Probabilitatea de satisfacere a folosinţelor
De la Wikipedia, enciclopedia liberă
Probabilitatea de satisfacere a folosinţelor sau gradul de siguranţă în gospodărirea apelor (numită uneori, în mod impropriu ‘’’asigurare’’’) reprezintă un indicator al siguranţei în funcţionare a sistemelor de gospodărire a apelor sau al riscului ca aceste resurse să fie insuficiente pentru a permite funcţionarea nerestricţionată a folosinţelor.
Cuprins |
[modifică] Istoric
Primii cercetători care au scos în evidenţă faptul că procesele de gospodărire a apelor sunt procese stohastice au fost cercetătorii ruşi S. N. Kriţki şi M.F. Menkel. [1] în anii 1930. Ei au arătat că din cauza variaţiei debitelor cursurilor de apă, nu poate exista o garanţie că ele vor fi suficiente pentru satisfacerea unui anumit necesar de apă. Există posibilitatea de a determina o anumită probabilitate cu care necesarul de apă va fi satisfăcut, care în anumite condiţii poate fi foarte mare, dar nu poate în niciun caz fi o certitudine. Ei au numit această probabilitate grad de siguranţă (rusă обеспечение). Acest termen a fost iniţial impropriu tradus prin asigurare.
Deoarece caracterul stohastic al proceselor de gospodărire a apelor decurge din caracterul stohastic al fenomenelor hidrologice şi, în general, aceste fenomene sunt caracterizate printr-o ciclicitate anuală, în aplicaţiile lor S.N. Kriţki şi M.F. Menkel au adoptat acelaşi criteriu anual pentru gospodărirea apelor. După cum în hidrologie se operează cu debite maxime, medii şi minime anuale ei au adoptat ca criteriu pentru probabilitatea de satisfacere a folosinţelor numărul anilor în care folosinţele sunt integral satisfăcute.
Trebuie ţinut seama de faptul că, în anii 1930 când au emis acest principiu, majoritatea folosinţelor erau satisfăcute în regim natural al cursurilor de apă. Numărul lacurilor de acumulare pentru regularizarea cursurilor de apă era redus iar situaţiile în care existau mai mult decât un lac pentru satisfacerea nevoilor dintr-un bazin hidrografic era cu totul neglijabil. De aceea, probabilitatea de satisfacere a folosinţelor era legată de probabilitatea de depăşire a unui debit minim annual dat. De aceea, determinarea gradului de risc era legată practic exclusiv de prelucrările datelor hidrologice privind debitele minime, fie pe bază de înregistrări directe, fie prin metode indirecte în amplasamentele unde nu existau date hidrologice suficiente.
Metoda avea o ipoteză implicită care a fost frecvent ignorată în evoluţiile ulterioare. Dacă se lua în considerare exclusiv regimul natural al cursurilor de apă, şi probabilitatea era legată de debitele minime ale cursurilor de apă, chiar dacă apăreau ani în care debitele cursurilor de apă scădeau sub aceste valori minime, ducând la întreruperi ale folosinţelor, aceste întreruperi erau relativ scurte ca durată, iar gradul de restricţie al folosinţelor era de asemenea limitat.
Noţiunea de probabilitate de satisfacere a folosinţelor a continuat să fie aplicată, chiar în momentul în care s-a trecut la sisteme de gospodărire a apelor complexe, cu multe lacuri de acumulare, care modificau în mare măsură regimul natural de scurgere. În asemenea condiţii, ipoteza iniţială a lui S. N. Kriţki şi M.F. Menkel nu mai era valabilă, perioadele de restricţii putând fi mult mai lungi decât cele care apăreau în regim natural iar gradul de restricţionare putea fi mult mai mare, ajungând chiar la restricţionare totală. Cu toate acestea, în practica gospodăririi apelor, noţiunea de probabilitate de satisfacere a continuat să fie utilizată.
Un alt element nou a apărut în momentul în care lucrările de gospodărire a apelor au început să fie utilizate pentru irigaţii. Necesarul de apă pentru irigaţii este şi el o variabilă stohastică, depinzând de variaţiile precipitaţiilor şi temperaturii din zone în care sunt amplasate terenurile irigate. Deşi există unele corelaţii dintre regimul cursurilor de apă şi necesarul de apă al irigaţiilor, această corelaţie nu este foarte strânsă. Regimul cursurilor de apă nu depinde decât în mică măsură de precipitaţiilor din zonele irigate şi este influenţat într-o măsură mult mai mare de precipitaţiile din zona de formare a debitelor (în general zonele montane şi colinare) care, în special în cazul bazinelor hidrografice mari, pot diferi în foarte mare măsură de cele din zona de şes unde sunt localizate irigaţiile. Drept consecinţă, în cazul bazinelor amenajate şi în special a celor în care irigaţiilor sunt un consumator de apă important, probabilitatea de satisfacere a folosinţelor nu mai poate fi legată probabilistic doar de datele hidrologice. În asemenea cazuri apare necesitatea analizei probabilităţilor în condiţiile suprapunerii a două sau mai multe fenomene stohastice diferite.
[modifică] Probabilitatea de satisfacere a folosinţelor de apă
[modifică] Tipuri de probabitate de satisfacere a folosinţelor
Odată admis caracterul stohastic al proceselor de gospodărire a apelor, au fost utilizate în diferite ţări diferite moduri de definire a gradului de satisfacere a folosinţelor. Dintre acestea, cele mai uzuale sunt [1] :
-
- limita raportului dintre numărul de ani în care cerinţele sunt integral asigurate (m) şi numărul total de ani analizaţi (n), când numărul total de ani tinde spre infinit:
(1)
-
- limita raportului dintre durata de funcţionare fără întreruperi (t) şi durata totală luată în calcul (T), când durata totală tinde spre infinit:
(2)
-
- limita raportului dintre volumul de apă care este prelevabil de către o folosinţă (vT) şi volumul total necesar (VT) pe aceeaşi perioadă, când durata perioadei T tinde spre infinit:
(3)
Principial ar putea fi luate în considerare şi alţi indicatori, de exemplu, limita raportului dintre producţia efectiv realizabilă într-un anumit interval de timp (în care în unele perioade s-au introdus restricţii) şi producţia teoretic realizabilă în acel interval dacă nu s-ar fi introdus restricţii. Totuşi calcularea unor asemenea indicatori ar impune numeroase ipoteze discutabile, încât ei ar ajunge să nu fie foarte semnificativi.
Dintre indicatorii prezentaţi, în practică a fost utilizat numai primul criteriu. Pentru acest criteriu, în cazul unui şir finit de ani, probabilitatea de satisfacere a folosinţelor mai poate fi definită ca reprezentând speranţa matematică a raportului dintre numărul de ani în care folosinţele sunt integral satisfăcute şi numărul total de ani ai perioadei finite luate în considerare. În practică, aceasta înseamnă că dacă această speranţă matematică este p - definită conform formulei (1), - raportul efectiv dintre anii cu necesarul de apă integral satisfăcut şi numărul total de ani:
(4)
poate fi mai mare sau mai mic decât speranţa matematică p, abaterile având posibilitatea de a fi cu atât mai mari cu cât durata de calcul este mai mică.
[modifică] Probleme de eşantionaj
Calculele de gospodărire a apelor se efectuează pornindu-se de la datele hidrologice, iar în cazul necesarului de apă al folosinţelor şi de la datele meteorologice, înregistrate pe un anumit număr de ani din trecut. Se admite în general că aceste şiruri de date sunt reprezentative din punct de vedere statistic, În ultimii ani, această ipoteză a fost contestată de specialiştii care susţin existenţa unor schimbări climatice, care au demonstrat că, cel puţin în unele cazuri, mediile glisante ale datelor termice pe un şir dat de ani arată o anumită tendinţă de creştere a temperaturilor. Influenţa acestor schimbări asupra datelor hidrologice nu este încă suficient documentată.
Ipoteza de bază admite că, dacă şirul de ani pe care există date hidrologice, care din punct de vedere statistic reprezintă un eşantion al populaţiei totale, este reprezentativ, atunci datele statistice ale eşantionului pot fi considerate o estimare a datelor statistice pentru întreaga populaţie. De asemenea, cunoscând tipul de funcţie de distribuţie a datelor hidrologice (de obicei o distribuţie de tip Pearson de gradul III), se poate stabili lungimea eşantionului necesar pentru ca rezultatele obţinute să se încadreze într-un interval de încredere dat. Ca ordin de mărime, pentru datele hidrologice, lungimea acestui eşantion trebuie să fie de ordinul a 50 – 70 ani.
Această lungime a eşantionului de calcul caracteristic a fost considerată valabilă şi pentru calculele de gospodărire a apelor. Această ipoteză nu a fost demonstrată niciodată şi este în sine discutabilă. Dificultatea rezultă din cauza faptului că în hidrologie parametri statistici se referă de cele mai multe ori la valori izolate, ceea ce în gospodărirea apelor este valabil numai pentru gospodărirea apelor în regim natural, fără lucrări de regularizare a debitelor. În cazul calculelor de gospodărire a apelor în sisteme cu lacuri de acumulare, factorul caracteristic îl constituie succesiunile de debite. În principiu, succesiunile de debite mici sunt reprezentative pentru perioadele deficitare, în care lacurile de acumulare trebuie golite pentru acoperirea cerinţelor de apă ale folosinţelor, iar succesiunile de debite mari sunt reprezentative pentru cele excedentare, în care excedentele servesc la umplerea lacurilor de acumulare. Pentru a fi reprezentative şi a da rezultate statistic valabile, lungimea eşantioanelor utilizate în studiile de gospodărire a apelor trebuie să fie sensibil mai mare decât cea pentru prelucrarea unor valori izolate. În asemenea cazuri elementul care este prelucrat statistic îl constituie ciclul de umplere şi golire al lacurilor de acumulare. În cazurile extreme, al unor lacuri de regularizare superanuală, eşantionul de calcul de 50 –70 de ani ar putea să nu cuprindă decât un număr foarte redus de asemenea cicluri, insuficient pentru o prelucrare statistică.
Concluzia este că, chiar dacă se acceptă noţiunile de probabilitate de satisfacere a folosinţelor, determinarea practică a acestor valori este legată de probleme de eşantionaj. În majoritatea situaţiilor practice, aceste probleme de eşantionaj sunt neglijate. De aceea calculele făcute pe baza unor şiruri de valori hidro-meteorologice din trecut, sunt valabile pentru acest şir, dar valabilitatea extrapolării lor la şirurile din viitor este din punct de vedere statistic foarte discutabilă.
[modifică] Probabilităţi normate
Tipul folosinţei | Probabilitateae normată de satisfacere |
---|---|
CENTRALE ELECTRICE | |
Centrale hidroelectrice | 90 – 95% |
Termocentrale | 95 – 97% |
ALIMENTĂRI CU APĂ INDUSTRIALĂ | |
Întreprinderi industriale de interes naţional | 95 – 97% |
Întreprinderi industriale de interes local | 90 – 95% |
ALIMENTĂRI CU APĂ POTABILĂ | |
Oraşe industriale | 95% |
Oraşe mijlocii | 90% |
Centre populate în mediul rural | 80% |
IRIGAŢII | |
Culturi de legume | 80% |
Culturi de câmp | 75% |
AMENAJĂRI PISCICOLE | |
Pepiniere | 85% |
Alte amenajări piscicole | 75% |
CAI NAVIGABILE | |
Căi navigabile magistrale | 95% |
Căi navigabile secundare | 85 – 90% |
Odată acceptat principiul că procesele de gospodărire a apelor sunt procese stohastice, se punea problema de a defini ce probabilitate de satisfacere a folosinţelor este acceptabilă şi cum trebuie determinată această probabilitate.
Autorităţile sovietice au considerat că trebuie introdusă o probabilitate normată pe care toate proiectele de lucrări de gospodărire a apelor trebuiau să o respecte, indiferent de variaţiile condiţiilor naturale sau ale celor economice pe un teritoriu atât de vast ca cel al Uniunii Sovietice. Pe de altă parte însă, autorităţile sovietice au apreciat că probabilitatea de satisfacere a folosinţelor trebuie diferenţiată după importanţa folosinţelor pentru economia naţională. Astfel a fost introdus un sistem de probabilităţi normate diferenţiat, în care folosinţele agricole (irigaţiile, alimentările rurale) puteau fi satisfăcute cu un grad de siguranţă mai redus, pe când alimentarea cu apă a industriilor trebuia să aibe gradul de siguranţă cel mai ridicat, alte folosinţe având grade se siguranţă intermediare. Astfel, în perioadele de secetă, când resursele de apă nu mai erau suficiente pentru a satisface toate nevoile, se reducea cantitatea de apă livrată agriculturii, şi pe urmă populaţiei orăşeneşti, reducerea putând ajunge până la sistarea completă a livrării de apă, pe când industriile puteau continua să funcţioneze fără nicio restricţie.
La baza acestui sistem stăteau trei premize:
-
- Fundamentarea ideologică care ţinea seama de faptul că industria era partea importantă a economiei sovietice. Încă din anii de secetă din perioada 1927 – 1934, autorităţile staliniste au lăsat să moară de foame zeci de mii de ţărani, confiscându-le toată recolta, pentru a satisface nevoile de hrană ale muncitorilor industriali precum şi nevoile de export, care permiteau importul de utilaje pentru dezvoltarea industrială. De altfel, chiar dacă nu cu aceleaşi excese, asemenea tendinţe au fost ulterior înregistrate şi în alte ţări unde regimuri socialiste ajunseseră la putere, inclusiv România. Sistemul normat de probabilităţi normate nu era altceva decât o încercare de a cuantifica aceste priorităţi ideologice, cu intenţia de a nu lăsa aceste priorităţi la aprecierea oricăror proiectanţi.
-
- Structura de proprietate socialistă care ţinea seama că marea majoritate a mijloacelor de producţie erau proprietatea statului; chiar şi diferitele forme de proprietate colectivă din agricultură erau practic tot controlate de stat. Întreaga ţară era de fapt o uriaşă întreprindere economică cu un singur proprietar. După cum, dacă într-o întreprindere oarecare apare o defecţiune care reduce alimentarea cu apă, conducerea întreprinderii decide ce secţii sau unităţi trebuie oprite, tot aşa, într-un sistem practic total etatizat, statul este singurul care are dreptul decide cum trebuie alocate resursele existente şi aceasta se realiza prin probabilităţile normate de satisfacere a folosinţelor.
-
- Planificarea socialistă în cadrul căreia realizările în producţie erau planificate şi raportate în special ca valori anuale. De aceea, adoptarea definiţiei probabilităţii de satisfacere ca raport dintre anii satisfăcuţi şi anii totali, permitea ilustrarea riscului de nerealizare a planului annual de producţie, ca urmare a lipsei resurselor de apă necesare.
După cel de al doilea război mondial, ţările socialiste au adoptat acelaşi principiu al probabilităţilor normate, chiar dacă valorile normate pentru diferite folosinţe au variat de la o ţară la alta, fără deosebiri importante. În general. în diferitele ţări socialiste, aceste probabilităţi sau asigurări au fost reglementate prin standarde de stat.
Cu toate acestea, chiar în aceste condiţii, sistemul a fost contestat. Astfel de exemplu, în România, Ion Teodorescu, Andrei Filotti şi Vasile Chiriac afirmau că ‘’“în numeroase cazuri practice utilizarea acestui mod de definire a probabilităţii de satisfacere duce la rezultate ilogice”’’ [2]
Pe de altă parte însă, nicăieri în ţările democratice nu s-au adoptat probabilităţi normate şi, cu atât mai puţin, probabilităţi normate pe folosinţe. Tocmai argumentele care au determinat regimurile de tip socialist să adopte aceste probabilităţi, au constituit motivele care au împiedicat ţările cu regimuri democratice şi cu o economie de piaţă să adopte probabilităţi normate şi diferenţiate pe folosinţe. Astfel pot fi prezentate următoarele contraargumente cu privire la introducerea unor asemenea norme;
-
- Principiul echităţii sociale conform căruia, în situaţii de criză, restricţiile trebuie suportate de întreaga populaţie, dacă nu egal, cel puţin în mod echitabil, astfel încât să nu fie lovite păturile cele mai vulnerabile ale populaţiei. Un principiu care are ca efect faptul că un agricultor îşi pierde toată recolta, pentru că i se opreşte apa pentru irigaţii, pe când în acelaşi timp un orăşean dispune de toată apa pe care o doreşte pentru activităţi cum ar fi umplerea piscinelor, spălatul automobilelor. udatul florilor şi a peluzelor nu poate fi aplicat într-un regim democratic.
-
- Criteriul economic conform căruia factorul economic nu poate fi ignorat în luarea unor decizii cum sunt cele din domeniul gospodăririi apelor. Având în vedere variaţia condiţiilor naturale pe teritoriul unei ţări, costul apei în sine şi costul livrării ei cu o anumită asigurare este diferit pentru fiecare amplasament. De asemenea, consecinţele unei întreruperi a alimentării cu apă variază. De aceea, analizele trebuie să determine în fiecare caz care este riscul acceptabil, iar, în cadrul unui proiect, acest risc trebuie să fie egal pentru toţi utilizatorii.
Faptul că probabilităţile normate sunt legate de sistemul economic al diferitelor ţări şi de fapt reprezintă o cuantificare a ideologiei socialiste, nu este totdeauna perceput. Astfel, în multe ţări cu o economie de tranziţie, sistemul de probabilităţi normate a fost menţinut în practică şi standardele respective nu au fost abrogate. Motivul îl constituie mai puţin o dorinţă de a menţine practici specifice unui regim socialist ci, mai degrabă, o neînţelegere a fundamentării ideologice a noţiunii. Astfel, de exemplu, în România, Legea Apelor din 1996 [3] prevede:
Satisfacerea cerinţelor de apă ale populaţiei are prioritate faţă de folosirea apei în alte scopuri. De asemenea, au prioritate, faţă de alte folosinţe, alimentarea cu apă pentru animale, refacerea rezervei intangibile de apă după incendii, precum şi debitele necesare menţinerii echilibrului ecologic al habitatului acvatic. Restrângerea utilizării apei potabile pentru populaţie, în folosul altor activităţi, este interzisă.
Cu toate acestea atât standardele cât şi metodologiile vechi, care conţin prevederi exact contrarii, şi acordă prioritate industriei, au rămas în vigoare.
[modifică] Metode pentru studiul proceselor stohastice din gospodărirea apelor
În ţările cu o economie de piaţă şi cu un regim democratic este în general acceptat punctul de vedere că lucrările de gospodărire apelor necesită analize mult mai detaliate decât simpla satisfacere a necesarului de apă al folosinţelor cu o probabilitate normată. Există diferite metode care sunt utilizate în acest scop. Toate metodele recunosc faptul că procesele de gospodărire a apelor sunt procese stohastice complexe. De aceea, chiar dacă unele metode nu sunt specifice studiului proceselor stohastice, toate sunt legate de prelucrări probabilistice ale rezultatelor. În cele ce urmeazâ se prezintă orientările generale ale acestor calcule.
[modifică] Modele matematice de simulare
Modelele matematice de simulare mai constituie încă principala metodă de analiză a proceselor de gospodărire a apelor. Ele permit să se analizeze efectele pe care diferite amenajări de gospodărire a apelor sau diferite reguli de exploatare le au asupra regimului debitelor din bazin. Modelele matematice de simulare nu sunt specifice unor procese stohastice. Rezultatele obţinute sunt însă ulterior prelucrate statistic cu alte programe. În acest mod de abordare, diferiţii parametri statistici sunt apoi analizaţi. iar situaţia preferabilă este aleasă de la caz la caz, ţinând seama de specificul fiecărui bazin hidrografic sau proiect de gospodărire a apelor în parte.
Elaborarea unor asemenea modele este costisitoare şi necesită eforturi însemnate. De aceea, în multe ţări dezvoltate, elaborarea modelelor nu revine sectorului privat ci este finanţată de stat. În această privinţă este demn de citat exemplul Statelor Unite. În 1969, a fost înfiinţat Institutul pentu Resurse de Apă (Institute for Water Resources) în subordinea Corpului de Ingineri al Armatei Americane (US Army Corps of Engineers), organizaţie care are responsabilitatea proiectării, execuţiei şi exploatării majorităţii lucrărilor de gospodărire a apelor de pe teritoriu Statelor Unite. În cadrul acestui Institut, funcţionează, ca organizaţie autonomă, Centrul de Inginerie Hidrologică (The Hydrologic Engineering Center - HEC) care are drept sarcină permanentă elaborarea şi ţinerea la zi a programelor de calcul pentru gospodărirea apelor. Pentru evitarea confuziilor trebuie menţionat că, în organizarea din Statele Unite, prelucrările hidrologice nu revin acestui centru ci sunt coordonate de alte instituţii. La nivelul anului 2006 prevederile bugetare pentru acoperirea cheltuielilor Centrului de Inginerie Hidrologică se ridică la peste 15 milioane dolari SUA din care aproximativ 50% acoperă regia generală a centrului şi 50% cheltuielile pentru elaborarea modelelor şi alte activităţi legate de acestea. [4]. De la înfiinţarea centrului, cheltuielile totale ale bugetului Statelor Unite pentru activitata Centrului de Inginerie Hidrologică, care în mare parte au fost utilizate pentru elaborarea şi testarea modelelor de gospodărire a apelor depăşeşte 200 milioane dolari. Nu sunt cuprinse costurile diferiţilor beneficiari care au utilizat modelele pentru diferite aplicaţii concrete. De asemenea, nu sunt cuprinse cercetările pentru metode noi de calcul efectuate de diferite universităţi sau unităţi comerciale, deşi şi o parte din acestea sunt acoperite din fonduri publice.
Fiind finanţate din buget, deci din taxele contribuabililor, programele respective sunt puse gratuit la dispoziţia celor interesaţi. Majoritatea programelor pot fi descărcate direct pe calculator. Centrul colaborează şi cu diferite firme particulare cu care organizează cursuri de pregătire în utilizarea programelor. Aceste firme pot de asemenea adapta programele la nevoile specifice ale anumitor beneficiari, deşi asemenea cazuri sunt relativ rare, deoarece programele cuprind un număr mare de opţiuni.
Existenţa unui centru care se ocupă permanent de problemă, permite o adaptare continuă a programelor de calcul la nevoile etapei prezente. De asemenea, ea permite creerea unor echipe de cadre specializate de înalt nivel, care pot asigura o continuitate care ar fi greu de atins dacă modelele ar fi fost elaborate exclusiv prin contracte cu firme particulare.
Experienţa din Statele Unite ale Americii dovedeşte că:
-
- preocupările legate de metodologiile de gospodărire a apelor şi în particular cele de modelare matematică a sistemelor de gospodărire a apelor sunt operaţii costisitoare, care şi în cadrul unei economii de piaţă, depăşesc considerabil posibilităţile sectorului particular şi pot fi întreprinse numai dacă sunt finanţate de stat;
-
- preocupările metodologice şi punerea la punct a modelelor matematice reprezintă o activitate continuă şi nu un efort de moment, care poate fi terminat la un moment dat.
[modifică] Modele matematice de optimizare
Modelele de optimizare, în general legate de programarea lineară, de programarea nelineară sau de programarea dinamică utilizează şiruri de date hidrometeorologice pentru a determina modul de comportare a unui sistem de gospodărire a apelor. Aceste modele nu sunt specifice studiului unor fenomene stohastice. Totuşi ele pot fi utilizate pentru asemenea studii, prin aplicarea la diferite eşantioane şi prin prelucrarea statistică a rezultatelor obţinute.
Modelele de optimizare sunt în general adecvate pentru maximizarea sau minimizarea unei anumite funcţii obiectiv. În gospodărirea apelor există de cele mai multe ori, obiective diferite, adeseori contradictorii. În asemenea cazuri se aplică diferite tehnici multiobiectiv. Şi în acest caz, obiectivele pot fi caracterizate prin parametri statistici,
[modifică] Metode Monte Carlo
S-a amintit anterior, că fenomenele de gospodărire a apelor sunt puternic influenţate de succesiunile de perioade secetoase şi ploioase şi de amploarea acestor perioade. Chiar dacă se ia în considerare un şir de ani pe care există înregistrări de date hidrometeorologice, nu se poate determina cât de reprezentativ este acest eşantion, în privinţa succesiunilor respective. Una din soluţiile preconizate pentru rezolvarea problemei o reprezintă utilizarea metodelor Monte Carlo în calculele de gospodărire a apelor [5],
În principiu, metoda Monte Carlo constă în generarea artificială a unor şiruri de valori care ar putea reprezenta un alt eşantion al populaţiei statistice analizate. Aceste eşantion general respectă regulile statistice ale eşantionului de bază, cum sunt valorile medii ale debitelor şi altor parametri în diferite secţiuni sunt egale, legile de distribuţie ale diferiţilor parametri sunt aceleaşi şi se respectă diferitele legi de corelaţie statistică în timp şi în spaţiu. Se pot obţine astfel, mai multe şiruri de valori generate care ar putea constitui alte eşantioane de date de bază pe care să se studieze comportarea sistemelor de gospodărire a apelor. Acest studiu se efectuează în principiu utilizându-se modele de simulare sau alte tipuri de modele. Rezultatele obţinute pentru diferitele eşantioane sunt apoi analizate statistic.
[modifică] Aplicarea [logică vagă|logicii vagi] (fuzzy) în gospodărirea apelor
Dificultatea de bază pe care toate metodele anterioare nu au reuşit să o rezolve a fost, în fond, legată de definirea imprecisă a regimului de restricţii a folosinţelor. Din moment ce se adopta o logică binară, existau doar două situaţii posibile:
-
- cerinţele de apă ale folosinţelor sunt integral satisfăcute, astfel încât folosinţele îşi pot desfăşura activitatea neîntrerupt.
- cerinţele de apă ale folosinţelor nu sunt integral satisfăcute, astfel încât folosinţele întâmpină dificultăţi în desfăşurarea activităţii.
Toate cazurile care se încadrează în cea de a doua categorie sunt considerate identice. Un an este considerat la fel de neasigurat dacă cantitatea de apă livrată este de 90% într-o singură perioadă de calcul sau în cazul extrem în care alimentarea cu apă este complet întreruptă pe tot intervalul.
Din punct de vedere matematic, în concepţia clasică, un an (sau eventual un alt interval de timp) poate face parte fie din mulţimea anilor asiguraţi fie a celor neasiguraţi, existând o regulă precisă care delimitează cele două mulţimi, regulă numită matematic “funcţie indicatoare” (indicator function).
Spre deosebire de logica binară, care acceptă numai două situaţii opuse, o afirmaţie fiind fie adevărată, fie falsă (fără nicio posibilitate intermediară) , logica vagă sau fuzzy admite şi diferite situaţii între cele două extreme. Logica vagă a fost pentru prima oară introdusă în 1965 de Prof. Lotfi Zadeh de la Universitatea Berkley din California Statele Unite, [6] [7]
În principiu, logica vagă face posibilă introducerea unor ‘’valori de apartenenţă’’ (membership values) între 0 şi 1, care permit cuantificarea unor concepte imprecise exprimate lingvistic prin cuvinte ca “puţin”, “mult”, “foarte” s.a.
În logica vagă (fuzzy) , se operează cu ‘’mulţimi vagi” , iar teoria mulţimilor vagi permite stabilirea unei apartenenţe graduale la cele două mulţimi, prin intermediul unei “funcţii de apartenenţă” care înlocuieşte funcţia indicatoare din logica binară în stabilirea apartenenţei unui element la una sau alta dintre mulţimi.
[modifică] Gospodărirea adaptivă a apelor
Gospodărirea adaptivă se bazează pe principiul de a învăţa din greşelile anterioare. În cazul proceselor de gospodărire a apelor, intervin atât elemente de cadrul natural cât şi elemente de dezvoltare social-economică ale bazinelor hidrografice respective, elemente asupra cărora trebuie făcute anumite ipoteze. Este inerent ca unele ipoteze să nu fie total corecte, realitatea abătându-se dela ele în măsură sau mai mare. În plus, în decursul timpului, mai apare necesitatea de a face ipoteze noi, care în stadiul iniţial nici nu fuseseră luate în considerare. Toate acestea justifică reluarea analizelor de gospodărire a apelor în condiţiile unor ipoteze revizuite în lumina noilor condiţii.
Un element important în gospodărirea adaptivă a apelor îl constituie studiile sau bazinele pilot, al căror scop îl constituie testarea ipotezelor. Această fază este adesea complet neglijată sau efectuată prea repede, ajungându-se la aplicarea pe scară mare fără a se ajunge la o testare reală a ipotezelor şi la corectarea ipotezelor greşite.
Gospodărirea adaptivă nu este în sine direct legată de procese stohastice. În domeniul gospodăririi apelor totuşi, o parte din ipoteze se referă la elemente statistice şi verificarea se referă implicit şi la ipotezele statistice care stau la baza studiilor respective. Pe lângă aceasta însă, gospodărirea adaptivă priveşte gospodărirea apelor la un nivel mai general decât problemele de dimensionare şi de exploatare, care fac obiectul celorlalte tipuri de studii. Ele acoperă şi alte domenii care au influenţă asupra proceselor de gospodărire a apelor, de exemplu domeniul economic şi social. Metodele adaptive pot avea în vedere analiza comportamentului populaţiei în faţa unor situaţii de gospodărire a apelor, de exemplu, în situaţii de restricţii. Dacă în alte metode, aceste restricţii sunt exprimate printr-o statistică a necesarului de apă în condiţii restricţionate, în gospodărirea adaptivă se include şi studii de modificare a comportamentului, de sensibilitate a populaţiei la situaţii de restricţii şi altele de aceeaşi natură. De multe ori, procesele de gospodărire a apelor sunt legate de un proces de învăţare a populaţiei; astfel, după o perioadă de secetă, populaţia va fi mai sensibilă la problemele de restricţii şi va fi mai dispusă să aplice măsurile de restricţii în mod organizat.
Gospodărirea adaptivă a apelor a ajuns să fie aplicată în domenii care în mod tradiţional nu erau considerate adaptive. Astfel, în domeniul autorizaţiilor de utilizare a apelor în prezent se aplică în unele cazuri autorizaţii adaptive, care nu se limitează la a permite a anumită utilizare, ci fixează şi o variaţie în timp a autorizaţiei, cu obligaţii variabile în timp atât pentru beneficiarul de folosinşă, cât şi pentru orgazinaţia care furnizează apa. [8]
[modifică] Aplicarea tehnologiilor de inteligenţă artificială în gospodărirea apelor.
În principiu, termenul de inteligenţă artificială se referă la dezvoltarea de programe care sunt capabile să simuleze modul de gândire uman şi să le utilizeze pentru rezolvarea diferitor probleme practice. Inteligenţa artifială cuprinde o gamă largă de tehnologii relativ noi, cum sunt sistemele experte, reţelele neurale artificiale, algoritmele genetice, sistemele cu logică vagă (fuzzy) – discutate anterior – şi altele. Recent, tehnologiile inteligenţei artificiale au început să combine aceste metode, ajungând la sisteme hibride.
Deşi au fost făcute numeroase cercetări în acest domeniu şi rezultatele obţinute sunt foarte promiţătoare, tehnicile de inteligenţă artificială nu au ajuns încă să fie aplicate pe scară largă. Este însă probabil ca, într-un viitor nu foarte îndepărt, utilizarea lor să fie generlizată. [10] [11] [12]
[modifică] Concluzii
Caracterul stohastic al proceselor de gospodărire a apelor impune o analiză probabilistică a acestor procese.
Limitarea aceastei analize la un singur parametru statistic, anume probabilitatea de satisfacere a folosinţelor, s-a dovedit a fi excesiv de simplistă, în special pentru sisteme de gospodărire a apelor complexe, cu multe lucrări de gospodărire a apelor şi cu folosinţe multiple, Totuşi, acest parametru a fost acceptat în ţările cu regimuri socialiste, iar valorile care trebuiau respectate au fost stabilite prin norme, reflectând obiectivele politice ale acestor ţări. Deşi premizele unei asemenea abordări nu mai sunt valabile, metodologiile respective mai continuă uneori să fie utilizate.
În situaţia actuală studiile de gospodărire a apelor nu mai iau în considerare un singur criteriu probabilistic, ci se bazează pe o analiză complexă a tuturor implicaţiilor unui sistem de gospodărire a apelor. Există diferite tehnici care stau la dispoziţia specialiştilor în gospodărirea apelor pentru efectuarea acestor analize.
[modifică] Note
- ↑ 1.0 1.1 Крицкий С. Н. Менкель М. Ф.- Водохозяйственные расчеты 1952
- ↑ 2.0 2.1 Teodorescu, I., Filotti, A., Chiriac, V. s.a. – Gospodărirea apelor - 1972
- ↑ Lege nr.107 din 25 septembrie 1996 Legea apelor M.Of. nr. 244/8 oct. 1996
- ↑ House Report 109-275 – Making Appropriations for Energy and Water Development for the Fiscal Year ending September 30, 2006, and for other purposes - Library of Congress – Thomas Home – Committee Reports.
- ↑ Tumeo, Mark A., Orlob, Gerald T. – The use of Monte Carlo Methods in natural resource management models - Proceedings of the 19th annual symposium on Simulation Tampa, Florida, United States, 1986
- ↑ Zadeh L.A., Fuzzy algorithms, Information and Control, 5,(1968), 94-102.
- ↑ Zadeh L.A., Fuzzy Sets, ‘’Information and Control’’, 8 (1965) 338353.
- ↑ Thomas, Jack Wart – Adaptive Management. – What’s It All About – Impact, Nr. 3, May, 2006.
- ↑ Tracy, John C. – Genesis and Anatomy of Water Resources Adaptive Management: Components, Approaches, Benefits – Impact, Nr. 3, May 2006
- ↑ Fedra, K. – Expert systems in water resources simulation and optimization. – În vol. Stochastic Hydrology and its Use in Water Resources Systems Simulation and Optimization, 1993
- ↑ Durkin, J. – Expert Systems. Design and Development 1994
- ↑ Tsoukalas, L.H., Uhrig, R.E. – Fuzzy and Neural Approaches in Engineering, 1997
Categorie;probabilitate