Diseño de modelos de optimización para el uso sustentable del agua a nivel macroscópico

Abstract

In order to meet water demands at the macroscopic level, there have been proposed different strategies, including desalination of seawater, rainwater harvesting in artificial aquifers, residential rainwater collection, reuse of treated water, among others. However, there has not been considered the optimal planning and scheduling for using water in a macroscopic system. In this Thesis, there are proposed mathematical programming models for the efficient use of water use at the macroscopic level using different approaches. In Chapter I, an overview of the addressed problem is presented, there is highlighted the importance of considering the optimal distribution of water for places with water scarcity and also the objectives for this research are presented. On the other hand, in Chapter II there are described the strategies proposed in recent years for the use and preservation of water in different sectors of society, according to the literature cited in this chapter it is important to consider alternative sources of water to implement a sustainable distribution. So, in Chapter III is proposed a mathematical programming model for the optimal distribution of water at the macroscopic level, which involves rainwater harvesting, as well as collecting, storing and distributing reclaimed wastewater, from economic and environmental points of view. Subsequently, in Chapter IV is proposed the evaluation of uncertainty in the model to make a more accurate prediction of rainfall and water distribution. Different scenarios are analyzed considering the precipitation as an uncertain parameter, which shows a bigger picture on the proposed strategy.

Para satisfacer las demandas de agua a nivel macroscópico se han propuesto diversas estrategias, entre las que se incluyen la desalinización del agua de mar, la captación del agua de lluvia en acuíferos artificiales, la captación residencial del agua de lluvia, el reúso del agua tratada, entre otros. Sin embargo, no se ha considerado una planeación óptima de la integración de las diferentes metodologías ni la calendarización óptima para el uso de las mismas. En el presente proyecto de Tesis se presentan modelos de programación matemática para un uso eficiente del agua a nivel macroscópico aplicando diferentes enfoques. En el Capítulo I se presenta un panorama general sobre el enfoque de este trabajo de Tesis, se plantea la problemática de escasez de agua y el motivo por el cual es importante el desarrollo de estrategias de distribución de agua, además se describen los objetivos planteados en este trabajo de investigación. Por otro lado, en el Capítulo II se analizan las estrategias planteadas en los últimos años sobre el uso y preservación del agua en diferentes sectores de la sociedad, de acuerdo con la bibliografía citada en dicho capítulo es importante considerar fuentes alternativas de agua para hacer una distribución sostenible del recurso. Por lo que en el Capítulo III, se plantea un modelo de programación matemática para la distribución óptima del agua a nivel macroscópico, en el cual se considera la captación de agua en periodos de lluvias, su almacenamiento, recuperación y distribución de manera sostenible, desde el punto de vista económico y ambiental. Posteriormente, en el Capítulo IV, se considera la incertidumbre en el modelo propuesto para hacer una predicción más exacta de la precipitación y la distribución de agua, se analizan diferentes escenarios considerando la precipitación como un parámetro incierto.