Quando se pretende criar ou expandir um sistema, a previsão de demanda é fundamental. De uma forma geral, a previsão é uma afirmação sobre o futuro. Entretanto, ao contrário da “predição” a previsão é condicional sobre o que é esperado para acontecer, caso uma série de hipóteses admitidas venham a se tornar válidas. Portanto, a previsão pode ser entendida como uma projeção ou extrapolação das tendências do passado (BOLAND, 1985).
A previsão de demanda pode ser classificada de várias formas, de acordo com diversos critérios. Quanto à variável prevista, a previsão pode ser classificada como previsão hidrológica, previsão de carga elétrica, previsão de consumos de água e outros. Dependendo da variável prevista, as técnicas utilizadas podem sofrer variações em função das características de cada processo. Quanto ao horizonte de previsão, pode-se classificar a previsão como de longo prazo ou curto prazo. A previsão do longo prazo está associada à definição de parâmetros para planejamento ou projetos de novos sistemas. A previsão de curto prazo está associada aos estudos de efeitos de medidas de racionamento ou a operação em tempo real.
No caso de previsão de longo prazo, necessária para fins de projeto, procura-se geralmente, prever três valores básicos, a demanda média de um dia de consumo médio, a demanda média de um dia de consumo máximo e o pico de consumo de um dia de consumo máximo. Na previsão de curto prazo, procura-se definir o padrão de consumo, isto é, a distribuição dos consumos ao longo do tempo.
A previsão de consumos pode estar ligada a um consumo agregado, como o de uma região, ou de uma cidade ou de um setor abastecido por uma fonte definida ou a consumos individuais, onde se analisam os perfis associados a ligações domésticas, comerciais, industriais, etc.
Os principais fatores associados à definição do consumo são o nível sócio econômico dos consumidores, os tipos de residências, o tipo de usos do solo, as características das instalações hidráulicas individuais, o método de medida de consumo, o preço da água e as condições climáticas, especialmente a temperatura.
A operação em tempo real de um sistema de abastecimento de água requer informações atualizadas em diversos pontos da rede de distribuição, visando à decisão sobre as manobras a serem mantidas (ex. boosters). O planejamento da operação destes elementos tem como referência a necessidade de atendimento a custo mínimo e com garantia de um padrão mínimo de confiabilidade. Tipicamente, o plano de operação é preparado para um período de 24 horas adiante. Existem diversas razões para a escolha deste horizonte, que são: as demandas apresentarem um pronunciado ciclo diário; a tarifa de energia elétrica, determinante direto dos custos de operação, também apresenta diferenciação horária em muitos sistemas (hora-sazonal); existe sempre uma certa hora do dia em que o estado do sistema (ex. nível dos reservatórios) pode ser estabelecido como meta desejável (ex. reservatório cheio às 6:00 horas), facilitando o planejamento da operação uma vez que tal nível funciona como uma condição de contorno na modelagem.
Embora o horizonte de planejamento usual seja o de 24 horas, pode ser necessário em alguns casos considerar o ciclo semanal diante do maior volume dos reservatórios, com capacidade de regularização semanal.
Os modelos de previsão de demanda de curto prazo tem sido utilizados basicamente para estudos de racionamento em períodos críticos de atendimento e para a operação em tempo real de sistemas de abastecimento de água, gás e eletricidade.
A previsão de demanda de curto prazo foi inicialmente utilizada na área de eletricidade. DRYAR (1944) e SCHILLER (1945) estudaram a influência das condições meteorológicas e da iluminação do dia sobre a carga dos sistemas elétricos.
DAVIES (1945) fez um trabalho muito interessante, buscando a correlação entre a carga elétrica demandada por um sistema e as condições climáticas. Dos fatores meteorológicos,
Davies enfoca cinco como sendo os mais importantes: temperatura e velocidade do vento, como elementos controladores da demanda de calor e nebulosidade, visibilidade e precipitação como determinantes da demanda de iluminação. Inicialmente, Davies tomou os dados de um ano de observações e efetuou uma regressão linear múltipla com três fatores meteorológicos, definidos como temperatura efetiva, poder de resfriamento do vento e índice de iluminação diária. Para eliminar as tendências sazonais e de longo prazo, bem como o efeito do dia da semana, foi ajustado aos dados de consumos, um polinômio de 6o grau e uma correlação do dia da semana. As diferenças entre os consumos reais e os valores ajustados por polinômio foram correlacionados com os fatores meteorológicos já descritos. Para um refinamento da análise, Davies efetuou correlações gráficas não lineares entre os consumos de energia e os fatores meteorológicos, para avaliar os desvios em relação à hipótese de linearidade admitida.
PERRY (1981) desenvolveu dois modelos alternativos de previsão para serem utilizados em associação a um modelo otimizador da operação de elevatórias da empresa East Worcesershire Waterworks (Inglaterra).
O uso da previsão de demanda de consumo de água em curto prazo tem merecido atenção freqüente, face à necessidade de economizar energia, através de uma operação otimizada das elevatórias do sistema.
Os consumos são tratados, no primeiro, como uma série temporal composta por uma componente periódica e uma componente residual.
Considerando a componente periódica com um período de 24 horas, pode ser modelada como uma série de Fourier, onde no instante k, seu valor é dado por:
yp k ap ap k bp k i np ( )= + ( .sen + .cos ) =