchards of northwest China,” Sci. Hortic., vol. 275, p. 109728, 2021.
• [34] Y. D. Gómez and L. G. Teixeira, “Residential rainwater harvesting: Effects of incentive policies and water consumption over economic feasibility,” Resour. Conserv. Recycl., vol. 127, pp. 56–67, 2017.
• [35] Z. Al-Houri and A. Al-Omari, “Assessment of rooftop rainwater harvesting in Ajloun, Jordan,” Water Reuse, vol. 12, no. 1, pp. 22–32, 2022.
• [36] A. Rahman, J. Keane, and M. A. Imteaz, “Rainwater harvesting in Greater Sydney: Water savings, reliability and economic benefits,” Resour. Conserv. Recycl., vol. 61, pp. 16–21, 2012.
• [37] E. Ghisi, L. P. Thives, and R. F. W. Paes, “Investment feasibility analysis of rainwater harvesting in a building in Brazil,” Water Sci. Technol. Water Supply, vol. 18, no. 4, pp. 1497–1504, 2018.
• [38] L. Domènech and D. Saurí, “A comparative appraisal of the use of rainwater harvesting in single and multi-family buildings of the Metropolitan Area of Barcelona (Spain): Social experience, drinking water savings and economic costs,” J. Clean. Prod., vol. 19, no. 6–7, pp. 598–608, 2011.
• [39] A. Himat and S. Dogan, “The impact of the regularization on the economic analysis of rooftop rainwater harvesting system,” Water Supply, vol. 23, no. 3, pp. 1041–1056, 2023.