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Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Faculdade de Ciências e …. MCC e JV Com a colaboração da Eng. Helena Lucas 0 Academia.

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1 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Faculdade de Ciências e …. MCC e JV Com a colaboração da Eng. Helena Lucas 0 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Lisboa, 23 de Março 2012 Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (Maria da Conceição Cunha e João Vieira) colaboração da empresa Águas do Algarve (Eng. Helena Lucas)

2 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Estrutura da apresentação Enquadramento Descrição do problema Modelo OPTISM Aplicação

3 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Enquadramento Planeamento de uma gestão de recursos a nível regional assente em uma utilização planeada e coordenada das diferentes origens disponíveis (e.g. superficiais e subterrâneas) Potenciais benefícios Aumento de fiabilidade e diminuição de vulnerabilidade dos sistemas Novas possibilidades de armazenamento, distribuição e tratamento da água Redução de impactes provocados pela incerteza sobre a procura e entradas de água para o sistema Redução de externalidades causadas pela exploração do sistema Adiamento da construção de novas infra-estruturas

4 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Descrição do problema Optimizar a operação de um sistema regional de abastecimento de água com origens próprias (superficiais e subterrâneas) + origens de emergência (furos municipais) Objectivos da entidade gestora:. Redução dos custos de operação. Satisfação da procura dos pontos de entrega. Fornecimento de uma água com a qualidade mais adequada. Evitar a activação de captações de emergência

5 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Modelo decisional s.a: x : variáveis de decisão representam as decisões a tomar f : função objectivo relaciona as decisões com o valor da solução obtida g : funções restrição representam as j condições (físicas, tecnológicas, etc) a que a tomada de decisão e a procura de soluções têm de obedecer

6 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I s.a: Restrições físicas Funções de custo Funções de benefício Restrições ambientais Restrições legais Restrições orçamentais Restrições tecnológicas Funções comportamentais Modelo OPTISM

7 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Modelo OPTISM Rebaixamentos e extracções máximos Balanços e níveis nas albufeiras Limites à mistura de águas superficiais e subterrâneas s.a: Restrições físicas Funções de custo Restrições ambientais Restrições legais Restrições tecnológicas Observed Estimated Limitações decorrentes da lei Capacidade instalada Custos de operação Custos de não satisfação da procura Custos de não cumprimento de objectivos de qualidade Custos de captações municipais passarem a contribuir para o abastecimento

8 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Modelo OPTISM Simulação da disponibilidade de água em albufeiras. Balanços hídricos Armazenamento Afluências naturais Descargas Extracções Perdas Variável de decisão

9 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Modelo OPTISM Simulação da disponibilidade de água em albufeiras. Calibração de modelo hidrológico para reproduzir as afluências naturais

10 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Modelo OPTISM Simulação da disponibilidade de água em albufeiras. Calibração de modelo hidrológico para reproduzir as afluências naturais Resultados da etapa de calibração do modelo hidrológico

11 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Modelo OPTISM Simulação do escoamento de água subterrânea. Método da matriz de resposta Nível piezométrico com bombagens Nível piezométrico sem bombagens Volumes de água extraída i,n,t-j+1 – Coeficientes de influência (dado de entrada) Variável de decisão

12 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Modelo OPTISM Modelos de escoamento de água subterrânea em elementos finitos Simulação do escoamento de água subterrânea. Método da matriz de resposta

13 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Modelo OPTISM Determinação dos coeficientes de influência Simulação do escoamento de água subterrânea. Método da matriz de resposta

14 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Modelo OPTISM

15 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Modelo OPTISM Simulação da distribuição de água. Inclui representação explícita da qualidade da água com determinação de níveis de mistura Tipo de água – Superficial vs. Subterrânea

16 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Modelo OPTISM Objectivos da entidade gestora representados na função objectivo do modelo – Min z Em situações críticas (e.g. secas) os objectivos podem não ser plenamente atingidos havendo lugar à implementação de medidas de contingência – hierarquização definida pela entidade gestora Satisfação da procura Controlo de qualidade da água Não activação de captações de emergência Custos de operação

17 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Modelo OPTISM Função objectivo - Função de penalidade por não satisfação da procura Penaliza severamente os maiores défices, distribuindo o défice total em uma série défices mais pequenos Wgt DefU – Peso D – Procura C – Água disponibizada D–C > 0 – Défice Parametrização

18 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Modelo OPTISM Simuladores Oferta e Procura Funções de custos Optimização [ Min f ( x )] Operação do sistema Afectação da água Custos Outras restrições

19 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Exemplo de aplicação Sistema multimunicipal de abastecimento de água do Algarve

20 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Exemplo de aplicação Optimização da operação do SMAA no período pré- Odelouca

21 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Exemplo de aplicação Dados de entrada. Procura global do SMAA (65 pontos de entrega) = 72,6 hm 3 /ano. Níveis de mistura mais adequados > 75% de água de origem superficial. Perímetros de rega na origens do SMAA = 67,6 hm 3 /ano – dado de entrada

22 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Exemplo de aplicação Dados de entrada. Procura global do SMAA (65 pontos de entrega) = 72,6 hm 3 /ano. Níveis de mistura mais adequados > 75% de água de origem superficial. Perímetros de rega na origens do SMAA = 67,6 hm 3 /ano – dado de entrada. Actuação em situação de contingência (parametrização f. de penalidade): - Satisfação da procura é objectivo prioritário - Reforço do abastecimento com água de origem subterrânea - Activação das captações de emergência quando não for possível assegurar o abastecimento com captações próprias

23 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Exemplo de aplicação Interface gráfica para entrada de dados – MS Excel

24 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Exemplo de aplicação Interface gráfica para entrada de dados – MS Excel

25 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Exemplo de aplicação Interface gráfica para entrada de dados – MS Excel

26 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Exemplo de aplicação Optimização do desempenho do SMAA no período pré- Odelouca em quatro cenários compostos distintos. HID_REAL – 2003/ / /2006. HID_EXTR – 2003/ / / A – Gestão anual. 3A – Gestão interanual a 3 anos Hidrologia Gestão dos recursos

27 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Exemplo de aplicação Esquema de resolução Resolução de um único modelo Res. 1Res. 2Res. 3 Cenários 1A: Cenários 3A: Ano 1Ano 2Ano 3

28 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Exemplo de aplicação Dimensões dos modelos Modelos 1A – variáveis restrições Modelos 3A – variáveis restrições

29 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Exemplo de aplicação HID_REAL (2003/ / /2006)+ 1A (Gestão anual) Valores em milhões m 3 - Minimização dos custos de operação - Volume de água subterrânea utilizada 3%

30 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Exemplo de aplicação HID_REAL (2003/ / /2006) + 1A (Gestão anual) Valores em milhões m 3 - Maior recurso a origens subterrâneas: AdA -14,21 hm 3 Emergência – 8,01 hm 3 Volume morto

31 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Exemplo de aplicação HID_REAL (2003/ / /2006) + 1A (Gestão anual) Valores Anuais Valores Mensais

32 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Exemplo de aplicação HID_REAL (2003/ / /2006) + 1A (Gestão anual) Valores em milhões m 3 - Minimização dos custos de operação - Controlo adequado da água fornecida aos pontos de entrega

33 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Exemplo de aplicação HID_REAL (2003/ / /2006) + 1A (Gestão anual)

34 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Exemplo de aplicação HID_REAL (2003/ / /2006) – 1A vs. 3A Gestão anual - 1A Capt. emergência: 8,01 hm 3 Gestão interanual - 3A Capt. emergência: 0 hm 3 1º Ano2º Ano 3º Ano 1º Ano2º Ano 3º Ano

35 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Exemplo de aplicação HID_EXTR (2003/ / /2005) + 1A (Gestão anual) Valores em milhões m 3 34 Volume morto Nível piezométrico mínimo

36 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Exemplo de aplicação HID_EXTR (2003/ / /2005) + 1A (Gestão anual) - Recurso às captações de emergência não seria suficiente para evitar grave situação de défice - Limitação das extracções de água subterrânea dos aquíferos por restrições ambientais Valores em milhões m 3

37 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Exemplo de aplicação HID_EXTR (2003/ / /2005) – 1A vs. 3A Gestão anual - 1A Défiee acumulado: 44,09 hm 3 Gestão interanual - 3A Défice acumulado: 10,49 hm 3 1º Ano2º Ano 3º Ano 1º Ano2º Ano 3º Ano

38 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Exemplo de aplicação HID_EXTR (2003/ / /2005) Gestão anual - 1AGestão interanual - 3A Satisfação da procura dos pontos de entrega

39 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Exemplo de aplicação Modelo OPTISM – Modelo de optimização não linear Mínimo localMínimo global

40 Academia AcquaLiveExpo Gestão Avançada de Serviços de Água – Parte I Exemplo de aplicação Modelo OPTISM – Modelo de optimização não linear


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