Voor meer dan een miljard mensen over de hele wereld, stromend water komt van "intermitterende systemen" die op verschillende tijdstippen van de week in- en uitschakelen. Een nieuw artikel van David Taylor, professor Engineering aan de Universiteit van Toronto, stelt een eenvoudige, maar krachtig model om uit te leggen waarom en hoe deze systemen zijn ontstaan ​​- en hoe ze passen in de wereldwijde uitdaging om internationale doelen voor menselijke ontwikkeling en veilig drinkwater te halen.

Het idee van een intermitterend watersysteem kan vreemd lijken voor ingenieurs uit ontwikkelde landen. Het constant vullen en legen van leidingen legt veel druk op het systeem door drukschommelingen. Het opent ook de deur naar vervuiling:regenwater of rioolwater kan gemakkelijker in lege leidingen lekken dan in volle.

Maar Taylor is van mening dat intermitterende systemen zowel voordelen als nadelen kunnen hebben. "Een voor de hand liggend voorbeeld is dat een leiding niet kan lekken als er geen water in zit, "zegt hij. "Als je geen budget hebt voor reparaties, de kranen 's nachts dichtdraaien wanneer niemand ze gebruikt, is een zeer effectieve manier om te voorkomen dat er water verloren gaat door lekkages, in ieder geval op korte termijn."

Taylor's Ph.D. afstudeerwerk met waterbedrijven in Delhi, India en proberen te begrijpen hoe intermitterend bedrijf hun vermogen om aan de vraag van de klant te voldoen, beïnvloedde. Een manier om dit te doen is door een hydraulisch model te bouwen - een virtuele weergave van elke pijp, klep en klant in een computer. Maar Taylor ontdekte al snel dat zulke gedetailleerde modellen niet bijzonder nuttig waren.

"Deze systemen zijn chaotisch, ", zegt Taylor. "Er zijn vaak leidingen of kleppen die ontbreken in de officiële kaarten. We weten meestal niet zoveel als we denken te weten, en in die situatie mooie modellen kunnen ons niet veel vertellen."

Maar in plaats van op te geven, Taylor stelde zichzelf een vraag:hoe zou het model eruit zien als ik toegeef dat ik bijna niets van het netwerk weet?

"Je hebt geen gedetailleerd begrip van voedselchemie nodig om te weten dat als je twee keer zoveel koekjes wilt, je maar beter twee keer zoveel van alles kunt toevoegen. niet alleen het meel, ", zegt Taylor. "Het blijkt dat als je een watervoorzieningssysteem in dit eenvoudige, eerste orde manier, er is veel dat je kunt leren."

Taylor's enkelvoudige vergelijkingsmodel kan, onder andere, de belangrijkste verschillen beschrijven tussen hoe een systeem zich gedraagt ​​wanneer klanten tevreden zijn en wanneer niet. Wanneer klanten niet tevreden zijn, een verdubbeling van de toevoertijd - zeg maar van één naar twee uur per dag verhuizen - vereist twee keer zoveel water, omdat mensen alles nemen wat ze kunnen krijgen.

Maar als klanten genoeg water krijgen, vraag vlakt af. In deze situatie, elk extra uur kost een stuk minder omdat zwakkere effecten, zoals lekkage, zijn nu de dominante factor.

Dit onderscheid helpt bij het oplossen van een al lang bestaand debat over de vraag of intermitterende systemen water verspillen of water besparen. In het ontevreden geval ze besparen waarschijnlijk water, maar dat doen ze door klanten dorstig achter te laten. In het tevreden geval het gedoe van het in- en uitschakelen van de leidingen is waarschijnlijk niet de winst waard in termen van waterbesparing.

In een onlangs gepubliceerd artikel in Onderzoek naar waterbronnen , Taylor legt zijn model uit en beschrijft hoe het kan worden gebruikt om bestaande systemen te analyseren en doelen te stellen voor nieuwe. Hij kalibreerde het model door de resultaten te vergelijken met die van een veel complexer model, en ontdekte dat de overeenkomst tussen de twee modellen hoog genoeg was om bruikbare inzichten te kunnen verschaffen, zoals of een bepaalde upgrade waarschijnlijk kosteneffectief is.

"Het model laat je meteen zien wat het effect is van het veranderen van een parameter, of het nu lekkage is of vraag of wat dan ook, "zegt Taylor. "Dat stelt je in staat om deze back-of-the-enveloppe berekeningen te doen en te bepalen of wat je voorstelt haalbaar is."

Een ander belangrijk aspect van het model is dat het dimensieloos is. Bijvoorbeeld, de hoeveelheid tijd dat het systeem water levert, wordt niet gemeten in minuten of uren, maar eerder het percentage van de tijd dat het systeem is ingeschakeld. Dit maakt het makkelijker om systemen met elkaar te vergelijken. Taylor hoopt ook dat het zal helpen bij de wereldwijde inspanningen om de VN-doelstellingen voor duurzame ontwikkeling en het mensenrecht op water te halen.

"Deze documenten zeggen dat water beschikbaar moet zijn wanneer dat nodig is, ' maar dat kan verschillende dingen betekenen op verschillende plaatsen, "zegt hij. "Misschien is het 24 uur per dag, misschien is het 12, misschien is het minder. Wat ik hoop dat dit model kan doen, is een theoretisch kader bieden voor hoe we beslissen welke systemen tellen als veilig beheerde watervoorzieningen en welke niet."

"Zonder een manier om te beslissen welke intermitterende systemen als 'veilig' gelden, we maken geen kans om onze wereldwijde doelstellingen voor 2030 voor toegang tot schoon en betaalbaar water te halen, " he adds. "The model can help guide us as we start to make the major infrastructure investments needed to hit these goals."