Een stuwmeer is een natuurlijk of kunstmatig meer dat ontstaat doordat de loop van een rivier wordt onderbroken. Dat kan bijvoorbeeld gebeuren door een sneeuwlawine, ijsvorming of een aardverschuiving (natuurlijk stuwmeer), of door een stuwdam in de rivier te plaatsen die het water tegenhoudt (kunstmatig stuwmeer). Bij natuurlijke stuwmeren ontstaan er na verloop van tijd vaak breuken door de grote ophoping van water. Geologisch onderzoek heeft uitgewezen dat er zich op die manier meerdere gigantische overstromingen hebben voorgedaan sinds de laatste ijstijd. De bouw van een stuwdam heeft meestal als doel om groene energie op te wekken, waarbij het groot verval dat op deze manier ontstaat gebruikt wordt om een waterturbine aan te drijven die een elektrische generator laat draaien. In andere gevallen wordt een stuwmeer aangelegd als regulator en voorraad voor irrigatie of drinkwater.
Opgave
Als geologen een site voor de aanleg van een nieuw stuwmeer onderzoeken, dan maken ze in de eerste plaats een twee-dimensionaal profiel op van de hoogtes en laagtes in het landschap. Op basis hiervan kunnen ze de watercapaciteit van het stuwmeer berekenen. Als de bodem op de site voornamelijk bestaat uit grovere materialen (bijvoorbeeld zand en grind), dan moet ook rekening gehouden worden met de hoeveelheid water die in de bodem zal dringen.
Definieer een klasse Stuwmeer waarmee de watercapaciteit van een stuwmeer kan onderzocht worden op basis van een gegeven twee-dimensionaal profiel van het landschap. De objecten van deze klasse moeten minstens de volgende methoden hebben:
Een initialisatiemethode __init__ waaraan een landschapsprofiel moet doorgegeven worden. Dit profiel bestaat uit een lijst of tuple van natuurlijke getallen. Elk getal geeft de hoogte van het landschap aan op een volgend meetpunt langs het profiel (we veronderstellen dat de meetpunten op gelijke afstand van elkaar liggen).
Een methode __str__ die een stringvoorstelling van het stuwmeer teruggeeft. Deze stringvoorstelling vormt een rechthoekig rooster waarvan elke kolom de hoogte aangeeft op het corresponderende meetpunt langs het landschapsprofiel. De breedte van het rooster is dus gelijk aan het aantal meetpunten langs het profiel. Elke kolom bevat onderaan evenveel hekjes (#) als de hoogte van het landschap op dat meetpunt. Daarboven wordt de kolom opgevuld met spaties. Het aantal regels in de stringvoorstelling (en dus ook het aantal rijen van het rooster) wordt bepaald door de maximale hoogte over alle meetpunten. Indien het stuwmeer wordt opgevuld (zie verder), dan moet een positie binnen het rooster weergegeven worden met een tilde (~) in plaats van een spatie als zich daar water bevindt.
Een methode vullen waarmee het stuwmeer bijgevuld wordt tot zijn maximale watercapaciteit. Hierbij wordt verondersteld dat de bodem van het stuwmeer ondoordringbaar is, maar dat het water langs de randen wel kan weglopen. Een lege positie in de roostervoorstelling van het stuwmeer (voorgesteld door een spatie in de stringvoorstelling) wordt dan opgevuld met water, als die positie zich tussen twee hoogtes (voorgesteld door hekjes in de stringvoorstelling) bevindt die minstens even hoog zijn als de lege positie. De methode moet het aantal lege posities die op deze manier werden opgevuld met water als resultaat teruggeven. Nadat de methode werd aangeroepen, moet de __str__ methode de stringvoorstelling teruggeven van het stuwmeer dat is opgevuld tot zijn maximale watercapaciteit.
Een methode lozen waarmee al het water uit het stuwmeer verwijderd wordt. De methode moet teruggeven hoeveel water er uit het meer verwijderd werd (geteld als het aantal posities in de stringvoorstelling waar de tilde werd vervangen door een spatie). Nadat de methode werd aangeroepen, moet de __str__ methode de stringvoorstelling teruggeven van het stuwmeer dat volledig droog staat.
Een methode infiltreren waarmee nagegaan wordt hoeveel water dat in het meer staat in de grond kan dringen. Hierbij wordt verondersteld dat de onderlaag van de bodem (daar waar het landschap hoogte nul heeft) volkomen doordringbaar is. Alle water die in het meer staat en die rechtstreeks of onrechtstreeks (via water links, rechts of onder) raakt aan de onderlaag van de bodem sijpelt weg. De methode moet teruggeven hoeveel water er op die manier wegsijpelt, geteld als het aantal posities in de roostervoorstelling van het stuwmeer die water bevatten vóór het aanroepen van de methode, en waar het water is weggesijpeld na het aanroepen van de methode. Nadat de methode werd aangeroepen, moet de __str__ methode de posities waar water is weggesijpeld terug aangeven met een spatie in plaats van met een tilde (~).
Voorbeeld
>>> profiel = [4, 3, 2, 2, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 2, 5, 6, 5, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 4, 5, 3, 2, 2]
>>> meer = Stuwmeer(profiel)
>>> print(meer)
#
### #
# ### ##
## ### ######
#### ###############
###### #################
>>> meer.vullen()
63
>>> print(meer)
#
###~~~~~~~#
#~~~~~~~~~~~~~~~###~~~~~~##
##~~~~~~~~~~~~~~###~~~######
####~~~~~~~~~~~###############
######~~~~~~~#################
>>> meer.lozen()
63
>>> print(meer)
#
### #
# ### ##
## ### ######
#### ###############
###### #################
>>> meer.vullen()
63
>>> print(meer)
#
###~~~~~~~#
#~~~~~~~~~~~~~~~###~~~~~~##
##~~~~~~~~~~~~~~###~~~######
####~~~~~~~~~~~###############
######~~~~~~~#################
>>> meer.infiltreren()
47
>>> print(meer)
#
###~~~~~~~#
# ###~~~~~~##
## ###~~~######
#### ###############
###### #################
>>> meer.vullen()
47
>>> print(meer)
#
###~~~~~~~#
#~~~~~~~~~~~~~~~###~~~~~~##
##~~~~~~~~~~~~~~###~~~######
####~~~~~~~~~~~###############
######~~~~~~~#################
>>> meer.lozen()
63
>>> print(meer)
#
### #
# ### ##
## ### ######
#### ###############
###### #################