The partition of Water Supply Networks (WSNs) into sectors can be considered as a management strategy that entails its subdivision into homogeneous subgroups. This subdivision aims to enhance the management in each sub-area (sector) carried out by permanently monitoring the inlet flows of each sector This thesis presents a series of innovative sectorization methodologies where the sectors are previously defined by means of social networks community detection algorithms. In a second step, the arrangement boundary valves/sector entrance is optimized based upon optimization heuristic techniques. Such techniques include the benefits of sectorization in terms of both, leakage reduction, as a result of reducing pressure, and increasing the capacity to detect new leakage events. To tackle the later, the Monte Carlo technique is used to simulate the occurrence of new leakage events. WSNs subdivision strategies, must take into account their network topology. In networks dependent on a main conduction network, also called trunk network, any sectorization strategy should avoid closure of its pipes in order to preserve the reliability of the system. The herein proposed trunk network identification method, is based on the concept of Shortest Path from the graph theory, in combination with an analysis of the flows (and their directions) circulating through the network in the pick-demand scenario. As a result, the pipes are graded, and the range of pipes belonging to the trunk network can be selected. Once the trunk network is identified, it is isolated from the distribution network and sectors are defined on the later, based on three social network based community detection algorithms, namely: Hierarchical Clustering, Multilevel Detection Algorithm or Louvaine Method and Random Walk community detection. After defining the area corresponding to each sector, the arrangement entrance / boundary valves must be established. To this end, heuristic-based optimization algorithms (Genetic Algorithms, Particle Swarm Optimization and Agent Swarm Optimization) are implemented. The first procedure not only takes into account the benefit of sectorization in terms of reduction of flows associated with background leakage as a result of reducing pressure, but also considers other effects of great relevance. This leads to a more realistic cost-benefit analysis than the one that could be carried out if only the reduction of background leakage flows was considered. In the second method, multilevel optimization is implemented to optimize the arrangement of boundary valves / sector entrance, in the first level, and to determine the set point of pressure reducing valves located at the entrance of each sector, in the second level. In the third optimization method, only the boundary valves/sector entrance arrangement is optimized based on an economic analysis that does not take into account the effect on the occurrence of new leakages. For the application of the proposed methodologies, it is mandatory to count on an appropriately calibrated hydraulic model. Thus, a WSN calibration method which considers emitter coefficients at the nodes was developed. For exemplification purposes, the proposed methodologies are implemented on a section of the WSN of Managua city, capital of Nicaragua. As a result of the implementation, a net profit of 104,764 $ (American dollars)/year is reported. / La sectorización de las Redes de Abastecimiento de Agua Potable (RDAPs) se puede considerar como una estrategia de gestión que implica su subdivisión en subgrupos homogéneos a fin poder gestionar de mejor manera cada sub-área (sector) mediante el monitoreo permanente de los caudales que ingresan a cada sector. En esta tesis se plantea una serie de metodologías de sectorización innovadoras en que primero se definen los sectores basados en algoritmos de detección de comunidades en grafos de redes sociales. En un segundo paso, se optimiza el conjunto de entradas y válvulas de cierre (CEVC) de cada sector utilizando técnicas heurísticas de optimización. En dicha optimización se incluyen los beneficios de la sectorización en términos de reducción de fugas producto de la reducción de presión y de la capacidad aumentada para detectar nuevos eventos de fugas. Para el abordaje del segundo aspecto se hace uso de la técnica de Monte Carlo para representar eventos de fugas en cada sector basados en una distribución de probabilidades dada. Las estrategias empleadas para subdividir RDAPs deben tener en cuenta la topología de las mismas. En redes dependientes de una red de conducción principal, cualquier estrategia de sectorización que se plantee deberá evitar cierres en la misma, a fin de preservar la fiabilidad del sistema. Es por esta razón que dentro de las metodologías que se plantean en este trabajo, se lleva a cabo un proceso de identificación y segregación de la red de conducción principal. El método de identificación de la red troncal propuesto en este trabajo se basa en el concepto de Caminos más Cortos, propio de la teoría de grafos, en combinación con un análisis de los caudales (y direcciones de los mismos) que circulan por la red en el escenario de mayor demanda. Como resultado, se obtiene un ranking de tuberías, a partir del cual se puede seleccionar el alcance de la red de conducción principal. Una vez identificada la red troncal, la misma se aísla de la red distribución y, sobre esta última, se definen los sectores utilizando tres algoritmos de detección de comunidades en redes sociales: Clústering Jerárquico, Algoritmo de Detección Multinivel y Detección de Comunidades a través de Caminos Aleatorios. Tras definir el área que corresponde a cada sector, se debe establecer el conjunto de válvulas cerradas y el punto de abastecimiento del sector. Para tal fin, se implementan procedimientos de optimización basados en los algoritmos de optimización heurística: Algoritmos Genéticos (Genetic Algorithms), Optimización de Enjambres de Partículas (Particle Swarm Optimization) y Optimización de Enjambres de Agentes (Agent Swarm Optimization). En el primer procedimiento, no sólo se toma en cuenta el beneficio de la sectorización en términos de reducción de caudales asociados a fugas de fondo, como consecuencia de reducir la presión, sino que también se tienen en cuenta otros efectos de gran relevancia. Esto permite que el análisis coste/beneficio de la sectorización sea más realista que el que se podría realizar si sólo se tuviera en cuenta la reducción de caudales de fugas de fondo. En el segundo método se emplea optimización multinivel para, además de optimizar el conjunto de válvulas cerradas/entrada de sectores, determinar el punto de ajuste de válvulas reductoras de presión en la entrada de los sectores. En el tercer método de optimización sólo se optimiza el CEVC mediante un análisis económico que no tiene en cuenta el efecto sobre la aparición de nuevas fugas. Para la aplicación de las metodologías propuestas es importante contar con un modelo hidráulico correctamente calibrado. Para ello, se desarrolló un método de calibración de RDAPs que tiene en cuenta los coeficientes de emisor en los nodos. Las metodologías propuestas se implementan sobre una sección de la RDAP de la ciudad de Managua, Nicaragua. Como resultado de la impleme / La sectorització de les Xarxes d'Abastament d'Aigua Potable (XAAPs) es pot considerar com una estratègia de gestió que implica la seva subdivisió en subgrups homogenis. Aquesta subdivisió té com a finalitat poder gestionar de millor manera en cada subàrea (sector) aspectes com ara: fuites, reparacions, aspectes de qualitat, entre d'altres, mitjançant el monitoratge permanent dels cabals que ingressen a cada sector. En aquesta tesi es planteja una sèrie de metodologies de sectorització innovadores en que primer es defineixen els sectors basats en algoritmes de detecció de comunitats en grafs de xarxes socials. En un segon pas, s'optimitza el conjunt d'entrades i vàlvules de tancament (CEVT) de cada sector utilitzant tècniques heurístiques d'optimització. En aquesta optimització s'inclouen els beneficis de la sectorització en termes de reducció de fuites producte de la reducció de pressió i de la capacitat augmentada per detectar nous esdeveniments de fuites. Per l'abordatge del segon aspecte es fa ús de la tècnica de Monte Carlo per representar esdeveniments de fuites en cada sector basats en una distribució de probabilitats donada. Les estratègies emprades per subdividir XAAPs han de tenir en compte la topologia de les mateixes. En xarxa depenent d'una xarxa de conducció principal o xarxa troncal (d'aquest punt en endavant els termes són intercanviables), qualsevol estratègia de sectorització que es plantegi d'evitar tancaments en la mateixa, a fi de preservar la fiabilitat del sistema. El mètode d'identificació de la xarxa troncal proposat en aquest treball es basa en el concepte de camins més curts, propi de la teoria de grafs, en combinació amb una anàlisi dels cabals (i direccions dels mateixos) que circulen per la xarxa en l'escenari de major demanda. Com a resultat, s'obté un rànquing de canonades, a partir del qual es pot seleccionar l'abast de la xarxa de conducció principal. Una vegada identificada la xarxa troncal, la mateixa s'aïlla de la xarxa de distribució i, a aquesta última, es defineixen els sectors utilitzant tres algoritmes de detecció de comunitats en xarxes socials: Clustering jeràrquic, Algorisme de Detecció Multinivell o Mètode Louvain i Detecció de Comunitats a través de Camins Aleatoris. Després de definir l'àrea que correspon a cada sector, s'ha d'establir el conjunt de vàlvules tancades i el punt d'abastament del sector. Per a tal fi, s'implementen procediments d'optimització basats en els algoritmes d'optimització heurística: Algorismes Genètics (Genetic Algorithms), Optimització de Eixams de Partícules (Particle Swarm Optimization) i Optimització de Eixams d'Agents (Agent Swarm Optimization). En el primer procediment, no només es té en compte el benefici de la sectorització en termes de reducció de cabals associats a fuites de fons, com a conseqüència de reduir la pressió, sinó que també es tenen en compte altres efectes de gran rellevància. Això permet que l'anàlisi cost / benefici de la sectorització sigui més realista que el que es podria fer si només es tingués en compte la reducció de cabals de fuites de fons. En el segon mètode s'empra optimització multinivell per, a més d'optimitzar el conjunt de vàlvules tancades / entrada de sectors, determinar el punt d'ajust de vàlvules reductores de pressió a l'entrada dels sectors. En el tercer mètode d'optimització només s'optimitza el CEVT mitjançant una anàlisi econòmica que no té en compte l'efecte sobre l'aparició de noves fuites. Per a l'aplicació de les metodologies proposades és important comptar amb un model hidràulic correctament calibrat. Per a això, es va desenvolupar un mètode de calibratge de XAAPs que té en compte els coeficients d'emissor en els nodes. Per a fins d'exemplificació, les metodologies proposades s'implementen sobre una secció de la XAAP de la ciutat de Managua, Nicaragua. Com a resultat de la implementació es reporta / Campbell Gonzalez, E. (2017). Sectorización de redes de abastecimiento de agua potable basada en detección de comunidades en redes sociales y optimización heurística [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86206 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

En la actualidad, la cobertura de agua potable en el país aún es insuficiente, sobre todo en las zonas rurales del país; de manera similar este problema se presenta en las zonas periurbanas de Lima. Tal como en La Rinconada de Pamplona Alta que se encuentra ubicada en el distrito San Juan de Miraflores, el cual no cuenta con servicio básico de agua potable, el abastecimiento de este recurso se realiza mediante camiones cisterna y son almacenados en tanques, bidones, baldes, etc. Es por ello, que la presente investigación plantea una propuesta de diseño del sistema de abastecimiento de agua potable para la zona de estudio, para lo cual se toma en consideración que el caudal requerido será brindado por SEDAPAL. Debido a que la topografía de la zona de estudio presenta pendientes pronunciadas es necesario utilizar válvulas reductoras de presión, cuya localización se realiza a través de la aplicación del Algoritmo Genético Multiobjetivo, el cual en su codificación incluye el uso del Epanet Programmer’s Toolkit, que viene a ser una biblioteca dinámica (DLL) de funciones que permite a los programadores personalizar el motor de cálculo de EPANET para sus necesidades específicas. En ese sentido, el método utilizado plantea una propuesta de mejora en el proceso de diseño del sistema de abastecimiento de agua potable en La Rinconada de Pamplona Alta del distrito de San Juan de Miraflores. Para lo cual, se utilizó el programa EPANET en la simulación y cálculo hidráulico de la red de distribución por ser un programa de comprobada eficacia y de uso libre. Por otro lado, el resultado del análisis hidráulico de los proyectos de agua potable que se realizan en el país tanto por métodos manuales iterativos o con ayuda de programas de simulación, muchas veces no cumplen con las exigencias del rango de presiones admisibles establecido por el Reglamento Nacional de Edificaciones, lo cual se traduce por un lado en costos de cumplir programas de mantenimiento que suplan estas deficiencias y por otro lado posibles roturas de tuberías o fugas de agua debido a altas presiones. Es por ello que se busca cumplir con los requisitos exigidos por las normas de diseño y a la vez brindar una adecuada presión de servicio, para lo cual se hace uso del Algoritmo Genético Multiobjetivo en el diseño de la red para la zona de estudio, lo cual conllevaría a un ahorro en los costos de operación y mantenimiento. Finalmente el diseño propuesto para el sistema de abastecimiento de agua potable en La Rinconada de Pamplona Alta está conformado por el reservorio RAP-1 que abastece mediante una línea de aducción a cuatro zonas de presión y el reservorio RRP-3 que abastece por otra línea de aducción a tres zonas de presión debido a que la topografía presenta desniveles considerables. Adicionalmente, con el uso de un subprograma incluido en el Algoritmo Genético Multiobjetivo se logró asignar los caudales de demanda de manera automática en todos los nodos de la red de distribución contribuyendo a la mejora en el proceso de diseño mediante el programa EPANET. / At present, the coverage of drinking water in the country is still insufficient, especially in rural areas of the country; similarly, this problem occurs in the peri-urban areas of Lima. Such as the La Rinconada area of Pamplona Alta which is located in the San Juan de Miraflores district that does not have a basic potable water service, the supply of this resource is done by tank trucks and stored in tanks, drums, buckets, etc. It is for this reason that the present investigation proposes a design proposal for the potable water supply system for the study area, for which it is taken into consideration that the required flow will be provided by SEDAPAL. Because the topography of the study area presents steep slopes, it is necessary to use pressure reducing valves, which are localized through the application of the Multiobjective Genetic Algorithm, which in its coding includes the use of the Epanet Programmer's Toolkit, which comes to be a dynamic library (DLL) of functions that allows programmers to customize the EPANET calculation engine for their specific needs. In this sense, the method used proposes a proposal for improvement in the design process of the potable water supply system in La Rinconada de Pamplona Alta in the district of San Juan de Miraflores. For which, the EPANET program was used in the simulation and hydraulic calculation of the distribution network as it is a program of proven effectiveness and free use. On the other hand, the result of the hydraulic analysis of drinking water projects carried out in the country either by iterative manual methods or with the help of simulation programs, often does not meet the requirements of the range of admissible pressures established by the Regulation. National Building, which translates on the one hand in costs of carrying out maintenance programs that supply these deficiencies and on the other hand possible pipe breaks or water leaks due to high pressures. That is why it seeks to meet the requirements of the design standards and at the same time provide adequate service pressure, for which the Multiobjective Genetic Algorithm is used in the design of the network for the study area, which it would lead to savings in operation and maintenance costs. Finally, the proposed design for the drinking water supply system in La Rinconada de Pamplona Alta is made up of the RAP-1 reservoir that supplies four pressure zones through an adduction line and the RRP-3 reservoir that supplies another line of water. adduction to three pressure zones because the topography presents considerable differences in level. Additionally, with the use of a subprogram included in the Multiobjective Genetic Algorithm, it was possible to assign the demand flows automatically in all nodes of the distribution network contributing to the improvement in the design process through the EPANET program. / Tesis

[ES] La Agenda 2030 para el Desarrollo Sostenible establece una serie de retos ambiciosos para la comunidad mundial denominados Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS). Entre ellos se encuentran retos específicos como el acceso al agua potable y al saneamiento y una mejor planificación de los recursos hídricos, además de objetivos dirigidos con el fin de combatir las desigualdades y la discriminación, entre los cuales se incluyen los siguientes objetivos generales "no dejar a nadie atrás" y "llegar primero a los más rezagados". Hasta la fecha, se ha demostrado que estos retos son difíciles de cumplir, en parte porque son complejos, pero también debido a la inercia política. Por otra parte, las potabilizadoras son capaces de suministrar agua segura para el consumo humano, sin embargo, es posible que su calidad se vea deteriorada a lo largo de su recorrido por el sistema de distribución antes su llegada al consumidor; si el abastecimiento de agua se ve restringido, las posibilidades de degradación de la calidad física, química y, sobre todo, microbiológica a nivel doméstico se incrementan, por ese motivo, para garantizar la calidad del agua se debe asegurar la integridad física, química y cualitativa del agua. Al aplicar los métodos de análisis de riesgos a los sistemas de agua potable para el consumo humano, se está desarrollando como una importante técnica de gestión preventiva, que ya está ofreciendo resultados muy significativos a la hora de anticiparse a eventuales situaciones de peligro, lo que permite intervenir con rapidez y evitar el impacto de los eventos de origen natural contra las infraestructuras y el agua para el consumo humano. En esta tesis se aborda la problemática de la seguridad del agua destinada al consumidor, identificando los fundamentos de la buena gobernanza y proponiendo un nuevo enfoque para llevar a cabo un análisis del riesgo a lo largo de la cadena del agua, integrando la modelización predictiva y las técnicas de árbol de eventos y de fallos. El estudio ha demostrado la gran capacidad del nuevo enfoque para reproducir escenarios reales y evaluar los niveles de ooquistes después del tratamiento, teniendo en cuenta la heterogeneidad de los aportes resultantes de diferentes niveles de ooquistes contenidos en las aguas superficiales, la eficiencia del tratamiento, los controles del proceso y los aportes de agua. El nuevo planteamiento también puede utilizarse para la evaluación de la exposición de otros agentes patógenos en el agua, y en todas las etapas de la cadena del agua, con el fin de evaluar el impacto real de las desviaciones o los fallos en las condiciones del proceso y los controles de seguridad sobre el riesgo para los consumidores provocado por los agentes patógenos. / [CA] L'Agenda 2030 per al desenvolupament Sostenible estableix una sèrie de reptes ambiciosos per a la comunitat mundial denominat Objectius de Desenvolupament Sostenible (ODS). Aquests inclouen reptes com l'accés a l'aigua, el sanejament segur i una millor gestió de l'aigua, igual que objectius per a afrontar la desigualtat i la discriminació incloent propòsits generals per a "no deixar a ningú arrere" i "arribar primer als més ressagats". Fins hui, s'ha demostrat que aquests reptes són difícils de complir, en part perquè són complexos però també a causa de la inèrcia política. D'altra banda, les plantes de tractament d'aigua potable poden proveir aigua segura per al consum humà, però la seua qualitat es pot alternar durant el pas pel Sistema de Distribució d'Aigua abans d'arribar al consumidor; si el proveïment d'aigua és restringit, la possibilitat de deterioració de la qualitat física, química i principalment microbiològica a nivell intradomiciliària s'incrementa havent-se de protegir la integritat física, hidràulica i de qualitat de l'aigua per a garantir l'assegurament del subministrament de l'aigua potable. L'aplicació dels mètodes d'anàlisi de risc aplicats als serveis d'aigua i sanejament s'està convertint en una estratègia imprescindible en la gestió preventiva, que comença a mostrar resultats importants en l'anticipació oportuna de desastres potencials, facilitant les accions anticipades per a enfrontar les amenaces previsibles per a mitigar els impactes dels esdeveniments naturals en la infraestructura d'aigua i sanejament. En aquesta tesi s'aborda la problemàtica de la seguretat de l'aigua destinada al consumidor, identificant els fonaments de la bona governança i proposant un nou enfocament per a dur a terme una anàlisi de risc al llarg de la cadena de l'aigua, integrant la modelització predictiva i les tècniques d'arbre d'esdeveniments i de fallades. L'estudi ha demostrat la gran capacitat del nou enfocament per a reproduir escenaris reals i avaluar els nivells d'ooquistes després del tractament, tenint en compte l'heterogeneïtat de les aportacions resultants de diferents nivells d'ooquistes continguts en les aigües superficials, l'eficiència del tractament, els controls del procés. L'eficiència de la planta, l'eficiència del tractament, els controls del procés i les aportacions d'aigua. El nou plantejament també pot utilitzar-se per a l'avaluació de l'exposició d'altres agents patògens en l'aigua i en totes les etapes de la cadena de l'aigua, amb la finalitat d'avaluar l'impacte real de les desviacions o les fallades en les condicions del procés i els controls de seguretat sobre el risc per als consumidors provocat per agents patògens. / [EN] The 2030 Agenda for Sustainable Development sets out a series of ambitious challenges for the global community. These Sustainable Development Goals (SDGs) include targets for access to safe water and sanitation and improved water management, as well as goals to tackle inequality and discrimination, including overarching proposals to "leave no one behind" and "reach the most disadvantaged first". To date, these are challenges that have proved difficult to meet, partly because they are complex, but also because of political inertia. On the other hand, drinking water treatment plants can provide safe water for human consumption, but its quality can be altered during its passage through the water distribution system before it reaches the consumer; if the water sup-ply is restricted, the possibility of physical, chemical and mainly microbiological quality detection at the household level increases, and the physical, hydraulic and quality integrity of the water must be protected to ensure the safety of the drinking water supply. The application of risk analysis methods applied to water and sanitation ser-vices is becoming an important preventive management strategy, which is be-ginning to show significant results in the timely anticipation of potential disas-ters, facilitating anticipatory actions to address foreseeable hazards and to mit-igate the impacts of natural events on water and sanitation infrastructure. This thesis addresses the issue of consumer water safety by identifying the fundamentals of good governance and proposing a new approach for conduct-ing risk analysis along the water chain, integrating predictive modelling and event and fault tree techniques. The study has demonstrated the high capacity of the new approach to reproduce real scenarios and to evaluate the levels of oocysts after treatment, taking into account the heterogeneity of the inputs resulting from different levels of oocysts contained in the surface water, the efficiency of the treatment, the process controls and the water in-puts. The new approach can also be used for exposure assessment of other pathogens in water, and at all stages of the water chain, to assess the real im-pact of deviations or failures in process conditions and safety controls on the risk to consumers from pathogens. / Kombo Mpindou, GOM. (2023). Aportación a la implantación del análisis de riesgo en los sistemas de distribución del agua: caso del Cryptosporidium para distintos niveles de desarrollo tecnológico en la potabilizadora [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/193340