Идея прерывистой системы водоснабжения может показаться странной инженерам из развитых стран. Постоянное наполнение и опорожнение труб создает большую нагрузку на систему из-за колебаний давления.
Это также открывает дверь для загрязнения: дождевая вода или сточные воды могут попасть в пустые трубы легче, чем в полные.
Но Тейлор считает, что прерывистые системы могут иметь как преимущества, так и недостатки. «Очевидный пример: труба не может протекать, если в ней нет воды», – говорит он. "Если у вас нет бюджета на ремонт, отключение кранов на ночь, когда ими никто не пользуется, – очень эффективный способ остановить потерю воды из-за протечек, по крайней мере, в краткосрочной перспективе."
Кандидатская диссертация Тейлора была связана с работой с компаниями водоснабжения в Дели, Индия, и попыткой понять, как прерывистая работа влияет на их способность удовлетворять потребности клиентов. Один из способов сделать это – построить гидравлическую модель – виртуальное представление каждой трубы, клапана и клиента внутри компьютера.
Но Тейлор быстро обнаружил, что такие подробные модели не особенно полезны.
«Эти системы хаотичны, – говорит Тейлор. "Часто в официальных таблицах отсутствуют трубы или клапаны. Обычно мы не знаем столько, сколько нам кажется, и в этой ситуации модные модели не могут нам многое рассказать."
Но вместо того, чтобы сдаться, Тейлор задал себе вопрос: как бы выглядела модель, если бы я признал, что почти ничего не знаю о сети?
«Вам не нужно детальное понимание химии продуктов питания, чтобы знать, что если вы хотите вдвое больше печенья, вам лучше добавить в два раза больше всего, а не только муки», – говорит Тейлор. "Оказывается, если вы смоделируете систему водоснабжения таким простым, первоклассным способом, вы многому сможете научиться."
Модель с одним уравнением Тейлора может, среди прочего, описать ключевые различия между тем, как ведет себя система, когда клиенты удовлетворены, и когда они не удовлетворены.
Когда клиенты не удовлетворены, удвоение времени поставки – скажем, переход от одного до двух часов в день – требует вдвое большего количества воды, потому что люди забирают все, что могут получить.
Но когда клиенты получают достаточно воды, спрос выравнивается. В этой ситуации каждый дополнительный час стоит намного меньше, потому что более слабые эффекты, такие как утечка, теперь являются доминирующим фактором.
Это различие помогает разрешить давние споры о том, сбрасывают ли прерывистые системы воду или экономят воду.
В случае неудовлетворенности они, вероятно, экономят воду, но делают это, оставляя клиентов испытывать жажду. В удовлетворительном случае хлопоты с отключением и включением труб, вероятно, не стоят выгоды с точки зрения экономии воды.
В статье, недавно опубликованной в издании Water Resources Research, Тейлор излагает свою модель и описывает, как ее можно использовать для анализа существующих систем и постановки целей для новых. Он откалибровал модель, сравнив ее результаты с результатами гораздо более сложной модели, и обнаружил, что согласие между двумя моделями было достаточно высоким, чтобы дать полезные сведения, например, будет ли данное обновление рентабельным.
«Модель позволяет сразу увидеть, каким будет эффект от изменения параметра, будь то утечка, спрос или что-то еще», – говорит Тейлор. "Это позволяет вам провести эти скрытые вычисления и определить, осуществимо ли то, что вы предлагаете."
Еще один ключевой аспект модели – безразмерность. Например, количество времени, в течение которого система подает воду, измеряется не в минутах или часах, а скорее в процентах времени, в течение которого система была включена. Это упрощает сравнение систем друг с другом. Тейлор также надеется, что это поможет в глобальных усилиях по достижению целей ООН в области устойчивого развития и ее права человека на воду.
«В этих документах говорится, что вода должна быть« доступной по мере необходимости », но в разных местах это может означать разные вещи», – говорит он. "Может быть, 24 часа в сутки, может быть, 12, может быть, меньше. Я надеюсь, что эта модель может предоставить теоретическую основу того, как мы решаем, какие системы считаются безопасным водоснабжением, а какие нет."
«Не имея возможности решить, какие системы с прерывистым режимом работы считаются« безопасными », у нас нет шансов достичь наших глобальных целей на 2030 год в отношении доступа к чистой и доступной воде», – добавляет он. "Модель может помочь нам в том, как мы начнем делать крупные вложения в инфраструктуру, необходимые для достижения этих целей."