Fuzzy Modeling of Urban Water Supply Crisis

The chaotic growth of cities results in numerous problems related to public health and urban environment. One of these problems is the urban water supply system crisis. This research aims to develop a mathematical model for urban water supply crises (UWC) able to deal with the ambiguity of the real available data. The applied methodology comprises the following steps: (i) identifying the influencing factors in UWC; (ii) proposing a conceptual model for the description of UWC; (iii) collecting and simulating the necessary and available data; (iv) optimizing the conceptual model parameters; and (v) verifying the proposed model performance. The results indicate that there are many influencing factors in UWC. The model developed comprises two parts or two sub-models. The first sub-model explains water consumption, and the second sub-model explains water availability. In the first sub-model, the functions are related to the factors that influence water consumption. In the second sub-model, the functions are related to the factors that influence the availability of water. This research also aims to analyze the possibility of applying Fuzzy Logic to deal with the ambiguity of real data. It was concluded that, with the proposed model, the UWC was modeled appropriately. The model proposed can help to predict the impact of actions such as reducing losses, reducing pressure on the water supply network and intermittent supply on the intensity of water crisis cases in cities

Per capita de água frente as condições climáticas Cuiabá-MT, Brasil

O estudo teve por objetivo a determinação da intensidade de interveniência das variáveis climáticas sobre a quota per capita de água, bem como sua forma de comportamento frente a diferentes condições climáticas na cidade de Cuiabá, estado de Mato Grosso, Brasil. A metodologia empregada fundamentou-se na coleta de uma serie histórica de dados junto a diversas instituições do estado de Mato Grosso, no tratamento dos dados, proposição de modelos de regressão com diferentes modelos (lineares, polinomiais, exponenciais de natureza logarítmica e aritmética), analise de trajetórias e analise fatorial. Os resultados indicaram a não associação entre as variáveis originais, no entanto, verificou-se fraco intercorrelacionamento intrínseco entre as variáveis de clima e consumo per capita de água.Peer Reviewe

Water per capita quota, influence factors and modeling: a case study to socio-economic class of Cuiaba-MT

O presente trabalho tem por objetivo estimar modelos matemáticos que projetem quotas per capita de água em cada classe de rendimento (alta, médio-alta, média, médio-baixa, baixa) a partir de variáveis intervenientes no município de Cuiabá-MT. Os resultados indicaram a variável econômica como variável explicativa (tarifa da água), e as climáticas, pouco relevantes ao estudo. Foram propostos modelos matemáticos à projeção de quota per capita de água para as classes de rendimento alta e médio-alta. As baixas correlações entre a quota per capita e variáveis dependentes não permitiram a estimativa de modelos matemáticos às classes de rendimento média, médio-baixa e baixa.The present work has the main aim to estimate mathematical models which project per capita quota of water in the various classes of income groups (high, medium high, medim, medium low, low) from the point of view of interfering variables in the Cuiaba municipality, MT. The results indicated that climatic factors have low impact. Here are proposed mathematical models indicating projection of per capita quota of water for the different classes of income, such as high and medium high. The poor correlations between the per capita quota of medium, low-medium and low income groups do not permit the estimate of mathematical models

Per capita de água frente as condições climáticas Cuiabá-MT, Brasil

[PT] O estudo teve por objetivo a determinação da intensidade de interveniência das variáveis climáticas sobre a quota per capita de água, bem como sua forma de comportamento frente a diferentes condições climáticas na cidade de Cuiabá, estado de Mato Grosso, Brasil. A metodologia empregada fundamentou-se na coleta de uma serie histórica de dados junto a diversas instituições do estado de Mato Grosso, no tratamento dos dados, proposição de modelos de regressão com diferentes modelos (lineares, polinomiais, exponenciais de natureza logarítmica e aritmética), analise de trajetórias e analise fatorial. Os resultados indicaram a não associação entre as variáveis originais, no entanto, verificou-se fraco intercorrelacionamento intrínseco entre as variáveis de clima e consumo per capita de água.Pereira Da Silva, WT.; Moraes E Silva, VS.; Gomes, LA.; Martínez Espinosa, M. (2010). Per capita de água frente as condições climáticas Cuiabá-MT, Brasil. Ingeniería del agua. 17(4):321-336. https://doi.org/10.4995/ia.2010.2987OJS321336174Altunkaynak, A., Ozger, M. e Çakmakci, M., (2005). Water consumption prediction of Istanbul City by using fuzzy logic approach. Water Resources Management, 19, 641-654. https://doi.org/10.1007/s11269-005-7371-1Bussab, W.O. e Morettin, P.A., (2006). Estatística básica. 5a ediçao. Saraiva, SaoPaulo, 526 pp.Capacity Building for Integrated Water Resources Management (Cap-Net); Global Water Partnership (GWP), (2005). Planejamento para a gestao integrada de recursos hídricos: manual de capacitaçao e guía operacional. Agencia Canadense de Desenvolvimento Internacional (CIDA), Recursos Hídricos Africanos (PAWD), 100 pp.Carreira-Fernandez, J. e Garrido, R.J., (2002). Economia dos recursos hídricos. Edufba, Salvador, 457 pp.Cochran, R. e Cotton, A., (1984). Municipal water demand study Oklahoma and Tulsa Oklahoma. Water Resourses Board, Oklahoma, 1-19.Corral-Verdugo, V., Bechtel, R.B. e Fraijo-Sing, B., (2003). 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Sistema híbrido para filtração e desinfecção de efluente de lagoas

[PT] O principal objetivo deste estudo foi desenvolver uma unidade de pos-tratamento, para remoção de sólidos totais em suspensão e coliformes termotolerantes, dos efluentes de um conjunto de lagoas de estabilização, que trata despejos de uma indústria alimentícia. Para tal, foi construído um filtro ascendente em serie com uma câmara de contato (sistema híbrido). O monitoramento do sistema complementar apresentou bons resultados em termos de remoção de DQO, DBO e sólidos em suspensão totais, com valores de eficiência variando entre 54-83%, 70-90% e 51-92%, respectivamente, para uma taxa hidráulica aplicada, variando de 0,01 a 0,09m3/m2d. Com relação aos microrganismos patogênicos, obteve-se uma completa remoção de coliformes termotolerantes usando Fator Ct de 25mg/Lmin., a temperatura ambiente de 291,5◦C.Os autores desejam agradecer ao Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da Universidade Federal de Mato Grosso, Brasil, pelo apoio durante a realização deste trabalho.Silva, WTPD.; De Almeida Santos, A.; Rodrigues Filho, H.; Gomes, LA. (2010). Sistema híbrido para filtração e desinfecção de efluente de lagoas. Ingeniería del agua. 17(4):297-308. https://doi.org/10.4995/ia.2010.2986OJS297308174Andrada, J.G.B., Santos, P.S. e Von Sperling, M., (2005). Tratamento de esgoto simplificado, possibilitando o atendimento a diversos critérios para reuso. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, 9 (4), 112-117.Araújo, G.M., Oliveira, E.C.A., Ingunza, M.P.D., Calazans, M.A.D. e Araújo, A.L.C., (2005). 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Filtro de pedra como pós-tratamento de efluente de lagoa de estabilizaçao. Anais do XXIII Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Campo Grande, Brasil. Cd-rom.Souza, J.T., Van Haandel, A.C., Cavalcanti, P.F.F. e Figueiredo, A.M.F., (2005). Tratamento de esgoto para uso na agriculturado semi-árido nordestino. Revista Engenharia Sanitária e Ambiental, 10 (3), 260-265. https://doi.org/10.1590/S1413-41522005000300011Tsai, C-T. e Lin, S-T., (1999). Disinfection hospital waste sludge using hypochlorite and chlorine dioxide. Journal of Applied Microbiology, 86, 827-833. https://doi.org/10.1046/j.1365-2672.1999.00732.xVan Cuyk, S., Siegrist, R., Logan, A., Masson,S., Fischer, E., Cecchini, G. e Figueroa, L.,(2001). Hydraulic and purification behaviors and their interactions during wastewater treatment in soil infiltration systems. 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Brazilian savannah tree as bio-inspiration for hydraulic transient control in a penstock of a small hydropower plant

This study proposes an innovation, which is to use a non-circular and bio-inspired forced conduit (a new penstock with a cross section inspired by a tree trunk), to control the effects of hydraulic transients in Brazilian small hydropower plants (SHPs). The aim is to demonstrate that natural structures, adapted to periodic environmental disturbances, are better at hydraulic transient control than traditional conduits. The proposed methodology includes the following steps: (1) problem identification; (2) potential biological model identification; (3) development of alternatives; (4) implementation and testing; and (5) solution selection. This research was conducted at the São Tadeu I SHP, in the city of Santo Antônio de Leverger/MT, Brazil. The following tree biological models from the Brazilian savannah (Cerrado) were used: Handroanthus capitatus and Strychnos pseudoquina. The proposed innovation improves the conduit of the traditional circular section and the relief valve solution of the criteria studied. The reason for this improvement was the reduction of wave speed in the non-circular section (from 1126 to 583 m s−1)

Model for priority guidelines for facing crisis of urban water supply

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2012.As situações de crise no abastecimento urbano de água, caracterizadas pela escassez da água e por prejuízos ambientais, sociais e à saúde da população, principalmente para a população de baixa renda, têm-se tornado algo muito comum em diversas regiões brasileiras. A pesquisa realizada tem o objetivo de apresentar uma contribuição para o planejamento do enfrentamento de crise no abastecimento urbano de água (CAUA). Para isso foi proposta uma combinação de técnicas de inteligência artificial e metodologias multicriteriais de apoio à decisão (MCDA). O desenvolvimento de ferramentas computacionais (software) para auxiliar o processo de tomada de decisão e a realização de um estudo de caso fazem parte do escopo metodológico da proposta da pesquisa. Os resultados encontrados foram os seguintes: o conhecimento de possíveis diretrizes de projeto para solução de casos de CAUA; o conhecimento de fatores influentes na CAUA; o desenvolvimento de um modelo híbrido de análise de decisão, denominado de CAUA- SAD, baseado nos princípios de similaridade vetorial, de sistemas baseados em conhecimento (sistemas especialistas) e na utilização das MCDA (métodos PROMETHEEII, TOPSIS e ELECTRE III). A avaliação da qualidade dos modelos desenvolvidos indicou um percentual de concordância de 56%, e que melhorias nos modelos podem ser obtidas por meio de refinamento nos dados de entrada, em termos de qualidade e de quantidade. As conclusões obtidas da pesquisa indicam que a abordagem adotada para o tratamento do problema pode ser considerada adequada. No entanto, problemas para a obtenção do conhecimento de especialistas humanos sugerem a continuidade dos estudos. ________________________________________________________________________________________ ABSTRACTCrisis situations in urban water supply, characterized by water scarcity and by population health, social, and environmental damages, specially for the low-income population, have become very common in several Brazilian regions. The objective of this research is to contribute to the planning for facing crisis in urban water supply (CUWS).To achieving this goal, a combination of artificial intelligence techniques and Multiple Criteria Decision Aid (MCDA) was proposed. The development of computational tools (software) to assist the process of decision making and their application to a case study are parts of the scope of the research proposal. The following results were obtained in this research: knowledge of possible design guidelines for solving CUWS cases; knowledge of factors influencing CUWS; development of a hybrid model of decision analysis, called CUWS-SAD, based on the principles of vector similarity, knowledge-based systems (expert systems) and on the use of MCDA (PROMETHEE II, TOPSIS and ELECTRE III methods). The quality assessment of the developed models indicated concordance index of 56%, and that improvements in the models can be obtained through enhancement in the quality and quantity of the input data. The conclusions of the research indicate that the proposed approach for the problem treatment can be considered adequate. However, problems to attain knowledge of human experts suggest further investigations

QUOTA PER CAPITA DE ÁGUA, FATORES INTERVENIENTES E MODELAGEM: ESTUDO DE CASO PARA CLASSES SOCIOECONÔMICAS DE CUIABÁ-MT

The present work has the main aim to estimate mathematical models which project per capita quota ofwater in the various classes of income groups (high, medium high, medim, medium low, low) from thepoint of view of interfering variables in the Cuiaba municipality, MT. The results indicated that climaticfactors have low impact. Here are proposed mathematical models indicating projection of per capitaquota of water for the different classes of income, such as high and medium high. The poor correlationsbetween the per capita quota of medium, low-medium and low income groups do not permit the estimateof mathematical models.Keywords: Mathematical model, Cuiaba, classes of income, hydrologicalresources