ΚΩ ΙΚΟΣ ΕΡΓΟΥ: 1272 Υ ΡΟΠΟΛΗ

Transcript

1 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΘΑΛΗΣ ΚΩ ΙΚΟΣ ΕΡΓΟΥ: 1272 Υ ΡΟΠΟΛΗ Τίτλος ερευνητικού προγράµµατος: ιερεύνηση της αλληλεπίδρασης µεταξύ της Αστικής Ανάπτυξης και των Υποδοµών Νερού στην πόλη µε έµφαση σε καινοτόµες παρεµβάσεις κατανεµηµένης διαχείρισης Παραδοτέο Προσοµοίωση κύκλου νερού σε επίπεδο οικίας και γειτονιάς Έκδοση 0.2 Ηµεροµηνία υποβολής Παραδοτέου:

2 Το παρόν κείµενο αποτελεί Παραδοτέο του έργου που υλοποιείται στο πλαίσιο της Πράξης «ΘΑΛΗΣ ΕΜΠ Υδρόπολις: ιερεύνηση της αλληλεπίδρασης µεταξύ της Αστικής Ανάπτυξης και των Υποδοµών Νερού στην πόλη µε έµφαση σε καινοτόµες παρεµβάσεις κατανεµηµένης διαχείρισης».

3 Ταυτότητα εγγράφου Τίτλος Σχετική Ε.Ε. Σχετική ράση Συντάχθηκε από Προσοµοίωση κύκλου νερού σε επίπεδο οικίας και γειτονιάς 3: Εργαλείο υποστήριξης επιλογής τεχνολογιών 3.1: Προσοµοίωση κύκλου νερού σε επίπεδο οικίας και γειτονιάς Ευάγγελο Ρόζο και Χρήστο Μακρόπουλο Ελέγχθηκε από Είδος Επίπεδο Σύντοµη περιγραφή Τεχνική Έκθεση ηµόσιο Στη δράση αυτή αναπτύχθηκε µοντέλο προσοµοίωσης του κύκλου του νερού σε επίπεδο οικίας και γειτονιάς. Το µοντέλο αυτό προσοµοιώνει τη λειτουργία και αλληλεπίδραση µεταξύ όλων των υδραυλικών οικιακών συσκευών/τεχνολογιών χρησιµοποιώντας τα καταχωρηµένα δεδοµένα στη βάση (βλ. ράση 2.1 και ράση 3.2). Τα αποτελέσµατα της προσοµοίωσης είναι ο υπολογισµός των εισόδων (ζήτηση πόσιµου νερού) και εξόδων (ακάθαρτα και όµβρια χαρακτηρισµένα από ποιοτικούς δείκτες) µιας οικίας. Επιπρόσθετα υπολογίζονται οι ενεργειακές απαιτήσεις κατά τη φάση της τελικής χρήσης του αστικού νερού και της πιθανής επαναχρησιµοποίησης ή αποκεντρωµένης επεξεργασίας λυµάτων, καθώς επίσης εκτιµάται και το οικονοµικό κόστος. Έκδοση Ηµεροµηνία Αναθεωρήθηκε από Παρατηρήσεις Απριλίου Ιουλίου 2014 Ευάγγελο Ρόζο

4 Περιεχόµενα Περίληψη... 1 Extended abstract Εισαγωγή Η καινοτόµα προσέγγιση του UWOT Υλοποίηση του UWOT Τύποι σπιτιών στο UWOT Παραδείγµατα προσοµοιώσεων τύπων σπιτιών Συµπεράσµατα...14 Βιβλιογραφία Πηγές...16 Κατάλογος Πινάκων Πίνακας 4-1. Ιδιότητες σχετικές µε τον πολεοδοµικό σχεδιασµό... 8 Κατάλογος Σχηµάτων Σχήµα 2-1. Μοντελοποίηση προσανατολισµένη στη ζήτηση... 4 Σχήµα 2-2. Αναπαράσταση υποθετικού απλοϊκού δικτύου στο UWOT Σχήµα 3-1. Γραφικό περιβάλλον UWOT... 6 Σχήµα 4-1. Τύποι σπιτιών που διαφοροποιούνται ως προς τις ιδιότητες πολεοδοµικού σχεδιασµού... 7 Σχήµα 4-2. Συµβατικό δίκτυο Σχήµα 4-3. Ανακύκλωση βρόχινου νερού Σχήµα 4-4. Τοπική επεξεργασία γκρι νερού Σχήµα 5-1. Όγκος απορροής από οικισµό υψηλής δόµησης µε συµβατικό δίκτυο...10 Σχήµα 5-2. Όγκος απορροής από οικισµό χαµηλής δόµησης µε συµβατικό δίκτυο...11 Σχήµα 5-3. Όγκος πόσιµου νερού που καταναλώνεται ηµερησίως σε οικισµό υψηλής δόµησης µε ανακύκλωση βρόχινου νερού Σχήµα 5-4. Όγκος απορροής από οικισµό υψηλής δόµησης µε ανακύκλωση βρόχινου νερού Σχήµα 5-5. Αποθηκευµένος όγκος µέσα σε δεξαµενή σπιτιών οικισµού υψηλής δόµησης µε ανακύκλωση βρόχινου νερού...12 Σχήµα 5-6. Όγκος πόσιµου νερού που καταναλώνεται ηµερησίως σε οικισµό χαµηλής δόµησης µε ανακύκλωση βρόχινου νερού Παραδοτέο Σελίδα i

5 Σχήµα 5-7. Όγκος απορροής από οικισµό χαµηλής δόµησης µε ανακύκλωση βρόχινου νερού Σχήµα 5-8. Αποθηκευµένος όγκος µέσα σε δεξαµενή σπιτιών οικισµού χαµηλής δόµησης µε ανακύκλωση βρόχινου νερού...14 Παραδοτέο Σελίδα ii

6 Περίληψη Στη δράση αυτή αναπτύχθηκε µοντέλο προσοµοίωσης του κύκλου του νερού σε επίπεδο οικίας και γειτονιάς. Το µοντέλο αυτό προσοµοιώνει τη λειτουργία και αλληλεπίδραση µεταξύ όλων των υδραυλικών οικιακών συσκευών/τεχνολογιών χρησιµοποιώντας τα καταχωρηµένα δεδοµένα στη βάση (βλ. ράση 2.1 και ράση 3.2). Τα αποτελέσµατα της προσοµοίωσης είναι ο υπολογισµός των εισόδων (ζήτηση πόσιµου νερού) και εξόδων (ακάθαρτα και όµβρια χαρακτηρισµένα από ποιοτικούς δείκτες) µιας οικίας. Επιπρόσθετα υπολογίζονται οι ενεργειακές απαιτήσεις κατά τη φάση της τελικής χρήσης του αστικού νερού και της πιθανής επαναχρησιµοποίησης ή αποκεντρωµένης επεξεργασίας λυµάτων, καθώς επίσης εκτιµάται και το οικονοµικό κόστος. Παραδοτέο Σελίδα 1

7 Extended abstract In the traditional urban water management, the demand for potable water determines the required capacity of infrastructure (both potable water supply and wastewater removal). This calls for new increasingly expensive infrastructure, which is the case in several cities of Greece where the swift urbanization at suburban areas puts additional pressure on the existing water supply and drainage networks. Modern technologies for decentralized urban water management enable the reuse of water at home or neighborhood level rather than disposing it (Mitchell et al., 2001). Moreover, water efficient appliances have lately become available, which can also offer a significant reduction of water consumption compared to the conventional options. The implementation of the previous is a multi-benefit scenario since the reduction of potable water demand results in a reduction of wastewater volume (Speers and Mitchell, 2000). This brings savings due to the reduction of the required network capacity. Furthermore, the use of rainwater contributes to the reduction of runoff volume and, consequently, of flood risk in urban areas (see Directive 2007/60). Another significant side benefit is the reduction of the required energy (Golden et al., 2006) consumed along the entire urban water cycle (source, transmission, treatment, distribution, drainage and waste treatment). The urban cycle should be modeled at the neighborhood level to study decentralized water recycling technologies (Mitchell et al., 2008). To obtain the flows of the water cycle at neighborhood level, the results obtained from the simulation of the urban water cycle at household level should be aggregated. The model used to simulate the cycle at household level must take into account the time-varying stresses i.e. the precipitation and demand. These two define the required water supply volume, the volume of water to be drained and the storage fluctuation of local reservoirs. The model developed during this project simulates the operation and interaction between all water cycle components based on the data collected in Action 2.1 and Action 3.2. The results of the simulation include the inputs (potable water demand) and outputs (wastewater and stormwater characterized by quality indicators) of a household. Additionally, the required energy is calculated (including any decentralized reuse or treatment) and an estimation of cost is provided. Παραδοτέο Σελίδα 2

8 1 Εισαγωγή Στο κλασικό αστικό µοντέλο διαχείρισης νερού (είσοδος-χρήση-διάθεση), η ζήτηση για αστικό νερό µεταφράζεται σε απαίτηση επάρκειας των υποδοµών για προσφορά πόσιµου νερού αλλά και για αποµάκρυνση των παραγοµένων λυµάτων. Η ανάγκη για ολοένα και µεγαλύτερες-δαπανηρότερες υποδοµές, γίνεται αισθητή σε αρκετές πόλεις της Ελλάδας όπου η έντονη οικιστική ανάπτυξη στην περιαστική ζώνη ασκεί πίεση στα δίκτυα ύδρευσης-αποχέτευσης. Οι σύγχρονες τεχνολογίες αποκεντρωµένης διαχείρισης αστικού νερού παρέχουν τη δυνατότητα επαναχρησιµοποίησης του νερού σε επίπεδο οικίας ή γειτονιάς αντί για την απευθείας διάθεση του στο δίκτυο λυµάτων (Mitchell et al., 2001). Επιπλέον, τον τελευταίο καιρό εµφανίζονται στο εµπόριο οικιακές συσκευές που επιτυγχάνουν πολύ υψηλή αποδοτικότητα στη χρήση του νερού µε αποτέλεσµα να έχουν µειωµένη κατανάλωση σε σχέση µε τις συµβατικές συσκευές. Τα παραπάνω εξασφαλίζουν διπλό όφελος. Από τη µία µειώνεται η ζήτηση για πόσιµο νερό, από την άλλη µειώνεται ο όγκος των λυµάτων προς διάθεση (Speers and Mitchell, 2000). Αµφότερα επιφέρουν εξοικονόµηση πόρων λόγω της µείωσης της ζήτησης που συνεπάγεται µείωση της απαιτούµενης παροχετευτικότητας δικτύου και µείωση του µεγέθους των έργων που απαιτούνται για την εξασφάλιση υδάτινων πόρων. Επιπλέον µείωση της ζήτησης για πόσιµο νερό εξασφαλίζεται µε τη χρήση βρόχινου ύδατος το οποίο παράλληλα συνεισφέρει στη µείωση του όγκου των όµβριων υδάτων και κατά συνέπεια της πληµµύρας σε αστικές περιοχές (βλ. Οδηγία 2007/60). Ιδιαίτερα σηµαντική είναι η επακόλουθη εξοικονόµηση ενέργειας (Golden et al., 2006) που είναι συνδεδεµένη µε ολόκληρο τον κύκλο του αστικού νερού (πηγή, µεταφορά, επεξεργασία, µεταφορά πόσιµου νερού, τελική χρήση, επεξεργασία λυµάτων). Για τη µελέτη των αποκεντρωµένων τεχνολογιών ανακύκλωσης νερού πρέπει να γίνει η µοντελοποίηση του αστικού κύκλου τουλάχιστον σε επίπεδο γειτονιάς (Mitchell et al., 2008). Για να προκύψουν οι συνιστώσες του κύκλου του νερού σε επίπεδο γειτονιάς πρέπει να συναθροιστούν τα αποτελέσµατα που προέκυψαν από την προσοµοίωση του κύκλου σε επίπεδο οικίας. Το µοντέλο που θα χρησιµοποιηθεί για την προσοµοίωση του κύκλου σε επίπεδο οικίας πρέπει να λαµβάνει υπόψη του τα χρονικά µεταβαλλόµενα «φορτία» του κύκλου του νερού δηλαδή τη βροχόπτωση και τη ζήτηση. Ο συνδυασµός αυτών των δύο δίνει και τον απαιτούµενο υδρευτικό όγκο, τον όγκο του νερού που πρέπει να αποχετευτεί και τη διακύµανση της στάθµης µέσα στις τοπικές δεξαµενές. 2 Η καινοτόµα προσέγγιση του UWOT Ο σκοπός των αστικών δικτύων ύδρευσης/αποχέτευσης είναι να καλύπτουν τις ανάγκες ύδρευσης και αποχέτευσης. Είναι προφανές λοιπόν ότι η λειτουργία των δικτύων καθορίζεται από αυτές τις δύο ανάγκες οι οποίες µε τη σειρά τους καθορίζονται από τα Παραδοτέο Σελίδα 3

9 χαρακτηριστικά της κάθε οικίας (συµπεριλαµβανοµένου και του κοινωνικού προφίλ των κατοίκων). Ακολουθώντας αυτό το σκεπτικό, το UWOT προσοµοιώνει τη δηµιουργία, διόδευση και κάλυψη των ζητήσεων που έχουν σχέση µε το αστικό νερό. Η προσοµοίωση ξεκινάει από τα σηµεία γέννησης της ζήτησης (δηλαδή τις οικιακές συσκευές, τις αρδευόµενες εκτάσεις και τις βιοµηχανικές χρήσεις) και µπορεί να καταλήξει µέχρι τα σηµεία κάλυψης της ζήτησης (δηλαδή τις γεωτρήσεις ή ταµιευτήρες απ όπου προέρχεται το νερό του δικτύου ύδρευσης, και τα υδάτινα σώµατα στα οποία διατίθενται τα λύµατα/όµβρια). Για παράδειγµα στο επόµενο σχήµα η ζήτηση για ύδρευση του οικισµού καλύπτεται από δύο εναλλακτικές πηγές (Γεώτρηση 1 και Γεώτρηση2). Σχήµα 2-1. Μοντελοποίηση προσανατολισµένη στη ζήτηση. Η προσανατολισµένη στη ζήτηση µοντελοποίηση του UWOT είναι µια καινοτόµα προσέγγιση σε σχέση µε τα υπάρχοντα µοντέλα αστικών υδάτων, τα οποία ως επί των πλείστων χρησιµοποιούν υδραυλικές προσεγγίσεις. Η καινοτοµία αυτή θα εξηγηθεί περαιτέρω µε τη βοήθεια του απλοϊκού υποθετικού αστικού δικτύου ύδρευσης που εµφανίζεται στο παρακάτω σχήµα. Τα νοικοκυριά σε αυτό το σχήµα περιλαµβάνουν, για λόγους απλότητας, µόνο δύο συσκευές νερού: ντους και τουαλέτα. Η ζήτηση των δύο συσκευών, σε αυτό το παράδειγµα, υποτίθεται ότι πρέπει να καλυφθεί από το νερό της βροχής που αποθηκεύεται σε µια τοπική δεξαµενή. Αυτό συµβολίζεται µε τις συνδέσεις που ξεκινούν από τις δύο συσκευές, συνδυάζονται στο στοιχείο άθροισης (που συµβολίζονται µε το "Σ" ), και καταλήγει (το σήµα που προκύπτει από την άθροιση ) ως είσοδος στη δεξαµενή όµβριων υδάτων. Η κατεύθυνση της σύνδεσης ξεκινάει πάντα από το στοιχείο που εκπέµπει το σήµα της ζήτησης και καταλήγει σε αυτό που εξυπηρετεί τη ζήτηση. Τα σήµατα ζήτησης περιλαµβάνουν δύο αριθµούς, ο πρώτος δίνει την ποσότητα της ζήτησης σε L/dt (όπου dt είναι το χρονικό βήµα προσοµοίωσης) και ο δεύτερος είναι µια ένδειξη της ποιότητας της ροής του νερού, που βαθµολογείται µε τη χρήση ενός δείκτη αντίστοιχου του BOD (mg/l). Παραδοτέο Σελίδα 4

10 Η δεξαµενή γεµίζει από την απορροή των αδιαπέρατων επιφανειών του σπιτιού (π.χ. από την οροφή). Εάν το ισοζύγιο µάζας της δεξαµενής δείχνει υπέρβαση της χωρητικότητας της δεξαµενής, η δεξαµενή υπερχειλίζει µια ποσότητα νερού η οποία µαζί µε την έξοδο της τουαλέτας και του ντους αναµιγνύονται στο στοιχείο που συµβολίζεται µε "Μ" και απορρίπτονται, σε αυτή την περίπτωση, σε ένα υδάτινο σώµα (WB). Όταν το νερό µέσα στη δεξαµενή φθάσει σε ένα ελάχιστο επίπεδο, η δεξαµενή εκπέµπει ένα σήµα ζήτησης για πόσιµο νερό από το κεντρικό δίκτυο, το οποίο, στην περίπτωση αυτή, καλύπτεται από γεώτρηση. Τα οκταγωνικού σχήµατος στοιχεία (που σηµειώνονται µε "Χ") πολλαπλασιάζουν τα σήµατα από ένα νοικοκυριό µε τον αριθµό πανοµοιότυπων νοικοκυριών. Σχήµα 2-2. Αναπαράσταση υποθετικού απλοϊκού δικτύου στο UWOT. Μπορεί να παρατηρηθεί ότι σε αυτήν την προσανατολισµένη στη ζήτηση προσοµοίωση, οι κατευθύνσεις των συνδέσεων δεν συµπίπτουν πάντα µε τις κατευθύνσεις των πραγµατικών ροών νερού. Για παράδειγµα, οι συνδέσεις µεταξύ των συσκευών και της δεξαµενής έχουν την αντίθετη κατεύθυνση µε τις αντίστοιχες ροές (δηλαδή, το σήµα της ζήτησης του ντους ξεκινά από το ντους και καταλήγει στην δεξαµενή ενώ η απάντηση σε αυτό το σήµα έχει ως αποτέλεσµα το νερό που ρέει από τη δεξαµενή στο ντους). Πιο γενικά, όλες οι συνδέσεις «καθαρού» νερού έχουν στο UWOT αντίθετη κατεύθυνση από αυτή των ροών, ενώ όλες οι συνδέσεις λυµάτων/οµβρίων έχουν την ίδια κατεύθυνση µε τις πραγµατικές ροές του νερού. 3 Υλοποίηση του UWOT Η υλοποίηση του UWOT έγινε ακολουθώντας µια αρθρωτή δόµηση. ηλαδή, η µηχανή επίλυσης του δικτύου είναι υλοποιηµένη (σε γλώσσα προγραµµατισµού C) ξεχωριστά από τη διεπιφάνεια µε τον χρήστη (σε γλώσσα προγραµµατισµού Python). Αυτό δίνει το πλεονέκτηµα της εύκολης ολοκλήρωσης του UWOT µε άλλα υπολογιστικά πακέτα (για Παραδοτέο Σελίδα 5

11 παράδειγµα το Matlab) ή µε άλλα µοντέλα µέσω ένταξης του σε κατάλληλα πρωτόκολλα επικοινωνίας (για παράδειγµα OpenMI, 2007). Ως γραφικό περιβάλλον για την αυτόνοµη εφαρµογή του UWOT, αναπτύχθηκε ένα προσαρµοσµένο εργαλείο CAD χρησιµοποιώντας Python 2.7 και PyQt 4.8 (Εικόνα 3-1). Το εργαλείο αυτό επιτρέπει στον χρήστη να καθορίσει την τοπολογία µε τυπικές drag-anddrop και point-and-click λειτουργίες. Αρχικά, εισάγει ο χρήστης στην περιοχή σχεδίασης τα στοιχεία/συσκευές του δικτύου επιλέγοντας τα από το πλαίσιο κοµβίων στα αριστερά του παραθύρου. Στη συνέχεια, ο χρήστης καθορίζει τις συνδέσεις µεταξύ αυτών των στοιχείων µε τη µέθοδο point-and-click. Αυτό παρέχει την ευελιξία του καθορισµού ενός οποιοδήποτε αστικού δικτύου, συµπεριλαµβανοµένων των πηγών τροφοδοσίας νερού, των συστηµάτων ανακύκλωσης νερού, το σύστηµα αποχέτευσης (παντορροϊκό ή χωριστικό), έναν τύπο σπιτιού ή πολλαπλούς τύπους, κ.λπ. Επίσης, ο χρήστης µπορεί να επιλέξει να µοντελοποιήσει είτε ένα µέρος του αστικού κύκλου του νερού, αν θέλει να επικεντρωθεί µόνο στις εισόδους και τις εξόδους του µέρους αυτού, ή τον πλήρη αστικό κύκλο του νερού. Σχήµα 3-1. Γραφικό περιβάλλον UWOT. Πιο λεπτοµερής περιγραφή του γραφικού περιβάλλοντος και πως αυτό βοηθάει στο να στηθεί η περιγραφή της τοπολογίας του δικτύου µια οικίας µπορεί να βρεθεί στα βίντεο που δίνονται στους συνδέσµους UWOT_Video (2014a, 2014b). Παραδοτέο Σελίδα 6

12 4 Τύποι σπιτιών στο UWOT Επειδή είναι υπολογιστικά αδύνατο να µοντελοποιηθεί ο κύκλος του νερού ξεχωριστά για κάθε οικία, ταξινοµούνται οι οµοειδείς οικίες σε κατηγορίες (τύποι σπιτιών) και η προσοµοίωση γίνεται για την αντιπροσωπευτική οικία της κάθε κατηγορίας. Τα αποτελέσµατα αυτής της προσοµοίωσης πολλαπλασιάζονται µε τον αριθµό των οικιών της αντίστοιχης κατηγορίας ώστε να προκύπτει µια εκτίµηση του κύκλου του αστικού νερού σε επίπεδο γειτονιάς (ή οικιστικής περιοχής) και να αποτιµάται η επίπτωση κάθε επιλογής τεχνολογίας στα διάφορα κριτήρια (υδραυλικά, περιβαλλοντικά, οικονοµικά, ενεργειακά και κοινωνικά). Οι τύποι σπιτιών καθορίζονται από δύο είδη ιδιοτήτων, τις ιδιότητες που σχετίζονται µε τον πολεοδοµικό σχεδιασµό (πυκνότητα δόµησης, κάτοικοι ανά σπίτι, περατές/αδιαπέρατες επιφάνειες) και τις ιδιότητες που σχετίζονται µε τον κύκλο του νερού (επαναχρησιµοποίηση νερού, οικονοµία οικιακών συσκευών). Στο επόµενο σχήµα δίνονται ορισµένα παραδείγµατα τύπων σπιτιών που διαφέρουν ως προς τις ιδιότητες πολεοδοµικού σχεδιασµού. Η πλέον αριστερή εικόνα αντιστοιχεί σε χαµηλή δόµηση, η µεσαία σε µέτρια και η δεξιά σε υψηλή. Σχήµα 4-1. Τύποι σπιτιών που διαφοροποιούνται ως προς τις ιδιότητες πολεοδοµικού σχεδιασµού. Στον επόµενο πίνακα δίνεται η αριθµητική περιγραφή των ιδιοτήτων πολεοδοµικού σχεδιασµού µε τη µορφή που αυτές λαµβάνονται υπόψη για την προσοµοίωση του δικτύου µε το UWOT. Παραδοτέο Σελίδα 7

13 Πίνακας 4-1. Ιδιότητες σχετικές µε τον πολεοδοµικό σχεδιασµό. Χαµηλή όµηση Μέτρια όµηση Υψηλή όµηση Κάτοικοι ανά σπίτι Σπίτια / ha ηµόσια αδιαπέρατη επιφάνεια (m2/ha) Συνολική περατή επιφάνεια (m 2 /ha) Ιδιωτική αδιαπέρατη (m 2 /σπίτι) Οι ιδιότητες που σχετίζονται µε τα χαρακτηριστικά του κύκλου νερού σε επίπεδο οικίας καθορίζονται από: την ύπαρξη ή όχι συσκευών χαµηλής κατανάλωσης, ο οποίες µπορούν να επιτύχουν σηµαντική εξοικονόµηση του νερού (για παράδειγµα ένα πλυντήριο ρούχων µε σήµανση «EXCELLENT RATING» κατά WELS (2013) καταναλώνει το 60% του νερού που χρειάζεται ένα πλυντήριο µε σήµανση «0-TICK RATING»). την ύπαρξη ή όχι κάποιου συστήµατος ανακύκλωσης νερού (µπορεί να περιλαµβάνει είτε κάποιο σύστηµα συλλογής όµβριων υδάτων είτε κάποιο σύστηµα επεξεργασίας γκρι νερού που προέρχεται από το ντους και τον νιπτήρα, και την επαναχρησιµοποίηση του στην τουαλέτα, στο πλυντήριο ρούχων και για εξωτερικές χρήσεις). Στα παρακάτω σχήµατα δίνονται ορισµένα παραδείγµατα τύπων σπιτιών που διαφέρουν ως προς τις τεχνολογίες εξοικονόµησης νερού που ενσωµατώνουν. Η Εικόνα 4-2 παρουσιάζει µια οµάδα σπιτιών της οποίας ο τύπος έχει συµβατικές τεχνολογίες. Η Εικόνα 4-3 παρουσιάζει µια οµάδα σπιτιών της οποίας ο τύπος ενσωµατώνει ανακύκλωση όµβριων υδάτων. Τέλος η Εικόνα 4-4 παρουσιάζει µια οµάδα σπιτιών της οποίας ο τύπος ενσωµατώνει επαναχρησιµοποίηση γκρι νερού. Παραδοτέο Σελίδα 8

14 Σχήµα 4-2. Συµβατικό δίκτυο. Σχήµα 4-3. Ανακύκλωση βρόχινου νερού. Παραδοτέο Σελίδα 9

15 Σχήµα 4-4. Τοπική επεξεργασία γκρι νερού. Πρέπει να επισηµανθεί ότι η συµπεριφορά αυτών των οµάδων εξαρτάται επίσης από τις ιδιότητες του πολεοδοµικού σχεδιασµού αλλά και από τα κλιµατολογικά χαρακτηριστικά της περιοχής στην οποία ανήκουν. Ακολούθως δίνονται ορισµένες εφαρµογές του UWOT οι οποίες αναδεικνύουν την επιρροή αυτών των συνιστωσών. 5 Παραδείγµατα προσοµοιώσεων τύπων σπιτιών Το παράδειγµα που ακολουθεί αφορά στην επίλυση µιας οµάδας σπιτιών που καταλαµβάνουν έκταση ενός εκταρίου και έχουν δίκτυο όπως αυτό φαίνεται στην Εικόνα 4-2. Η επίλυση έγινε για τα πολεοδοµικά χαρακτηριστικά που ανήκουν στις κατηγορίες Χαµηλή και Υψηλή όµηση όπως αυτές ορίζονται στον Πίν. 1. Το χρονικό βήµα είναι ηµερήσιο και η πρώτη µέρα της προσοµοίωσης αντιστοιχεί στην αρχή του ηµερολογιακού έτους. Σχήµα 5-1. Όγκος απορροής από οικισµό υψηλής δόµησης µε συµβατικό δίκτυο. Παραδοτέο Σελίδα 10

16 Η ηµερήσια ζήτηση πόσιµου νερού της οµάδας σπιτιών που ανήκει στην κατηγορία Υψηλή όµηση είναι L/µέρα. Ο ηµερήσιος όγκος απορροής φαίνεται στην Εικόνα 5-1. Η ηµερήσια ζήτηση πόσιµου νερού της οµάδας σπιτιών που ανήκει στην κατηγορία Χαµηλή όµηση είναι L/µέρα. Ο ηµερήσιος όγκος απορροής φαίνεται στην Εικόνα 5-2. Σχήµα 5-2. Όγκος απορροής από οικισµό χαµηλής δόµησης µε συµβατικό δίκτυο. Το επόµενο παράδειγµα αφορά στην επίλυση µιας οµάδας σπιτιών που καταλαµβάνουν έκταση ενός εκταρίου και έχουν δίκτυο όπως αυτό φαίνεται στην Εικόνα 4-3. Η επίλυση έγινε για πολεοδοµικά χαρακτηριστικά που ανήκουν στις κατηγορίες Χαµηλή και Υψηλή όµηση όπως αυτές ορίζονται στον Πίν. 1. Η ηµερήσια ζήτηση πόσιµου νερού της οµάδας σπιτιών που ανήκει στην κατηγορία Υψηλή όµηση φαίνεται στην Εικόνα 5-3. Ο ηµερήσιος όγκος απορροής φαίνεται στην Εικόνα 5-4. Στην Εικόνα 5-5 φαίνεται ο αποθηκευµένος όγκος νερού στην τοπική δεξαµενή των σπιτιών. Σχήµα 5-3. Όγκος πόσιµου νερού που καταναλώνεται ηµερησίως σε οικισµό υψηλής δόµησης µε ανακύκλωση βρόχινου νερού. Παραδοτέο Σελίδα 11

17 Σχήµα 5-4. Όγκος απορροής από οικισµό υψηλής δόµησης µε ανακύκλωση βρόχινου νερού. Σχήµα 5-5. Αποθηκευµένος όγκος µέσα σε δεξαµενή σπιτιών οικισµού υψηλής δόµησης µε ανακύκλωση βρόχινου νερού. Η ηµερήσια ζήτηση πόσιµου νερού της οµάδας σπιτιών που ανήκει στην κατηγορία Χαµηλή όµηση φαίνεται στην Εικόνα 5-6. Ο ηµερήσιος όγκος απορροής φαίνεται στην Εικόνα 5-7. Στην Εικόνα 5-8 φαίνεται ο αποθηκευµένος όγκος νερού στην τοπική δεξαµενή των σπιτιών. Παραδοτέο Σελίδα 12

18 Σχήµα 5-6. Όγκος πόσιµου νερού που καταναλώνεται ηµερησίως σε οικισµό χαµηλής δόµησης µε ανακύκλωση βρόχινου νερού. Σχήµα 5-7. Όγκος απορροής από οικισµό χαµηλής δόµησης µε ανακύκλωση βρόχινου νερού. Παραδοτέο Σελίδα 13

19 Σχήµα 5-8. Αποθηκευµένος όγκος µέσα σε δεξαµενή σπιτιών οικισµού χαµηλής δόµησης µε ανακύκλωση βρόχινου νερού. 6 Συµπεράσµατα Το UWOT είναι ένα πρόγραµµα προσοµοίωσης αστικού δικτύου υδάτων που βασίζεται στην καινοτόµα ιδέα της µοντελοποίησης των σηµάτων ζήτησης αντί των ροών. Αυτό έχει σαν αποτέλεσµα την ταυτόχρονη προσοµοίωση της γέννησης της ζήτησης και του τρόπου κάλυψης αυτής από το ίδιο µοντέλο. Το UWOT παρέχει γραφικό περιβάλλον σχεδιασµού δικτύων και επιτρέπει τη µοντελοποίηση δικτύου οποιασδήποτε µορφής. Το UWOT έχει υλοποιηθεί ακολουθώντας αρθρωτή δόµηση µε το γραφικό περιβάλλον να είναι τελείως ανεξάρτητο από τη µηχανή επίλυσης. Αυτό πρώτον δίνει το πλεονέκτηµα της µεγάλης ταχύτητας εκτέλεσης (η µηχανή έχει αναπτυχθεί στη γλώσσα C, η οποία παράγει πολύ γρήγορο κώδικα, ενώ το γραφικό περιβάλλον σε Python, η οποία είναι γλώσσα υψηλού επιπέδου) και δεύτερον διευκολύνει τη σύνδεση του UWOT µε άλλα υπολογιστικά πακέτα όπως για παράδειγµα το Matlab (αποτελεί µια ενδεδειγµένη επιλογή για την ανάπτυξη των µοντέλων που υπάγονται σε άλλες δράσεις όπως η µεθοδολογία βελτιστοποίησης µε τη χρήση πολυκριτηριακών γενετικών αλγορίθµων της ράσης 3.4 και τα µοντέλα προσοµοίωσης αστικής ανάπτυξη της ράσης 5.2). Τέλος, από τις πρώτες εφαρµογές του UWOT διαπιστώθηκε ότι οι ανάγκες για ύδρευση/αποχέτευση ενός οικισµού εξαρτώνται από διάφορα χαρακτηριστικά και ιδιότητες που εντάσσονται σε δύο κατηγορίες. Η µία κατηγορία αφορά στα πολεοδοµικά χαρακτηριστικά και η άλλη κατηγορία στις τεχνολογίες που ενσωµατώνει το δίκτυο. Τα αποτελέσµατα των προσοµοιώσεων υποδεικνύουν ότι η επιρροή της δεύτερης κατηγορίας είναι σηµαντική (η επιρροή της πρώτης κατηγορίας είναι πιο σηµαντική αλλά τα χαρακτηριστικά της δεν επιδέχονται εύκολα τροποποίηση) το οποίο σηµαίνει ότι µε την ενσωµάτωση κατάλληλων τεχνολογιών είναι δυνατόν να ελαττωθούν τα µειονεκτήµατα της έντονης οικιστικής ανάπτυξης όσον αφορά στην αυξηµένη πίεση που δέχεται το δίκτυο αστικών υδάτων. Παραδοτέο Σελίδα 14

20 Παραδοτέο Σελίδα 15

21 Βιβλιογραφία Πηγές Golden, J., Brazel, A., and Salmond, J. (2006). Εnergy and water sustainability: the role of urban climate change from metropolitan infrastructure, Journal οf Green Building, vol. 1, pp Mitchell, V., Cleugh, H., and Grimmond, C. (2008). Linking urban water balance and energy balance models to analyse urban design options, Hydrological Processes, vol. 22, pp Mitchell, V., Mein, R., & Mcmahon, T. (2001). Modelling the urban water cycle. Environmental Modelling and Software, 16(7) OpenMI (2007). OpenMI document series. Available at Speers, A., & Mitchell, G. (2000). Integrated Urban Water Cycle. Industrial Research, 2000, UWOT_Video (2014a), available online at UWOT_Video (2014b), available online at WELS (2013). Water Efficiency Labelling Scheme of PUB, Singapore s national water agency, available online at Παραδοτέο Σελίδα 16