马克吐温曾经说过：“威士忌是用来喝的，水是用来争的!” 但是，在城市供水方面，如果合作比单打独斗能带来更多好处呢?

对北卡罗来纳三角研究区供水的一项新研究发现，供水公司之间的协议可以帮助降低风险。

该研究在德克萨斯高级计算中心的 Stampede2 系统上使用了超级计算机分配，该系统由国家科学基金会资助的极限科学与工程发现环境 (XSEDE) 授予。

研究结果可推广到供水者在面临供需挑战和经济基础设施改善融资方面的用户之间分配区域水资源的任何地方。

“与更传统的独立规划和管理相比，我们发现公用事业之间的合作可能有益于他们的供水和财务需求，”北卡罗来纳大学教堂山分校的博士后研究员 David Gorelick 说。Gorelick 就职于 Gillings 全球公共卫生学院环境科学与工程系环境系统金融风险中心。

该研究于 2022 年 3 月发表在地球物理联盟的期刊Water Resources Research上。

作者从他们与北卡罗来纳州的区域公用事业公司共同开发的计算模型开始。

“他们的参与给了我们很大的信心，我们的结果将至少被用来告知他们的行为，并帮助避免在做出涉及水基础设施等大型、长期、数亿美元的财务决策时出现一些更严重的陷阱。作为新的水库或废水处理厂，”Gorelick 说。

该模型准确地模拟了他们在 2060 年之前的风险管理和长期基础设施规划决策。

“如果没有 XSEDE 超级计算资源，这项工作是不可能完成的，”该研究的合著者、博士 David Gold 说。康奈尔大学土木与环境工程系的候选人。

Gold 及其同事评估了北卡罗来纳研究三角区(以教堂山、达勒姆和罗利为界)的约 200 万居民的供水系统，到 2060 年将覆盖数百万个未来的州。这使得发现的水管理策略能够有效应对广泛的未来条件。

“没有超级计算能力，我们在供水系统如何应对不同类型的不确定性方面是盲目的，无论是人口增长还是气候变化，”戈尔德说。

“能够使用 Stampede2 对我们来说意义重大，”Gold 补充道。“如果我们要尝试在我们的桌面上运行这些模拟，我们将花费 15 年以上的时间来完成我们使用 Stampede2 在短短几个小时内运行的所有模拟。”

因此，使用 WaterPaths 随机模拟软件(一种公用事业规划和管理工具)开发了该地区的公用事业规模计算模型。失败风险是根据水文气候条件、人类需求和将每周投资组合管理与长期年度基础设施投资相结合的管理决策而变化的水库容量动态演变而来的。

公用事业间协议的一些风险包括面临不对称的合作伙伴增长或协议结构本身缺乏灵活性以应对供需的起伏。

有趣的是，作者假设更灵活的协议可能会通过允许合作伙伴适应不断变化的条件而使他们受益更多。

“事实上，我们发现公用事业公司在这些情况下经历了更多的财务风险，”Gorelick 说。研究发现，由于协议不太灵活，公用事业公司只能减轻自己的风险。但是，当协议可以随着时间的推移而更新时，每个公用事业公司都更容易受到合作伙伴的风险和不确定性的影响。

“我们发现合作是一件好事。但是合作的类型和方式对于水务公司来说非常重要，因此我们所有人为获得水费而支付的水费，”Gorelick 说。

本文研究的协议的一个简单示例是固定分配协议，例如新水库或废水处理厂的协议。由于的市政当局和地方政府可以制定地方间协议，公用事业公司可以合作，并在一开始就在共享项目中分配固定的存储或处理能力。

例如，如果一个公用事业公司支付该工厂 20% 的开发费用，他们就可以使用 20% 的产能。

“为什么这些协议很重要，为什么我们想在这项研究中至少测试一些协议是因为这些协议很普遍，而且各地都可以定制，”Gorelick 说。

到目前为止，很少有研究工作来评估它们在公用事业供应和金融对象方面的表现。

Gold 说：“今天，我们的供水系统面临比以往更大的挑战。但是，我们还拥有以前从未有过的超级计算机工具。通过使用 XSEDE 提供的资源，我们能够平衡竞争环境。当我们考虑来自人口增长和气候变化的挑战和不确定性时，这些计算机资源使我们能够洞察这些变化的潜在影响，并支持制定可持续的管理战略，以保持我们的供水可靠未来几年。”