Os avanços observados em Sistemas de Distribuição de Água vêm surgindo da necessidade de aumentar a eficiência, a qualidade e segurança do abastecimento de água aos consumidores. Dois desses avanços recentes que podem ser citados são a setorização e a quantificação da confiabilidade. O processo de setorização de um sistema de distribuição de água favorece a sua gestão, uma vez que possibilita maior controle da vazão distribuída e dos limites de fornecimento do serviço, entretanto pode implicar em restrições no abastecimento durante eventos de falhas ou emergências, sendo necessária a avaliação da confiabilidade. Diversos pesquisadores têm buscado uma metodologia coerente e adequada para quantificar a confiabilidade em sistemas de distribuição de água, muitos deles desenvolvendo métricas alternativas que visam simplificar esta definição. O presente trabalho visou investigar métricas alternativas de confiabilidade, propostas na literatura especializada, aplicando-as a estudos de caso para a rede original e após a setorização. Os resultados sugerem a viabilidade de utilização das métricas de confiabilidade como forma de avaliar diferentes níveis de setorização, no que diz respeito à vulnerabilidade do sistema. / Improvements upon Water Distribution Systems have been made under the urge of increasing efficiency, quality and security of water supply to its customers. A couple of recent breakthroughs on Water Distribution Network are partitioning and reliability. Water network partitioning enhances operational management, once it enables higher control of supplied flow and awareness of boundaries regarding each partition. Nevertheless, it can lead to supply restrictions under emergency and failure events, what may require reliability assessment. Several researchers have pursued consistent approach to quantify reliability of Water Distribution Network, many of them proposed surrogate measures which focused on simplifying its measurement. The aim of this work is to look into surrogate reliability measures proposed in the literature and applying them on case studies for its original layout and after proposed partitioning. The results implies the usage feasibility for the reliability measures as a way of evaluating different stages of partitioning, regarding system\'s vulnerability.

Os avanços observados em Sistemas de Distribuição de Água vêm surgindo da necessidade de aumentar a eficiência, a qualidade e segurança do abastecimento de água aos consumidores. Dois desses avanços recentes que podem ser citados são a setorização e a quantificação da confiabilidade. O processo de setorização de um sistema de distribuição de água favorece a sua gestão, uma vez que possibilita maior controle da vazão distribuída e dos limites de fornecimento do serviço, entretanto pode implicar em restrições no abastecimento durante eventos de falhas ou emergências, sendo necessária a avaliação da confiabilidade. Diversos pesquisadores têm buscado uma metodologia coerente e adequada para quantificar a confiabilidade em sistemas de distribuição de água, muitos deles desenvolvendo métricas alternativas que visam simplificar esta definição. O presente trabalho visou investigar métricas alternativas de confiabilidade, propostas na literatura especializada, aplicando-as a estudos de caso para a rede original e após a setorização. Os resultados sugerem a viabilidade de utilização das métricas de confiabilidade como forma de avaliar diferentes níveis de setorização, no que diz respeito à vulnerabilidade do sistema. / Improvements upon Water Distribution Systems have been made under the urge of increasing efficiency, quality and security of water supply to its customers. A couple of recent breakthroughs on Water Distribution Network are partitioning and reliability. Water network partitioning enhances operational management, once it enables higher control of supplied flow and awareness of boundaries regarding each partition. Nevertheless, it can lead to supply restrictions under emergency and failure events, what may require reliability assessment. Several researchers have pursued consistent approach to quantify reliability of Water Distribution Network, many of them proposed surrogate measures which focused on simplifying its measurement. The aim of this work is to look into surrogate reliability measures proposed in the literature and applying them on case studies for its original layout and after proposed partitioning. The results implies the usage feasibility for the reliability measures as a way of evaluating different stages of partitioning, regarding system\'s vulnerability.

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The NSGA II (Nondominated Sorting Genetic Algorithm II) method was used to optimize the operation of variable rotation pumps, that is, the decision variables of the problem were the rotation of the pumps for each hour throughout the day. A modification of the original EPANET hydraulic simulator, which does not correctly compute the efficiency of variable-speed pumps, was employed so that the power of each pump, and consequently the cost of electric power, was calculated correctly. The representation of the system in the model was done by means of the configuration of the hypothetical network called ANYTOWN in the EPANET and implementation of the Multiobjective Evolutionary Algorithm, determination of the penalty coefficients and determination of genetic parameters and operators (population, generation number, mutation probability and probability of recombination). The validity test of the developed model was obtained through simulations performed with the input data, including the patterns of variation of the speed of rotation of the pumps. Non-dominated solutions (Pareto Front) were obtained considering first the negative pressure penalty at the nodes and, subsequently, the negative pressure penalties at the nodes and the closure / shutdown of tubes and / or pumps. All points found represent optimal operating solutions for the system considering the period of the last 24 hours for calculating the objective functions. The results obtained for the two previously defined objectives demonstrate the effectiveness of the model, since mainly with adoption of penalty 2, presents adequate pressures at the nodes and adequate water level in the reservoir, with the consequent saving of electric energy and increased hydraulic reliability. / Diante do crescimento populacional urbano e importância da água como recurso natural limitado, verifica-se a necessidade de implementar técnicas com a finalidade de reduzir os custos operacionais dos sistemas de distribuição de água e garantir abastecimento adequado. A otimização da operação de bombas pode ser utilizada com o propósito de atender as demandas de consumo com um menor custo energético, além de maximizar a confiabilidade hidráulica. Neste trabalho, um modelo híbrido de otimização/simulação foi desenvolvido tendo como suporte os algoritmos genéticos multiobjetivo e o simulador hidráulico EPANET. O método NSGA II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II) foi utilizado para a otimização da operação de bombas de rotação variável, ou seja, as variáveis de decisão do problema foram a rotação das bombas para cada hora ao longo do dia. Uma modificação do simulador hidráulico EPANET original, que não computa corretamente o rendimento de bombas de rotação variável, foi empregada para que as potências de cada bomba e, consequentemente o custo da energia elétrica, fossem calculadas corretamente. Foi realizada a representação do sistema no modelo, por meio da configuração da rede hipotética denominada ANYTOWN no EPANET e implementação do Algoritmo Evolucionário Multiobjetivo, determinação dos coeficientes de penalidade e determinação dos parâmetros e operadores genéticos (população, número de geração, probabilidade de mutação e probabilidade de recombinação). O teste de validade do modelo desenvolvido foi obtido por meio das simulações realizadas com os dados de entrada, incluindo os padrões de variação da velocidade de rotação das bombas. Conjuntos de soluções não dominadas (Frente Pareto) foram obtidos considerando-se primeiramente a penalidade de pressão negativa nos nós e, posteriormente, as penalidades de pressão negativa nos nós e fechamento/desligamento de tubos e/ou bombas. Todos os pontos encontrados representam soluções operacionais ótimas para o sistema considerando-se o período das últimas 24 horas para o cálculo das funções objetivo. Os resultados obtidos para os dois objetivos previamente definidos demonstram a eficácia do modelo, visto que principalmente com adoção da penalidade 2, apresenta pressões adequadas nos nós e nível adequado de água no reservatório, com a consequente economia de energia elétrica e aumento da confiabilidade hidráulica.

This diploma thesis presents the topic of urban drainage systems. The first theoretical part contains methods and options for urban drainage systems, stormwater management, blue-green infrastructure (BGI) in urban areas and introduction of numerical modelling of sewerage systems. The application of modelling platforms is further described in the feasibility study in the practical part of this thesis. By using the simulation model, the study assesses the hydraulic reliability of the drainage system in the city of Jedovnice in the Czech Republic, identifies hydraulic issues and their causes on the urban drainage system. The second part of the study assesses extra-urban stormwater inflow from fields around the city caused by heavy rainfalls, which causes local flooding in the urban area. The identification as well as proposed solutions and capital expenditures, their comparison and recommendation of the optimal solution are included in the study.