El agua como recurso finito e indispensable para la supervivencia de la humanidad y el desarrollo de las civilizaciones, ha sido, es y será objeto de múltiples estudios. La variabilidad espacial y temporal, así como el incremento constante de su demanda ha provocado el interés de especialistas en ingeniería de recursos hídricos y ramas afines que colaboran de forma conjunta para mejorar el aprovechamiento de este bien a nivel global. Un instrumento fundamental para la gestión integral del recurso hídrico es la planificación hidrológica, donde las reglas de operación o explotación de los sistemas son algunas de las estrategias de las que se sirve el planificador para mejorar el aprovechamiento de dichos recursos. El objetivo de estas reglas es obtener un mejor aprovechamiento de los recursos de una cuenca o sistema de cuencas, tratando de mitigar los efectos adversos de las sequías hidrológicas y de las crecidas que inevitablemente se presentan en tales sistemas, debido a su naturaleza variable a través del tiempo y del espacio. En esta tesis se presenta una metodología para obtener y evaluar políticas de operación en sistemas de recursos hídricos. Estas políticas de operación van dirigidas a la toma de decisiones al inicio de cada campaña agrícola sobre el volumen de demanda que se va a garantizar durante la misma. Para ello se hace énfasis en el análisis de situaciones con poca disponibilidad hídrica, buscando modos de gestión que logren minimizar el déficit anual. Este déficit se establece a priori, en el inicio de la campaña y se distribuye a lo largo del ciclo agrícola, lo cual permite planificar un patrón de cultivos en esa campaña adecuado a la disponibilidad hídrica. De esta manera se evitan situaciones de déficit imprevistos durante el ciclo agrícola, que conducirían a pérdidas económicas importantes. Las políticas de operación así diseñadas permiten a los usuarios tener una garantía muy alta de que el servicio está asegurado durante la próxima campaña / García Beltrán, AN. (2008). Metodología para la generación y evaluación de políticas de operación en sistemas de recursos hídricos. Aplicación a un sistema de México [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1970 / Palancia

Hydroclimatic water shortage conditions can affect hydrological services offered by mountain basins causing severe impacts to the population benefiting from these resources. These conditions have become a real challenge for decision-makers in Andean basins with respect to the management of water resources systems in drought times. This thesis evaluates the risk of failure in the water supply by introducing probabilistic forecasts of drought events that serve as support for decision-making regarding the satisfaction of the consumptive demands, non-consumptive and environmental in scarcity times. Through a drought index (DI) created from the prioritization of available information about water-related variables, performance of two methods of probabilistic drought forecasting based on the conditional probability were compared. A first commonly used method based on Markov chains (MC) presented the best performance than a second method based on Bayesian networks (BN). The forecasts obtained the model with the best performance were incorporated into the methodology of assessing the risk of failure of water resources systems, which is based on Monte Carlo simulation of multiple stochastic scenarios designed from hydrological synthetic generation and modification of some features of water resources systems. Machángara river basin located south of Ecuador was chosen to apply methods and tools proposed in this thesis. This basin has increasingly periods of drought leading to reduce water availability for multiple demands producing negative effects on the population and the environment. 1728 stochastic scenarios were simulated using hydro-meteorological information and data of water consumption demands, which incorporate probabilistic forecasts of drought events to assess the risk of failure in water resources systems. The outcomes of the simulation process were consolidated into a integrated satisfaction system index (DSIG), which aided to obtain information to support decision-making by water managers so they can to propose several alternatives for prevention and / or mitigation when satisfaction is low. This thesis proposes a integrated approach to assessing the risk of failure of water resources systems analyzing multiple states of water availability shortages that could help to reduce uncertainty in decision-making and improve measures aimed to prevent or mitigate adverse effects of drought on water supply systems. / Las condiciones hidroclimáticas de escasez de agua pueden afectar a los servicios hidrológicos que ofrecen las cuencas de montaña causando severos impactos a la población que se beneficia de estos recursos. Estas condiciones se han convertido en un verdadero desafío para quienes toman las decisiones en cuencas de andinas con respecto a la gestión de sistemas de recursos hídricos en épocas de sequías. Esta tesis evalúa el riesgo de fallo en el suministro de agua mediante la introducción de pronósticos probabilísticos de eventos de sequía que sirvan de soporte para la toma de decisiones con respecto a la satisfacción de las demandas consuntivas, no consuntivas y ambientales en tiempos de escasez. Mediante un índice de sequía (DI) creado a partir de la priorización de información disponible de variables relacionadas con el agua se comparó el rendimiento de dos métodos de pronóstico probabilístico de sequías basados en la probabilidad condicional. Un primer método comúnmente utilizado basado en cadenas de Markov (MC) presentó el mejor desempeño que un segundo método poco utilizado basado en redes bayesianas (BN). Los pronósticos obtenidos del mejor modelo fueron incorporados en la metodología de evaluación del riesgo de fallo de sistemas de recursos hídricos, la cual esta basada en la simulación Montecarlo de múltiples escenarios estocásticos formados a partir de la generación sintética hidrológica y la modificación de algunas características de los sistemas de recursos hídricos. La cuenca del río Machángara ubicada al sur del Ecuador fue escogida para probar las herramientas y metodologías expuestas en esta tesis. Esta cuenca presenta cada vez periodos de sequías que conducen a la disminución de la disponibilidad del agua para los múltiples usos produciendo efectos negativos en la población y el ambiente. Mediante la utilización de información hidrometeorológica y datos de consumo de agua de las demandas se simularon 1728 escenarios estocásticos, los cuales incorporaron pronósticos probabilísticos de sequías para evaluar el riesgo de fallo en sistemas de recursos hídricos. Las salidas del proceso de simulación se consolidaron en un índice integral de satisfacción del sistema (DSIG), el cual sirvió para obtener un banco de información que podría ayudar como soporte para la toma de decisiones de los gestores del agua para que puedan proponer múltiples alternativas de prevención y/o mitigación cuando la satisfacción sea baja. Esta tesis propone un enfoque integral de evaluación del riesgo de fallo de sistemas de recursos hídricos analizando múltiples situaciones de escasez de disponibilidad de agua que podría servir para disminuir las incertidumbres en la toma de decisiones y perfeccionar las medidas orientadas para prevenir o mitigar las consecuencias adversas de las sequías en sistemas de abastecimiento de agua. / Les condicions hidroclimáticas d'escassetat d'aigua poden afectar als serveis hidrològics que ofereixen les conques de muntanya causant severs impactes a la població que es beneficia d'aquests recursos. Aquestes condicions s'han convertit en un vertader desafiament per als qui prenen les decisions en conques d'andines pel que fa a la gestió de sistemes de recursos hídrics en èpoques de sequeres. Aquesta tesi avalua el risc de fallada en el subministrament d'aigua mitjançant la introducció de pronòstics probabilístics d'esdeveniments de sequera que servisquen de suport per a la presa de decisions pel que fa a la satisfacció de les demandes consumptives, no consumptives i ambientals en temps d'escassetat. Mitjançant un índex de sequera (DI) creat a partir de la priorització d'informació disponible de variables relacionades amb l'aigua es va comparar el rendiment de dos mètodes de pronòstic probabilístic de sequeres basats en la probabilitat condicional. Un primer mètode comunament utilitzat basat en cadenes de Markov (MC) va presentar el millor acompliment que un segon mètode poc utilitzat basat en xarxes bayesianas (BN). Els pronòstics obtinguts del millor model de pronòstic van ser incorporats en la metodologia d'avaluació del risc de fallada de sistemes de recursos hídrics, la qual aquesta basada en la simulació Montecarlo de múltiples escenaris estocàstics formats a partir de la generació sintètica hidrològica i la modificació d'algunes característiques dels sistemes de recursos hídrics. La conca del riu Machángara situada al sud de l'Equador va ser escollida per a provar les eines i metodologies exposades en aquesta tesi. Aquesta conca presenta cada vegada períodes de sequeres que condueixen a la disminució de la disponibilitat de l'aigua per als múltiples usos produint efectes negatius en la població i l'ambient. Mitjançant la utilització d'informació hidrometeorológica i dades de consum d'aigua de les demandes es van simular 1728 escenaris estocàstics, els quals van incorporar pronòstics probabilístics de sequeres per a avaluar el risc de fallada en sistemes de recursos hídrics. Les eixides del procés de simulació es van consolidar en un índex integral de satisfacció del sistema (DSIG), el qual va servir per a obtenir un banc d'informació de suport per a la presa de decisions dels gestors de l'aigua perquè puguen proposar múltiples alternatives de prevenció i/o mitigació quan la satisfacció siga baixa. Aquesta tesi proposa un enfocament integral d'avaluació del risc de fallada de sistemes de recursos hídrics analitzant múltiples situacions d'escassetat de disponibilitat d'aigua que podria servir d'ajuda per a disminuir les incerteses en la presa de decisions i perfeccionar les mesures orientades per a previndre o mitigar les conseqüències adverses de les sequeres en sistemes de proveïment d'aigua. / Avilés Añazco, AM. (2017). Pronóstico probabilístico de eventos de sequías y evaluación del riesgo en la gestión de sistemas de recursos hídricos. Caso de estudio en una cuenca andina regulada [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/78456 / TESIS

No gerenciamento de recursos hídricos, a bacia hidrográfica é considerada a unidade natural de gestão. Suas características físicas definem um espaço onde a água converge para uma saída comum. O desenvolvimento integrado de uma bacia, bem como os possíveis conflitos ocasionados por demandas concorrentes do mesmo recurso, devem ser administrados respeitando esse conceito de unidade. No caso específico da bacia hidrográfica do Rio Jaguari, existe uma crescente preocupação relacionada aos usos múltiplos da água superficial. O rio Jaguari, importante afluente do Paraíba do Sul no estado de São Paulo, tem suas águas represadas para geração de energia elétrica e regularização de vazões. Nos últimos anos, tem-se constatado um crescente rebaixamento dos níveis operacionais da represa do Jaguari. Segundo estudos da sociedade civil organizada local, a tendência é de esgotamento do reservatório em poucos anos. Este trabalho aborda a questão do rebaixamento dos níveis de Jaguari através da aplicação do software DHI Mike Basin 2000. Trata-se de um simulador genérico para sistemas de recursos hídricos, de ampla aplicação. A bacia do Jaguari é representada em um modelo matemático e são simulados quatro cenários distintos de usos de água na bacia. Verifica-se que o problema é real e requer uma intervenção multi-institucional para ser solucionado. / In the management of water resources, basin is naturally considered the administration unit. Its physical properties define a land space where water flows on the way to a common outlet. The integrated development of a basin, as well as potential conflicts resulted by divergent users should be managed under this unit concept. On Jaguari river basin, in state of São Paulo, Brazil, there is an emergent concern related to the multiplicity of water uses. Jaguari river, an important branch of Paraíba do Sul river in state of São Paulo is dammed for the generation of electricity and stream flow regulation. In last years, it has been observed an increasing reduction in Jaguari reservoir operational levels. According to local organizations\' studies, the reservoir trends to collapse in few years. The present dissertation holds a discussion about the reduction of water level trend in Jaguari reservoir, through the application of DHI MIKE BASIN 2000 software. It is a generic, very useful simulator for water resources systems. The Jaguari basin is represented by a mathematic model, simulated for four different water use scenarios. It is shown that the problem is real, and requires a multi-institutional intervention to be solved.

No gerenciamento de recursos hídricos, a bacia hidrográfica é considerada a unidade natural de gestão. Suas características físicas definem um espaço onde a água converge para uma saída comum. O desenvolvimento integrado de uma bacia, bem como os possíveis conflitos ocasionados por demandas concorrentes do mesmo recurso, devem ser administrados respeitando esse conceito de unidade. No caso específico da bacia hidrográfica do Rio Jaguari, existe uma crescente preocupação relacionada aos usos múltiplos da água superficial. O rio Jaguari, importante afluente do Paraíba do Sul no estado de São Paulo, tem suas águas represadas para geração de energia elétrica e regularização de vazões. Nos últimos anos, tem-se constatado um crescente rebaixamento dos níveis operacionais da represa do Jaguari. Segundo estudos da sociedade civil organizada local, a tendência é de esgotamento do reservatório em poucos anos. Este trabalho aborda a questão do rebaixamento dos níveis de Jaguari através da aplicação do software DHI Mike Basin 2000. Trata-se de um simulador genérico para sistemas de recursos hídricos, de ampla aplicação. A bacia do Jaguari é representada em um modelo matemático e são simulados quatro cenários distintos de usos de água na bacia. Verifica-se que o problema é real e requer uma intervenção multi-institucional para ser solucionado. / In the management of water resources, basin is naturally considered the administration unit. Its physical properties define a land space where water flows on the way to a common outlet. The integrated development of a basin, as well as potential conflicts resulted by divergent users should be managed under this unit concept. On Jaguari river basin, in state of São Paulo, Brazil, there is an emergent concern related to the multiplicity of water uses. Jaguari river, an important branch of Paraíba do Sul river in state of São Paulo is dammed for the generation of electricity and stream flow regulation. In last years, it has been observed an increasing reduction in Jaguari reservoir operational levels. According to local organizations\' studies, the reservoir trends to collapse in few years. The present dissertation holds a discussion about the reduction of water level trend in Jaguari reservoir, through the application of DHI MIKE BASIN 2000 software. It is a generic, very useful simulator for water resources systems. The Jaguari basin is represented by a mathematic model, simulated for four different water use scenarios. It is shown that the problem is real, and requires a multi-institutional intervention to be solved.

Neste trabalho é apresentada uma ferramenta de otimização para análise de problemas de alocação de água em bacias hidrográficas utilizando técnicas de programação linear e linear por partes, integradas a um modelo de amortecimentos de ondas em canais. A otimização é feita de forma global, com uso de softwares de programação linear baseados nos métodos de pontos interiores. A metodologia de uso do sistema consiste em se obter uma solução ?ótima? para situações de disponibilidade de água insuficiente a todos os usos conflitantes na bacia. A ferramenta está sendo acoplada e incorporada ao AcquaNet, um Sistema de Suporte a Decisões (SSD) para análise de sistemas de recursos hídricos, que utiliza um algoritmo de rede de fluxo afim de otimizar a alocação de água. A formulação utilizando programação linear permite a análise global do sistema e por isso, espera-se melhor aproveitamento da água disponível, seja no menor déficit de atendimento às demandas ou maior armazenamento nos reservatórios. A programação linear com utilização de métodos de pontos interiores é atualmente uma técnica bastante conhecida e bem desenvolvida. Existem vários pacotes computacionais gratuitos com implementações eficientes dos métodos de pontos interiores que motivaram sua utilização neste trabalho. / This work presents an optimization tool for analyzing the problems of water allocation in watersheds by utilizing techniques of linear and piecewise linear programming integrated to a pattern of stream flow routing. The optimization is done in a global way with the usage of linear programming packages based upon the Internal Point Methods. The methodology of the usage consists in the acquirement of an optimal solution for situation of insufficient water availability for all conflicting consumptions from the watershed. The tool is being attached and incorporated to AcquaNet, which is a decision support system (DSS) for analysis of water resources systems that utilizes a network flow algorithm, with the purpose of optimizing the water allocation. The formulation that uses the linear programming leads to the analysis of the system as a whole and for this reason it is expected a better usage of the available water with a lower deficit in the supply or a greater storage in the reservoirs. Linear Programming with Internal Point Methods is nowadays a well known and very well developed technique. There are several computational packages with efficient implementations of the Internal Points Methods freely available, and that, has brought great motivation in its usage in the present work.

Neste trabalho é apresentada uma ferramenta de otimização para análise de problemas de alocação de água em bacias hidrográficas utilizando técnicas de programação linear e linear por partes, integradas a um modelo de amortecimentos de ondas em canais. A otimização é feita de forma global, com uso de softwares de programação linear baseados nos métodos de pontos interiores. A metodologia de uso do sistema consiste em se obter uma solução ?ótima? para situações de disponibilidade de água insuficiente a todos os usos conflitantes na bacia. A ferramenta está sendo acoplada e incorporada ao AcquaNet, um Sistema de Suporte a Decisões (SSD) para análise de sistemas de recursos hídricos, que utiliza um algoritmo de rede de fluxo afim de otimizar a alocação de água. A formulação utilizando programação linear permite a análise global do sistema e por isso, espera-se melhor aproveitamento da água disponível, seja no menor déficit de atendimento às demandas ou maior armazenamento nos reservatórios. A programação linear com utilização de métodos de pontos interiores é atualmente uma técnica bastante conhecida e bem desenvolvida. Existem vários pacotes computacionais gratuitos com implementações eficientes dos métodos de pontos interiores que motivaram sua utilização neste trabalho. / This work presents an optimization tool for analyzing the problems of water allocation in watersheds by utilizing techniques of linear and piecewise linear programming integrated to a pattern of stream flow routing. The optimization is done in a global way with the usage of linear programming packages based upon the Internal Point Methods. The methodology of the usage consists in the acquirement of an optimal solution for situation of insufficient water availability for all conflicting consumptions from the watershed. The tool is being attached and incorporated to AcquaNet, which is a decision support system (DSS) for analysis of water resources systems that utilizes a network flow algorithm, with the purpose of optimizing the water allocation. The formulation that uses the linear programming leads to the analysis of the system as a whole and for this reason it is expected a better usage of the available water with a lower deficit in the supply or a greater storage in the reservoirs. Linear Programming with Internal Point Methods is nowadays a well known and very well developed technique. There are several computational packages with efficient implementations of the Internal Points Methods freely available, and that, has brought great motivation in its usage in the present work.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-11-06T16:08:46Z No. of bitstreams: 1 PAULO ROMERO GUIMARÃES SERRANO DE ANDRADE - DISSERTAÇÃO PPGECA 2000..pdf: 36173335 bytes, checksum: 8c355842ff686dced645eaae16c63cfd (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-06T16:08:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PAULO ROMERO GUIMARÃES SERRANO DE ANDRADE - DISSERTAÇÃO PPGECA 2000..pdf: 36173335 bytes, checksum: 8c355842ff686dced645eaae16c63cfd (MD5) Previous issue date: 2000-12-14 / A notória subutilização dos reservatórios do Nordeste do Brasil, mormente em sua região semi-árida, derivando, regra geral, da ausência de um manejo adequado e de instrumental técnico eficiente aplicáveis à funcionalidade dos seus perímetros de irrigação, desperta, quase sempre, o receio de esgotá-los. O uso mais racional dos recursos hídricos e a busca da maximização dos benefícios advindos de aproveitamentos hidráulicos já existentes, a fim de que as populações dessa área possam ser melhor atendidas, motivaram a elaboração deste trabalho. Neste contexto, procurou-se estudar a operação do sistema hídrico formado pelos reservatórios Jucazinho e Carpina, e três perímetros de irrigação, localizados na bacia do rio Capibaribe, em Pernambuco, com o objetivo de maximizar os benefícios financeiros líquidos advindos da agricultura irrigada e da piscicultura, atendidos o requerimento de água para o abastecimento urbano, prioritariamente, necessidades hídricas da regularização e controle de cheia. Para analisar o comportamento do sistema hídrico e tentar prover solução ótima para a sua operação, foi aplicado o modelo ORNAP (Curi e Curi, 1999) de otimização, de base mensal, apoiado em técnicas de programação não linear. A função objetivo que visa a maximização do lucro da prática agrícola irrigada e piscicultura, é sujeita a restrições diversas, representadas por equações de natureza linear e não linear, que traduzem no processo de otimização, a nível mensal, as limitações físicas dos reservatórios, perímetros e equipamentos hidráulicos, limitações hidrológicas, legais, econômicas e sociais, que são próprias de sistemas de múltiplos usos Abordagens determinísticas foram necessárias, idealizando-se o futuro do sistema hídrico como conhecido através de cenários de planejamento, caracterizados por três situações climáticas distintas (média, seca e chuvosa), que são completados, basicamente, pela definição de valores para variáveis de entrada para o modelo, relacionadas aos elementos naturais e artificiais identificados como pertinentes ao sistema, que envolvem reservatórios, demandas de abastecimento urbano, calhas de rio e perímetros de irrigação. Os resultados otimizados para as diversas variáveis de decisão, como descargas dos reservatórios e áreas irrigadas, máximas e mínimas, são gerados para cada situação climática, combinadas com diferentes aspectos operacionais adotados para os reservatórios Jucazinho e Carpina. O estudo de otimização mostrou que, respeitadas as restrições operacionais impostas, neste estudo, à funcionalidade do sistema hídrico, as áreas máximas cogitadas para os perímetros não seriam totalmente irrigadas. Os resultados alcançados mostram a viabilidade do modelo ORNAP na prática do planejamento e gerenciamento de reservatórios e perímetros, constituindo-se numa interessante ferramenta de apoio à tomada de decisão. / The not utilization in its full potential of the reservoirs in the Northeast of Brazil, especially in its semi-arid area, derives, most of the time, of the absence of an appropriate handling and the fear of empty them. The motivation for this work was the achievement of a more rational use of the water resources and the search of the maximization of the benefits generated by the hydraulic uses already existent, so that the population of that area can be better assisted. In this context, it is studied the operation of the water resource system formed by the reservoirs Jucazinho and Carpina, and three irrigation sites, located in the basin of the Capibaribe river, in Pernambuco, North-east Brazil, with the objective of maximizing the net income generated by the irrigated agriculture and fish farming, respecting the needs of water for urban uses, flow and flood control. To analyze the behavior of the water resources system in order to obtain an optimal solution for its operation, was applied an optimization model called ORNAP (Curi and Curi, 1999), of monthly base, based on a nonlinear optimization technique. The objective function that seeks the maximization of the profit of the irrigated agricultural and and extensive fishing activities, is subject to several constraints, represented by equations of linear and non linear nature that accounts, in the optimization process, at monthly level, for the physical limitations of the reservoirs, perimeters and hydraulics equipment, hydrological limitations, legal, economical and social requirements, that are inherent of water resource systems of multiple uses. A deterministic approach was necessary, where the future was idealized through planning scenarios, characterized by three different climate situations (average, dry and rainy). The optimal values assumed by the several decision variables, such as discharges of the reservoirs and irrigated areas for each crop, are generated for each climatic situation, taking in account the several operational aspects adopted for the reservoirs Jucazinho and Carpina. The optimization study showed that, respected the imposed operational constraints, in this study, the maximum areas cogitated for the perimeters would not be totally irrigated. The reached results show the viability of the model ORNAP for the planning and management of reservoirs and irrigated sites, constituting in an interesting tool for a decision support system.