Hidrológiai Közlöny 1996 (76. évfolyam)

6. szám - Gilyénné Hofer Alice: Nagy tavak együttműködő tározó-rendszerének szimulációs modellezése

328 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 1996. 76. ÉVI". 3. SZ.. alkalmazása problematikussá, sőt gyakran lehetetlenné válik az alábbi okok valamelyike miatt (Schultz, 1974): a) Annak érdekében, hogy a komplex feladatot az analitikus eljárásokkal kezelhetővé tegyük, gyakran olyan nagy mértékű egyszerűsítésekre kényszerülünk, hogy a kapott megoldás már nem tekinthető többe az eredetileg kitűzött feladat megoldásának. b) A bonyolult feladathoz való igazodás következtében az analitikus modell olyan bonyolulttá válik, hogy megoldhatatlan matematikai, programozás-technikai, vagy számítástechnikai nehézségeket okoz. Ezen okok miatt gyakran megkerülik az analitikus eljárásokat. Helyettük a kitűzött tározó-feladat megoldására az ún. "szimuláció" módszerét használják. A szimuláció egyik meghatározása: Olyan eljárás, amely a rendszer lényegét reprodukálja anélkül, hogy magát a rendszert reprodukálná (Hall, Dracup 1970). Burás meghatározása is hasonló: A szimuláció olyan folyamat, amely egy rendszer vagy egy tevékenység lényegét reprodukálja anélkül, hogy ő maga valósággá válnék (Burás 1972). A szimulációt alkalmazó számos tudományterület különböző definíciói közül még egyet idézünk, amely az operációkutatásból származik: A fizikában és a műszaki tudományokban szimuláción egy hatás, egy folyamat utánzását, vagy akár a való világ valamilyen rendszerének modellel való leképezését értjük (Koxholt 1967). összefoglalóan azt mondhatjuk, hogy3 szimuláció a való világ rendszereinek s az ezekben lejátszódó folyamatoknak modell segítségével történő, valósághű utánzása (Schultz, 1974). A számunkra érdekes feladatok szempontjából lényegében három modellfajta kerülhet szóba: 1.) fizikai modellek 2.) elektromos analóg modellek 3.) digitális matematikai modellek. Ezek közül a digitális matematikai modelleknek van jelentős szerepe a hidrológiában és a vízgazdálkodásban, s ez a jelentőségük alighanem még fokozódni fog. Ennek oka részben az a lehetőség, hogy a nagy adattömegeken alapuló, és nagy matematikai munkát igénylő numerikus feladatok a korszerű számítógépek segítségével gyorsan és olcsón megoldhatók; részben viszont olyan eljárások létezése, amelyek a rendelkezésre álló észlelési adatok hasznosságát mesterséges adatok Monte-Carlomódszerekkel való generálása révén (Askew ct al. 1971) lényegesen növelhetik. Mivel a számítógépeknek a szimuláció szempontjából kimagasló jelentőségük van, gyakran számítógépes szimulációról is beszélnek. A számítógépes szimulációs modelleket Martin (1968) a következőképpen határozza meg: Valamilyen koncepció, rendszer vagy tevékenység nagy teljesítményű elektronikus számítógépre programozott matematikai-logikai leképezése. Az analitikus optimálási eljárásoktól eltérően, amelyek kezdetben ismeretlen rendszer-paramétereket határoznak meg, ill. optimálnak, a szimulációt csak olyan rendszerekre lehet alkalmazni, amelyek működési módja és paraméterei ismertek, akár már létező, akár tervezett rendszerekről van is szó. A tervezési feladatok megoldásához tehát először is matematikailag meg kell adnunk a rendszer-függvényeket (fel kell építenünk a modellt) és rögzítenünk kell a rendszer-paraméterek számszerű értékeit. Csak a rendszer-szimuláció eredményének (gyakran valószínűség-elméleti) elemzése teszi lehetővé, hogy kialakítsuk a rendszer, ill. a rendszer-paraméterek kedvezőbb koncepcióját. Ezzel az iterációs eljárással lépésről-lépésre haladunk egy jó - kedvező esetben optimális - rendszerterv felé. A szimulációs eljárások alkalmazása általában három lépésre tagozódik: 1.) A probléma és a rendszer elemzése. 2.) A szimulációs modell koncepciójának kialakítása. 3.) A megoldási folyamat. 1.) A probléma és a rendszer elemzése: A gyakorlat által fölvetett, szimulációval megoldandó problémák a (vízgazdálkodási) rendszerekben lejátszódó (vízgazdálkodási) folyamatokat tartalmaznak. Minthogy általában lehetetlen a rendszert és a folyamatot a valósághoz teljesen hűen szimulálni, először is meg kell állapítanunk, hogy a rendszer mely elemei (és paraméterei), valamint a folyamat mely elemei lényegesek és melyek elhanyagolhatók a kitűzött cél szempontjából. 2.) A szimulációs modell koncepciójának kialakítása : A szimuláció eredményei megkívánt pontosságának és a bemenő adatok hozzáférhetőségének figyelembe vételével az "ad hoc" szimulációs modellt úgy kell kialakítani, hogy a - számítógépi program alakjában, matematikai függvényekkel kifejezett - modell a rendszert és a folyamatot az 1. pont szerintiek értelmében adekvát módon képezze le. Ezen kívül be kell szerezni és elő kell készíteni a bemenő adatokat. Ehhez gyakran mesterséges adatokat kell előállítani. 3.) A megoldási folyamat: Miután matematikai és programozás-technikai szempontból felépítettük a modellt, értékeket kell tulajdonítanunk az egyes tervezési paramétereknek (pl. tározó-térfogatoknak, a vízeresztő műtárgyaknak, stb.). Ezen kívül az üzemelési paraméterek értékcinek megválasztásával (pl. vízkivétel, öntözővíz-szolgáltatás, stb.) az üzemrendet is rögzítenünk kell. A tulajdonképpeni szimulációs futtatásokra csak ezek után kerülhet sor, mégpedig vagy észlelt, vagy mesterségesen előállított adatok betáplálásával. Bizonyos számú ilyen szimulációs futtatás után a kapott eredmények elemzéséből kitűnik, hogy a rendszer-paraméterek és az üzemrend a kitűzött cél szempontjából kiclégítőek, vagy sem. Ha nem, elvégezzük a szükségesnek látszó módosításokat, és megismételjük a szimulációs futtatásokat. Ezt az eljárást addig kell ismételni, amíg az eredmény nem lesz kielégítő, vagy akár - különleges esetekben - optimális. A szimulációs eljárások kiválóan alkalmasak vízgazdálkodási feladatok megoldására, akár kis vízgazdálkodási rendszerekről - pl. egyetlen egy- vagy többcélú tározó üzeméről - , akár pedig nagyon összetett, különböző célú tározókat, felszín alatti vízkészletet, vízellátást, vízminőségi problémákat, stb. tartalmazó kiteijedt vízgyűjtőkről van szó. Az utóbbi típusú rendszerekre példaként a Lehigh-rcndszcr szimulációja a Delaware-modell (Hufschmidt, Fiering 1966), a Susquehanna-moácW (Hamilton et al. 1969), a Dél-Amerika csendes-óceániai partjain lévő vízrendszerek szimulációja (Lechner 1968)