Hvorfor nogle byer lukker for vandrørene om natten

For mere end en milliard mennesker rundt om i verden, rindende vand kommer fra "intermitterende systemer", der tænder og slukker på forskellige tidspunkter af ugen. Et nyt papir fra University of Toronto Engineering professor David Taylor foreslår en enkel, alligevel en stærk model til at forklare, hvorfor og hvordan disse systemer bliver til - og hvordan de passer ind i den globale udfordring med at opfylde internationale mål for menneskelig udvikling og sikkert drikkevand.

Ideen om et intermitterende vandsystem kan virke mærkeligt for ingeniører fra udviklede lande. Konstant påfyldning og tømning af rør belaster systemet meget på grund af tryksvingninger. Det åbner også døren for forurening:Regnvand eller spildevand kan lettere lække ind i tomme rør end fulde.

Men Taylor mener, at der kan være fordele ved intermitterende systemer såvel som ulemper. "Et oplagt eksempel er, at et rør ikke kan lække, hvis der ikke er vand i det, " siger han. "Hvis du ikke har noget budget til reparationer, at lukke for vandhanerne om natten, når ingen bruger dem, er en meget effektiv måde at stoppe med at tabe vand til lækager, i hvert fald på kort sigt."

Taylors ph.d. afhandling involverede arbejde med vandselskaber i Delhi, Indien og forsøger at forstå, hvordan intermitterende drift påvirkede deres evne til at imødekomme kundernes efterspørgsel. En måde at gøre dette på er at bygge en hydraulisk model - en virtuel repræsentation af hvert rør, ventil og kunde inde i en computer. Men Taylor fandt hurtigt ud af, at sådanne detaljerede modeller ikke var særlig nyttige.

"Disse systemer er kaotiske, " siger Taylor. "Der er ofte rør eller ventiler, der mangler på de officielle diagrammer. Vi ved normalt ikke så meget, som vi tror, ​​vi gør, og i den situation smarte modeller kan ikke fortælle os meget."

Men i stedet for at give op, Taylor stillede sig selv et spørgsmål:hvordan ville modellen se ud, hvis jeg indrømmer, at jeg næsten ingenting ved om netværket?

"Du behøver ikke en detaljeret forståelse af fødevarekemi for at vide, at hvis du vil have dobbelt så mange småkager, må du hellere tilføje dobbelt så meget af det hele, ikke kun melet, " siger Taylor. "Det viser sig, at hvis du modellerer et vandforsyningssystem på dette enkle, første ordens måde, der er meget, du kan lære."

Taylors enkeltligningsmodel kan, blandt andet, beskrive de vigtigste forskelle mellem, hvordan et system opfører sig, når kunderne er tilfredse, versus når de ikke er det. Når kunderne ikke er tilfredse, fordobling af forsyningstiden - f.eks. flytning fra en til to timer om dagen - kræver dobbelt så meget vand, fordi folk tager alt, hvad de kan få.

Men når kunderne får nok vand, efterspørgslen aftager. I denne situation, hver ekstra time koster meget mindre, fordi svagere effekter, såsom lækage, er nu den dominerende faktor.

Denne sondring hjælper med at løse en langvarig debat om, hvorvidt intermitterende systemer spilder vand eller sparer vand. I det utilfredse tilfælde, de sparer sikkert på vandet, men det gør de ved at efterlade kunderne tørstige. I det tilfredse tilfælde, besværet med at slukke og tænde for rørene er nok ikke gevinsten værd i forhold til vandbesparelser.

I et papir for nylig offentliggjort i Vandressourceforskning , Taylor opstiller sin model og beskriver, hvordan den kan bruges til at analysere eksisterende systemer og sætte mål for nye. Han kalibrerede modellen ved at sammenligne dens resultater med resultaterne af en meget mere kompleks, og fandt ud af, at overensstemmelsen mellem de to modeller var høj nok til at kunne give nyttig indsigt, f.eks. om en given opgradering sandsynligvis vil være omkostningseffektiv.

"Modellen lader dig se med det samme, hvad effekten af ​​at ændre en parameter vil være, om det er lækage eller efterspørgsel eller hvad som helst, " siger Taylor. "Det gør dig i stand til at lave disse bagsideberegninger og afgøre, om det, du foreslår, er gennemførligt."

Et andet nøgleaspekt ved modellen er, at den er dimensionsløs. For eksempel, den tid, systemet leverer vand, måles ikke i minutter eller timer, men snarere den procentdel af tid, systemet er tændt. Det gør det nemmere at sammenligne systemer med hinanden. Taylor håber også, at det vil hjælpe i de globale bestræbelser på at opfylde FN's mål for bæredygtig udvikling og dets menneskerettigheder til vand.

"Disse dokumenter siger, at vand skal være "tilgængeligt, når det er nødvendigt, 'men det kan betyde forskellige ting forskellige steder, " siger han. "Måske er det 24 timer i døgnet, måske er det 12, måske er det mindre. Det, jeg håber, denne model kan gøre, er at præsentere en teoretisk ramme for, hvordan vi beslutter, hvilke systemer der tæller som sikkert håndterede vandforsyninger, og hvilke der ikke gør det. "

"Uden en måde at beslutte, hvilke intermitterende systemer der tæller som 'sikre', vi har ikke en chance for at nå vores 2030 globale mål for adgang til rent og økonomisk overkommeligt vand, " he adds. "The model can help guide us as we start to make the major infrastructure investments needed to hit these goals."