Modelos de Apoio à Decisão para a Gestão de Sistemas de Abastecimento de Água de Múltiplas Origens

Palavras-chave: Gestão de recursos hídricos,Sistemas de abastecimento de água de múltiplas origens,Modelos de apoio à decisão

O trabalho de investigação efetuado e exposto nesta tese descreve o desenvolvimento de duas ferramentas de análise de sistemas baseadas em modelos de otimização para a gestão de sistemas regionais de abastecimento de água de múltiplas origens, com especial interesse para sistemas com origens superficiais e origens subterrâneas. A gestão da água a nível regional está de acordo com os princípios orientadores para a implementação de estratégias de gestão integrada de recursos hídricos. As opções tomadas sobre o planeamento e a operação dos sistemas hídricos têm diferentes implicações (hidrológicas, económicas, sociais e ambientais) e um carácter irreversível, pelo que se exige eficiência aos processos de decisão. A abordagem sistémica permite, pelo menos, tornar os processos de decisão sobre a gestão de recursos naturais mais estruturados através da integração simultânea dos aspetos relevantes de cada problema. A primeira ferramenta apresentada é um modelo determinístico que otimiza a operação de sistemas regionais de abastecimento de múltiplas origens. Na operação do sistema, admite-se que a respetiva entidade gestora pretende diminuir os custos de exploração, satisfazer a procura, fornecer água com a qualidade mais adequada e evitar o recurso a origens de emergência. O modelo integra funções matemáticas que procuram reproduzir a operação de albufeiras, simular o escoamento de água subterrânea em aquíferos e descrever o transporte de água num sistema de distribuição comum entre os locais de captação e os locais de consumo com uma representação explícita da qualidade da água. Outras restrições reproduzem preocupações de carácter ambiental (e.g., estabelecimento de níveis piezométricos mínimos nos aquíferos, manutenção de caudais ecológicos a jusante das albufeiras) de modo a assegurar a devida proteção dos sistemas naturais e ecológicos. A segunda ferramenta desenvolvida baseia-se no pressuposto de que é necessário expandir a capacidade de um sistema regional de abastecimento de água de múltiplas origens. O problema a resolver consiste em determinar o conjunto de infraestruturas a construir e/ou reabilitar num determinado momento. Inevitavelmente, uma decisão deste tipo deverá ser tomada no contexto de um planeamento de longo prazo e ter em consideração o modo como os sistemas serão operados ao longo do tempo (20, 25 ou mais anos). Várias situações podem ocorrer no futuro dependendo do comportamento de diversos fatores incertos com influência sobre a procura e a oferta de água. A metodologia proposta baseia-se numa integração de dois modelos decisionais, num planeamento por cenários para representação explícita da incerteza e num método de resolução adequado às características do problema matemático que se pode definir. A metodologia desenvolvida configura uma abordagem robusta, em que se procuram encontrar soluções que venham a ter o melhor desempenho num conjunto de cenários. A resolução do problema de expansão com a atribuição de diferentes pesos aos termos de uma função objetivo providencia não uma única solução, mas um conjunto de possíveis soluções, permitindo relacionar os ganhos de robustez dos sistemas por expansão da sua capacidade com os custos exigidos para esse fim. Nesta tese, descrevem-se também os métodos de resolução de cada um dos problemas. O problema de otimização da operação é expresso por uma formulação não linear. Além de se sugerir a resolução direta do modelo de otimização, apresentam-se três métodos assentes em abordagens de decomposição para aumentar a eficiência do processo de resolução e reproduzir horizontes temporais na operação dos sistemas menores do que a extensão do período de análise. O problema de expansão é resolvido com um método que envolve fluxos de informação entre os dois modelos decisionais integrados na metodologia e que combina um algoritmo de recozimento simulado com a resolução de uma série de problemas não lineares. A utilidade das ferramentas de análise é demonstrada com duas aplicações a estudos de caso inspirados em problemas reais.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias