Vodohospodářský subsystém důlních podniků jako graf

Informační systém popisovaný v této práci poskytuje především informace o tom, jak ta která část vodohospodářského subsystému splňuje kritéria daná základními zákony a vyhláškami oblasti hospodaření s vodou. Všechny následně uváděné zákony se rozumí ve znění případných pozdějších zákonných změn a doplňků, není-li uvedeno jinak.

Poznámka: Situace v povodí Odry je zvláště významná, protože jak řeka Odra sama, tak zvláště řeka Olše tvoří podstatnou část hranice mezi Českou republikou a Polskem. Je proto nutno respektovat nejen vlastní zákony, ale rovněž mezivládní dohody a další nadnárodní skutečnosti.

Vztah k vodám obecně a povrchovým vodám zvlášť upravuje řada zákonů a vyhlášek. V popisované oblasti to jsou především zákony o znečišťování vod. Zvláště po roce 1990 byla přijata řada zákonů, které jednak zpřísňují dosavadní podmínky, jednak přibližují legislativu legislativě okolních zemí.

Jde především o zákon 138/73 Sb. o vodách ("Vodní zákon" - [29]), zvl. §§ 22, 23, 8 a 5. Dále o zákon 388/91 Sb. ([30]) ve znění zákona 334/92 Sb. o ochraně zemědělského půdního fondu, nařízení vlády 185/96 Sb. o ukazatelích přípustného znečištění vod, zákon 23/92 Sb. o státní správě ve vodním hospodářství, zákon 505/90 o metrologii. Pro informační systém však mají důležitost nejvyšší jednak zákon 58/98 Sb. o poplatcích za vypouštění odpadních vod do vod povrchových ([31]) a z něj odkazovaná Vyhláška Ministerstva životního prostředí 47/99 Sb.([28]), kterou se zákon 58/98 provádí.

Zákon "O poplatcích za vypouštění odpadních vod do vod povrchových" schválil parlament ČR dne 4.3.1998. Zákon byl uveřejněn ve Sbírce zákonů, částka 25, počínaje str. 4802, pod číslem 58. Zákon nabývá účinnosti dne 1.7.1998 s výjimkou vyjmenovaných paragrafů, které nabývají účinnosti dnem 1.1.1999. Tento zákon bezprostředně souvisí se zákony a vyhláškami:

Zákon 58/98 stanovuje pro vodní hospodářství znečišťovatelů některé nové skutečnosti oproti zákonům existujícím a naopak některé skutečnosti stanovené dřívějšími zákony a vyhláškami ruší. Zásadní změny je možno (zjednodušeně) postihnout následovně:

Podle §1 zákona 58/1998 Sb. je znečišťovatelem především každý jednotlivý samostatný podnik. Ten platí podle §2 odst. (2) za vypouštěné množství znečištění do povrchových vod. U každé výpusti proto musí znečišťovatel sledovat množství a kvalitu.

Podle §2 odst. (4) však může od celkového vypouštěného množství znečištění odečíst množství znečištění v jím odebrané vodě. Je proto v zájmu každého znečišťovatele sledovat také vody odebírané. Znečišťovatel tedy může sledovat množství a kvalitu vod přijímaných, a to i pro své další vlastní účely, např. kontrolu fakturace apod. O kvalitě a kvantitě vod odebíraných (odečítá-li je) i vypouštěných musí vést znečišťovatel předepsané provozní evidence.

Protože přílohy 1 a 2 zákona 58/98 explicitně vyjmenovávají látky podléhající zpoplatnění, musí znečišťovatel sledovat chemickými analýzami předepsaných devět prvků a sloučenin v předepsaných termínech. Pro své další účely může sledovat další prvky a sloučeniny odběry v libovolných termínech. O povinných analýzách musí vést předepsanou provozní evidenci.

Model vodohospodářského subsystému podniku

Z aspektu výše uvedeného je tedy bází dalších diskusí následující situace, jak vyplývá z §2 odst. (2) a (4) zákona 58/1998 Sb.:

Obecně lze vyjádřit minimální schéma vodohospodářského subsystému využívaného znečišťovatelem jako právním subjektem vyžadované zákonem 58/1998 Sb. takto:

Předchozí schéma je běžně používané v teorii grafů (viz kapitola výše). Je pojato vzhledem k jedinému znečišťovateli. V praxi je však situace složitější. Jednotliví znečišťovatelé ze sousedících nebo blízkých lokalit - z důvodu značných nákladů -soustřeďují investice do svých vodohospodářských subsystémů a mnohé komponenty sdílí nebo za úplatu používají. Jde zvláště o čistírny odpadních vod a úpravny vod. Proto na obrázku shora může být každý z dodavatelů substituován stejným schématem pro znečišťovatele; obdobně pro cíle vypouštění. Navíc cíl vypouštění může být organizačně totožný s dodavatelem. Celé vodní hospodářství - zvláště jeho topologie - je proto vhodné považovat za jednu z aplikací teorie grafů.

V současném počítačovém prostředí existuje řada obecných softwarových produktů pro zpracování dat. Žádný z nich však nepodporuje přímo grafové datové struktury. Zvláště relační databázové systémy dnes poskytují takový výkon, že se nabízí jako realizační prostředí - už z toho důvodu, že mají propracovaný mechanismus (kontrolovatelných) vstupů a aparát pro nejrůznější typy informačních výstupů.

Zásadním problémem je však vhodný model databází reprezentujících jednotlivé komponenty modelu grafového. Jedno z možných řešení nabízí tato práce v následujících kapitolách.

Uzly, hrany

Uvažujme nejprve modelový příklad daný následujícím obrázkem (jde o schéma z obrázku předchozího doplněné o "vnitropodniková" místa použití vody):

Toto schéma zcela odpovídá definici orientovaného grafu podané shora. Množinou V vrcholů je množina všech míst, která jsou zdrojem vody, cílem vypouštění, místem použití vody nebo technologickým bodem, ve kterém se spojují nebo odbočují větve transportních cest. Množinou E hran je množina všech větví (segmentů) transportních cest. Zobrazením incidence F je takové zobrazení, které každé hraně (=segmentu transportní cesty) přiřadí uspořádanou dvojici vrcholů: místo, ze kterého do hrany voda vtéká (ve kterém segment začíná) a místo, ze kterého z hrany voda vytéká (ve kterém segment končí).

Označení: Od tohoto místa bude důsledně použito označení uzly vodohospodářské sítě nebo jen uzly pro vrcholy grafu, trasy vodohospodářské sítě nebo také jen trasy pro hrany grafu.

Dále: zobrazení incidence F: E ® V x V je ze všech možných způsobů nejpraktičtější vyjádřit pomocí tabulky:

Tato tabulka je však relační databází (viz výše): její řádky jakožto uspořádané trojice jsou prvky množiny E x V x V, všechny řádky jsou tedy podmnožinou uvedené množiny.

Diskutujme nyní vhodnou reprezentaci jak tras, tak uzlů z hlediska zpracování v počítačovém prostředí (tedy vhodné jednoznačné přiřazení jednotlivých tras a uzlů hodnotám zpracovatelným v počítačovém prostředí).

Databázových systémů je v řadě operačních systémů celá řada. Různé databázové systémy dovolují zpracovávat objekty různých typů. Zcela bez výjimky však dovedou všechny databázové systémy zpracovat typy

Je proto vhodné volit pro reprezentaci tras a uzlů buď číselné nebo znakové typy hodnot (nevhodnost datumových a logických je evidentní). Uvažujme nejprve číselné hodnoty. Je zřejmé, že nic nebrání použití číselných hodnot; např. nejprostším jednoznačným přiřazením tras a uzlů je jejich "očíslování". Stejně zřejmé však je, že se tyto hodnoty nikdy nebudou používat v číselných výrazech (např. nikdy se nebude počítat sinus z číselné reprezentace uzlu). V tomto smyslu jsou však obecnějším typem hodnoty znakové hodnoty, protože znakové řetězce mohou obsahovat pouze cifry (např. '1234') - ale navíc i další znaky (např. '12P4').

Reprezentace uzlů vodohospodářské sítě

Zvolme ve shodě s předchozím odstavcem reprezentaci uzlů znakovými řetězci.

Poznámka k VS důlních podniků Severní Moravy: Již v době sálových počítačů byly pro tehdejší OKD evidenčním způsobem zpracovávány údaje o množství vody, které podnik odebral, vypustil a (jak) použil. Do toho systému zadávali vodohospodáři data pomocí direktivně stanoveného kódování, které vycházelo z možností děrnoštítkových systémů, bylo tvořeno čtyřmi ciframi se stanoveným významem na dané pozici a směšovalo trasy i uzly (resp. vůbec nebralo v úvahu vodohospodářskou síť jako takovou). Rovněž jednotlivým podnikům byl přidělen dvouciferný kód - viz tab. 4.1

Protože vodohospodáři důlních podniků jsou na toto kódování zvyklí, nezdálo se vhodné způsob označování měnit. Proto je i v popisovaném systému použita čtyřznaková reprezentace uzlů, tvořená doposud pouze ciframi - navíc tak, že místa označovaná dříve ABCD jsou i nyní označena 'ABCD'. Protože však označení mělo vypovídací schopnost, nutně se stejný kód vyskytoval ve dvou různých podnicích, pokud byl použit ve stejném významu. Pro jednoznačnou identifikaci je proto použita uspořádaná dvojice tvořená dvouznakovým řetězcem ve smyslu kódu podniku (i zde je zachováno původní kódování) a čtyřznakovým řetězcem ve smyslu kódu místa, nyní ovšem bez jakékoliv vypovídací schopnosti.

Reprezentací uzlu vodohospodářské sítě, kterým je zdroj podzemní vody v podniku 14 - viz obr. 6.3 - je dvojice '14','0197'. Z důvodu čitelnějšího zápisu je nadále používáno zápisu 14-0197.

Samotná množina uzlů pak může být reprezentována v počítačovém prostředí relační databází UZLY tvaru např.

Kód podniku	Kód místa
14	0197
14	5161
...	...

Reprezentace tras vodohospodářské sítě

Z definice zobrazení incidence a s ohledem na řešenou problematiku (viz také tabulka 6.1) plyne:

Důsledkem je, že jednou z možných reprezentací tras je uspořádaná dvojice reprezentující zdrojový a cílový uzel trasy (v tomto pořadí). Protože reprezentace uzlu je uspořádaná dvojice znakových řetězců, je pro reprezentaci tras zvolena uspořádaná čtveřice znakových řetězců takových, že první dva prvky čtveřice jsou reprezentací zdrojového uzlu trasy a druhé dva prvky čtveřice jsou reprezentací cílového uzlu této trasy.

Příklad: Reprezentací trasy vodohospodářské sítě, kterou proudí voda ze zdroje podzemní vody v podniku 14 do řeky Ostravice - viz obr. 6.3 - je čtveřice '14','0197','92','0193'. Z důvodu čitelnějšího zápisu je nadále používáno zápisu 14-0197 ® 92-0193.

Zápis reprezentace trasy uvedený v předchozím příkladu má zcela jasný význam: jde o trasu, kterou proudí voda z podniku 14, z jeho místa 0197, do podniku 92, do jeho místa 0193.

Samotná množina tras pak může být reprezentována v počítačovém prostředí relační databází TRASY tvaru např.

Kód podniku zdroje	Kód místa zdroje	Kód podniku cíle	Kód místa cíle
14	0197	92	0193
91	1401	14	1171
...	...	...	...

Reprezentace zobrazení incidence

Výše popsaná reprezentace uzlů a hran grafu v počítačovém prostředí má výhodu v tom, že v sobě přímo obsahuje reprezentaci třetího definičního prvku grafu - zobrazení incidence. Tou je relační databáze TRASY. Hranou grafu jakožto vzorem ve zobrazení je jeden řádek databáze, uspořádanou dvojicí uzlů jakožto obrazem je první resp. druhá dvojice hodnot polí daného řádku databáze. Nutnou a postačující podmínkou je, aby každý uzel z databáze TRASY byl obsažen v databázi UZLY.