FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / Ao longo das Ãltimas trÃs dÃcadas os algoritmos evolucionÃrios vÃm sendo aplicados com sucesso nas mais diversas Ãreas. Dentre as principais vantagens dos algoritmos evolucionÃrios estÃo a facilidade de aplicaÃÃo, a eficiÃncia e a confiabilidade. Na remediaÃÃo de Ãguas subterrÃneas, geralmente, os objetivos sÃo minimizar custos, minimizar a presenÃa do contaminante, maximizar a eficiÃncia do bombeamento, entre outros. Esses objetivos sÃo naturalmente conflitantes e a busca de soluÃÃes Ãtimas, ou quase Ãtimas, faz-se necessÃria. Tendo em vista esse fato, os mÃtodos de otimizaÃÃo evolucionÃria vÃm sendo aplicados e aperfeiÃoados na busca dessas soluÃÃes. à apresentada uma breve descriÃÃo de alguns desses mÃtodos, discutindo-se algumas de suas vantagens e limitaÃÃes. Cinco funÃÃes matemÃticas sÃo utilizadas para avaliar o desempenho dos algoritmos e tambÃm para servir de base para efetuar uma comparaÃÃo entre os mesmos. Para otimizar um sistema âbombear-e-tratarâ na remediaÃÃo de um sÃtio hipotÃtico, sÃo utilizados algoritmos evolucionÃrios multipopulaÃÃo, tratando o problema na sua dimensÃo multiobjetiva. A abordagem multipopulaÃÃo vem sendo empregada como mitigadora de um dos principais inconvenientes da otimizaÃÃo evolucionÃria: o excessivo tempo computacional. O fluxo de Ãguas subterrÃneas à modelado com o MODFLOW (modular finite-difference flow model), enquanto o transporte de contaminante à simulado com o MT3DMS (modular three-dimensional multispecies transport model). SÃo propostos dois algoritmos multipopulaÃÃo: MINPGA (Multi-Island Niched Pareto Genetic Algorithm), a partir do NPGA (Niched Pareto Genetic Algorithm) e da abordagem de ilhas de injeÃÃo; MHBMO (Multiple Hive Honey Bee Mating Optimization), uma versÃo multipopulaÃÃo do HBMO (Honey Bee Mating Optimization). TambÃm à utilizada uma versÃo multipopulaÃÃo do PSO (Particle Swarm Optimization), chamada MCPSO (Multi-Swarm Cooperative Particle Swarm Optimization). Os testes com funÃÃes matemÃticas validaram os algoritmos apresentados, e o problema de otimizaÃÃo do sistema âbombear-e-tratarâ tem como objetivos a minimizaÃÃo do custo da remediaÃÃo e da quantidade final da pluma contaminante. Todos os algoritmos obtiveram bons resultados, com sutil vantagem para o MINPGA / Through the last three decades the evolutionary algorithms have been successful on application to many areas. Easily applied, efficiency and confidence are the main advantages of the evolutionary algorithms. In the groundwater remediation, generally, the objectives are the cost minimization, minimization of contaminant presence, maximization of pumping efficiency, among others. These objectives are naturally in conflicting and the search for optimal solutions, or almost optimal solutions are needed. In view of that, the evolutionary optimization methods have been applied and refined in order to search these solutions. A brief description of these methods is presented, referring to their advantages and limitations. Five mathematical functions are used to measure the algorithms performance and allow a comparison between them. In order to optimize a âpump-and-treatâ system in the remediation of a hypothetical site, multi-population evolutionary algorithms are used, considering the problem multi-objective dimension. The multi-population approach has been applied as mitigate for the main evolutionary optimization drawback: the excessive computational time. The groundwater flow modeler MODFLOW (modular finite-difference flow model) is used with the contaminant transport simulator MT3DMS (modular three-dimensional multispecies transport model). Two multi-population algorithms are presented: MINPGA (Multi-Island Niched Pareto Genetic Algorithm), that is a NPGA (Niched Pareto Genetic Algorithm) multi-population version with the injection island approach; MHBMO (Multi-Hive Honey Bee Mating Optimization), that is a HBMO (Honey Bee Mating Optimization) multi-population version. A PSO (Particle Swarm Optimization) multi-population version, called MCPSO (Multi-Swarm Cooperative Particle Swarm Optimization) is too used. Tests with mathematical functions validate the presented algorithms. Remediation problem using the âpumping-and-treatâ technique had as objectives the minimization of remediation cost and minimization of contaminant final plume. The results were shown to be very good for all algorithms, but MINPGA had a tenuous advantage over others

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / O processo de calibraÃÃo de parÃmetros hidrodinÃmicos representa parte importante dos modelos e sua abordagem geral consiste em minimizar uma funÃÃo objetivo expressa pela diferenÃa entre as cargas hidrÃulicas observadas e calculadas. Guo e Zhang, na dÃcada de 90 e, depois, Schuster e AraÃjo (2004) propuseram um processo alternativo para estimaÃÃo dos parÃmetros, atravÃs da minimizaÃÃo da diferenÃa entre os gradientes hidrÃulicos observados e calculados e denominado MÃtodo Iterativo do Gradiente HidrÃulico (MIGH). A geraÃÃo da matriz de cargas observadas tem funÃÃo determinante no sucesso do processo de calibraÃÃo. Na abordagem tradicional, a matriz observada à constituÃda por meio de um processo de interpolaÃÃo. Este trabalho propÃe-se a investigar a geraÃÃo da matriz observada, utilizando o prÃprio processo de simulaÃÃo, fixando, no modelo, os pontos de cargas aferidas em campo. Perceberam-se, ainda, grandes esforÃos manuais na busca de integrar o software simulador (PMWIN) e o calibrador (MIGH); neste sentido, toda a metodologia de calibraÃÃo foi implementada e automatizada no programa computacional desenvolvido na pesquisa, denominado UFC-MIGH. Acrescido ao processo de calibraÃÃo, foram investigadas tÃcnicas de geoprocessamento atravÃs de um Sistema de InformaÃÃes GeogrÃficas (SIG), para simplificar a geraÃÃo das matrizes de entrada do modelo. Para aplicaÃÃo da metodologia proposta, foram calibradas as condutividades hidrÃulicas horizontais de dois exemplos hipotÃticos e um caso real, referente a uma porÃÃo do aqÃÃfero da Bacia Sedimentar do Araripe, abrangendo a totalidade da Ãrea urbana do municÃpio do Crato. Em todos os casos simulados, os resultados com o emprego do MIGH, demonstraram erros menores, confirmados atravÃs dos critÃrios de convergÃncia e comparados à metodologia tradicional, implementada no software PEST. Dessa forma, o MIGH demonstra maior flexibilidade, mostrando eficÃcia superior em problemas com ou sem o zoneamento das condutividades hidrÃulicas. AlÃm disso, a nova metodologia de geraÃÃo das matrizes de cargas observadas garante resultados hidrogeologicamente mais consistentes, comparada à utilizaÃÃo da interpolaÃÃo, que nÃo contempla singularidades do modelo, como rios, poÃos de bombeamento e contornos impermeÃveis. Por fim, como importantes produtos finais, estÃo presentes no trabalho, o mapa de condutividade hidrÃulica horizontal e o mapa potenciomÃtrico da Ãrea-Crato / The process of calibration of hydrodynamic parameters represents an important part in computer modeling; its general approach consists of minimizing an objective function expressed by the difference between observed and simulated hydraulics heads. Guo and Zhang, in the decade of 90 and Schuster and AraÃjo (2004)proposed an alternative process for estimating the parameters, through the minimization of the difference between observed and simulated hydraulic gradients and denominated Iterative Method of the Hydraulic Gradient (IMHG). The generation of the matrix of observed heads has decisive function in the success of the calibration process. In the traditional approach, the observed matrix is obtained using a mathematical interpolation. This work intends to investigate the generation of the observed head matrix, using the simulation process itself, fixing, in the model, the points where the heads are known. Normally, great manual efforts were noticed in the attempt of integrating the simulating software (PMWIN) and the (IMHG), therefore, all calibration methodology was automatically implemented and a computer code was developed, denominated UFC-MIGH. Geoprocessing techniques were added to the calibration process in order to simplify the generation of the input matrix of the model. For the application of the proposed methodology, the horizontal hydraulic conductivities of two hypothetical examples and a real case were used. The real case consisted of a portion of the aquifer of the Sedimentary Basin of Araripe,including the total urban area of the municipal district of Crato. In all of the simulated cases, the results them IMHG, demonstrated smaller errors than the traditional methodology, implemented in the software PEST. Thus, IMHG demonstrated larger flexibility, showing superior effectiveness in problems with or without the zoning of the hydraulic conductivities. The new methodology of generation of observed heads matrix is much more hydrogeological consistent than using just mathematical interpolation. This new methodology takes into account singularities of the model, as rivers, wells and impermeable outlines. Finally, as important final products, present in the thesis, the map of horizontal hydraulic conductivity and the contour map of the hydraulic heads of the area where the methodology was applied