Základní sledované veličiny

Objemy vod

Objemy vod tvoří základní informační hodnotu celého systému. Je tomu tak ze dvou důvodů: jednak je voda sama o sobě veličinou, jednak se přes její objem přepočítává z hodnot koncentrace hodnota množství znečištění určitou látkou. V tomto odstavci je rozebrána problematika zjišťování hodnot objemů v jednotlivých částech subsystému. Vždy půjde o hodnoty objemů, které prošly nějakým prvkem subsystému za nějaké období (den, měsíc, rok ...).

Jedním z pohledů na tento problém může být pohled vodohospodáře určitého podniku. Pro něj jsou důležité informace o přívodu vody do podniku, vypouštění vody mimo podnik a posléze ostatní vnitřní pohyb vody:

Ideálním stavem pro sledování objemů je umístění měřidla minimálně na vstupu a výstupu každé jednotlivé transportní cesty v subsystému. Z ekonomických a velmi často i z technických důvodů to však není možné. Hodnota se proto zjišťuje jinými metodami.

Popisovaný informační systém pracuje s hodnotami objemů a nezjišťuje, jakými metodami byly získány. Uvažuje však, že podmínky při získávání hodnot objemů jsou velmi variabilní a umožňuje proto zadat předpokládané ztráty v transportních cestách jednak konstantně, jednak proměnlivě při zadání objemu v určitém období.

Doposud popisované zjišťování objemů se vztahovalo k objemům, které prošly transportními cestami. V rámci podniku je však podstatným aspektem také to, jak se choval celkový objem vod přijatých v nějakém místě použití vody (např. v provoze, v úpravně vody apod.). Reálně nepřichází v úvahu navýšení objemu vod (součet objemů vystupujících vod je větší než součet objemů vod vystupujících). Proto jsou z hlediska spolehlivosti zajímavá místa, kde dochází k úbytku množství vod. Z nich pak ta místa, kde je úbytek obtížně měřitelný nebo vůbec neměřitelný.

V podmínkách důlních podniků jde především o vsak do materiálu (horniny). Teoretická možnost zjištění hmotnosti materiálu před i po použití je skutečně jen v teoretické rovině.  Úbytek objemu vod se zde zadává empiricky zjištěným procentem pro ten který druh materiálu. Chyba odhadu zde činí do deseti procent. Dalším případem je použití v důlních provozech. Zde použitá voda částečně vsákne do materiálu, který je (částečně, ale ne zcela) vytěžen, částečně odteče a je spolu s průsakovými vodami vyčerpána na povrch a tvoří část vod označovaných jako důlní vody. Poměr mezi těmito vodami je zcela neodhadnutelný. Proto důlní podniky považují vodu dodanou do podzemních provozů za použitou se 100% ztrát a naopak podzemí jako zdroj důlních vod (tj. uzel nemající předchůdce).

Koncentrace znečišťujících látek

Zákony o ochraně vod stanovují pro znečišťující látky dva limity: Jeden je přímo maximální povolená koncentrace látky (v kterémkoliv okamžiku), druhý limit je maximální množství látky za časovou jednotku (nejčastěji rok). Protože množství látek je dáno součinem koncentrace a objemu, je důležitost stanovení koncentrace zřejmá.

Na rozdíl od měření objemů (kde instalace měřidel jde často do milionových nákladů) je stanovení koncentrací v souhrnných nákladech podniků relativně malou položkou. Lze je proto jurisdikcí stanovit taxativněji než objemy. Zákony resp. prováděcí předpisy proto obsahují (nebo odkazují na) metodiky týkající se způsobu stanovení jednotlivých sledovaných znečišťujících látek.

Tato práce se nezabývá chemismem vod, a proto se dále hydrochemickými rozbory nezabývá. Protože však buduje informační systém, zabývá se částečně metodikou odběru jednotlivých vzorků a především jejich lokalizací ([33]).

Ve vodohospodářském subsystému jsou stanoveny lokality, ve kterých se vzorky odebírají. Pro model vodohospodářského subsystému opírající se o teorii grafů je důležité, kde vzhledem ke grafu se lokality nacházejí. Principálně to může být v uzlech a na hranách.

Z uvedeného plyne, že není-li přímo na některé hraně lokalita odběru vzorků, je možné určit chemismy složení vod na základě informací z počátečního uzlu hrany.

Množství znečišťujících látek

Jak bylo řečeno v úvodu předchozího odstavce, zjišťují se množství znečišťujících látek výpočtem z objemu a koncentrace. To tedy znamená, že pro zjištění objemu dané látky prošlé hranou za nějaký časový interval musí být znám objem za tento časový interval a rovněž koncentrace. Problematiku zjišťování objemů diskutuje předchozí kapitola, nyní tedy k problematice koncentrací.

Rovněž koncentrace musí být známa za stejný časový interval. Pro přesné určení množství látky to však nestačí. Označíme-li O(dt) objem v lokalitě odběru vzorku za časový interval <t,t+dt>, k(t) koncentraci sledované látky v lokalitě odběru v okamžiku t, pak v časovém intervalu <t1,t2> je celkové množství látky M(t1,t2) transportované lokalitou odběru vzorku

což je evidentně reálně nezjistitelné. Jak a čím aproximovat uvedenou funkci - to jistě může být zajímavé logicko-matematické cvičení nebo téma samostatné vědecké práce. Pro účely této práce je podstatné, že výpočet musí být pro vodohospodáře podniků reálně proveditelný. Takto to pojímá i řada zákonných úprav, zvláště zákon 58/98 Sb. a jeho prováděcí vyhláška 47/99 Sb. Ta určuje způsob výpočtu ročních množství (menšími časovými úseky se nezabývá) MR na základě celkového ročního objemu OR a průměrné roční koncentrace KR takto:

MR = OR . KR

(až na koeficient přepočtu jednotek). K problematice ročních objemů opět viz odstavec shora. Nyní ke koncentraci KR.

Nechť K = {k1, k2, ..., kn} jsou všechny koncentrace zjištěné za kalendářní rok. Nechť n<24. Pak KR je zcela běžný aritmetický průměr,

KR = S ki / n

Nechť nyní je n>23. V tom případě se z množiny K vyloučí okrajové hodnoty a hodnotou KR je aritmetický průměr zbylých hodnot. Postup včetně kriteria pro okrajové hodnoty je následující:

Aritmetický průměr KV všech hodnot je KV = S ki / n. Označme směrodatnou odchylku všech hodnot z K obvyklým symbolem sn. Vytvořme množinu {m1, m2, ..., mp}=M Í K takovou, že všechna mi jsou právě ta kj, pro která platí

kj Î <KV-2sn, KV+2sn>

Okrajové hodnoty jsou tedy vně intervalu vymezeného dvojnásobkem směrodatné odchylky na obě strany od aritmetického průměru všech původních hodnot. Je evidentně p Ł n. Pak

KR = S mj / p

 a tato hodnota je průměrnou roční koncentrací pro výpočet množství znečišťující látky.

Poznámka: Zcela korektně by bylo možno tento postup aplikovat pouze po ověření normality rozdělení hodnot koncentrací na každý soubor dat. Protože však postup stanoví dikce zákonné vyhlášky, musí jej informační systém beze změny použít. Viz také [22] nebo [32].