Metodologia multi-objetivo para alocação da vazão excedente em bacias hidrográficas.

Esta tese parte do pressuposto de que, à luz da atual gestão dos recursos hídricos no Brasil, os critérios de determinação da vazão máxima outorgável são bastante restritivos, o que provoca descontentamentos e gera conflitos. Além de basear-se em critérios restritivos, a própria variabilidade do clima impõe modificações nas disponibilidades hídricas, de modo que, em períodos de vazões superiores à outorgável, há um excedente de vazão que fica indisponível para a produção de riquezas sociais. Nesta tese argumenta-se que esta vazão excedente pode ser alocada entre os usuários, minimizando os prejuízos decorrentes da não utilização desta. Dessa forma, além de prover um melhor aproveitamento dos recursos hídricos, a alocação de uma parcela variável da disponibilidade hídrica surge como uma estratégia de adaptação à variabilidade climática. Contudo, admite-se que o desenvolvimento de um sistema de apoio à decisão para alocação da vazão excedente não é tarefa fácil, posto que é necessário o envolvimento e a integração de inúmeras variáveis e métodos, os quais devem ser estruturados e acoplados em um modelo de otimização apropriado; e é necessária a adoção de uma abordagem multiobjetiva integrada aos instrumentos de gestão dos recursos hídricos, de modo a suprir as lacunas existentes sem violar os critérios e preceitos estabelecidos em lei. Nesta tese é proposta uma metodologia para a otimização da alocação interanual da vazão excedente em uma bacia hidrográfica através de um algoritmo evolucionário multiobjetivo, no qual foram inseridas adaptações e operadores de reprodução específicos para incorporar as restrições do problema e contornar os obstáculos apresentados. Além de considerar diferentes usos, conservativos e de diluição, e de ser intertemporal e integrada, tanto quali-quantitativamente quanto espacialmente na bacia, o algoritmo evolucionário foi desenvolvido com o propósito de ser facilmente acoplado a modelos que representem a modelagem hidrometeorológica da bacia hidrográfica, e ser facilmente adaptável para cenários de racionamento (vazão excedente nula ou negativa). A metodologia foi avaliada na bacia hidrográfica do rio Gramame, no Estado da Paraíba e a análise incluiu a aplicação da metodologia em dois cenários hipotéticos de previsão probabilística de precipitação: acima da média histórica e abaixo da média histórica, o que permitiu avaliar o comportamento do modelo de otimização em situações de alocação da vazão excedente e de racionamento da vazão outorgada. Também foi analisado o comportamento do modelo frente à adoção de estratégias com a flexibilização dos valores de vazão ecológica e da concentração de DBO5 admissível nos corpos receptores da bacia. As propostas de alocação encontradas foram ainda avaliadas quanto a sua robustez frente a mudanças nos valores médios históricos das variáveis hidrológicas da bacia, as quais podem ser provocadas por uma alteração climática ou mesmo ser resultantes das incertezas associadas. Os resultados obtidos indicam boas perspectivas de sucesso da metodologia apresentada, uma vez que, tanto nos cenários de racionamento quanto nos cenários de alocação do excedente, o algoritmo progrediu em direção à Fronteira de Pareto, buscando, nesta fronteira, as regiões de viabilidade, quando existia, ou de menores ocorrências de alarmes.This work assumes that, in Brazil, water rights concession criteria are very restrictive, generating conflicts among users. In addition, the climate variability causes changes in water availability, so that in periods of higher flows, there is an excess discharge that is unavailable for the production of social wealth. This Thesis argues that the discharge surplus could be allocated among users, then minimizing losses due to not using it; the allocation can be defined annually, so that to consider the inter-annual variability of the hydrological variables. The allocation of a variable amount of water availability provides a better utilization of water resources, and is an adaptation strategy to cope with climate variability. However, it is true that the development of a decision support system for allocating the surplus discharge is not simple, because it is necessary the involvement and integration of many variables and methods that must be integrated in an appropriate optimization model. The approach should also be multiobjective and multicriteria and should be integrated with the water resources management law, in order to fill the gaps without violating the existing rules. Thus a methodology is proposed for optimizing the allocation of surplus discharge in a basin through a multiobjective evolutionary algorithm in which adaptations and reproduction operators were inserted to incorporate the specific constraints of the problem and overcome the obstacles presented. In addition this evolutionary algorithm was developed in order to be easily coupled to other models and be easily adaptable to scenarios of rationing (zero or negative surplus discharge). The methodology was evaluated in the Gramame river basin, in the state of Paraiba, which is already presenting evidence of greater demands than availability. The analysis included two hypothetical scenarios of probabilistic forecasts of precipitation: one above-normal forecast and one below-normal forecast; they allowed the assessment of the behavior of the optimization model in situations of allocating the surplus discharge as well as rationing when necessary. We also analyzed the behavior of the model with the adoption of management strategies with the flexibility of environmental flow values and allowable BOD concentration. The robustness of the allocation strategies were evaluated against changes in historical hydrological variables, which may be caused by climate change or even be the result of uncertainties. The results show that the algorithm proved to be adequate, presenting convergence for the most viable regions of Pareto Front.CNP

Análise da sustentabilidade hídrica de comunidades rurais do município de Pombal – PB

No semiárido brasileiro, os habitantes convivem com limitações hídricas, situação que se torna mais grave quando é analisado o contexto da área rural. Este artigo tem como objetivo analisar a situação da população rural do município de Pombal-PB no que tange a sustentabilidade hídrica. A área de estudo da pesquisa abrangeu 14 (quatorze) comunidades rurais localizadas no município citado. Foram utilizados indicadores que são aplicados em estudos regionais e locais associando à temática gestão de recursos hídricos com aspectos socioeconômicos em municípios e comunidades rurais. Os dados de entrada para o cálculo do Índice de Sustentabilidade Hídrica Rural (ISHR) foram obtidos através da realização de entrevistas com base em um roteiro de temas em um questionário estruturado fechado a 88 indivíduos residentes nas comunidades selecionadas. Para o cálculo do ISHR foi envolvido ponderações, em que as notas das variáveis dos indicadores e os pesos das dimensões e subdimensões foram definidos e analisados pela aplicação do método Delphi. Os resultados indicaram que o valor médio do ISHR para 14 comunidades foi de 5,6, com desvio padrão de 0,25 e, coeficiente de variação de 4,47%. Os resultados do ISHR mostraram que todas as comunidades são classificadas dentro de uma faixa regular com relação à sustentabilidade hídrica. O ISHR pode ser empregado como uma ferramenta para ajudar os tomadores de decisões no setor hídrico na escolha de prioridades e criação de políticas, estratégias e ações para as comunidades rurais.

Operation of oil drainage networks using multi-objective genetic algorithm.

A otimização da operação de sistemas de escoamento de petróleo é essencial para garantir o atendimento das restrições físicas do sistema e a maximização da eficiência dos objetivos operacionais, pois que prolonga a vida útil do sistema e mantém a produção do petróleo dentro dos requisitos de quantidade e qualidade segundo critérios racionais no custeio da energia elétrica. A utilização de modelos de otimização adaptados especificamente para obtenção da operação ideal permite oferecer uma possibilidade de operação mais racional, diminuindo a subjetividade, os riscos de falhas humanas e os conflitos que geralmente ocorrem quando a tentativa de otimização é feita de modo descentralizado e baseada unicamente na experiência adquirida pelos operadores em campo. O algoritmo genético tem sido utilizado com freqüência na otimização desses sistemas, e se destaca pela sua natureza robusta, que permite associar as características de eficácia e eficiência. Recentemente têm sido desenvolvidos diversos algoritmos genéticos multi-objetivo, os quais tratam mais realisticamente problemas complexos que necessitam da otimização simultânea de diversos objetivos. Esse trabalho analisa a incorporação de diversas técnicas e alternativas ao método de otimização multi-objetivo Strength Pareto Evolutionary Algorithm 2, com o propósito de aumentar a sua eficiência e torná-lo aplicável ao problema da otimização da operação de sistemas de escoamento de petróleo. As alternativas incorporadas abrangem a utilização da técnica de seeding, de heurísticas de reparo e descarte de soluções inviáveis, a integração do conceito de viabilidade com o conceito de dominância, a introdução de conhecimentos nos operadores de reprodução, dentre outras. Os experimentos foram conduzidos em uma subrede de escoamento de petróleo da Unidade de Negócios de Exploração e Produção do Rio Grande do Norte e Ceará da PETROBRAS, e os resultados validaram a metodologia como eficiente e aplicável ao problema, ao gerar boas alternativas para o escalonamento das bombas da rede para um período de 24 horas, em um tempo hábil.The optimization of the operation in oil pipeline networks is essential to guarantee the attendance of constraints and to maximize the efficiency of the operational objectives, in order to draw out its useful life while keeping the oil production in the requirements of quantity and quality with rationality of the costs of electric energy. The use of computational optimization models for solving this type of problem, allows to offer a more rational operation, diminishing the subjectivity, the risks of imperfections and the conflicts that generally occur when this operation are made decentralized and based solely in the experience acquired in field. Genetic algorithms have been used to optimize these systems, and it detaches for its robust nature, that allows associating its effectiveness and efficiency characteristics. Recently, has been developed various multi-objective genetic algorithms, which treat more reliability complex problems which need simultaneous optimization of diverse objectives. This work analyzes the incorporation of diverse techniques and in the Strength Pareto Evolutionary Algorithm 2, with the intention of increase its efficiency and becoming applicable to the problem of pump scheduling in oil pipeline network. The incorporated alternatives surround the use of the technique of seeding, of knowledge for repair and discarding of infeasible solutions, the integration of the concept of viability with the dominance criteria, the introduction of knowledge in the reproduction operators, among others. The experiments are based in a small part of the pumping network of “Unidade de Negócios de Exploração e Produção do Rio Grande do Norte e Ceará”, of PETROBRAS, and the results show an efficient and applicable methodology to the problem, which generates good alternatives for the pump scheduling, for a period of 24 hour, in a skillful time

Técnicas de Tratamento de Restrições aplicado em um Algoritmo Evolucionário Multiobjetivo para Repactuação de Outorgas em uma Bacia Hidrográfica

A outorga é o instrumento de alocação de água entre os diversos usos da bacia hidrográfica, contudo, os critérios de determinação da vazão máxima outorgável são bastante restritivos, o que provoca descontentamentos e gera conflitos entre os usuários. Dessa forma, a outorga atua como fator limitante do quantitativo disponível a ser alocado, principalmente em bacias que já apontam para o esgotamento dos seus recursos hídricos outorgáveis. Algoritmos evolucionários multiobjetivo têm se destacado na otimização de problemas relacionados à gestão dos recursos hídricos. Neste trabalho utilizamos o algoritmo evolucionário multiobjetivo SPEA2 para alocação de água como suporte à negociação da repactuação da outorga em bacias hidrográficas com vazões outorgáveis insuficientes para a demanda. Diversas técnicas têm sido desenvolvidas para considerar as restrições específicas do problema e melhorar o desempenho de algoritmos evolucionários, neste trabalho analisamos o ganho de desempenho obtido pela introdução de algumas destas técnicas. Os resultados demonstram a importância da utilização das técnicas de tratamento das restrições, e a aplicabilidade da utilização do algoritmo evolucionário como sistema de suporte à decisão na gestão dos recursos hídricos

Avaliação de Técnicas de Tratamento de Restrições em um Algoritmo Evolucionário Multiobjetivo na Alocação da Vazão Excedente em Bacias Hidrográficas

Vazão excedente pode ser definida como o volume de água em uma bacia hidrográfica que excede o volume outorgável, o qual, por sua vez, é definido com base em critérios bastante restritivos de modo a permitir o atendimento do volume outorgado mesmo em períodos de estiagem. Trabalhos recentes têm proposto a alocação desta vazão excedente entre os usuários, minimizando os prejuízos decorrentes da não utilização da mesma. Algoritmos evolucionários multiobjetivo têm se destacado na otimização de problemas complexos e diversas técnicas têm sido desenvolvidas para considerar as restrições específicas do problema e melhorar o seu desempenho. Neste trabalho utilizamos o algoritmo evolucionário multiobjetivo SPEA2 para alocar a vazão excedente em uma bacia hidrográfica e analisamos o ganho de desempenho obtido pela introdução de técnicas de tratamento das restrições neste algoritmo. Os resultados demonstram a importância da utilização das técnicas de tratamento das restrições, sobretudo da utilização dos operadores direcionados

A Pegada Hídrica e o Nível da Consciência Ambiental de Três Escolas do Ensino Médio do Município de Pombal-PB

A pegada hídrica é uma ferramenta de gestão de recursos hídricos que indica o consumo de água doce com base em seus usos direto e indireto. O uso direto é feito pelo consumidor ou produtor ao utilizar ou elaborar um produto e uso indireto consiste ao longo da cadeia produtiva dos produtos utilizados pelo consumidor ou produtor. Desta forma, tal indicador pode ser utilizado na conscientização e racionalização do consumo de água doce, uma vez que permite aos usuários em geral o entendimento do quanto de água é utilizado na fabricação de produtos ao longo de sua cadeia produtiva. Portanto, os segmentos da sociedade podem quantificar a sua contribuição para os conflitos de uso da água e degradação ambiental nas bacias hidrográficas em todo o mundo. A metodologia utilizada para a realização deste trabalho consistiu na aplicação de questionários, em três escolas pré-selecionadas, com o propósito de avaliar o nível de conscientização dos alunos em relação ao consumo de água. Este trabalho tem como objetivo utilizar o indicador pegada hídrica na conscientização ambiental do uso da água por alunos do ensino médio do município de Pombal – PB, com base no uso de novas tecnologias de estudo do espaço geográfico. Apesar de os alunos da escola menino Jesus apresentar melhor desempenho no consumo e gerenciamento dos recursos hídricos, sua média de acertos foi muito próxima das escolas públicas Monsenhor Vicente Freitas e Arruda Câmara. O valor médio da pegada hídrica nacional é de 1.381 m³/hab/ano e a média global é de 1.240m³/hab/ano, logo percebe-se que a maioria dos bairros obtiveram média abaixo da global e da nacional.The water footprint and the level environmental consciousness three high school education middle municipality of Pombal-PBAbstract: The water footprint is a water resource management tool that indicates the fresh water consumption based on their direct and indirect uses. The direct use is the use made by the consumer or producer to use or develop a product and indirect use is the use along the supply chain of the products used by the consumer or producer. Thus, such an indicator can be used in awareness and rationalization of consumption of fresh water, as it allows users overall understanding of how much water is used in the manufacture of products throughout its supply chain. Therefore, the segments of society can quantify its contribution to conflicts of water use and environmental degradation in river basins around the world. The methodology used for this work consisted of questionnaires in three pre-selected schools, in order to assess the level of students' awareness of water consumption. This paper aims to use the water footprint indicator on the environmental awareness of water use by high school students in the city of Pombal - PB, based on the use of new study of geographical space technologies. Although the menino Jesus School students perform better in consumption and management of water resources, his batting average was very close to the public schools Monsenhor Vicente Freitas and Arruda camara. The average national water footprint is 1.381 m³ / person / year and the global average is 1.240m³ / person / year, then it is clear that most districts have obtained average below the global and national levels

A pegada hídrica e o nível da consciência ambiental de três escolas do ensino médio do município de Pombal-PB

The water footprint is a water resource management tool that indicates the fresh water consumption based on their direct and indirect uses. The direct use is the use made by the consumer or producer to use or develop a product and indirect use is the use along the supply chain of the products used by the consumer or producer. Thus, such an indicator can be used in awareness and rationalization of consumption of fresh water, as it allows users overall understanding of how much water is used in the manufacture of products throughout its supply chain. Therefore, the segments of society can quantify its contribution to conflicts of water use and environmental degradation in river basins around the world. The methodology used for this work consisted of questionnaires in three pre-selected schools, in order to assess the level of students' awareness of water consumption. This paper aims to use the water footprint indicator on the environmental awareness of water use by high school students in the city of Pombal - PB, based on the use of new study of geographical space technologies. Although the menino Jesus School students perform better in consumption and management of water resources, his batting average was very close to the public schools Monsenhor Vicente Freitas and Arruda camara. The average national water footprint is 1.381 m³ / person / year and the global average is 1.240m³ / person / year, then it is clear that most districts have obtained average below the global and national levels.A pegada hídrica é uma ferramenta de gestão de recursos hídricos que indica o consumo de água doce com base em seus usos direto e indireto. O uso direto é feito pelo consumidor ou produtor ao utilizar ou elaborar um produto e uso indireto consiste ao longo da cadeia produtiva dos produtos utilizados pelo consumidor ou produtor. Desta forma, tal indicador pode ser utilizado na conscientização e racionalização do consumo de água doce, uma vez que permite aos usuários em geral o entendimento do quanto de água é utilizado na fabricação de produtos ao longo de sua cadeia produtiva. Portanto, os segmentos da sociedade podem quantificar a sua contribuição para os conflitos de uso da água e degradação ambiental nas bacias hidrográficas em todo o mundo. A metodologia utilizada para a realização deste trabalho consistiu na aplicação de questionários, em três escolas pré-selecionadas, com o propósito de avaliar o nível de conscientização dos alunos em relação ao consumo de água. Este trabalho tem como objetivo utilizar o indicador pegada hídrica na conscientização ambiental do uso da água por alunos do ensino médio do município de Pombal – PB, com base no uso de novas tecnologias de estudo do espaço geográfico. Apesar de os alunos da escola menino Jesus apresentar melhor desempenho no consumo e gerenciamento dos recursos hídricos, sua média de acertos foi muito próxima das escolas públicas Monsenhor Vicente Freitas e Arruda Câmara. O valor médio da pegada hídrica nacional é de 1.381 m³/hab/ano e a média global é de 1.240m³/hab/ano, logo percebe-se que a maioria dos bairros obtiveram média abaixo da global e da naciona

ATLANTIC BIRD TRAITS: a data set of bird morphological traits from the Atlantic forests of South America

Scientists have long been trying to understand why the Neotropical region holds the highest diversity of birds on Earth. Recently, there has been increased interest in morphological variation between and within species, and in how climate, topography, and anthropogenic pressures may explain and affect phenotypic variation. Because morphological data are not always available for many species at the local or regional scale, we are limited in our understanding of intra- and interspecies spatial morphological variation. Here, we present the ATLANTIC BIRD TRAITS, a data set that includes measurements of up to 44 morphological traits in 67,197 bird records from 2,790 populations distributed throughout the Atlantic forests of South America. This data set comprises information, compiled over two centuries (1820–2018), for 711 bird species, which represent 80% of all known bird diversity in the Atlantic Forest. Among the most commonly reported traits are sex (n = 65,717), age (n = 63,852), body mass (n = 58,768), flight molt presence (n = 44,941), molt presence (n = 44,847), body molt presence (n = 44,606), tail length (n = 43,005), reproductive stage (n = 42,588), bill length (n = 37,409), body length (n = 28,394), right wing length (n = 21,950), tarsus length (n = 20,342), and wing length (n = 18,071). The most frequently recorded species are Chiroxiphia caudata (n = 1,837), Turdus albicollis (n = 1,658), Trichothraupis melanops (n = 1,468), Turdus leucomelas (n = 1,436), and Basileuterus culicivorus (n = 1,384). The species recorded in the greatest number of sampling localities are Basileuterus culicivorus (n = 243), Trichothraupis melanops (n = 242), Chiroxiphia caudata (n = 210), Platyrinchus mystaceus (n = 208), and Turdus rufiventris (n = 191). ATLANTIC BIRD TRAITS (ABT) is the most comprehensive data set on measurements of bird morphological traits found in a biodiversity hotspot; it provides data for basic and applied research at multiple scales, from individual to community, and from the local to the macroecological perspectives. No copyright or proprietary restrictions are associated with the use of this data set. Please cite this data paper when the data are used in publications or teaching and educational activities. © 2019 The Authors. Ecology © 2019 The Ecological Society of Americ

ATLANTIC BIRD TRAITS

Scientists have long been trying to understand why the Neotropical region holds the highest diversity of birds on Earth. Recently, there has been increased interest in morphological variation between and within species, and in how climate, topography, and anthropogenic pressures may explain and affect phenotypic variation. Because morphological data are not always available for many species at the local or regional scale, we are limited in our understanding of intra- and interspecies spatial morphological variation. Here, we present the ATLANTIC BIRD TRAITS, a data set that includes measurements of up to 44 morphological traits in 67,197 bird records from 2,790 populations distributed throughout the Atlantic forests of South America. This data set comprises information, compiled over two centuries (1820–2018), for 711 bird species, which represent 80% of all known bird diversity in the Atlantic Forest. Among the most commonly reported traits are sex (n = 65,717), age (n = 63,852), body mass (n = 58,768), flight molt presence (n = 44,941), molt presence (n = 44,847), body molt presence (n = 44,606), tail length (n = 43,005), reproductive stage (n = 42,588), bill length (n = 37,409), body length (n = 28,394), right wing length (n = 21,950), tarsus length (n = 20,342), and wing length (n = 18,071). The most frequently recorded species are Chiroxiphia caudata (n = 1,837), Turdus albicollis (n = 1,658), Trichothraupis melanops (n = 1,468), Turdus leucomelas (n = 1,436), and Basileuterus culicivorus (n = 1,384). The species recorded in the greatest number of sampling localities are Basileuterus culicivorus (n = 243), Trichothraupis melanops (n = 242), Chiroxiphia caudata (n = 210), Platyrinchus mystaceus (n = 208), and Turdus rufiventris (n = 191). ATLANTIC BIRD TRAITS (ABT) is the most comprehensive data set on measurements of bird morphological traits found in a biodiversity hotspot; it provides data for basic and applied research at multiple scales, from individual to community, and from the local to the macroecological perspectives. No copyright or proprietary restrictions are associated with the use of this data set. Please cite this data paper when the data are used in publications or teaching and educational activities. © 2019 The Authors. Ecology © 2019 The Ecological Society of Americ