Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-10-02T15:03:23Z
No. of bitstreams: 1
ALLAN SARMENTO VIEIRA - TESE PPGRN) 2011.pdf: 3588977 bytes, checksum: 796c34c01f0797a7b020aa902fa99eeb (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-02T15:03:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1
ALLAN SARMENTO VIEIRA - TESE PPGRN) 2011.pdf: 3588977 bytes, checksum: 796c34c01f0797a7b020aa902fa99eeb (MD5)
Previous issue date: 2011-08-12 / Capes / A utilização de modelos matemáticos na análise de sistemas de recursos hídricos é bastante discutida na literatura, entretanto todos apresentam simplificações quanto a representação matemática da dinâmica dos seus processos ou nas aproximações numéricas das equações não-lineares que descrevem o seu comportamento. Dependendo da aplicabilidade, tais simplificações podem comprometer uma tomada
de decisão. Em geral, os modelos de simulação disponíveis para planejamento de sistemas de recursos hídricos a nível de bacia hidrográfica, apesar de serem bastante versáteis, não conseguem considerar certas complexidades devido a algumas limitações matemáticas dos seus algoritmos. Neste contexto foi proposto um modelo de simulação para esta finalidade, que tem como principais características o desenvolvimento de um modelo quali-quantitativo integrado com os múltiplos usos de águas superficiais, a incorporação de não-linearidades dos processos hidráulicos e operacionais e uma função multiobjetivo que otimize, segundo critérios de prioridade, o atendimento das demandas quantitativas hídricas dos diferentes usos e qualitativas relativas ao atendimento de metas de enquadramento para uso, segundo as normas do CONAMA, assim como o atendimento de outras metas operacionais. Os parâmetros de qualidade da água envolvidos são: Demanda Bioquímica de Oxigênio, Oxigênio Dissolvido, Fósforo Total, Nitrogênio Total, Clorofila-a e Coliformes Fecais. As limitações operacionais e hidráulicas foram incluídas no modelo através de restrições lineares (balanço hídrico nos nós, volumes metas, volumes mínimos, capacidade dos componentes, etc.) e não-lineares (vazão vertida máxima, vazão descarregada máxima, área da superfície líquida do reservatório, etc.). As restrições não-lineares foram tratadas a partir de aproximações por segmentos lineares (artifícios de linearização) e resolvidas num processo iterativo (programação linear sequencial) até a convergência do processo a uma tolerância desejada para o erro relativo da função objetivo. As equações do balanço de massa para os parâmetros de qualidade da água, que geralmente requerem o produto de variáveis de decisão, foram linearizadas pelo Método das Aproximações Lineares e agregadas, num mesmo algoritmo, às equações do balanço hídrico. Para avaliar o desempenho do atendimento das demandas hídricas, foram incluídos, no modelo, alguns indicadores de análise de desempenho, como a confiabilidade, vulnerabilidade, resiliência e sustentabilidade. Sua aplicabilidade foi verificada através de uma análise sistêmica dos reservatórios Engenheiro Ávidos e São Gonçalo da bacia hidrográfica do Rio Alto Piranhas - PB e suas demandas quali-quantitativas. A análise deste sistema foi realizada através da idealização de quatro cenários de operação que envolvia o uso de prioridades diferentes e a inclusão de uma Estação de Tratamento de Esgoto - ETE no último cenário. O horizonte de tempo foi de 360 meses. Foram analisados o atendimento às demandas e o enquadramento dos níveis de concentração dos parâmetros de qualidade da água à Classe II do CONAMA 357/05. Os resultados demonstraram que todas as restrições do sistema foram satisfeitas e que as demandas quantitativas obtiveram diferentes garantias de atendimento de acordo com o cenário utilizado. A inclusão da ETE considerada no cenário 04 foi imprescindível para aumentar o atendimento aos usos da água e melhorar a qualidade da água no sistema. O modelo proposto mostrou-se eficiente, quer seja quanto ao tempo de processamento quanto ao atendimento de todas as restrições impostas ao sistema. Apresentou, também, um erro numérico relativamente baixo. / The use of mathematical models in the analysis of water resources systems has been widely discussed in the literature, although all of them present simplifications regarding or to the mathematical representation of its dynamic processes or numerical approximations of the nonlinearities that describe their behavior. Depending upon the model applicability, such simplifications may compromise a decison making. All simulation models available for riverbasin water resources system planning, although being very versatile, are not able to include certain complexities due to some mathematical limitations of their algorithms.
Based on this context, to deal with these problems, a new simulation model has been
proposed, which has, as main characteristics, the development of an integrated qualiquantitative multiuse surface water systems model, the inclusion of nonlinearities of hydraulic and operational processes and a multiobjective function that otimizes, according to priorities criteria, the fulfillment of water demands for the different uses and the targeted water quality levels, according to the CONAMA norms as well as of other operational targets. The considered water quality parameters were the Biochemical Oxygen Demand, the Dissolved Oxygen, the Total Phosphorus, the Total Nitrogen, the Chlorophyll-a and the
Faecal Coliform. The operational and hydraulic limitations were included in the model
through linear constraints (water balance, target volumes, minimum volumes, component
capacities, etc.) and nonlinear ones (maximum reservoir spillage and discharge flows,
reservoir surface water, etc.). The nonlinear constraints were approximated by linear segments (linearization artifices) and solved in an iterative process (sequential linear programming) until a desired tolerance for the objective function relative error was reached. The mass balance for water quality parameters, which requires a multiplication of decison variables, were linearized by the Linear Approximation Method and interacted, in the same algorithm, with the water balance equations. To evaluate the performance of the fulfillment of water demand requirements, some performance indicators, such as reliability, resilience, vulnerability and sustainability, were included in the model. The model's applicability were tested in a systemic analyis of two reservoirs, Engenheiro Avidos and São Gonçalo ones, and their water quali-quantitative demands, which are located in Alto Piranhas riverbasin, PB. The analysis of this system was accomplished through the idealization of 4 operation scenarios, which made use of different priorities and the inclusion of a Waste Water Treatment Plant (ETE) in the last scenario. The simulation time horizon was 360 months. The fulfillment of water demand requirements and of the CONAMA 375/05 Class II targeted concentration level for water quality parameters were analyzed. The results have shwon the all constraints were satisfied and the reliability of water demands requirement fulfillment were different for each of the simulated scenario. The ETE inclusion scenario helped to improve the fulfillment of water demand uses requirement and to improve the system water quality. The new model proved to be efficient regarding to the computer time requirement to achieve a solution as well as to satisfy all constraints of the system. It also presented a small numerical error.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:localhost:riufcg/1877 |
| Date | 02 October 2018 |
| Creators | VIEIRA, Allan Sarmento. |
| Contributors | CURI, Wilson Fadlo., CAMPOS , Nilson., RIGHETTO , Antonio Marozzi., CURI , Rosires Catão., AZEVEDO, Carlos Alberto Vieira de. |
| Publisher | Universidade Federal de Campina Grande, PÓS-GRADUAÇÃO EM RECURSOS NATURAIS, UFCG, Brasil, Centro de Tecnologia e Recursos Naturais - CTRN |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Biblioteca de Teses e Dissertações da UFCG, instname:Universidade Federal de Campina Grande, instacron:UFCG |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0023 seconds