Modelo de otimização de investimentos em resiliência de sistemas de distribuição de água sujeitos a interrupções

Abstract

O sistema urbano moderno é constituído pelos sistemas de infraestrutura essenciais à sobrevivência em todos os diferentes aspectos, como energia, água, comunicações, etc. Quando um desses sofre algum evento disruptivo, todo o sistema e suas interconexões existentes sofrem os agravos resultantes. Entre esses, as redes de distribuição de água podem ser consideradas umas das mais importantes e vitais, especialmente após eventos extremos que podem comprometer sua capacidade de fornecer água. Além disso, as interdependências entre os diferentes sistemas de infraestrutura tornam-se cada vez mais vulneráveis aos eventos disruptivos e em cascata. Eventos passados causaram danos significativos ao sistema hídrico, tornando-o disfuncional e afetando assim, a sociedade. Com isso, os tomadores de decisão enfrentam profundas incertezas sobre uma miríade de fatores externos, incluindo falhas aleatórias, atos humanos e eventos catastróficos. Além disso, a capacidade de uma rede para se recuperar de interrupções aparentemente inevitáveis é uma consideração vital, e a esta recuperação chama-se resiliência. Embora a resiliência seja um conceito útil, sua diversidade no uso torna complexa a sua interpretação e medição. A literatura emergente sobre a ruptura e resiliência tem sido confusa em relação à conceituação e nível de análise. Embora existam muitas pesquisas realizadas para o projeto dos sistemas hídricos, há poucos estudos sobre os investimentos necessários para aumentar a resiliência dos sistemas de distribuição de água propensos a interrupções. Nesta dissertação foi proposto um modelo de otimização de investimentos, que enfatiza o aumento das capacidades de resiliência, a saber, absorção (capacidade adicional para reservatórios e tubulações), adaptação (tubulações adicionais, transporte alternativo e compra de água) e recuperação (aumento das taxas de recuperação dos reservatórios e tubulações). Os investimentos podem ser realizados antes ou depois da ocorrência da interrupção, através de um modelo estocástico de programação linear inteira mista. Além da fundamentação teórica, foi realizado um estudo de caso, em uma companhia de distribuição de água no Brasil, como forma de compreender a natureza do problema e formular o modelo proposto. Para testar a aplicabilidade do modelo, um exemplo numérico da literatura foi utilizado e os resultados demonstraram a importância de se investir de maneira adequada nas capacidades necessárias, devido às variações das probabilidades de ocorrência dos eventos disruptivos. Como esperado, ao aumentar a probabilidade de interrupção do sistema, os investimentos foram mais destinados a serem realizados antes da ocorrência do evento. Caso contrário, se a probabilidade de interrupção for baixa, a decisão foi para realizar mais investimentos depois da ocorrência da disrupção. Além do mais, o modelo proposto contribui à literatura por meio de considerações sobre diferentes gravidades para as interrupções, do tempo para atendimento do nível de serviço e de recuperação do sistema, e diferenciação de clientes entre prioritários (como exemplo, instalações industriais, hospitais, etc.) ou não. Todas essas considerações são importantes e necessárias para que os gestores de recursos hídricos tomem uma decisão adequada sobre a alocação dos investimentos a serem realizados tendo em vista as possíveis interrupções no sistema.