Sectorización óptima de la red de distribución de agua potable de la ciudad de Santa Marta, Colombia utilizando los algoritmos METIS

Abstract

El agua potable es un recurso indispensable para la vida, es un producto de primera necesidad para la actividad doméstica, así como para las actividades urbanas, agrícolas e industriales. La disponibilidad del agua potable está ligada al bienestar y prosperidad de cualquier sociedad, pero ésta es un recurso escaso y sumado a los efectos del cambio climático en las aguas naturales, obligan a que se deba gestionar de una manera eficiente. De ahí la importancia que cobra la buena gestión de las Redes de Abastecimiento de Agua Potable (RDAP). El principal problema que afrontan las RDAP es el agua no registrada (ANR), es decir el sub-registro de los contadores y las fugas en las tuberías, acometidas y unidades de almacenamiento. El control de éstas pérdidas en los sistemas de abastecimiento genera un aumento en el rendimiento de la red, así como un mejor aprovechamiento por parte de la población. Una de las soluciones para contrarrestar éstas pérdidas es la sectorización de la red. La sectorización, implica la subdivisión de la red en subredes con una entrada de agua controlada llamadas District Metered Areas (DMA). La búsqueda de una sectorización óptima para definir los DMA es un tema desafiante y crucial en el análisis, planificación y gestión de las redes de distribución de agua. El mayor beneficio de su implementación es el aumento de la facilidad para detectar cualquier anormalidad dentro de la red debido a la reducción de su tamaño, además, no sólo permite aplicar técnicas particulares de control de fugas, sino permite la implementación de modelos de gestión. El presente estudio trata sobre obtener una sectorización óptima para el sector sur de la RDAP de la ciudad de Santa Marta, Colombia. En donde se busca que todos los DMA cumplan con la semejanza de la demanda y uniformidad en las presiones minimizando a su vez el agua extraída desde el embalse principal que alimenta la red, es decir optimizando el agua disponible. Para ello se utilizan los algoritmos implementados en METIS, los cuales se basan en esquemas de partición recursivos bi-seccionales multinivel, multinivel en varias direcciones y multi-restricción.

Water is an indispensable resource for life, it is a product of prime necessity for domestic activity, as well as for urban, agricultural and industrial activities. The availability of water is linked to the well-being and prosperity of any society, but this is a scarce resource and added to the effects of climate change in natural waters, require that it must be managed in an efficient way. Hence the importance of the good management of Water Distribution Networks (WDN). The main problem faced by WDN is unregistered water, that is, meters sub-registration and leaks in pipelines, connections and storage units. The control of these losses in the supply systems generates an increase in the performance of the network, as well as a better use by the population. One of the solutions to counter these losses is the segmentation of the network. Segmentation involves sub-dividing the network into subnets with a controlled water input named District Metered Areas (DMA). The search for optimal segmentation aimed at defining DMA is a challenging and crucial issue in the analysis, planning and management of WDN. The greatest benefit of its implementation is the increase of the facility to detect any abnormality within the network due to the reduction of its size, furthermore, it not only allows to apply particular leaks control techniques, but allows the implementation of management models. The objective of the present study is obtaining an optimal segmentation for the southern sector of the WDN of the Colombian city Santa Marta. In which it is sought that all the DMA comply with demand similarity and pressure uniformity minimizing the water extracted from the main reservoir that feeds the network, that is to say optimizing the available water. For this purpose, the algorithms implemented in METIS are used, which are based on the multilevel recursive-bisection, multi-level k-way, and multi-constraint partitioning schemes.