Os problemas de escassez hídrica enfrentados pela região Nordeste do Brasil ocorrem, principalmente, devido às condições climáticas, caracterizadas pela má distribuição das chuvas tanto temporalmente - a maior parte da precipitação anual se concentra em poucos meses - quanto espacialmente. A alta taxa de evaporação da região e a estrutura geológica do solo, predominantemente cristalino, são fatores que contribuem para agravar o problema. Fica evidenciada, portanto, a necessidade de a operação dos sistemas de recursos hídricos ser otimizada, propiciando assim, o seu melhor aproveitamento, com o menor custo para a sociedade. O presente trabalho estuda a operação otimizada dos reservatórios que abastecem a região metropolitana de Fortaleza, no Estado do Ceará, considerando a evaporação. O problema foi tratado através de um procedimento híbrido, proposto recentemente, de algoritmo genético e programação linear. O método permitiu que regras operacionais fossem extraídas sem a necessidade de fixá-las a priori, considerando diferentes condições de importe hídrico e possibilidades hidrológicas para evidenciar a robustez do método. / The problems of water shortage in the Northeast area of Brazil, are mainly due to the weather conditions, characterized by scattered rainfall depending upon the time of the year - the highest annual precipitation is concentrated in a few months - as well as the location. Very high evaporation rates in the region and the geological structure of the soil, mainly of crystalline origin, are factors that worsen shortage of water. Thus, there need for optimal operation of water resources systems, so as to obtain highest benefit at low costs for the society. The present study performs optimized operation of the Fortaleza (Ceará) metropolitan area water supply reservoirs with special attention to water losses by evaporation. The problem has been handled through a recently proposed hybrid procedure, genetic algorithm and linear programming. The method permitted extraction of operational rules without having to hypothesize their structure \"a priori\". Further, it was applied to Fortaleza water supply under different hydrologic conditions and those of inter-basin water transfers to verify the strength of the method employed.

Uma das aplicações mais importantes da análise de sistemas no planejamento de recursos hídricos diz respeito à determinação de estratégias operacionais de sistemas de múltiplos reservatórios, elementos indispensáveis aos aproveitamentos hídricos, cuja operação é alvo de análises que podem envolver muitas restrições e variáveis de decisão. Fica evidenciada, portanto, a necessidade de a operação destes ser otimizada, propiciando assim, o seu melhor aproveitamento, com o menor custo para a sociedade. A presente pesquisa estuda a operação otimizada de um sistema de reservatórios destinado a geração de energia elétrica, usando um modelo híbrido composto de algoritmos genéticos e o SIMPLEX de Nelder e Mead acoplado à programação linear sucessiva. Em conformidade com a recente proposta de Reis et al. (2005), o problema de otimização é resolvido através da decomposição em subproblemas seqüenciais independentes relativos a cada estágio de operação, conectados entre si por supor que os volumes dos reservatórios no final de cada estágio correspondam ao estado do sistema no início do estágio subseqüente. Para estimular a utilização mais eficiente dos volumes armazenados, no suprimento das demandas hídricas dos estágios futuros, são aplicados fatores de redução de custo (FRCs) sobre os volumes armazenados remanescentes no final de cada estágio / One of the most important uses for system analysis in water resources planning is the determination of the operational strategy for multiple reservoir systems, fundamental to better water supply, whose operation is the purpose of analysis that may involve many operation constraints and decision variables. Stay clear, so, the need of optimize their operation, creating in this manner, its best utilization with the less cost to society. This research on the optimal operation of a reservoir system has hydropower generation as its main objective. The optimization framework employs a hybrid model which corresponds to a combination of genetic algorithms and SIMPLEX of Nelder e Mead before employing successive linear programming. Accordant to recent Reis et. al (2005) proposal, the problem of optimizing is solved through decomposition in independents sequential sub problems related to each stage of operation, connected among themselves by supposing that reservoir storage at the end of each stage corresponds to the system state at the beginning of the subsequent stage. To promote the most efficient use of storage for water supply in future stages, FRC (cost reduction factors) are applied on the storage left at the end of each stage

Os problemas de escassez hídrica enfrentados pela região Nordeste do Brasil ocorrem, principalmente, devido às condições climáticas, caracterizadas pela má distribuição das chuvas tanto temporalmente - a maior parte da precipitação anual se concentra em poucos meses - quanto espacialmente. A alta taxa de evaporação da região e a estrutura geológica do solo, predominantemente cristalino, são fatores que contribuem para agravar o problema. Fica evidenciada, portanto, a necessidade de a operação dos sistemas de recursos hídricos ser otimizada, propiciando assim, o seu melhor aproveitamento, com o menor custo para a sociedade. O presente trabalho estuda a operação otimizada dos reservatórios que abastecem a região metropolitana de Fortaleza, no Estado do Ceará, considerando a evaporação. O problema foi tratado através de um procedimento híbrido, proposto recentemente, de algoritmo genético e programação linear. O método permitiu que regras operacionais fossem extraídas sem a necessidade de fixá-las a priori, considerando diferentes condições de importe hídrico e possibilidades hidrológicas para evidenciar a robustez do método. / The problems of water shortage in the Northeast area of Brazil, are mainly due to the weather conditions, characterized by scattered rainfall depending upon the time of the year - the highest annual precipitation is concentrated in a few months - as well as the location. Very high evaporation rates in the region and the geological structure of the soil, mainly of crystalline origin, are factors that worsen shortage of water. Thus, there need for optimal operation of water resources systems, so as to obtain highest benefit at low costs for the society. The present study performs optimized operation of the Fortaleza (Ceará) metropolitan area water supply reservoirs with special attention to water losses by evaporation. The problem has been handled through a recently proposed hybrid procedure, genetic algorithm and linear programming. The method permitted extraction of operational rules without having to hypothesize their structure \"a priori\". Further, it was applied to Fortaleza water supply under different hydrologic conditions and those of inter-basin water transfers to verify the strength of the method employed.

Uma das aplicações mais importantes da análise de sistemas no planejamento de recursos hídricos diz respeito à determinação de estratégias operacionais de sistemas de múltiplos reservatórios, elementos indispensáveis aos aproveitamentos hídricos, cuja operação é alvo de análises que podem envolver muitas restrições e variáveis de decisão. Fica evidenciada, portanto, a necessidade de a operação destes ser otimizada, propiciando assim, o seu melhor aproveitamento, com o menor custo para a sociedade. A presente pesquisa estuda a operação otimizada de um sistema de reservatórios destinado a geração de energia elétrica, usando um modelo híbrido composto de algoritmos genéticos e o SIMPLEX de Nelder e Mead acoplado à programação linear sucessiva. Em conformidade com a recente proposta de Reis et al. (2005), o problema de otimização é resolvido através da decomposição em subproblemas seqüenciais independentes relativos a cada estágio de operação, conectados entre si por supor que os volumes dos reservatórios no final de cada estágio correspondam ao estado do sistema no início do estágio subseqüente. Para estimular a utilização mais eficiente dos volumes armazenados, no suprimento das demandas hídricas dos estágios futuros, são aplicados fatores de redução de custo (FRCs) sobre os volumes armazenados remanescentes no final de cada estágio / One of the most important uses for system analysis in water resources planning is the determination of the operational strategy for multiple reservoir systems, fundamental to better water supply, whose operation is the purpose of analysis that may involve many operation constraints and decision variables. Stay clear, so, the need of optimize their operation, creating in this manner, its best utilization with the less cost to society. This research on the optimal operation of a reservoir system has hydropower generation as its main objective. The optimization framework employs a hybrid model which corresponds to a combination of genetic algorithms and SIMPLEX of Nelder e Mead before employing successive linear programming. Accordant to recent Reis et. al (2005) proposal, the problem of optimizing is solved through decomposition in independents sequential sub problems related to each stage of operation, connected among themselves by supposing that reservoir storage at the end of each stage corresponds to the system state at the beginning of the subsequent stage. To promote the most efficient use of storage for water supply in future stages, FRC (cost reduction factors) are applied on the storage left at the end of each stage

Submitted by THANAN WALESZA PEQUENO RODRIGUES null (twalesza@gmail.com) on 2017-04-18T13:46:33Z No. of bitstreams: 1 Tese_Final2017.pdf: 5871584 bytes, checksum: 622c90a26db9966bfc3a2c9aaf97e829 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-04-18T19:10:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 rodrigues_twp_dr_prud.pdf: 5871584 bytes, checksum: 622c90a26db9966bfc3a2c9aaf97e829 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-18T19:10:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 rodrigues_twp_dr_prud.pdf: 5871584 bytes, checksum: 622c90a26db9966bfc3a2c9aaf97e829 (MD5) Previous issue date: 2017-03-09 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente trabalho teve como objetivo realizar um levantamento detalhado das características bio-ópticas nos reservatórios de Barra Bonita (BB) e Nova Avanhandava (Nav) com o intuito de avaliar o desempenho de uma única abordagem voltada para a estimativa das propriedades ópticas inerentes (POIs), assim como, a concentração de totais sólidos suspensos (TSS). A investigação foi realizada utilizando dados coletados no campo entre 2014 e 2016, incluindo, as POIs, componentes opticamente significativos (COSs) e reflectância de sensoriamento remoto (R_rs). Os dados apresentados dos COSs confirmaram que BB é um ambiente mais túrbido que Nav por apresentar maior produção fitoplanctônica em função do recebimento de altas cargas de nutrientes provenientes da bacia de drenagem. Por outro lado, Nav é um ambiente mais transparente e com maior influência de material inorgânico, o que favorece o surgimento de macrófitas submersas. A concentração de clorofila-a (Chl-a) em BB alcançou máximo de 797.8 µg l-1 em outubro/2014, enquanto Nav apresentou máximo de 38.6 µg l-1 em maio/2016. A variabilidade nos COS esteve altamente vinculada a frequência de chuvas, sendo que no ano de 2014, ocorreu um evento extremo de seca alterando as características biogeoquímicas dos ambientes. BB reagiu de forma mais abrupta que Nav por apresentar um sistema de operação do tipo acumulação e por estar mais próxima das regiões potencialmente poluidoras, diferente de Nav que apresenta um sistema fio-d’água em que não há acumulação e sim fluxo constante da água. Além disso, no âmbito óptico, a absorção em Nav apresentou maior influência do particulado não-algal (NAP) enquanto que em BB, a absorção foi dominada por fitoplâncton. Com base nesses resultados pode-se concluir que os dois ambientes apresentam não só diferenças na qualidade da água, mas também nas propriedades ópticas, o que leva a afirmação de que um modelo único baseado nos dois ambientes pode não ter um bom resultado quando se pretende utilizar uma abordagem empírica. Um algoritmo quase-analítico (QAA) parametrizado para as condições de Nav (QAAOMR) apresentou resultados significativos com erros (erro médio percentual absoluto – MAPE) inferiores a 17% para o coeficiente de absorção total (a_t), 19% para o coeficiente de absorção orgânico detrital (a_CDM) e 47% para o coeficiente de absorção do fitoplâncton (a_ϕ). O respectivo modelo foi utilizado para verificar seu desempenho em um ambiente eutrofizado como BB e a versão parametrizada por Watanabe et al. (2016) e denominada QAABBHR foi aplicada aos dados de Nav. Como resultado, observamos que as duas versões foram adequadas para estimar a_t com erros inferiores a 40%, no entanto, existe ainda a necessidade de melhorar as etapas para estimativa de a_CDM e a_ϕ. No caso de se aplicar um modelo empírico de única abordagem para estimar concentração de TSS para ambos os reservatórios, observamos que essa abordagem não apresentou resultados satisfatórios, portanto, modelos específicos baseados na banda do vermelho do MODIS foram utilizados para mapear TSS em cada um dos reservatórios. Pode-se concluir então, que o conhecimento acerca das propriedades ópticas da água se mostrou determinante para a modelagem bio-óptica, principalmente no que diz respeito aos ambientes altamente contrastantes como BB e Nav. / The objective of the present work was to perform a detailed survey of the bio-optical characteristics of the reservoirs of Barra Bonita (BB) and Nova Avanhandava (Nav) in order to evaluate the performance of a single approach aimed at estimating the inherent optical properties (IOPs), as well as the concentration of total suspended solids (TSS). The research was carried out using data collected in the field between 2014 and 2016, including the IOPs, optically significant components (OSCs) and remote sensing reflectance (R_rs). The data presented from the OSCs confirmed that BB is more turbid than Nav because it presents higher phytoplankton production due to the input of high nutrient loads from the drainage basin. On the other hand, Nav is more transparent with greater influence of inorganic matter, which favors the appearance of submerged macrophytes. The concentration of chlorophyll-a (Chl-a) in BB reached a maximum of 797.8 μg l-1 in October/2014, while Nav presented a maximum of 38.6 μg l-1 in May/2016. The variability in the COS was highly related to the frequency of rainfall, in the year 2014, an extreme drought event occurred, altering the biogeochemical characteristics. BB reacted more abruptly than Nav because it presented an accumulation type operation system and because it is closer to the potentially polluting region. Nav presents a water system in which there is no accumulation but constant flow of water. In addition, in the optical context, the absorption in Nav presented greater influence of the non-algal particulate (NAP) while in BB, the absorption was dominated by phytoplankton. Based on these results, it can be concluded that the two environments present not only differences in water quality but also in optical properties, which leads to the assertion that a single model based on the two environments may not have a good result when it is intended to use empirical approach. A quasi-analytical algorithm (QAA) parameterized for Nav conditions (QAAOMR) presented significant results with errors (mean absolute percentage error - MAPE) lower than 17% for the total absorption coefficient (a_t), 19% for the carbon detrital matter absorption coefficient (a_CDM) and 47% for the absorption coefficient of phytoplankton (a_ϕ). The respective model was used to verify its performance in a eutrophic environment such as BB and the version parameterized by Watanabe et al. (2016) and named QAABBHR was applied to the Nav data. Thus, we note that the two versions were suitable for estimating a_t with errors (MAPE) less than 40%, however, improvements must be carried out for estimating a_CDM and a_ϕ. In the case of applying a single empirical model to estimate TSS concentration for both reservoirs, we observed that it did not present satisfactory results, so specific models based on the MODIS red band were used to map TSS in each of the reservoirs. It can be concluded, therefore, that knowledge about the optical properties of water has proved to be determinant for the bio-optical modeling, especially with respect to highly contrasting environments such as BB and Nav. / CNPq: 200152/2015-7