Agent based modelling of domestic water demand for adaptive urban water management
Authors: Κουτίβα Ιφιγένεια 
Published: September 2021

Αντικείμενο της διδακτορικής διατριβής είναι η δημιουργία μιας νέας μεθόδου προσομοίωσης της συμπεριφοράς της ζήτησης νερού των αστικών νοικοκυριών, χρησιμοποιώντας μοντέλα παραγόντων –ευφυών πρακτόρων (Agent Based Modelling - ΑΒΜ). Μέχρι τώρα, η πιο κοινή προσέγγιση ήταν να συμπεριλαμβάνονται στα εργαλεία διαχείρισης των υδατικών πόρων, χρονοσειρές οικιακής ζήτησης νερού παραγόμενες είτε ακολουθώντας τις ιστορικές τάσεις ή προβάλλοντας μελλοντικές απαιτήσεις.Ωστόσο, σε αυτή την έρευνα, προτείνεται μια εναλλακτική μέθοδος για τη παραγωγή χρονοσειρών οικιακής ζήτησης νερού, προσομοιώνοντας τη συμπεριφορά των νοικοκυριών όπως αυτή διαμορφώνεται από τις κοινωνικές, πολιτικές, οικονομικές και τεχνολογικές συνθήκες.Το βασικό κίνητρο της έρευνας αυτής, ήταν η ανάγκη για τη δημιουργία κανόνων που προσομοιώνουν τη συμπεριφορά των νοικοκυριών. Προς την κατεύθυνση αυτή, αναπτύχθηκε ένα εργαλείο ΑΒΜ, που ονομάζεται Urban Water Agents’ Behaviour (UWAB), το οποίο προσομοιώνει τη συμπεριφορά της ζήτησης νερού ενός νοικοκυριού με βάση: (α) τη θεωρία σύνθετων δικτύων (Albert and Barabasi, 2000)που αντιπροσωπεύει τους κοινωνικούς δεσμούς που δύναται να επηρεάσουν την οικιακή ζήτηση νερού, (β) τη θεωρία της κοινωνικής επιρροής (social impact theory) (Latane, 1981) για την προσομοίωση της επιρροής που ασκούν πολιτικές και άλλοι εξωτερικοί παράγοντες στη συμπεριφορά των οικιακών χρηστών νερού, (γ) τη θεωρία της σχεδιασμένης συμπεριφοράς (theory of plannedbehaviour) (Ajzen, 1991) η οποία εξυπηρετεί την αποδόμηση της συμπεριφοράς του οικιακού χρήστη νερού στα συστατικά της με σκοπό τη μοντελοποίηση της πρόθεσης του και (δ) τη στατιστική μηχανική(Shell, 2014) η οποία χρησιμοποιείται για την προσομοίωση της στοχαστικής φύσης της ανθρώπινης συμπεριφοράς. Η συμπεριφορά της ζήτησης νερού των νοικοκυριών και η επιρροή της από τις πολιτικές διαχείρισης και από τις περιβαλλοντικές πιέσεις προσομοιώνεται στο μοντέλο UWAB. Στη συνέχεια, η συμπεριφορά αυτή μεταφράζεται σε συγκεκριμένο όγκο νερού μέσω της προσομοίωσης των συσκευών κατανάλωσης νερού ενός νοικοκυριού χρησιμοποιώντας το εργαλείο Urban Water Optionneering Tool(UWOT) (Makropoulos et al., 2008). Η υλοποίηση της παραπάνω προτεινόμενης μεθοδολογίας πραγματοποιήθηκε με τη σύνδεση του μοντέλου UWAB με το εργαλείο UWOT, δημιουργώντας την πλατφόρμα μοντελοποίησης UWAB-UWOT. Για την επαλήθευση της προτεινόμενης μεθοδολογίας χρησιμοποιήθηκε το αστικό σύστημα ύδρευσης της Αθήνας, το οποίο και προσομοιώθηκε στην πλατφόρμα UWAB-UWAT. Πιο συγκεκριμένα,μελετήθηκε η εξέλιξη της οικιακής ζήτησης νερού κατά την περίοδο εκτεταμένης ξηρασίας που σημειώθηκε στην Αθήνα, κατά την περίοδο 1988 – 1994. Αρχικά, το μοντέλο βαθμονομήθηκε και επαληθεύτηκε χρησιμοποιώντας μηνιαία δεδομένα οικιακής ζήτησης νερού για την παραπάνω περίοδο.Στη συνέχεια, αναπτύχθηκαν και μελετήθηκαν εναλλακτικές στρατηγικές διαχείρισης της ζήτησης νερού βάσει των εναλλακτικών μελλοντικών σεναρίων ζήτησης. Από τα αποτελέσματα προέκυψε ότι η σύνδεση ενός μοντέλου ABM, για την προσομοίωση της συμπεριφοράς των νοικοκυριών, με ένα μοντέλο προσομοίωσης του αστικού κύκλου νερού, δίνει τη δυνατότητα σύνθεσης υπολογιστικών πειραμάτων με στόχο την αξιολόγηση εναλλακτικών στρατηγικών διαχείρισης της οικιακής ζήτησης νερού από τις ρυθμιστικές αρχές.