bartolín - confección de modelos de redes de distribución de agua desde un sig y desarrollo de he

7/21/2019 Bartoln - Confeccin de Modelos de Redes de Distribucin de Agua Desde Un Sig y Desarrollo de He...

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DEPARTAMENTO DE INGENIERAHIDRULICA Y MEDIO AMBIENTE

CONFECCIN DE MODELOS DE REDES DEDISTRIBUCIN DE AGUA DESDE UN SIG Y

DESARROLLO DE HERRAMIENTAS DE APOYO ALA TOMA DE DECISIONES

TESIS DOCTORAL

AUTOR:

D. HUGO J . BARTOLN AYALA

DIRECTOR:

Dr. D. FERNANDO MARTNEZ ALZAMORA

Valencia, Octubre de 2013


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Dedicado

a mis padres y hermana


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AGRADECIMIENTOS

No me gustara dar por concluido el documento sin mostrar mi agradecimiento a todas esas

personas que en mayor o menor medida han contribuido al avance y desarrollo de esta tesis

doctoral.

En primer lugar a mi director de tesis D. Fernando Martnez Alzamora, por sus innovadoras ideas

en materia de modelacin y anlisis de redes de abastecimiento urbano, por su gran

capacidad de trabajo, por sus muchas sugerencias y sus buenos consejos a lo largo de estos

ltimos aos de esfuerzo y dedicacin en el grupo de investigacin de Redes Hidrulicas y

Sistemas a Presin (REDHISP). Huelga decir que sin l, esta tesis no hubiese sido posible.

A todos los miembros pasados y presentes del grupo REDHISP del Instituto de Ingeniera del Agua

y Medio Ambiente, por su ayuda y colaboracin cuando la requer, y en especial a mi

compaero de trabajo Vicente Bou por el tiempo que dedic a resolver mis dudas de

programacin y gestin de bases de datos. No hubo ni una sola que no fuese correctamente

ac larada por su parte.

Quiero acordarme tambin de toda la gente de las empresas con las que he colaborado a lo

largo de esos aos de investigacin en la Universidad. Desde aqu mi ms sincero

agradecimiento a los compaeros del departamento de explotacin de Aguas de Valencia,

por sus interesantes sugerencias y valiosos datos reales para mis pruebas de modelacin y

programacin; igualmente, a los compaeros de la divisin de explotacin de Aguas de

Mlaga por transmitirme su experiencia y visin prctica de lo que debe ser la gestin eficiente

de una red de abastecimiento. A partir de sus ideas y observaciones he tratado de proporcionar

un enfoque ms pragmtico y funcional a las herramientas desarrolladas con motivo de la tesis,

intentando de este modo adaptarlas a las necesidades reales de una empresa.

A todos los miembros del Ce ntre for Wat er System sde la Universidad de Exeter (Reino Unido), y

en especial a su lder y fundador, el profesor Dragan Savic, y al profesor Zoran Kapelan, con los

que tuve la gran suerte de trabajar durante algunos meses. Ellos fueron los que me introdujeron

en el apasionante mundo de la calibracin y optimizacin de los modelos mediante el uso de

algoritmos genticos. A ellos les debo el mdulo de calibracin automtica que incluye la

aplicac in GISRed.

A mis amigos de siempre, esos que nunca me han fallado ni me fallarn jams. Mi

agradecimiento a todos ellos por las muchas experiencias y vivencias compartidas en estos aos

de duro trabajo. Seguiremos adelante con determinacin y sacrificio; ya sabamos que el

camino elegido no sera el ms fc il.

Por ltimo, la muestra de agradecimiento ms importante y personal va dirigida a mis padres y a

mi hermana, por todo su nimo y apoyo incondicional en esos momentos difciles que surgen a

lo largo de una vida. A ellos, simplemente debo agradecerles todo.

Hugo J . Bartoln

Abu Dhabi (EAU), Septiembre de 2013


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TESIS DOC TORALCONFECCIN DE MODELOS DE REDES DE DISTRIBUCIN DE AGUA DESDE

UN SIG Y DESARROLLO DE HERRAMIENTAS DE APOYO A LA TOMA DEDECISIONES

RESUMEN

Los importantes avances tecnolgicos de las dos ltimas dcadas en el campo de las tecnologas de lainformacin, y en concreto en el mbito de la informtica domstica e industrial, han originado un cambiode paradigma en la gestin y la explotacin de los sistemas urbanos de abastecimiento de agua por partede las empresas gestoras. Las tradicionales polticas de gestin pblica centradas en garantizar una mnimacalidad de servicio con independencia de los costes asociados a los procesos de captacin, tratamiento ydistribucin de agua, en muchos casos incluso desconoc idos, han evolucionado hacia nuevos modelos mseficientes de gestin mixta o privada, al objeto de mejorar no solo la calidad del servicio que se ofrece a losusuarios, sino tambin optimizar los recursos reduciendo el coste econmico y ocasionando el menorimpacto ambiental posible.

Los nuevos retos que ha planteado la Directiva Marco del Agua 1 en Europa han supuesto un profundo

cambio en todos los niveles de gestin del agua, donde la recuperacin de los costes se impone comomedida para el uso eficiente del agua y la sostenibilidad medioambiental de la actividad. En consecuencia,se han establecido nuevas prioridades en la forma de gestionar las infraestructuras. Estas prioridades pasanpor la reduccin de las prdidas de agua y el aumento del rendimiento hdrico en las redes urbanas deabastecimiento de agua para el consumo humano. Asimismo, en un c ontexto ms general que engloba elbinomio agua-energa, tambin es deseable la mejora del rendimiento energtico de estas instalaciones.

La estrategia ms extendida hoy en da para mejorar la gestin de las redes y aumentar su rendimiento es lasectorizacin, que consiste bsicamente en dividir la red en diversos sectores hidrulicos de menor tamao,cuyas entradas y salidas de agua estn perfectamente controladas. Ello facilita la realizacin peridica debalances hdricos en cada uno de los sectores, y por ende, la evaluacin del volumen de prdidas de agua,para un determinado perodo de tiempo.

La configurac in de los sectores no resulta trivial, por lo que conviene disponer de herramientas informticasque asistan en el diseo de los mismos. Aqu es donde entran en juego losmodelos matemticos de las redes

de distribucin de agua como instrumentos de apoyo en el estudio de las redes.

La tesis doctoral que se presenta tiene por objeto abordar la problemtica actual de la gestin de las redesde agua urbanas mediante la conjuncin de las nuevas tecnologas de tratamiento de la informacin contcnicas innovadoras para la construccin de modelos de las redes de distribucin, con el propsito ltimode facilitar su diagnstico y extender su uso en la toma de decisionesque redunden en la consecucin delos objetivos marcados.

Para ello se ha desarrollado una aplicacin informtica que trabaja sobre un sistema de informacingeogrfica (SIG), la cual integra: el programa de simulacin hidrulica y de calidad del agua EPANET 2,herramientas novedosas de anlisis y diagnstico de modelos, herramientas automticas de sectorizacinyherramientas de clculo para la realizacin de balances hdricos en una red sectorizada a partir demedidas reales.

El trabajo pone de manifiesto la total compatibilidad y complementariedad de los SIG y los modelos

hidrulicos, como tecnologas de apoyo a la evaluacin y diagnstico de las redes. Teniendo en cuentaque gran parte de la informacin vinculada a las redes posee alguna referencia geogrfica, no sorprendeque los sistemas de informacin geogrfica se hayan convertido en destacadas herramientas para elmanejo de dicha informacin. Al mismo tiempo, la integracin de herramientas de modelac in matemticay simulacin, confiere a los SIG una nueva dimensin en el mbito del estudio hidrulico de las redes. Siadems se dota a esta integracin de nuevas funcionalidades especficas orientadas no solo a facilitar laconstruccin del modelo, sino tambin a asistir al usuario en la toma de decisiones mediante potentesalgoritmos basados en la aplicacin de la teora de grafos a los sistemas hidrulicos reales, se obtiene unaherramienta de gran capacidad analtica y de patente actualidad, que abre nuevas posibilidades en elcampo de la gestin y explotacin eficiente de los sistemas de abastecimiento urbanos.

1Directiva 2000/60/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 23 de octubre de 2000, por la que seestablece un marco comunitario de actuacin en el mbito de la poltica de aguas DO L 327 22/12/2000.


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TESI DOC TORAL

CONFECCI DE MODELS DE XARXES DE DISTRIBUCI DAIGUAMITJANANT UN SIG I DESENVOLUPAMENT DE FERRAMENTES DE SUPORT A

LA PRESA DE DECISIONS

RESUM

Els importants avanos tecnolgics de les dos ltimes dcades en el camp de les tecnologies de lainformaci, i en concret en l'mbit de la informtica domstica i industrial, han originat un canvi deparadigma en la gesti i l'explotaci dels sistemes urbans d'abastiment d'aigua per part de les empresesgestores. Les tradicionals poltiques de gesti pblica centrades a garantir una mnima qualitat de serviciamb independncia dels costos associats als processos de captaci, tractament i distribuci d'aigua, enmolts casos incls desconeguts, han evolucionat cap a nous models ms eficients de gesti mixta o privada,a fi de millorar no sols la qualitat del servici que sofereix als usuaris, sin tamb optimitzar els recursos reduintel cost econmic i ocasionant el menor impacte ambiental possible.

Els nous reptes que ha plantejat la Directiva Marco de l'Aigua 1a Europa han suposat un profund canvi entots els nivells de gesti de l'aigua, on la recuperac i dels costos s'imposa com a mesura per a l's eficient del'aigua i la sostenibilitat mediambiental de l'activitat. En conseqncia, s'han establit noves prioritats en laforma de gestionar les infraestructures. Estes prioritats passen per la reducci de les prdues d'aigua il'augment del rendiment hdric en les xarxes urbanes d'abastiment d'aigua per al consum hum. Aix mateix,en un context ms general que engloba el binomi aigua-energia, tamb s desitjable la millora delrendiment energtic d'estes installacions.

L'estratgia ms estesa hui en dia per a millorar la gesti de les xarxes i augmentar el seu rendiment s lasectoritzaci, que consisteix bsicament a dividir la xarxa en diversos sectors hidrulics ms xicotets, lesentrades i eixides d'aigua dels quals han destar perfectament controlades. Aix facilita la realitzaciperidica de balanos hdrics en cadascun dels sectors, i per tant, l'avaluaci del volum de prdues d'aigua,per a un determinat perode de temps.

La configuraci dels sectors no resulta trivial, per la qual cosa conv disposar de ferramentes informtiques

que assistisquen en el disseny dels mateixos. Ac s on entren en joc els models matemtics de les xarxes dedistribuci d'aigua com a instruments de suport en l'estudi de les xarxes.

La tesi doctoral que es presenta t com a objecte abordar la problemtica actual de la gesti de les xarxesd'aigua urbanes mitjanant la conjunci de les noves tecnologies de tractament de la informaci ambtcniques innovadores per a la construcci de modelsde les xarxes de distribuci, amb el propsit ltim defacilitar el seu diagnstic i estendre el seu s en la presa de decisionsque redunden en la consecuci delsobjectius marcats.

Per a aix s'ha desenvolupat una aplicaci informtica que treballa sobre un sistema d'informacigeogrfica (SIG), el qual integra: el programa de simulaci hidrulica i de qualitat de l'aigua EPANET 2,ferramentes noves d'anlisi i diagnstic de models, ferramentes automtiques de sec toritzaci i ferramentesde clcul per a la realitzaci de balanos hdricsen una xarxa sectoritzada a partir de mesures reals.

El treball posa de manifest la total compatibilitat i complementarietat dels SIG i els models hidrulics, com atecnologies de suport per a l'avaluaci i diagnstic de les xarxes. Tenint en compte que gran part de lainformaci vinculada a les xarxes possex alguna referncia geogrfica, no sorprn que els sistemesd'informaci geogrfica s'hagen convertit en destacades ferramentes per al maneig deixa informaci. Almateix temps, la integraci de ferramentes de modelaci matemtica i simulaci, confereix als SIG unanova dimensi en l'mbit de l'estudi hidrulic de les xarxes. Si a ms a ms es dota a esta integrac i de novesfuncionalitats especfiques orientades no sols a facilitar la construcci del model, sin tamb a assistir al'usuari en la presa de decisions mitjanant potents algoritmes basats en l'aplicaci de la teoria de grafs alssistemes hidrulics reals, s'obt una ferramenta de gran capacitat analtica i de patent actualitat, que obrinoves possibilitats en el camp de la gesti i explotaci eficient dels sistemes d'abastiment urbans.

1Directiva 2000/60/CE del Parlament Europeu i del Consell, de 23 d'oc tubre de 2000, per la qual s'establix unmarc comunitari d'ac tuaci en l'mbit de la poltica d'aiges DO L 327 22/12/2000.


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PhD THESIS

BUILDING WATER DISTRIBUTION NETWORK MODELS FROM A GIS ANDDEVELOPMENT OF DECISION SUPPORT TOOLS

ABSTRACT

Advances in information technology in the past two decades have seen innovations in the field of domesticand industrial computing that led to a paradigm shift in the management and operation of urban watersystems by water utility companies. The traditional public management policy that focused on ensuring aminimum quality of service regardless of the costs associated with the processes of catchment, treatmentand distribution of water, in many cases even unknown, have evolved towards more efficient cost sensitivemodels. These new wholly or partly public funded management systems improve not only the quality ofservice offered to users, but also optimize resources by reducing the cost and causing the minimumenvironmental impact.

The new challenges raised by the European Water Framework1 Direc tive by imposing cost recovery to

improve water efficiency and environmental sustainability have led to a significant change at all levels ofwater management. Consequently, new priorities have been established in terms of infrastructuremanagement that require the reduction of water losses and the improvement of the water efficiency inurban networks for human consumption. Likewise, in a broader context which includes the water--energybinomial, it is also desirable to improve the energy efficiency and carbon emissions of these systems.

Today, network sectoring is the most commonly used strategy to improve management and increase networkperformance. It basically consists of dividing the network into several smaller hydraulic sectors, where waterinlets and outlets are perfectly controlled. This simplifies the task of carrying out periodic water balances ineach of the sectors, and a llows water loss volume to be assessed for a given period of time.

As configuring network sectors is not a trivial task, it is therefore important to have appropriate tools toperform the task efficiently and effectively. Mathematical models can play an important role as decision

support tools to help water managers assess the performance of water network distribution systems.

This thesis aims to address the current problems of managing urban water networks by combining newinformation-processing technologies with innovative network modelling techniques. It intends to fac ilitate thesystem diagnosis and extend the use of models on the decision-making processto provide better solutions tothe management of urban water networks.

For this purpose a software extension that works on a geographic information system (GIS) has beendeveloped. It integrates: the hydraulic and water quality simulation program EPANET 2, innovative tools formodel analysis and diagnostic, automatic tools for sectoringand computing tools to conduct water balancesin the sectorsusing actual measurements.

The work demonstrates the compatibility and complementarity of GISand hydraulic modelsas technologies

that can be used to support the assessment and diagnosis of water distribution networks. Considering that themajority of information linked to the network system has some geographic reference, it is not surprising thatGIS has become a popular tool for dealing with such information. At the same time, the integration ofmathematical modelling and simulation tools, offers the G IS a new dimension in the realm of hydraulic studyof water networks. Furthermore, if this specific integration is provided with new features aimed not only tofacilitate the model building, but also to assist the user in decision-making using powerful algorithms based onthe application of the graph theory, the result is a powerful up-to-date analytical tool, which opens up newpossibilities in the field of management and efficient operation of urban water supply systems.

1 Directive (2000/60/CE) of the European Parliament, 23 October 2000, which establishes a Europeanframework for community action in the water policy (DO L 327 22/12/2000).


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NDICE DE CONTENIDOS

Parte 1. UTILIZACIN DE LOS SISTEMAS DE INFORMACIN GEOGRFICA EN LA

MODELIZACIN DE DE REDES DE DISTRIBUCIN DE AGUA

CAPTULO 1. INTRODUCCIN GENERAL .................................................................. 25

1.1 JUSTIFICACIN ................................................................................................................ 251.2 OBJETIVOS DE LA TESIS .................................................................................................... 271.3 CONTEXTO GENERAL ...................................................................................................... 281.4 ANTECEDENTES ................................................................................................................ 311.5 ESTRUCTURA DE LA TESIS ................................................................................................. 35

CAPTULO 2. SISTEMAS DE INFORMACIN GEOGRFICA Y SU APLICACIN A LA

GESTIN DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIN DE AGUA POTABLE ......... 412.1 DEFINICIN DE SIG.......................................................................................................... 412.2 ANTECEDENTES HISTRICOS ........................................................................................... 422.3 CARACTERSTICAS DE LOS SIG ....................................................................................... 44

2.3.1 Modelos de datos geogrficos .................................................................................................. 44

2.3.2 Funciones analticas de un SIG................................................................................................... 45

2.4 APLICACIN DE LOS SIG EN SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO URBANO DE AGUA .... 462.5 NECESIDAD DE INTEGRACIN DE LOS MODELOS ........................................................ 48

CAPTULO 3. MODELOS HIDRULICOS. EL SOFTWARE SIMULACIN EPANET 2 .... 53

3.1 LOS MODELOS MATEMTICOS HIDRULICOS .............................................................. 533.1.1 Tipos de modelos .......................................................................................................................... 54

3.1.1.1 Modelos Estticos y Dinmicos ........................................................................................................... 543.1.1.2 Modelos de Calidad y Cantidad ....................................................................................................... 55

3.1.2 Componentes de un modelo. Ecuaciones de comportamiento ....................................... 55

3.1.3 Ecuaciones de equilibrio del sistema ........................................................................................ 60

3.1.4 Simulac iones en periodo prolongado ...................................................................................... 633.1.4.1 Simulacin en rgimen estacionario o permanente (Steady-state simulation) ......................... 633.1.4.2 Simulacin en perodo prolongado o extendido (Extended-period simulation, EPS) ............... 64

3.2 EL SIMULADOR HIDRULICO EPANET 2 .......................................................................... 643.2.1 Introduccin ................................................................................................................................... 64

3.2.2 Carac tersticas generales de EPANET 2 .................................................................................... 65

3.2.3 El mdulo de clculo y la caja de herramientas.................................................................... 67

3.2.4 Inconvenientes de EPANET 2 ...................................................................................................... 68

CAPTULO 4. CONFECCIN DE MODELOS. APLICACIONES ..................................... 73

4.1 TIPOS DE MODELOS DE REDES DE DISTRIBUCIN .......................................................... 734.1.1 Modelos Estratgicos ................................................................................................................... 73

4.1.2 Modelos de Detalle ...................................................................................................................... 73

4.1.3 Modelos Operacionales .............................................................................................................. 74

4.2 CAMPOS DE APLICACIN DE LOS MODELOS REDES DE DISTRIBUCIN DE AGUA .... 74


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4.3 PASOS PARA LA CONFECCIN DE UN MODELO .......................................................... 764.3.1 Recopilacin de informacin ..................................................................................................... 76

4.3.2 Esqueletizac in de la red ............................................................................................................ 78

4.3.3 Medidas de campo ..................................................................................................................... 78

4.3.4 Asignacin de consumos ............................................................................................................ 80

4.3.5 Calibracin del modelo............................................................................................................... 824.3.6 Anlisis y mantenimiento ............................................................................................................. 83

4.4 EVOLUCIN Y TENDENCIA FUTURA DE LOS MODELOS ................................................. 844.5 VENTAJ AS DE LA UTILIZACIN DE LOS MODELOS EN UN ENTORNO SIG .................... 85

CAPTULO 5. INTEGRACIN DE MODELOS EN UN SIG. LA APLICACIN GISRED .. 89

5.1 INTRODUCCIN ............................................................................................................... 895.2 LA APLICACIN GISRED ................................................................................................. 90

5.2.1 J ustificac in del desarrollo de la aplicac in GISRed ............................................................. 90

5.2.2 Concepcin general de la aplicacin ..................................................................................... 91

5.2.3 Principales prestaciones de la aplicacin ............................................................................... 92

5.2.4 Diagrama del flujo de trabajo de la aplicacin GISRed ....................................................... 93

5.2.5 Estructura bsica de datos de la aplicacin .......................................................................... 94

5.2.6 Temas grficos ............................................................................................................................... 96

5.2.7 Descripcin del procedimiento de construccin de un modelo con GISRed ................. 975.2.7.1 Creacin de Proyectos. Importacin de la Informacin ............................................................... 975.2.7.2 Herramientas de Edicin y Propiedades ........................................................................................... 995.2.7.3 Herramientas de Depuracin y Verificacin .................................................................................. 1015.2.7.4 Herramientas de simplificacin de modelos .................................................................................. 1025.2.7.5 Interpolacin de Cotas ...................................................................................................................... 1025.2.7.6 Asignacin de Demandas ................................................................................................................. 103

5.2.7.7 Calibrac in del modelo ..................................................................................................................... 1045.2.7.8 Clculo y anlisis de resultados ........................................................................................................ 105

5.3 APLICACIONES .............................................................................................................. 1065.4 CONCLUSIONES ............................................................................................................. 107

Parte 2. APLICACIN DE LA TEORA DE GRAFOS A LA TOMA DE DECISIONES EN LOS

SISTEMAS DE DISTRIBUCION DE AGUA

CAPTULO 6. CONCEPTOS DE LA TEORA DE GRAFOS ......................................... 1116.1 INTRODUCCIN ............................................................................................................. 1116.2 DEFINICIONES ................................................................................................................ 1116.3 REPRESENTACIN DE GRAFOS ..................................................................................... 114

6.3.1 Matriz de adyacenc ias .............................................................................................................. 114

6.3.2 Listas de adyacencias................................................................................................................ 115

6.3.3 Grado de conectividad ............................................................................................................ 115

6.4 ALGORITMOS DE BSQUEDA EN GRAFOS ................................................................... 1166.4.1 Bsqueda en profundidad (Depth-First Search, DFS) ........................................................... 116

6.4.2 Bsqueda en amplitud (Breadth-First Search, BFS) ............................................................... 117


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6.5 RBOLES GENERADORES O DE EXPANSIN Y RBOLES DE EXPANSIN DE MNIMOCOSTE (MINIMUM SPANNING TREE) ............................................................................ 118

6.5.1 Algoritmo de Boruvka................................................................................................................. 121

6.5.2 Algoritmo de Kruskal ................................................................................................................... 122

6.5.3 Algoritmo de Prim ....................................................................................................................... 123

6.5.4 rbol de trayectos mnimos. El algoritmo de Dijkstra ........................................................... 1246.5.5 Topologa de rbol ..................................................................................................................... 125

6.5.6 Ordenacin topolgica ............................................................................................................ 126

6.6 MALLAS BSICAS O INDEPENDIENTES DE UN GRAFO ................................................ 1276.7 CONJUNTO DE CORTE (CUT-SET) ................................................................................. 1286.8 BOSQUES DE RBOLES .................................................................................................. 1296.9 GRAFOS DIRIGIDOS (DGRAFOS) ................................................................................. 129

CAPTULO 7. APLICACIN DE LA TEORA DE GRAFOS A LA GESTIN DE LAS

REDES DE DISTRIBUCIN DE AGUA ..................................................135

7.1 INTRODUCCIN ............................................................................................................. 1357.2 APLICACIONES A LA GESTION DE REDES DE DISTRIBUCIN ...................................... 1357.3 PROPIEDADES TOPOLGICAS DE UNA RED DE DISTRIBUCIN DE AGUA ................. 1377.4 ALGORITMO DE VERIFICACIN DE LA CONECTIVIDAD DE UNA RED DE

DISTRIBUCIN DE AGUA ............................................................................................... 1387.5 ANLISIS DE LAS SUBREDES Y SUBSISTEMAS HIDRULICOS EN UNA RED DE

DISTRIBUCIN DE AGUA ............................................................................................... 1407.6 RBOL DE EXPANSIN DE MNIMO COSTE (MINIMUM SPANNING TREE) ................ 142

7.6.1 Criterios de ponderac in de las lneas de una red .............................................................. 142

7.6.2 Identificacin de las ramas y cuerdas de un rbol de expansin .................................... 144

7.6.3 Identificacin del rbol de mnima resistencia. Creacin de la topologa de rbol .... 1467.6.3.1 MST mediante el algoritmo de Kruskal ............................................................................................. 1467.6.3.2 MST mediante el algoritmo de Prim ................................................................................................. 1487.6.3.3 MST mediante el algoritmo de Prim apoyado en una cach de memoria ............................. 150

7.6.4 Conjuntos de corte y mallas bsicas ...................................................................................... 152

7.6.5 Generalizacin a redes con varias fuentes de suministro ................................................... 155

7.6.6 Orden topolgico de doble ndice. Identificacin por consulta de trayectos,subrboles, subredes y conjuntos de corte ........................................................................... 157

7.6.7 Mantenimiento actualizado del MST. C ambios en tiempo real ........................................ 162

7.7 PROCEDIMIENTOS PARA ACUMULAR UNA PROPIEDAD ASIGNADA A LOS NUDOSO TUBERAS DE LA RED SITUADOS AGUAS ABAJO DE UNA RAMA ............................ 163

7.7.1 Acumulac in de propiedades asoc iadas a nudos situados aguas abajo de unarama .............................................................................................................................................. 164

7.7.2 Acumulac in de propiedades asoc iadas a tuberas situadas aguas abajo de unarama .............................................................................................................................................. 166

7.8 Estructura de datos para albergar las propiedades topolgicas de una red dedistribucin .................................................................................................................... 168

CAPTULO 8. APLICACIN DE LA TEORA DE GRAFOS AL ANLISIS DE FLUJOS Y

LA SECTORIZACIN DE REDES DE DISTRIBUCIN DE AGUA ...........173

8.1 EVALUACIN DE LA CAPACIDAD DE TRANSPORTE DE LA RED. DETECCIN DECUELLOS DE BOTELLA Y ANLISIS DE ALTERNATIVAS DE SUMINISTRO ...................... 173

8.1.1 Ejemplo. Anlisis de los cuellos de botella en una red de transporte .............................. 177


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8.2 ANLISIS DE CERRADAS EN UNA RED (POLGONOS DE CORTE) ............................... 1818.2.1 Exploracin e identificacin de cerradas .............................................................................. 181

8.2.2 Deteccin de zonas aisladas tras la identificacin de la cerrada ................................... 185

8.2.3 Anlisis de criticidad en la red.................................................................................................. 188

8.3 APLICACIN DE LA TEORA DE GRAFOS A LA SECTORIZACIN ............................... 1908.3.1 Introduccin ................................................................................................................................. 1908.3.2 Identificacin de sectores hidromtricos bsicos ................................................................ 190

8.3.3 Agrupacin de sec tores hidromtricos bsicos. Sec tores hidromtricos demodulacin .................................................................................................................................. 193

8.3.4 Ejemplo de identificacin de sectores bsicos y sectores de modulacin .................... 196

8.3.5 Ayudas a la sec torizacin ......................................................................................................... 2048.3.5.1 Ejemplo de sectorizacin automtica de una red ....................................................................... 207

CAPTULO 9. APLICACIN DE LA TEORA DE GRAFOS A LA ESQUELETIZACIN

DE MODELOS DE REDES .................................................................... 219

9.1 INTRODUCCIN ............................................................................................................. 2199.2 METODOLOGA DE ESQUELETIZACIN DE UN MODELO ............................................ 2209.3 ELIMINACIN DE RAMAS TERMINALES ........................................................................ 221

9.3.1 Procedimiento implementado en ordenador ....................................................................... 2229.3.1.1 Observaciones ..................................................................................................................................... 223

9.4 ELIMINACIN DE NUDOS INTERMEDIOS ...................................................................... 2249.4.1 Criterios para llevar a cabo la simplificacin ........................................................................ 225

9.4.1.1 Traslado de la demanda en el nudo intermedio (si existe) ......................................................... 2269.4.1.2 Obtencin de las caractersticas fsicas de la tubera equivalente ........................................... 227


9.5 REDUCCIN DE MALLAS SIMPLES ................................................................................. 2309.5.1 Criterios prc ticos para la identificacin y eliminacin de mallas simples...................... 232

9.5.1.1 Identificacin de las mallas simples y sus lneas de mayor y menor resistencia....................... 2329.5.1.2 Obtencin de las caractersticas fsicas de la tubera equivalente ........................................... 233

9.5.2 Procedimiento implementado en ordenador ....................................................................... 2349.5.2.1 Observaciones ..................................................................................................................................... 2359.5.2.2 Caso particular de mallas aparentemente simples formadas dos cuerdas ............................ 236

9.6 REDUCCIN DE MALLAS COMPLEJAS ......................................................................... 2389.6.1 Criterios prcticos para llevar a cabo la simplificacin ...................................................... 241

9.6.1.1 Identificacin de las mallas bsicas candidatas a ser abiertas ................................................. 2419.6.1.2 Identificacin del subtrayecto de la malla a reforzar .................................................................. 2419.6.1.3 Refuerzo de las tuberas del subtrayecto ........................................................................................ 2429.6.1.4 Estrangulamiento de las tuberas del subtrayecto complementario ......................................... 243


9.7 PROCEDIMIENTO GENERAL IMPLEMENTADO DE SIMPLIFICACIN DE UNA REDCOMPLEJA ..................................................................................................................... 247

9.8 PARMETROS LMITES Y PRECISIN DEL MODELO SIMPLIFICADO ............................ 2489.9 EJEMPLO DE ESQUELETIZACIN DEL MODELO DE UNA RED ...................................... 250


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Parte 3. OBTENCION DE MODELOS HIDRAULICOS MEJOR AJUSTADOS A LA REALIDAD

CAPTULO 10. PROBLEMTICA DE LOS MODELOS REALES ..................................265

10.1 INTRODUCCIN ............................................................................................................. 265

10.2 ALMACENAMIENTO DE LA INFORMACIN PARA LA CONFECCIN DEARCHIVOS HISTRICOS ................................................................................................ 266

10.3 NUEVAS FUNCIONALIDADES PARA LA GESTIN INTEGRADA DE LAINFORMACIN DE LA RED ............................................................................................ 270

10.4 NUEVAS FUNCIONALIDADES PARA LA GESTIN DE LA DEMANDA AUTORIZADA ... 27110.4.1 Introduccin ................................................................................................................................. 271

10.4.2 Clculo de la demanda por acometidas ............................................................................. 272

10.4.3 Agrupacin de las demandas por sec tores hidromtricos de consumo (DMAs) .......... 272

10.4.4 Modelo conceptual del sistema de suministro a una red urbana de distribucin deagua orientado a la Gestin de la Demanda ...................................................................... 273

10.4.4.1 Entidades .............................................................................................................................................. 273

10.4.4.2 Puntos de suministro (individual, parcial y totalizador) ................................................................. 27410.4.4.3 Relaciones ............................................................................................................................................ 276

CAPTULO 11. BALANCES HDRICOS EN LOS SECTORES HIDROMTRICOS DE UNA

RED DE DISTRIBUCIN DE AGUA ......................................................281

11.1 INTRODUCCIN ............................................................................................................. 28111.2 JUSTIFICACIN DEL MTODO ADOPTADO .................................................................. 28511.3 CLCULO DEL VOLUMEN INYECTADO A CADA DISTRITO HIDROMTRICO .............. 287

11.3.1 Introduccin ................................................................................................................................. 287

11.3.2 Tratamiento de los datos en tiempo real ............................................................................... 289

11.3.3 Datos de partida ......................................................................................................................... 29011.3.4 Procedimiento bsico para el clculo del volumen inyectado a c ada DMA ............... 292

11.3.5 Procedimiento implementado para el c lculo volumen inyec tado a cada DMA ...... 29311.3.5.1 Identificacin de los subperodos de agrupacin ........................................................................ 29411.3.5.2 Clculo de los volmenes acumulados por los caudalmetros en cada subperiodo ............ 29611.3.5.3 Clculo de los volmenes ac umulados por cada asociac in DMA-Caudalmetro en

cada subperiodo ................................................................................................................................ 29611.3.5.4 Clculo del volumen suministrado / almacenado en los depsitos en cada subperiodo .... 29711.3.5.5 Clculo de los volmenes inyectados a cada DMA .................................................................... 299

11.3.6 Resumen de tablas de resultados generadas durante el proceso de clculo delvolumen inyectado a cada DMA ........................................................................................... 300

11.4 CLCULO DEL VOLUMEN AUTORIZADO EN LOS PUNTOS DE SUMINISTRO ................ 30411.4.1 Introduccin ................................................................................................................................. 30411.4.2 Procedimiento para llevar a cabo la correccin del consumo ........................................ 307

11.4.2.1 FASE 1: Determinac in del volumen registrado en las acometidas ........................................... 30711.4.2.2 FASE 2: Distribucin del volumen de las acometidas entre los puntos de suministro

terminales ............................................................................................................................................. 310

11.4.3 Ejemplo grfico de aplicac in del procedimiento .............................................................. 311

11.5 CLCULO DEL RENDIMIENTO HDRICO ........................................................................ 31711.5.1 Introduccin ................................................................................................................................. 317

11.5.2 Procedimiento bsico para el clculo del rendimiento ..................................................... 319

11.5.3 Ejemplo grfico de aplicac in del procedimiento .............................................................. 321

11.6 CONCLUSIONES ............................................................................................................. 328


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NDICE DE CONTENIDOS

xii

CAPTULO 12. CONCLUSIONES Y FUTUROS DESARROLLOS ................................ 333

12.1 CONCLUSIONES ............................................................................................................. 33312.2 APORTACIONES ORIGINALES DE LA TESIS ................................................................... 33612.3 DESARROLLOS FUTUROS ................................................................................................ 340

ANEXO 1. MODELO LGICO GEODATABASE DE LA EXTENSIN GISRED ....... 351

A1.1 MODELO LGICO DE LA GEODATABASE PRINCIPAL DE LA EXTENSIN GISRED ..... 351A1.1.1Tablas de Dec larac iones ........................................................................................................... 351

A1.1.2Tablas de Usuarios ....................................................................................................................... 354

A1.1.3Tablas de Cartografa de Red .................................................................................................. 358

A1.1.4Tablas de Operaciones.............................................................................................................. 372

A1.1.5Tablas de Mediciones ................................................................................................................ 379

A1.1.6Tablas de Sectores ...................................................................................................................... 386

A1.1.7Tablas de Suministros .................................................................................................................. 393A1.1.8Tablas de Consumos .................................................................................................................. 403

A1.1.9 Auditora ....................................................................................................................................... 409

A1.2 INCORPORACIN DE INFORMACIN A LA GDB ....................................................... 411

ANEXO 2. CONSTRUCCIN DE UN MODELO DE UNA RED DE DISTRIBUCIN

DE AGUA A PRESIN MEDIANTE LA EXTENSIN GISRED ............... 415

A2.1 INTRODUCCIN ............................................................................................................. 415A2.2 INSTALACIN DE LA EXTENSIN GISRED ..................................................................... 415A2.3 CARGA DE LA EXTENSIN ............................................................................................ 415

A2.4 CONFIGURACIN DE UN PROYECTO GISRed ............................................................. 417A2.5 VALORES POR DEFECTO DEL PROYECTO ..................................................................... 417A2.6 AGREGAR ARCHIVOS CAD AL ESCENARIO Y FIJAR PROPIEDADES .......................... 418

A2.6.1 Fijar las propiedades de los temas procedentes de dibujos CAD .................................... 420

A2.7 IMPORTAR LA CAPA DE TUBERAS ................................................................................ 421A2.8 DETECCIN Y DEPURACIN DE ERRORES ................................................................... 424

A2.8.1 Comprobacin de la conectividad de la red ...................................................................... 424

A2.8.2 Herramientas de edic in ........................................................................................................... 426

A2.8.3 Aadir elementos ........................................................................................................................ 427

A2.8.4 Edicin de propiedades ............................................................................................................ 429

A2.9 INTERPOLACIN DE COTAS .......................................................................................... 430A2.9.1 Generacin de un temtico de cotas ................................................................................... 432

A2.10ASIGNACIN DE CONSUMOS ...................................................................................... 433A2.10.1Reparto de consumos por calles ............................................................................................. 434

A2.10.2Definicin de una curva de modulacin .............................................................................. 434

A2.10.3Asignacin de c onsumos registrados por calles ................................................................. 435

A2.10.4Asignacin del consumo no registrado ................................................................................. 436

A2.11LEYES DE CONTROL ........................................................................................................ 437A2.11.1Definir leyes de control simples para la vlvula reduc tora de presin ............................ 437

A2.12OPCIONES DE CLCULO ............................................................................................... 439A2.13SIMULACIN .................................................................................................................. 440

A2.13.1Exportacin del modelo a Epanet 2 ....................................................................................... 440A2.13.2Simulac in desde GISRed ......................................................................................................... 440


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NDICE DE CONTENIDOS

xiii

ANEXO 3. EXAMPLE OF A NETWORK MODEL CALIBRATION ...........................445

A3.1 INTRODUCTION .............................................................................................................. 445A3.2 NETWORK PROPERTIES ................................................................................................... 445A3.3 CALIBRATION PROCESS ................................................................................................ 448

A3.4 GROUPING THE NETWORK ............................................................................................ 452A3.5 CALIBRATION INPUT FILES ............................................................................................. 453A3.6 RUNNING A CALIBRATION AND IMPORTING RESULTS ................................................ 454A3.7 VIEWING CALIBRATION RESULTS .................................................................................. 454

A3.7.1 STATISTICS ...................................................................................................................................... 457

ANEXO 4. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................463


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xv

NDICE DE FIGURAS

FIGURA 1.COMPONENTES BSICOS DE UN MODELO DE UN SISTEMA DE DISTRIBUCIN DE AGUA..................................... 55

FIGURA 2.REPRESENTACIN DE UNA LNEA Y SUS NUDOS EXTREMOS. ........................................................... ............. 58

FIGURA 3.NOMENCLATURA EMPLEADA PARA FORMULAR LAS ECUACIONES DE EQUILIBRIO DE UNA RED. ........................... 62FIGURA 4.FLUJO DE DATOS DURANTE EL PROCESO DE ANLISIS DE UNA RED UTILIZANDO LA CAJA DE HERRAMIENTAS DE

EPANET................................................................................................................................................ 67

FIGURA 5.DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA CONSTRUCCIN Y CALIBRACIN DE UN MODELO MATEMTICO DE LA RED

UTILIZANDO LA EXTENSIN GISRED. ............................................................................................................ 94

FIGURA 6.ESTRUCTURA RELACIONAL BSICA DE TABLAS EN LA APLICACIN GISRED. .................................................... 96

FIGURA 7.IDENTIFICACIN DE LAS CONDUCCIONES SOBRE EL FONDO URBANO EN FORMATO CAD,COMO PASO PREVIO

A LA IMPORTACIN. .............................................................. ................................................................... . 98

FIGURA 8.MODELO TOPOLGICO DE LA RED,GENERADO TRAS LA CAPTURA DE LA CAPA CAD. ....................................... 99

FIGURA 9.FORMULARIOS DE PROPIEDADES DE LOS ELEMENTOS FSICOS. .................................................................. 100

FIGURA 10.OTROS DILOGOS DE PROPIEDADES. ................................................................ ................................. 100FIGURA 11.NAVEGADOR DEL TEMA DE ERRORES EN NUDOS. ........................................................... ...................... 101

FIGURA 12.COMPROBACIN DE LA CONECTIVIDAD DE LA RED TRAS LA IMPORTACIN.EN COLOR LOS SEGMENTOS DE RED

DESCONECTADOS. .................................................................................................................................. 102

FIGURA 13.NUBE DE PUNTOS DE COTA Y SUPERFICIE DE INTERPOLACIN (GRID)PARA LA ASIGNACIN DE COTAS A LOS NUDOS

DEL MODELO. ........................................................................................................................................ 103

FIGURA 14.ASIGNACIN DE CONSUMOS (NUDOS CARGADOS EN VERDE). ................................................................ 104

FIGURA 15.DILOGO DE INTRODUCCIN DE LOS PARMETROS DEL ALGORITMO GENTICO. ........................................ 105

FIGURA 16.MAPA DE PRESIONES TRAS UNA SIMULACIN EN GISRED Y VISUALIZACIN ALTERNATIVA DE LOS RESULTADOS EN

EPANET2. ............................................................. ................................................................... .......... 106

FIGURA 17.EJEMPLO DE GRAFO.EN ESTE CASO SE TRATA DE UN MULTIGRAFO. ........................................................ 112FIGURA 18.IDENTIFICACIN DE UN TRAYECTO SOBRE UN GRAFO. ........................................................................... 112

FIGURA 19.EJEMPLO DE UN GRAFO INCONEXO. ................................................................. ................................. 113

FIGURA 20.EJEMPLO DE UNA MALLA O CICLO. ........................................................ ............................................ 113

FIGURA 21.EJEMPLO DE RBOL (IZQUIERDA)Y RBOL DE EXPANSIN O GENERADOR (DERECHA). ................................. 114

FIGURA 22.EJEMPLO DE UN GRAFO Y SU MATRIZ DE ADYACENCIAS. ........................................................................ 114

FIGURA 23.LISTA DE ADYACENCIAS DEL MISMO GRAFO ANTERIOR. ......................................................................... 115

FIGURA 24.DIAGRAMA DE FLUJO DEL ALGORITMO DE BSQUEDA EN PROFUNDIDAD. ................................................. 117

FIGURA 25.DIAGRAMA DE FLUJO DEL ALGORITMO DE BSQUEDA EN AMPLITUD. ....................................................... 118

FIGURA 26.BSQUEDA DEL RBOL DE EXPANSIN MEDIANTE EL MTODO DE BSQUEDA EN PROFUNDIDAD (DFS). ......... 119

FIGURA 27.BSQUEDA DEL RBOL DE EXPANSIN MEDIANTE EL MTODO DE BSQUEDA EN AMPLITUD (BFS). ............... 120FIGURA 28.EJEMPLO DE RBOL DE EXPANSIN DE UN GRAFO Y SU TOPOLOGA .LNEAS DE ACCESO A CADA NUDO Y GRADO

DE CONECTIVIDAD DEL RBOL. .................................................................................................................. 125

FIGURA 29.GRAFO DIRIGIDO Y SU HOMLOGO REORDENADO TRAS APLICAR UNA ORDENACIN TOPOLGICA. ................ 126

FIGURA 30.EJEMPLO DE MALLAS BSICAS O INDEPENDIENTES. .............................................................................. 127

FIGURA 31.IDENTIFICACIN DE UNA MALLA BSICA. ........................................................... ................................. 127

FIGURA 32.EJEMPLO DE CONJUNTO DE CORTE DE UN GRAFO. ............................................................................... 128

FIGURA 33.EJEMPLO DE UN GRAFO DIRIGIDO O DGRAFO. .................................................................................... 129

FIGURA 34.EJEMPLO DE UN RBOL DIRIGIDO. .................................................................................................... 130

FIGURA 35.EJEMPLO DE UN BOSQUE DE RBOLES DIRIGIDOS (COLORES ROJO Y AZUL). ............................................... 131

FIGURA 36.RELACIN TOPOLGICA INTRODUCIDA POR EULER............................................................................... 137FIGURA 37.DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE VERIFICACIN DE LA CONECTIVIDAD. .............................................. 139


22/475

NDICE DE FIGURAS

xvi

FIGURA 38.DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE ANLISIS DE LAS SUBREDES Y SUBSISTEMAS ..................................... 141

FIGURA 39.DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE CLASIFICACIN DE LOS ELEMENTOS DEL RBOL DE EXPANSIN . ........... 145

FIGURA 40.IDENTIFICACIN DE LAS RAMAS Y CUERDAS DEL RBOL DE EXPANSIN DE MNIMO COSTE MEDIANTE EL

ALGORITMO DE KRUSKAL. ........................................................................................................................ 147

FIGURA 41.IDENTIFICACIN DEL RBOL DE EXPANSIN DE MNIMO COSTE MEDIANTE EL ALGORITMO DE PRIM Y

CREACIN DE LA TOPOLOGA DE RBOL. ................................................................. ..................................... 149

FIGURA 42.OBTENCIN DE LA TOPOLOGA DEL RBOL DE EXPANSIN DE MNIMO COSTE MEDIANTE EL ALGORITMO DE PRIM

APOYADO EN UNA CACH DE MEMORIA. ..................................................................................................... 151

FIGURA 43.CONJUNTO DE CORTE ASOCIADO A UNA RAMA DE UNA RED. .............................................................. .... 152

FIGURA 44.OBTENCIN DEL CONJUNTO DE CORTE ASOCIADO A CADA UNA DE LAS RAMAS DE UN RBOL DE EXPANSIN EN UNA

RED DE DISTRIBUCIN. ............................................................................................................................ 154

FIGURA 45.OBTENCIN DE LOS DIFERENTES RBOLES DE EXPANSIN MNIMOS DESDE CADA UNA DE LAS FUENTES DE

SUMINISTRO DE LA RED. .......................................................................................................................... 156

FIGURA 46.RECORRIDO (COLOR AMARILLO)DESDE UN NUDO DE LA RED HASTA EL NUDO DE CABECERA DEL QUE DEPENDE

SEGN EL ANLISIS TOPOLGICO. .............................................................................................................. 156

FIGURA 47.ORDENACIN TOPOLGICA DE LAS RAMAS DEL RBOL DE EXPANSIN. .................................................... 158

FIGURA 48.ACUMULACIN DE DEMANDAS SOBRE LOS NUDOS DE UNA RED DE DISTRIBUCIN. ..................................... 165

FIGURA 49.ACUMULACIN DE ACOMETIDAS EN LAS RAMAS DE UNA RED DE DISTRIBUCIN. ........................................ 167

FIGURA 50.ESTRUCTURA DE TABLAS PARA ALBERGAR LA INFORMACIN TOPOLGICA DE LA RED DE DISTRIBUCIN........... 168

FIGURA 51.PROCEDIMIENTO DE DETECCIN DE LOS CUELLOS DE BOTELLA DE LA RED. ................................................ 175

FIGURA 52.EJEMPLO DE ANLISIS DE LA CAPACIDAD DE TRANSPORTE.RBOL DE MNIMA RESISTENCIA DE LA RED. .......... 178

FIGURA 53.EJEMPLO DE ANLISIS DE LA CAPACIDAD DE TRANSPORTE.DETECCIN DE LOS CUELLOS DE BOTELLA. ............. 179

FIGURA 54.EJEMPLO DE ANLISIS DE LA CAPACIDAD DE TRANSPORTE.ANLISIS DEL CONJUNTO DE CORTE DEL CUELLO DE

BOTELLA DETECTADO. ............................................................................................................................. 180

FIGURA 55.IDENTIFICACIN DE LA CERRADA PARA AISLAR EL TRAMO DE TUBERA EN EL QUE SE HA PRODUCIDO UNA

INCIDENCIA. .......................................................................................................................................... 184FIGURA 56.IDENTIFICACIN DE LA NUEVA CERRADA EN EL CASO DE DESCARTAR DOS VLVULAS DE SECCIONAMIENTO POR

IMPOSIBILIDAD DE MANIOBRA. ................................................................................................................. 185

FIGURA 57.POSTPROCESO EN BUSCA DE NUEVOS TRAMOS AISLADOS A CONSECUENCIA DE LA CERRADA GENERADA. ......... 186

FIGURA 58.DETECCIN DE TODAS LAS TUBERAS AISLADAS TRAS LA IDENTIFICACIN DE LA CERRADA . ............................ 187

FIGURA 59.ANLISIS DE CRITICIDAD EN LA RED................................................................................................... 189

FIGURA 60.PROCESO DE IDENTIFICACIN AUTOMTICA DE DISTRITOS HIDROMTRICOS. ............................................ 190

FIGURA 61.PROCEDIMIENTO DE OBTENCIN DE LAS DMA'S BSICAS. ................................................................ .... 192

FIGURA 62.PROCEDIMIENTO DE OBTENCIN DE LAS DMA'S AGRUPADAS. .............................................................. 195

FIGURA 63.RED DE EJEMPLO CLASIFICADA POR DIMETROS. ................................................................................. 197

FIGURA 64.MODELO MATEMTICO DE LA RED REAL DE EJEMPLO.UBICACIN DE MEDIDORES DE CAUDAL Y VLVULAS DESECCIONAMIENTO CERRADAS.................................................................................................................... 198

FIGURA 65.DMAS BSICAS IDENTIFICADAS POR EL ALGORITMO DE BSQUEDA. ....................................................... 199

FIGURA 66.IDENTIFICACIN DE LOS DISTRITOS HIDROMTRICOS DE MODULACIN. .................................................... 201

FIGURA 67.AGRUPACIN DE LAS DMA'S BSICAS 2,3,4Y 5EN DOS NUEVAS DMAS DE MODULACIN. ...................... 202

FIGURA 68.DETALLE DE LA AGRUPACIN DE DMA'S BSICAS EN UNA DMADE MODULACIN. ................................... 203

FIGURA 69.PROCESO DE SECTORIZACIN AUTOMTICA. ...................................................................................... 206

FIGURA 70.RBOL DE EXPANSIN DE MNIMO COSTE (MST)ORDENADO TOPOLGICAMENTE,LISTO PARA SER SECTORIZADO.

.......................................................................................................................................................... 208

FIGURA 71.RED SECTORIZADA AUTOMTICAMENTE SIGUIENDO UN CRITERIO DE 500ACOMETIDAS POR SECTOR. ............ 210

FIGURA 72.RED SECTORIZADA AUTOMTICAMENTE SIGUIENDO UN CRITERIO DE 620ACOMETIDAS POR SECTOR. ............ 212


23/475

NDICE DE FIGURAS

xvii

FIGURA 73.COMPARACIN DE LA SECTORIZACIN CLSICA Y LA SECTORIZACIN AUTOMTICA PARA UN CRITERIO DE 1.000

ACOMETIDAS POR SECTOR. ................................................................ ....................................................... 215

FIGURA 74.REGLA 1.ELIMINACIN DE RAMAS TERMINALES. ................................................................................ 221

FIGURA 75.PROCEDIMIENTO DE ELIMINACIN DE RAMAS TERMINALES (ETAPA 1). .................................................... 223

FIGURA 76.ELIMINACIN DE UN NUDO DE CONECTIVIDAD 3SIGUIENDO LA REGLA 1.................................................. 224

FIGURA 77.REGLA 2.ELIMINACIN DE NUDOS INTERMEDIOS. ......................................................... ...................... 225

FIGURA 78.TRASLADO DE LA DEMANDA EN EL NUDO INTERMEDIO A LOS NUDOS EXTREMOS. ....................................... 226

FIGURA 79.SUSTITUCIN DE DOS TUBERAS EN SERIE CON EL MISMO CAUDAL POR UNA EQUIVALENTE. .......................... 227

FIGURA 80.PROCEDIMIENTO DE ELIMINACIN DE NUDOS INTERMEDIOS (ETAPA 2). .................................................. 229

FIGURA 81.MALLA SIMPLE CONFIGURADA POR SLO DOS NUDOS. ......................................................................... 231

FIGURA 82.REGLA 3.REDUCCIN DE MALLAS SIMPLES. ....................................................................................... 232

FIGURA 83.CONDICIN DE IDENTIFICACIN DE UNA MALLA SIMPLE. ....................................................................... 233

FIGURA 84.SUSTITUCIN DE DOS TUBERAS SIMPLES EN PARALELO POR UNA EQUIVALENTE . ........................................ 233

FIGURA 85.PROCEDIMIENTO DE ELIMINACIN DE MALLAS SIMPLES (ETAPA 3). ......................................................... 235

FIGURA 86.CUERDA NO ELIMINABLE EN LA ETAPA 3POR NO CERRAR UNA MALLA SIMPLE............................................ 236

FIGURA 87.CONFIGURACIN DE UNA MALLA APARENTEMENTE SIMPLE A PARTIR DE DOS MALLAS. ................................ 237

FIGURA 88.DIVERSAS CONFIGURACIONES DE MALLAS COMPLEJAS. ......................................................................... 238

FIGURA 89.REGLA 4.CANCELACIN DEL CAUDAL CIRCULANTE POR UNA CUERDA PARA PERMITIR SU ELIMINACIN. ......... 240

FIGURA 90.CLCULO DE LOS DIMETROS EQUIVALENTES DEL SUBTRAYECTO A REFORZAR. ........................................... 243

FIGURA 91.PROCEDIMIENTO DE ELIMINACIN DE MALLAS COMPLEJAS (ETAPA 4). .................................................... 245

FIGURA 92.PROCEDIMIENTO GENERAL IMPLEMENTADO MEDIANTE CDIGO PARA LA SIMPLIFICACIN DE UN MODELO DE RED.

.......................................................................................................................................................... 248

FIGURA 93.RED DE EJEMPLO A SIMPLIFICAR. .......................................................... ............................................ 250

FIGURA 94.CAUDALES Y PRESIONES MEDIAS DIARIAS EN EL MODELO ORIGINAL NO SIMPLIFICADO . ................................ 252

FIGURA 95.CAUDALES Y PRESIONES MEDIAS DIARIAS EN EL MODELO SIN RAMALES TERMINALES . .................................. 253

FIGURA 96.CAUDALES Y PRESIONES MEDIAS DIARIAS EN EL MODELO SIN NUDOS INTERMEDIOS . ................................... 254FIGURA 97.CAUDALES Y PRESIONES MEDIAS DIARIAS EN EL MODELO SIN MALLAS SIMPLES . .......................................... 255

FIGURA 98.CAUDALES Y PRESIONES MEDIAS DIARIAS EN EL MODELO SIN MALLAS COMPLEJAS . ..................................... 256

FIGURA 99.CAUDALES Y PRESIONES MEDIAS DIARIAS EN EL MODELO SIN MALLAS COMPLEJAS (CRITERIO DE ELIMINACIN DE

MALLAS COMPLEJAS MENOS RESTRICTIVO). ................................................................................................. 257

FIGURA 100.ESTRUCTURA DE DATOS SOPORTADA POR LA LTIMA VERSIN DE GISRED. ............................................ 270

FIGURA 101.DMAS UNIDAS POR TUBERA CERRADA Y TUBERA CON CAUDALMETRO. ............................................... 294

FIGURA 102.SUPERPOSICIN DEL PERODO DE CONSULTA CON LOS TIEMPOS DE ASOCIACIN DMA-CAUDALMETRO PARA LA

OBTENCIN DE LOS SUBPERODOS DE CLCULO. ........................................................... ................................. 294

FIGURA 103.SUPERPOSICIN DEL PERODO DE CONSULTA CON LOS TIEMPOS DE ASOCIACIN DMA-CAUDALMETRO Y CON

LOS INSTANTES EN LOS QUE SE PRODUCE UNA AVERA EN ALGN CAUDALMETRO O SE DETECTA POCA FIABILIDAD EN LAS

LECTURAS DE LOS MISMOS. ...................................................................................................................... 295

FIGURA 104.SUPERPOSICIN DEL PERODO DE CONSULTA CON LOS TIEMPOS DE ASOCIACIN DMA-CAUDALMETRO Y CON

LOS INSTANTES EN LOS QUE SE PRODUCE LA APERTURA DE UNA VLVULA FRONTERA. ........................................... 296

FIGURA 105.OBTENCIN DE LOS SUBPERODOS DE CLCULO. ............................................................................... 297

FIGURA 106.CONSIDERACIN DEL VOLUMEN SUMINISTRADO /ALMACENADO EN LOS DEPSITOS EN CADA SUBPERODO. . 299

FIGURA 107.ESTRUCTURA ARBREA DE LOS PUNTOS DE SUMINISTRO. ......................................................... ........... 305

FIGURA 108.EJEMPLO GRFICO DE APLICACIN DEL PROCEDIMIENTO. ......................................................... ........... 312

FIGURA 109.PERODOS DE VIGENCIA DE ACOMETIDAS,SUMINISTROS TOTALIZADORES Y SUMINISTRO TERMINAL. ............ 313

FIGURA 110.DIVISIN DE LOS INTERVALOS DE VALIDEZ DE LOS SUMINISTROS POR EL PERODO DE CONSULTA . ................. 314


24/475

NDICE DE FIGURAS

xviii

FIGURA 111.DIVISIN DE LOS INTERVALOS DE VALIDEZ DE LOS SUMINISTROS SEGN EL TIPO DE VOLUMEN DEL MISMO

(REGISTRADO/ESTIMADO). ...................................................................................................................... 314

FIGURA 112.INTERSECCIN DE LAS FECHAS DE VALIDEZ DE LAS ACOMETIDAS CON LAS FECHAS DE VALIDEZ DE LOS SUMINISTROS

ASOCIADOS A LAS MISMAS,CONSERVANDO EL CARCTER REGISTRADO O ESTIMADO DE STOS. .............................. 315

FIGURA 113.SUBPERODOS EN LOS QUE VAN A QUEDAR DIVIDIDOS LOS SUMINISTROS TERMINALES,TRAS COMPARAR Y

CRUZAR TODAS LAS FECHAS DE VIGENCIA DE ACOMETIDAS,TOTALIZADORES Y SUMINISTROS TERMINALES................. 316

FIGURA 114.SECTOR HIDROMTRICO TOMADO COMO EJEMPLO PARA EL CLCULO DEL RENDIMIENTO. ......................... 321

FIGURA 115.REPRESENTACIN GRFICA DEL ESTADO DEL SECTOR HIDROMTRICO DEL EJEMPLO ENTRE T1Y T2. ............ 321

FIGURA 116.SUBPERODOS DE VALIDEZ PROVISIONALES DE LA DMADEL EJEMPLO. .................................................. 322

FIGURA 117.SUBPERODOS DE TIEMPO EN LOS QUE SE DEBE TENER EN CUENTA EL DEPSITO CONTENIDO EN LA DMA. .... 322

FIGURA 118.SUBPERODOS DE VALIDEZ DEFINITIVOS QUE SE DEBEN CONSIDERAR EN EL BALANCE HDRICO DE LA DMADEL

EJEMPLO. ............................................................................................................................................. 323

FIGURA 119.INTERSECCIN DE LOS SUBPERODOS DE VALIDEZ DE LA DMACON LOS SUBPERODOS DE VALIDEZ DE LAS

ACOMETIDAS......................................................................................................................................... 324

FIGURA 120.IDENTIFICACIN DE LOS SUBPERODOS DE VALIDEZ EN LA DMAY TRASLADO A LAS ACOMETIDAS.CLCULO DEL

VOLUMEN INYECTADO EN LOS PERODOS DE VALIDEZ. .................................................................................... 325

FIGURA 121.ESQUEMA SIMPLIFICADO DE LA RED DE DISTRIBUCIN CONSIDERADA EN EL EJEMPLO DE LA DMA. .............. 326

FIGURA 122.DETERMINACIN DEL VOLUMEN AUTORIZADO EN LOS PERIODOS DE VALIDEZ DE LA DMA. ........................ 327

FIGURA 123.SECUENCIA DE TRABAJO EN GISRED. ......................................................... ..................................... 339

FIGURA 124.TABLAS DE DECLARACIONES. ........................................................................................................ 351

FIGURA 125.TABLAS DE USUARIOS. ................................................................................................................ 354

FIGURA 126.TABLAS DE CARTOGRAFA DE RED. ............................................................ ..................................... 358

FIGURA 127.TABLAS DE LNEAS. ..................................................................................................................... 364

FIGURA 128.TABLAS DE NUDOS. .................................................................................................................... 370

FIGURA 129.TABLAS DE CURVAS. ................................................................................................................... 371

FIGURA 130.TABLAS DE OPERACIONES. ........................................................................................................... 372FIGURA 131.TABLA DE CONTROLES SIMPLES. ............................................................... ..................................... 372

FIGURA 132.TABLAS DE CONTROLES COMPUESTOS. ........................................................................................... 376

FIGURA 133.TABLA DE MANIOBRAS DE LAS VLVULAS DE CORTE. .......................................................... ............... 377

FIGURA 134.TABLA DE INYECCIONES DE CALIDAD............................................................................................... 377

FIGURA 135.TABLAS DE MEDICIONES. ............................................................................................................. 379

FIGURA 136.TABLAS DE PUNTOS DE MEDIDA Y MEDIDORES. ................................................................................. 382

FIGURA 137.TABLAS DE SECTORES. ................................................................................................................. 386

FIGURA 138.TABLAS DE SUMINISTROS. ............................................................................................................ 393

FIGURA 139.TABLAS DE ACOMETIDAS. ............................................................................................................ 394

FIGURA 140.TABLAS DE PUNTOS DE SUMINISTRO. ............................................................................................. 396FIGURA 141.TABLAS DE ASOCIACIONES ENTRE SUMINISTROS Y USOS. ................................................................ .... 400

FIGURA 142.TABLAS DE CNAEY PHCS. .......................................................................................................... 401

FIGURA 143.TABLAS DE ASOCIACIONES DE LNEAS Y DMA'S CON ACOMETIDAS. ...................................................... 402

FIGURA 144.TABLAS DE CONSUMOS. .............................................................................................................. 403

FIGURA 145.TABLAS DE CONSUMOS REGISTRADOS Y ESTIMADOS. ........................................................................ 406

FIGURA 146.TABLA DE CONTADORES. ............................................................................................................. 408

FIGURA 147.TABLAS DE AUDITORA. ............................................................................................................... 409

FIGURA 148.CARGA DE LA EXTENSIN GISRED. ................................................................................................ 416

FIGURA 149.DOCUMENTO SCENARIOS. ......................................................................................................... 416

FIGURA 150.NUEVO PROYECTO GISRED. ......................................................... ................................................ 417


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NDICE DE FIGURAS

xix

FIGURA 151.VALORES POR DEFECTO DEL PROYECTO. ......................................................... ................................. 418

FIGURA 152.DIBUJO CADEN LA TABLA DE CONTENIDOS DEL ESCENARIO (TOC). ...................................................... 419

FIGURA 153.CAPA DE ETIQUETAS DE DIMETRO EN EL TEMA CADDE ANOTACIONES. ................................................ 420

FIGURA 154.CAPA DE TUBERAS EN EL TEMA CADDE LNEAS. ......................................................... ...................... 420

FIGURA 155.CAPAS DE CADA IMPORTAR. ............................................................ ............................................ 421

FIGURA 156.SELECCIN DEL TIPO DE DATOS A IMPORTAR..................................................................................... 422

FIGURA 157.DILOGO DE IMPORTACIN DE FICHEROS CAD. .......................................................... ...................... 422

FIGURA 158.MODELO DE RED TRAS LA IMPORTACIN DEL FICHERO CAD. ............................................................... 424

FIGURA 159.DILOGO DE COMPROBACIN DE LA CONECTIVIDAD DE LA RED. ........................................................... 425

FIGURA 160.PARTES DESCONECTADAS DE UNA RED IMPORTADA. .......................................................................... 425

FIGURA 161.BARRAS DE HERRAMIENTAS DE GISRED. ......................................................................................... 426

FIGURA 162.CONEXIN DE TUBERAS. .................................................................. ............................................ 427

FIGURA 163.AADIR UN EMBALSE SOBRE UN NUDO. ......................................................... ................................. 428

FIGURA 164.INSERTAR UNA VLVULA REDUCTORA EN UNA TUBERA. ........................................................... ........... 428

FIGURA 165.PROPIEDADES DE LA VLVULA REDUCTORA. ..................................................................................... 429

FIGURA 166.EDICIN DE PROPIEDADES EN GRUPO.ASIGNACIN DE RUGOSIDAD. ..................................................... 430

FIGURA 167.CURVAS DE NIVEL. ............................................................... ....................................................... 431

FIGURA 168.GRIDCON EFECTO DE RELIEVE (HILLSHADE). ................................................................................... 431

FIGURA 169.DILOGO DE INTERPOLACIN DE COTAS. ......................................................................................... 432

FIGURA 170.GENERACIN DE UN TEMTICO DE COTAS EN NUDOS. ........................................................................ 433

FIGURA 171.CALLEJERO DE LA POBLACIN. ........................................................... ............................................ 434

FIGURA 172.IMPORTAR CURVA DE MODULACIN. ............................................................. ................................. 435

FIGURA 173.DILOGO DE ASIGNACIN DE DEMANDAS. ....................................................................................... 436

FIGURA 174.AJUSTE DEL CONSUMO NO REGISTRADO. ......................................................................................... 436

FIGURA 175.ESTADSTICAS DE CONSUMOS. ........................................................... ............................................ 437

FIGURA 176.DILOGO DE LEYES DE CONTROL. .................................................................................................. 437FIGURA 177.AADIR LEYES DE CONTROL SIMPLES AL MODELO DE RED. .................................................................. 438

FIGURA 178.LEYES DE CONTROL SIMPLES PARA LA VLVULA REDUCTORA. ............................................................... 438

FIGURA 179.OPCIONES DE CLCULO. .............................................................................................................. 439

FIGURA 180.SIMULACIN DEL MODELO DESDE EPANET2. ............................................................ ...................... 440

FIGURA 181.SIMULACIN DEL MODELO DESDE GISRED V1.0. ............................................................................. 441

FIGURA 182.RESULTADOS DE LA SIMULACIN.PRESIONES (15H)DISTRIBUIDAS POR PARCELAS. .................................. 441

FIGURA 183.ANYTOWN NETWORK LAYOUT. ..................................................................................................... 445

FIGURA 184.CALIBRATION EXAMPLE.DEMAND PATTERN. ................................................................................... 447

FIGURA 185.GISRED CALIBRATION PROCESS.FLOWCHART. ........................................................... ...................... 448

FIGURA 186.NEW CALIBRATION CONFIGURATION. ............................................................ ................................. 449FIGURA 187.LOADING CONDITIONS DIALOG. .................................................................................................... 449

FIGURA 188.IMPORTING FIELD DATA. .................................................................. ............................................ 450

FIGURA 189.FIELD DATA AFTER THE IMPORTATION. ........................................................... ................................. 450

FIGURA 190.GAPARAMETERS DIALOG. ............................................................... ............................................ 451

FIGURA 191.CALIBRATION MANAGER. ................................................................. ............................................ 452

FIGURA 192.CALIBRATION MENU BAR OPTIONS. ................................................................................................ 452

FIGURA 193.GROUP EDITING DIALOG. ................................................................. ............................................ 453

FIGURA 194.PIPE PROPERTY DIALOG.CHANGING CALIBRATION ROUGHNESS GROUP. .............................................. 453

FIGURA 195.CALIBRATION RESULTS DIALOG. .................................................................................................... 455

FIGURA 196.DIFFERENT TYPES OF GRAPHS SHOWING CALIBRATION RESULTS. ......................................................... 456


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NDICE DE TABLAS

TABLA 1.FRMULAS DE PRDIDAS DE CARGA EN CONDUCCIONES. ............................................................................ 58

TABLA 2.CRITERIOS PARA LA INSTALACIN DEL NMERO DE MEDIDORES EN UNA RED SEGN EL WRC............................. 79

TABLA 3.CRITERIOS PARA LA INSTALACIN DEL NMERO DE MEDIDORES EN UNA RED SEGN EL ECAC. ........................... 79TABLA 4.CAPACIDAD DE TRANSPORTE TERICA DEL CUELLO DE BOTELLA Y DE LAS TUBERAS QUE CONFORMAN SU CONJUNTO

DE CORTE. ............................................................................................................................................ 180

TABLA 5.CAPACIDAD TERICA DE TRANSPORTE DE LA RAMA Y SU CONJUNTO DE CORTE. ............................................. 180

TABLA 6.RELACIN ENTRE EL CAUDAL TERICO A ABASTECER Y LA CAPACIDAD DE TRANSPORTE TOTAL DE LA RAMA Y SU

CONJUNTO DE CORTE. ............................................................................................................................. 181

TABLA 7.PROCEDIMIENTO PARA EL CLCULO DE LA CERRADA.PRIMER PASO. ............................................................ 183

TABLA 8.CARACTERSTICAS DE LOS SECTORES HIDROMTRICOS BSICOS IDENTIFICADOS CON EL ALGORITMO DE BSQUEDA.

.......................................................................................................................................................... 200

TABLA 9.CARACTERSTICAS DE LOS SECTORES HIDROMTRICOS DE MODULACIN IDENTIFICADOS CON EL ALGORITMO DE

AGRUPACIN DE DMAS BSICAS. ............................................................................................................. 200TABLA 10.CARACTERSTICAS DE LA SECTORIZACIN AUTOMTICA PARA UN CRITERIO DE 500ACOMETIDAS. ................... 209

TABLA 11.CARACTERSTICAS DE LA SECTORIZACIN AUTOMTICA PARA UN CRITERIO DE 620ACOMETIDAS. ................... 211

TABLA 12.CARACTERSTICAS DE LA SECTORIZACIN AUTOMTICA PARA UN CRITERIO DE 1.000ACOMETIDAS. ................ 213

TABLA 13.RED SECTORIZADA AUTOMTICAMENTE SIGUIENDO UN CRITERIO DE 1.000ACOMETIDAS POR SECTOR. ........... 214

TABLA 14.CUADRO RESUMEN DE LAS ETAPAS DE SIMPLIFICACIN DEL MODELO DE RED. ............................................. 258

TABLA 15.RESULTADOS DE PRESIN EN LOS MODELOS SIMPLIFICADOS OBTENIDOS. ................................................... 261

TABLA 16.ERRORES EN LAS PRESIONES MEDIAS EN LOS NUDOS DE CADA UNO DE LOS MODELOS CON RESPECTO A LOS NUDOS

DEL MODELO ORIGINAL............................................................................................................................ 261

TABLA 17.BALANCE HDRICO-ECONMICO.INTERNATIONAL WATER ASSOCIATION (IWA),[ALEGRE ET AL,2000]. ........ 282

TABLA 18.DISTRIBUCIN DEL VOLUMEN INYECTADO A UN SECTOR DESDE UN PUNTO DE VISTA PURAMENTE HIDRULICO. .. 283TABLA 19.FASE1:DETERMINACIN DEL VOLUMEN REGISTRADO EN LAS ACOMETIDAS. ............................................. 308

TABLA 20.FASE2:DISTRIBUCIN DEL VOLUMEN DE LAS ACOMETIDAS ENTRE LOS PUNTOS DE SUMINISTRO TERMINALES . . 311


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CAPTULO1INTRODUCCIN GENERAL


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Tesis Do c to ral 25

CAPTULO 1. INTRODUCCIN GENERAL

1.1 JUSTIFICACIN

Los significativos avances tecnolgicos que se han producido en estas dos ltimas dcadas en

el campo de las tecnologas de la informacin y la informtica domstica e industrial, han

provocado cambios substanciales en la manera de gestionar los sistemas de abastecimiento

urbano. La tradicional gestin de los abastecimientos urbanos ha evolucionado hacia nuevas

tcnicas de supervisin y explotacin de las infraestructuras hidrulicas al objeto de mejorar la

calidad del servicio que se ofrece a los usuarios, optimizando los recursos y ocasionando el

menor impacto ambiental posible.

Las actuales polticas de gestin han dejado de centrarse nica y exclusivamente en satisfacer

la demanda de los abonados a cualquier precio, para adoptar una nueva concepcin basadaen satisfacer las necesidades de agua de los consumidores, siguiendo una serie de criterios

sostenibles encaminados a ahorrar costes asoc iados a la explotac in y minimizar las prdidas de

agua y de energa.

En los ltimos aos, se ha experimentado un notable cambio de actitud en la utilizacin de los

recursos hdricos por parte de las compaas gestoras, debido fundamentalmente a la mayor

escasez de agua de calidad y al aumento de los costes energticos asociados a los procesos

de captacin, tratamiento y distribucin de agua para el consumo humano. Si a todo ello se

aade el constante incremento de la demanda derivado del aumento de la poblacin y de los

usos agrcolas, industriales y tursticos, no sorprende que las compaas hayan optado por invertir

fuertes sumas de dinero en modernizar sus infraestructuras, y en implantar nuevas tcnicas ymtodos de gestin, respaldados por aplicaciones informticas que ofrezcan un excelente

soporte en las tareas diarias de control, operacin y mantenimiento del sistema de

abastecimiento.

Asimismo, los nuevos retos que ha planteado la Directiva Marco del Agua en Europa han

supuesto un profundo cambio en todos los niveles de gestin del agua, donde la recuperacin

de los costes se impone como medida para el uso eficiente del agua y la sostenibilidad

medioambiental de la ac tividad.

Con el fin de promover un desarrollo social sostenible, el agua debe ser gestionada de una

manera eficiente. Para mejorar la eficiencia en la gestin, deben perseguirse diversos objetivos

entre los que cabe destacar: la reduccin de las prdidas de agua y el aumento del

rendimiento hidrulico en las redes, la reduccin de la energa consumida en la captacin,

tratamiento y distribucin del agua, el aseguramien

bartolín - confección de modelos de redes de distribución de agua desde un sig y desarrollo de he

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