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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.3.2011.tde-13072011-170631
Document
Author
Full name
Joaquin Ignácio Bonnecarrere Garcia
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2011
Supervisor
Committee
Porto, Rubem La Laina (President)
Braga Júnior, Benedito Pinto Ferreira
Brandão, João Luiz Boccia
Fernandes, Cristóvão Vicente Scapulatempo
Martins, José Rodolfo Scarati
Title in Portuguese
Sistema de suporte a decisão para o lançamento de efluentes.
Keywords in Portuguese
Gerenciamento
Otimização
Recursos hídricos
Sistemas de suporte a decisão
Abstract in Portuguese
Esta tese desenvolveu um Sistema de Suporte a Decisão para auxiliar na concessão de outorga de lançamento de efluentes, através do qual é possível avaliar estratégias de outorga visando facilitar o processo de análise e a efetivação do instrumento. O SSD utiliza em seu processo de análise algoritmos evolucionários para a otimização do processo de alocação de demanda e de carga efluente, visando a maximização dos usos e a minimização dos custos das medidas de tratamento de efluentes, respeitando os limites estabelecidos pela classe de enquadramento dos corpos dágua. Os algoritmos evolutivos analisados foram os Algoritmos Genéticos, Particle Swarm Optimization e o Differential Evolution. Entre as estratégias de outorga consideradas estão o atendimento da legislação ambiental para o lançamento de efluentes, a isonomia entre os usuários, o atendimento aos padrões de qualidade estabelecidos pelo enquadramento dos corpos hídricos e as restrições impostas pelo órgão gestor aos usuários ou as finalidades de uso. Para avaliar o desempenho do SSD foi realizado um estudo de caso na Bacia Hidrográfica do Rio Atibaia, no Estado de São Paulo. O Rio Atibaia foi escolhido por apresentar problemas de disponibilidade hídrica e conflitos pelo uso da água, o que permite avaliar os resultados do SSD para as diferentes estratégias em um caso real. Os resultados obtidos pelos três algoritmos para as estratégias analisadas foram satisfatórios atendendo as restrições e penalidades impostas à função objetivo. Observou-se que a estratégia de outorga que não considerou a Legislação Ambiental para lançamento de efluentes e a questão da isonomia entre os usuários apresentou o menor custo global das medidas de tratamento de efluentes. Este resultado se deve ao fato desta estratégia ser menos restritiva que as demais analisadas, e pelo melhor aproveitamento da vazão disponível no trecho para diluir os efluentes. As estratégias propostas neste estudo tiveram como principal objetivo avaliar o comportamento do SSD na obtenção das análises, assim como analisar a flexibilidade dos algoritmos na introdução de restrições e penalidades. Para a escolha das estratégias de outorga, destaca-se o importante papel do Comitê de Bacia e do órgão gestor para definir as prioridades, tendo em vista que os critérios de outorga, a legislação ambiental e a isonomia, podem acarretar em investimentos mais elevados para a implementação das medidas de tratamento. O Sistema de Suporte a Decisão proposto nesta tese representa um avanço no processo de gestão de recursos hídricos, uma vez que envolve importantes critérios e estratégias na análise da outorga de direito de uso da água, sem dissociar os aspectos de quantidade e qualidade da água e aspectos econômicos para sua efetivação.
Title in English
Decision support system for wastewater discharge and water abstraction rights.
Keywords in English
Decision support system
Management
Optimization
Water resource
Abstract in English
This study presents a Decision Support System (DSS) to assist in the issuing of wastewater discharge and water abstraction rights, including the evaluation of alternative pollution control strategies used to facilitate the analysis and implementation of the instrument. The DSS substantiates its analysis with the use of evolutionary algorithms for the optimization of water demand and wastewater discharge allocation. It intends to maximize the uses and minimize the costs of wastewater treatment measures, according to the limits imposed by the water quality standards. The evolutionary algorithms investigated in this study include Genetic Algorithms, Particle Swarm Optimization and Differential Evolution. Among the strategies considered for the issuing of water rights were the compliance with environmental legislation for wastewater discharge, the equality between water users, the water quality standards et by the water bodies classification, and the restrictions imposed by the responsible controlling agency. The SSD was evaluated on a case study area, at Atibaia River, located in the State of Sao Paulo. The Atibaia River was chosen because of the existence of innumerous conflicts of over water use and availability. It allows the assessment of the SSD performance, to different strategies, in a real case scenario. The SSDs results, using all three introduced algorithms, were satisfactory to the strategies analyzed, as they complied with the restrictions and penalties imposed to the objective function. Strategy one, with no restrictions or penalties, had the lowest overall cost of wastewater treatment measures, in comparison to strategy two, equity between water users, and three, compliance with Environmental Laws. This result is due to the fact that strategy one is less restrictive than the two others, and because of the best use of the available flow, in each respective reach, to dilute the wastewater discharge. The main objective of the proposed strategies is to evaluate the performance of the SSD in getting the results, as well as to analyze the flexibility of the algorithms when new restrictions and penalties are introduced in the decision making process. Water users, other stakeholders and the responsible controlling agency have an important role in the selection of suitable strategies and priorities of uses. Higher investments to implement water treatment measures may become necessary according to the strategy chosen. In addition, when a strategy is not well defined, it may cause unnecessary investments. The DSS proposed in this study represents an advance in water resources management. It involves important criteria and strategies used in the analysis of wastewater discharge and water abstraction rights, without disassociating water quality and quantity aspects as well as economic factors for its implementation.
 
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Publishing Date
2011-08-02
 
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