O trabalho apresenta uma proposta de metodologia para diagnóstico de sistemas de distribuição de água através da elaboração, passo a passo, e de uso de simuladores hidráulicos apoiados por aplicativos de geoprocessamento. Utilizando-se de dados reais como o histórico operacional de vazamentos dentro da região adotada num intervalo de tempo, espera-se fornecer ao analista um instrumento de análise visual do comportamento hidráulico do setor em função de uma escala progressiva de ocorrências, mapeada através de cores, permitindo avaliar a qualidade do modelo hidráulico como um todo, corrigindo desvios para que o mesmo reproduza eficientemente o comportamento real da rede de distribuição. Através deste, esperase avaliar as consequências da variação das pressões e vazões durante o dia, subsidiando tomadas de decisão, permitindo avaliação das opções e a redução de riscos e investimentos desnecessários. / The work presents a proposed methodology for diagnosis of water distribution systems through the development, step-by-step and hydraulic simulators use supported by geoprocessing applications. Using real data and operational history of leaks within the region adopted a time interval, is expected to provide the analyst a tool for visual analysis of the hydraulic behavior of the sector according to a progressive scale of occurrences, mapped through colors, in order to evaluate the quality of hydraulic model as a whole, correcting deviations so that it efficiently reproduces the actual behavior of the distribution network. Through this, it is expected to evaluate the consequences of variation of pressure and flows during the day, supporting decision-making, allowing the evaluation of the options and the reduction of unnecessary risks and investments.

O trabalho apresenta uma proposta de metodologia para diagnóstico de sistemas de distribuição de água através da elaboração, passo a passo, e de uso de simuladores hidráulicos apoiados por aplicativos de geoprocessamento. Utilizando-se de dados reais como o histórico operacional de vazamentos dentro da região adotada num intervalo de tempo, espera-se fornecer ao analista um instrumento de análise visual do comportamento hidráulico do setor em função de uma escala progressiva de ocorrências, mapeada através de cores, permitindo avaliar a qualidade do modelo hidráulico como um todo, corrigindo desvios para que o mesmo reproduza eficientemente o comportamento real da rede de distribuição. Através deste, esperase avaliar as consequências da variação das pressões e vazões durante o dia, subsidiando tomadas de decisão, permitindo avaliação das opções e a redução de riscos e investimentos desnecessários. / The work presents a proposed methodology for diagnosis of water distribution systems through the development, step-by-step and hydraulic simulators use supported by geoprocessing applications. Using real data and operational history of leaks within the region adopted a time interval, is expected to provide the analyst a tool for visual analysis of the hydraulic behavior of the sector according to a progressive scale of occurrences, mapped through colors, in order to evaluate the quality of hydraulic model as a whole, correcting deviations so that it efficiently reproduces the actual behavior of the distribution network. Through this, it is expected to evaluate the consequences of variation of pressure and flows during the day, supporting decision-making, allowing the evaluation of the options and the reduction of unnecessary risks and investments.

För att minska framtida problem med läckor på våra ledningsnät är det viktigt att man förnyar dessa. Planeringen av denna förnyelse kallas för förnyelseplanering. En metod i förnyelseplaneringen är så kallad ”riskbaserad förnyelseplanering”. Denna metod syftar till att hitta de ledningar som innebär störst risk. Med hög risk menas: en ledning som har hög sannolikhet för brott, samtidigt som konsekvensen av att ett brott uppstår är stor. Tekniska Verken i Linköping ansvarar för vattenledningsnätet i Linköpings kommun. I sin förnyelseplanering arbetar man på att få fram ett nytt verktyg, kallat ”Knappen”. Ambitionen med ”Knappen” är kunna hitta sina riskledningar med ”endast ett knapptryck”. ”Knappen” är en beräkning som baseras på en mängd indata om sannolikhet och konsekvens. En av faktorerna som ska användas i beräkningen är en uppskattning av reparationskostnaden läckan medför. Denna undersökning har resulterat i en formel för beräkning av denna kostnad. Formeln är baserad på data om tidigare läckor från 2011. De faktorer som formeln visade sig bero på är: vilken marktyp läckan har skett i, hur långt avståndet är, vilken reparationsmetod man måste använda samt ledningens material och diameter. För en läcka i en segjärnsledning med dimensionen 150 mm som måste lagas med en infällning blir reparationskostnaden enligt formeln 118 740 kr om den inträffade i en villagata. Om samma förutsättningar gäller för en läcka i en gjutjärnsledning med dimensionen 100 mm som tätas med en repmuff blir reparationskostnaden enligt formeln 62 060 kr. / Water is an essential resource that we today take for granted. The distribution of drinking water is done with pipes in our water distribution network. These pipes have a limited lifetime and at some point they will rupture, with a leak as a result. The leak can lead to major consequences. Some examples are: disturbance in traffics, damage to property, as well as private individuals and businesses that are without water. Another consequence is the cost itself of repairing the leak, which sometimes is the most severe consequence. To avoid future problems with water leaks, it is important to renew the pipe network. The planning of this renewal is called renewal planning. A method in renewal planning is so-called “risk-based renewal planning”. This method aims to find the pipes that carry the highest risk. A pipe with high risk is a pipe that has high probability of rupturing, at the same time as the consequence of a rupture is great. Tekniska Verken in Linköping is in charge of the water distribution network in Linköping municipality. In their renewal planning they are working on a new tool, called “Knappen”. The ambition with “Knappen” is to be able to find pipes with high risk with “just one touch of a button”. “Knappen” is a calculation based on a variety of input data on probability and consequence. One of the factors to be used in the calculation is an estimate of the repair cost that the leak causes. This study has resulted in a formula for calculating this cost. The formula is based on data about past leaks from 2011. The factors that the formula turned out to depend on is: in which land type the leak has occurred, how far the distance is, which repair method has to be used and also the material and dimension of the pipe.

[ES] La sectorización de las redes ha demostrado ser una metodología estratégica en la reducción de los volúmenes incontrolados fugados, considerado uno de los principales problemas a los que tienen que enfrentarse diariamente los gestores de los sistemas de distribución de agua. Su principal objetivo es facilitar la monitorización de las redes, dividiéndolas en subsistemas, sobre los que se puede realizar un mejor y más fácil control de las anomalías en el consumo y presión. Uno de los inconvenientes que presenta esta técnica recae en su diseño. No existe una solución única, sino que atiende a diversos criterios para realizarlo. De manera generalizada, este diseño se basa en la experiencia del propio diseñador, siguiendo criterios puramente prácticos y con procesos manuales de prueba y error, cuyo grado de dificultad está vinculado al tamaño y complejidad de la propia red. Esta tesis plantea una metodología sistemática para el diseño de la sectorización de una red de distribución de agua, según criterios energéticos, con el fin de facilitar la delimitación de cada uno de los sectores de la red. Como resultado, se obtiene una organización de la red en sectores buscando una optimización energética de la misma, de tal modo que posteriores técnicas de mejora, como es el caso de la gestión de presiones, se vean favorecidas. La sectorización ha resultado ser una técnica eficaz en la búsqueda de fugas. Sin embargo, como supone una pérdida de capacidad hidráulica y una merma en la calidad del agua, esta tesis se cuestiona el planteamiento de una técnica no intrusiva alternativa que logre los mismos resultados. Así, se propone el desarrollo de una metodología que localice las fugas centrada en la interdependencia de todos los elementos y en el empleo de sensores de caudal y presión. El trabajo pone de manifiesto que es posible sectorizar la red de tal manera que se consigan mayores beneficios para la misma. Ahora bien, también es posible el empleo de otras técnicas que no requieran el cierre de tuberías pero que desprendan soluciones similares. El empleo de una técnica u otra dependerá de cada caso, de los objetivos establecidos y de la política de trabajo de cada gestor. / [CA] La sectorització de les xarxes ha demostrat ser una metodologia estratègica en la reducció dels volums incontrolats perduts, considerat un dels principals problemes als quals han d'enfrontar-se diàriament els gestors dels sistemes de distribució d'aigua. El seu principal objectiu és facilitar la monitorització de les xarxes, dividint-les en subsistemes, sobre els quals es pot realitzar un millor i més fàcil control de les anomalies en el consum i pressió. Un dels inconvenients que presenta aquesta tècnica recau en el seu disseny. No existeix una solució única, sinó que atén diversos criteris per a realitzar-ho. De manera generalitzada, aquest disseny es basa en l'experiència del propi dissenyador, seguint criteris purament pràctics i amb processos manuals de prova i error, el grau de dificultat del qual està vinculat a la grandària i complexitat de la pròpia xarxa. Aquesta tesi planteja una metodologia sistemàtica per al disseny de la sectorització d'una xarxa de distribució d'aigua, segons criteris energètics, amb la finalitat de facilitar la delimitació de cadascun dels sectors de la xarxa. Com a resultat, s'obté una organització de la xarxa en sectors buscant una optimització energètica d'aquesta, de tal manera que posteriors tècniques de millora, com és el cas de la gestió de pressions, es vegen afavorides. La sectorització ha resultat ser una tècnica eficaç en la cerca de fuites d'aigua. No obstant això, com suposa una pèrdua de capacitat hidràulica i una disminució en la qualitat de l'aigua, aquesta tesi es qüestiona el plantejament d'una tècnica no intrusiva alternativa que aconseguisca els mateixos resultats. Així, es proposa el desenvolupament d'una metodologia que localitze les fuites d'aigua centrada en la interdependència de tots els elements i en l'ús de sensors de cabal i pressió. El treball posa de manifest que és possible sectoritzar la xarxa de tal manera que s'aconseguisquen majors beneficis per a aquesta. Ara bé, també és possible l'ús d'altres tècniques que no requerisquen el tancament de canonades però que desprenguen solucions similars. L'ús d'una tècnica o una altra dependrà de cada cas, dels objectius establits i de la política de treball de cada gestor. / [EN] The sectorization of networks has proven to be a strategic methodology in the reduction of uncontrolled leakage volumes, considered one of the main problems that water distribution system managers must face on a daily basis. Its main objective is to facilitate the monitoring of the networks, dividing them into subsystems, on which a better and easier control of anomalies in consumption and pressure can be performed. One of the drawbacks of this technique lies in its design. There is no single solution, but it is based on different criteria. In general, this design is based on the designer's own experience, following purely practical criteria and with manual trial and error processes, whose degree of difficulty is linked to the size and complexity of the network itself. This thesis proposes a systematic methodology for the design of the sectorization of a water distribution network, according to energy criteria, in order to facilitate the delimitation of each of the sectors of the network. As a result, an organization of the network in sectors is obtained, looking for an energetic optimization of the same, in such a way that later improvement techniques, such as pressure management, are favoured. Sectorization has proven to be an effective technique in the search for leaks. However, as it implies a loss of hydraulic capacity and a decrease in water quality, this thesis questions the approach of an alternative non-intrusive technique that achieves the same results. Thus, it is proposed the development of a methodology to locate the leaks focused on the interdependence of all the elements and the use of flow and pressure sensors. The present work shows that it is possible to sectorize the network in such a way as to achieve greater benefits for the network. However, it is also possible to use other techniques that do not require pipe closure but provide similar solutions. The use of one technique or another will depend on each case, on the established objectives and on the working policy of each manager. / Salguero Barceló, FJ. (2021). La sectorización basada en criterios energéticos como herramienta para la gestión hídrica de redes de distribución de agua [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/178235 / TESIS

[ES] Los esfuerzos que hacen los países, en conjunto con organizaciones mundiales, tales como IWA (por International Water Association), ONU-Agua y OMS (Organización Mundial de la Salud), para mitigar el impacto ambiental en el campo de la hidráulica urbana son considerados de vital importancia. Sin embargo, la escasez de los recursos hídricos en el mundo aumenta diariamente. Esto viene dado por el aumento constante de la demanda en los sectores industrial, agrícola y urbano, provocado por el aumento poblacional y el cambio climático. Los administradores de los sistemas de abastecimiento de agua (WSSs, por sus siglas en inglés, water supply systems) se han visto desafiados a suplir la creciente demanda de los diferentes sectores con la cantidad, calidad y eficiencia necesarios y, a su vez, reducir el desperdicio y el mal uso del recurso. Desde esta perspectiva, las fugas de agua son el mayor problema que enfrentan los administradores de estas empresas de servicios públicos. Las fugas en una red provocan problemas de salud, de escasez, económicos y medioambientales. El uso de técnicas de inspección no destructivas debe favorecer una rápida identificación de problemas, para realizar acciones posteriores de reparación en la red. Este trabajo hace uso del GPR (siglas en inglés de ground penetrating radar) como técnica de inspección no destructiva porque: favorece la exploración del subsuelo sin causar alteraciones al medio, es de fácil aplicación y, además, permite obtener pseudo imágenes del subsuelo. Uno de los objetivos de este documento es identificar y extraer características de una fuga en un WSS mediante imágenes de GPR, con el fin último de recrear las fugas a través de modelos 3D. Se realizaron ensayos de laboratorio bajo condiciones controladas donde se emuló una parcela en la cual se había enterrado una tubería con una pequeño orifico que simula una fuga de agua; tras introducir agua al sistema, se realizaron prospecciones con el GPR. Una vez finalizada la exploración del subsuelo, dado que las imágenes de GPR en bruto obtenidas no son fácilmente interpretables por personal no experto, tales imágenes fueron sometidas a procesamiento de datos que favorezcan su fácil interpretación. Este documento presenta dos metodologías de procesamiento de datos que permiten obtener imágenes a partir de las cuales es posible identificar tanto los componentes del sistema como la fuga y su alcance. Las metodologías de tratamiento de datos aplicadas en este documento son una metodología basada en sistemas multi-agente y el filtro de varianza, metodología basada en parámetros estadísticos de segundo orden. Posteriormente, tras aplicar estas metodologías de procesamiento a las imágenes, se sometieron los resultados a un análisis que facilitase la mejor elección evitando la subjetividad del experto. Bajo este concepto, este documento propone el uso conjunto de técnicas multicriterio. Se utilizó el Proceso de Jerarquía Analítica Difusa (FAHP, por sus siglas en inglés, Fuzzy Analytical Hierarchy Process), que permite ponderar varios criterios de evaluación, con el propósito de mitigar la incertidumbre que caracterizan los juicios de los expertos, en conjunto con el método ELECTRE III para obtener la clasificación final de alternativas, todo esto de la manera más objetiva posible. Los resultados de este documento son satisfactorios, permitiendo obtener amplio conocimiento de las fugas y su interacción con el subsuelo, proporcionando pautas para desarrollar posteriormente metodologías de automatización que permitan localizar, seguir y predecir problemas en los WSSs. / [CA] Els esforços que fan els països en conjunt amb organitzacions mundials, como ara IWA (per International Water Association), ONU-Agua i OMS (per Organització Mundial de la Salut), per a mitigar l'impacte ambiental en el camp de la hidràulica urbana són considerats de vital importància. No obstant això, l'escassetat dels recursos hídrics en el món augmenta diàriament, donat per l'augment constant de la demanda en els sectors industrial, agrícola i urbà, provocat per l'augment poblacional i el canvi climàtic. Els administradors dels sistemes d'abastiment d'aigua (WSSs, per les seus sigles en anglès, water supply systems) s'han vist desafiats a suplir la creixent demanda dels diferents sectors amb la quantitat, qualitat i eficiència necessaris i, al seu torn, reduir el desaprofitament i el mal ús del recurs. Enfocant aquesta perspectiva, les pèrdues d'aigua són el problema més gran fet front pels directors d'aquestes utilitats. Les pèrdues d'aigua en una xarxa provoquen problemes de salut, d'escassetat, econòmics i mediambientals. L'ús de tècniques d'inspecció no destructives que afavoreixen una ràpida identificació per a realitzar accions de reparació posteriors en la xarxa. Aquest treball fa ús del GPR (sigles en anglès per ground penetrating radar) com a tècnica d'inspecció no destructiva perquè afavoreix l'exploració del subsol sense causar alteracions al entorn, és de fàcil aplicació i a més permet obtenir pseudo imatges del subsol. Un dels objectius d'aquest document és identificar i extraure característiques d'una pèrdua en un WSS mitjançant imatges de GPR, amb la fi última de recrear les pèrdues a través de models 3D. Es van realitzar assajos de laboratori sota condicions controlades on es va emular una parcel¿la en la qual s'ha enterrat una canonada amb una xicotet forat que simula una pèrdua d'aigua; després d'introduir aigua al sistema, s'obtenen prospeccions amb el GPR. Una vegada finalitzada l'exploració del subsol, atès que les imatges de GPR en brut obtingudes no són fàcilment interpretables per personal no expert, són sotmeses a processament de dades que afavorisquen la seua fàcil interpretació. Aquest document presenta dues metodologies de processament de dades que permeten obtenir imatges de les quals és possible identificar tant els components del sistema com la pèrdua i el seu abast. Les metodologies de tractament de dades aplicades en aquest document són una metodologia basada en multi-agents (MABS, per les seves sigles en anglès, multi-agent-based systems) i el filtre de variància, metodologia basada en paràmetres estadístics de segon ordre. Posteriorment, després d'aplicar aquestes metodologies de processament a les imatges se sotmeten els resultats a una anàlisi que faciliti la millor elecció evitant la subjectivitat de l'expert. Sota aquest concepte, aquest document proposa l'ús conjunt de tècniques de decisió multi-criteri (MCDM, per les seves sigles en anglès, multi-criteria decision-making). Es va utilitzar el Procés de Jerarquia Analítica Difusa (FAHP, per les seves sigles en anglès, Fuzzy Analytical Hierarchy Process) el qual s'utilitza per a ponderar diversos criteris d'avaluació, amb el propòsit de mitigar la incertesa que caracteritzen els judicis dels experts, en conjunt amb el mètode ELECTRE III, per a obtenir la classificació final d'alternatives, tot això de la manera més objectiva possible. Els resultats d'aquest document són satisfactoris, permetent obtenir ampli coneixement de les pèrdues d'aigua i la seua interacció amb el subsol, donant-nos la pauta per a desenvolupar posteriorment metodologies d'automatització que permeten localitzar, seguir i predir problemes en els WSSs. / [EN] The efforts made by the countries in collaboration with world organizations, such as IWA (for International Water Association), UN-Water and WHO (for World Health Organization), to mitigate the environmental impact in the field of urban hydraulics are considered of vital importance. However, the scarcity of water resources in the world increases daily, given by the constant increase in demand in the industrial, agricultural and urban sectors, caused by the population increase and the climate change. Managers of water supply systems (WSSs) are challenged to supply the growing demand of different sectors with sufficient quantity, quality and efficiency and, in turn, reduce waste and misuse of the resource. Focusing this perspective, water leaks are the biggest problem faced by the managers of these utilities. Leaks in a network cause health, shortage, economic and environmental problems. The use of non-destructive inspection techniques favors rapid identification to carry out subsequent repair actions on the network. This work makes use of the GPR (ground penetrating radar) as a non-destructive inspection technique because: it favors the exploration of the ground without causing alterations to the environment, it is easy to apply, and also allows to obtain pseudo images of the subsoil. This document presents two data processing methodologies that allow obtaining images from which it is possible to identify both the system components and the leak and its scope. The data treatment methodologies applied in this document are a multi-agent-based system (MABS) methodology and the variance filter, a methodology based on second-order statistical parameters. Subsequently, after applying these processing methodologies to the images, the results are subjected to an analysis that eases the best choice, avoiding expert's subjectivity. Under this concept, this document proposes the joint use of two multi-criteria decision-making (MCDM) methods. The Fuzzy Analytical Hierarchy Process (FAHP) is used first to weight various evaluation criteria, in order to mitigate the uncertainty that characterize the experts' judgments, in conjunction with the ELECTRE III method, to obtain the final classification of alternatives in the most objective way. The results of this document are satisfactory, allowing to obtain extensive knowledge of leaks and their interaction with the subsoil, giving a guideline to subsequently develop automation methodologies that allow locating, monitoring and predicting problems in WSSs. / Part of this work has been developed under the support of Fundación Carolina PhD and short-term scholarship program / Ocaña Levario, SJ. (2021). Análisis, caracterización y modelación 3D de fugas de agua en sistemas de abastecimiento de agua mediante imágenes de GPR [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/163677 / TESIS

This research focused on evaluating and comparing the perceptions, water-use behaviour, water conservation awareness and overall water stewardship of participants residing in Hammanskraal and Atteridgeville who have experienced intermittent water supply in their domestic households – due to either water contamination incidents caused by dilapidated infrastructure or water restrictions implemented by the City of Tshwane Metropolitan Municipality during the 2016–2017 drought in the Gauteng Province. The research concluded that the municipality needs to implement proactive water conservation awareness initiatives on an ongoing basis to reduce high water demands and to create a culture of water stewardship, especially in Atteridgeville. Transparent communication is also required from the municipality to instil the necessary trust among the public. It is recommended that the municipality attends to water leaks and ongoing complaints from the public timeously to reduce the current apathy from the public against reporting water-related issues and to ultimately ensure compliance to water restrictions. / Hierdie navorsing fokus op die evaluering en vergelyking van deelnemers wat in Hammanskraal en Atteridgeville woon se persepsies, waterverbruiksgedrag, waterbewaringsbewustheid en algehele waterrentmeesterskap, wat onderbroke watervoorsiening in hulle huishoudings ervaar het – as gevolg van waterbesoedelingsvoorvalle wat deur vervalle infrastruktuur veroorsaak is en waterbeperkings wat deur die Stad Tshwane Metropolitaanse Munisipaliteit gedurende die 2016 tot 2017-droogte in Gauteng ingestel is. Die navorsing het tot die gevolgtrekking gekom dat die munisipaliteit proaktiewe waterbewaringsbewustheidsinisiatiewe op ’n deurlopende grondslag moet implementeer om hoë wateraanvraag te verminder en ’n kultuur van waterrentmeesterskap, veral in Atteridgeville, te skep. Deursigtige kommunikasie word ook van die munisipaliteit vereis om die nodige vertroue by die publiek te kweek. Daar word aanbeveel dat die munisipaliteit betyds aandag aan waterlekkasies en deurlopende klagtes van die publiek sal gee om die huidige onverskilligheid van die publiek by die aanmeld van waterverwante aangeleenthede te verminder en om uiteindelik te verseker dat die publiek die waterbeperkings eerbiedig. / Patlisiso ena e ne e tsepame hodima ho lekola le ho bapisa maikutlo, boitshwaro ba tshebediso ya metsi, tsebo ka poloko ya metsi le tlhokomelo e akaretsang ya metsi ke bankakarolo ba dulang Hammanskraal le Atteridgeville ba bileng le phepelo ya metsi e kgaohang malapeng a bona – e ka ba ka lebaka la diketsahalo tsa tshilafatso ya metsi e bakilweng ke dipeipi tse senyehileng kapa ho kgaolwa ha metsi ho kentsweng tshebetsong ke Masepala wa Motsemoholo wa Metropolitan wa Tshwane nakong ya komello ya 2016–2017 porofenseng ya Gauteng. Patlisiso e fumane hore masepala o hloka ho kenya tshebetsong matsholo a ho atisa tsebo ka poloko ya metsi ka mokgwa o tswellang e le ho fokotsa tlhokeho e phahameng ya metsi le ho theha ditlwaelo tsa tlhokomelo ya metsi, haholo ho la Atteridgeville. Ho boetse ho hlokeha puisano e hlakileng e nang le ponaletso ho tswa ho masepala e le hore setjhaba se be le tshepo ho ona. Ho kgothaletswa hore masepala a sebetsane le diketsahalo tsa ho dutla ha metsi le ditletlebo tse tswellang tse tswang ho setjhaba ka potlako e le ho fokotsa maikutlo a ho tsotelle a tswang ho setjhaba mabapi le ho tlaleha mathata a amanang le metsi le ho netefatsa hore batho ba latela melawana ya phokotso ya metsi. / Geography / M. Sc. (Geography)