Dissertações de Mestrado

Este estudo apresenta uma proposta de metodologias de clustering para reconhecimento de padrões de consumo usando um conjunto de dados de caudal recolhidos a partir de medidor de caudal instalados em redes de distribuição de água em Portugal. A maioria dos estudos existentes sobre clustering em séries temporais de caudal baseia-se em algoritmos de clustering hierárquicos ou de k-Means com medidas de distâncias inelásticas. Este estudo explora alternativas de algoritmos de clustering, medidas de distância, janelas temporais de comparação, medidas de índice interno e protótipos de clustering. O desempenho das metodologias de clustering foi avaliado em termos de medidas de índice interno e também através da caracterização dos centroides dos clusters. As metodologias com melhor desempenho foram o Algoritmo de Partição com distância DTW, protótipo PAM e janela de temporal de 15 minutos e o Algoritmo de Partição com distância GAK, protótipo PAM e janela de temporal de 15 minutos, pois permitiram a formação de três clusters. O primeiro método identifica um padrão de consumo noturno, um padrão típico de fim-de-semana e um padrão típico de dia útil, enquanto o segundo método destaca-se por apresentar um padrão com pequena variabilidade entre o consumo noturno e diurno. Para melhorar a extração de conhecimento, operações adicionais de clustering foram realizadas ao conjunto de dados que pertence ao cluster com pequena variabilidade entre consumo noturno e diurno. Novos clusters foram identificados e caracterizados, mostrando que os padrões associados à irrigação são independentes do período do dia e da época do ano, o que indica um uso ineficiente da água.

A presente dissertação tem como objetivo principal o desenvolvimento e a aplicação de uma proposta de metodologia para avaliação sistemática do uso da água e da energia em aproveitamentos hidroagrícolas. O trabalho apresentado vem colmatar lacunas existentes no diagnóstico de perdas de água e de ineficiências energéticas nestes sistemas. As abordagens existentes para aproveitamentos hidroagrícolas centram-se na avaliação da eficiência do uso dos recursos hídricos nas diferentes componentes do sistema, não existindo uma abordagem com visão global de sistema. A metodologia proposta para cálculo do balanço hídrico resulta da adaptação das abordagens existentes nos sistemas urbanos de abastecimento de água aos aproveitamentos hidroagrícolas. À semelhança do balanço hídrico proposto por Alegre et al. (2004), a água entrada divide-se em consumo autorizado e perdas de água. Na componente de água entrada surge a necessidade de considerar as sub-componentes relacionadas com a entrada de água por precipitação, por escoamento superficial e proveniente do armazenamento em reservatórios intermédios. Nos sistemas de transporte e distribuição com superfície livre, é contabilizada uma nova sub-componente de consumo autorizado relacionada com volumes necessários para a operação dos canais. As perdas de água incluem as perdas aparentes, as perdas por evaporação e as perdas reais entre as quais se destacam os repassos e as descargas em canais. Na aplicação da metodologia ao caso de estudo procurou-se sempre validar os resultados obtidos com a experiência dos intervenientes, tendo analisado metodologias alternativas para estimativa de algumas sub-componentes. A aplicação do balanço energético simplificado desenvolvido para os sistemas urbanos aos aproveitamentos hidroagrícolas levou à necessidade de contabilizar uma componente adicional no balanço energético original relativa à variação de volume dos reservatórios intermédios.

An increase in tourism in coastal regions and the saltwater intrusion problem in the aquifers, which will cause the closure of boreholes used to water gardens, create a pressure over the water supply of the region in study. This situation, along with climate change, makes it challenging to envisage mean and long term consumption scenarios. This study is aimed at characterizing, modeling and forecasting the garden watering demand in a coastal touristic region. This is possible due to the particular situation where the lots to study have two water meters: one to measure indoor water use and another to measure outdoor water use. We apply a clustering algorithm to group the customers by similarity of consumption pattern. For each cluster, we propose a generalized additive model. Furthermore, we test a method to disaggregate the total water use into indoor and outdoor use.

As perdas de água que ocorrem nos sistemas de abastecimento de água constituem um grave problema, em termos económico, ambiental e social, que se reflete em duas áreas distintas, que serão objeto de estudo nesta dissertação: nas incertezas no cálculo do balanço hídrico anual e em alguns picos de consumo existentes nas séries temporais de caudal, sendo outros relativos a consumos atípicos. Contudo, os dois temas permitem melhorar as ferramentas existentes para o diagnóstico de perdas de água. No primeiro caso, estas são quantificadas utilizando dados medidos ou estimados e que, por isso, possuem incertezas que se propagam com os cálculos efetuados. Deste modo, esta propagação foi estudada, considerando-se dois formatos diferentes de introdução das incertezas e três métodos de propagação das mesmas, sendo um deles uma inovação. A combinação entre bandas de incerteza e intervalos de confiança foi a que permitiu obter os melhores resultados. O segundo ponto visa contribuir para a redução da incerteza na estimativa de perdas reais – uma das componentes mais relevantes do balanço hídrico, através da deteção automatizada de eventos associados a roturas. Para tal, aplicaram-se se diversos métodos de deteção de outliers, métodos estes resultantes de inovações com base no teste do desvio studentizado extremo generalizado, no método de Tukey e no SAX. Este último revelou-se o melhor para séries com e sem sazonalidade anual, caracterizada por consumos mais elevados nos meses quentes.

Na lagoa de Óbidos, as ondas e as correntes de maré induzem rápidas alterações morfológicas levando ao fecho da sua embocadura. As dragagens são frequentes tendo o objetivo de manter a laguna aberta e proteger as construções marginais. No entanto, o efeito das dragagens no comportamento da embocadura é um tema pouco estudado, especialmente o impacto que poderá ter a adição de canais transversais aos tradicionais canais dragados. No interior desta laguna as ondas induzem alterações significativas nas condições hidrodinâmicas. Através da aplicação de um modelo acoplado constituído por um modelo hidrodinâmico e um modelo de agitação marítima concluiu-se que as elevações da superfície livre dentro da lagoa aumentaram para uma direcção média da onda perpendicular à linha de costa. Foi também investigado o impacto que a interacção completa entre ondas e correntes tem na dinâmica sedimentar da lagoa de Óbidos, concluindo-se que o transporte de sedimentos para o interior aumenta em 30% durante a enchente se esta interacção for tida em conta no modelo numérico. Os três planos de dragagens foram avaliados através da implementação de um modelo morfodinâmico. Os novos planos de dragagens aumentaram o prisma de maré e reduziram as diferenças de duração entre a vazante e a enchente devido aos canais principais norte e sul. Os canais transversais aumentaram o assoreamento no canal principal sul e promoveram a estabilidade do canal principal norte. No entanto, devido às baixas profundidades e a uma agitação marítima muito energética, as soluções de dragagens são incapazes estabilizar permanentemente a lagoa de Óbidos

As atuais políticas de gestão de resíduos estão mais focadas na reciclagem e na reutilização dos resíduos do que na sua eliminação em aterros de resíduos. Nos casos em que o resíduo não é perigoso para o ambiente, não existe nenhuma razão para que esse material não seja utilizado em obras de construção e de engenharia civil, desde que garanta um desempenho equivalente, no mínimo, ao dos materiais naturais. De forma a contribuir para a valorização dos resíduos, estudou-se o comportamento hidráulico de um Agregado Siderúrgico Inerte para a Construção (ASIC), proveniente de escórias de aciaria de Forno de Arco Elétrico (FAE), e de um agregado reciclado de betão, proveniente de resíduos de construção e demolição (RCD), à água de abastecimento público e a um lixiviado recolhido num aterro de resíduos sólidos urbanos (RSU). Pretendeu-se avaliar a viabilidade técnica da sua aplicação em estruturas de drenagem de obras geotécnicas e infraestruturas de transporte, em particular na camada de drenagem e recolha dos lixiviados dos aterros de resíduos. Efetuaram-se ensaios de permeabilidade sobre duas frações granulométricas diferentes: areia (0,25-2mm) e “brita” (2-20mm), considerando que no nosso país é habitual aquela camada ser composta por um nível de areia, com 0,2m de espessura, sobre um nível de brita, com 0,3m espessura. Seguindo o procedimento adotado para o estudo dos dois agregados reciclados, também se ensaiaram dois agregados naturais, basalto e calcário, utilizados como materiais de referência.

As térmitas subterrâneas estão entre os insetos mais abundantes, sendo também ecológica e economicamente importantes. No entanto, muitas dúvidas continuam a existir sobre a forma como se movimentam no solo e como procuram os recursos alimentares. Alguns componentes químicos libertados pela madeira em diferentes estados de decomposição podem funcionar como indicadores da existência de alimento disponível. Este estudo realizou-se com o objetivo de testar as preferências alimentares das térmitas Reticulitermes grassei por madeira degradada por fungos de podridão branca e castanha e por produtos produzidos durante a degradação. Teve ainda como objetivo testar a possibilidade de as térmitas utilizarem as substâncias libertadas pela madeira para encontrarem alimento no solo. As térmitas foram atraídas pela madeira degradada, dependendo esta atração do nível de degradação do alimento, tendo sido também atraídas por alguns dos produtos da degradação testados como a sacarose. As térmitas demonstraram ainda uma provável utilização dos elementos libertados pela madeira degradada para se guiarem no solo para detetar o alimento.

The aim of the current thesis is the development and testing of a comprehensive methodology to assess the overall households' water use efficiency in indoor domestic water use. This methodology comprises an efficiency evaluation based on efficient patterns, peer comparison and water devices performance. he proposed methodology is composed of three main modules: Module 1. Efficient patterns comparison, Module 2. Peer comparison and Module 3. Evaluation based on performance indices of water devices. The three modules should be applied in a complementary way in order to assess most aspects of water efficiency in the household, but can also be applied independently, as each module returns an individual different type of assessment. The methodology was applied to a case study composed of 43 households, mostly located in the Lisbon urban area and surrounding municipalities, corresponding to approximately 100 persons. All households have extensive measurements and detailed event records of all indoor water uses, and were surveyed to collect information on their socio-demographic characteristics and on the existing water devices in the households (WC, shower, taps, dishwasher and washing machine). The methodology was further tested with an additional small case study carried out with three volunteer consumers. The development of a systematic and detailed methodology for the assessment of domestic consumers’ behaviour both in terms of their own consumption and their level of efficiency relatively to their peers constitutes the main novel contribution of this work. This efficiency assessment allows the identification of potential savings and, thus, the methodology enables the promotion of a more efficient use of water by domestic consumers. Furthermore, it is also useful for the water utilities to optimize the supply systems operation and to improve the quality of service through a better knowledge of consumption profiles.

A ação dos sais solúveis e humidade nos edifícios antigos é uma causa frequente da sua degradação. Pretende-se com este trabalho estudar experimentalmente, através de ensaios laboratoriais, de que forma diferentes tipos de sais dissolvidos em água influenciam a absorção por capilaridade em materiais porosos. O levantamento do estado da arte incidiu sobre a ação de degradação dos sais solúveis sobre os materiais porosos, sobre as características dos materiais porosos e foca também os mecanismos de transporte da água, no estado liquido e de vapor, envolvidos nos processos de absorção capilar e secagem. A campanha experimental realizada incluiu o ensaio de absorção por capilaridade e o ensaio de secagem. Os materiais porosos utilizados foram o tijolo e a argamassa e utilizaram-se seis soluções salinas, de concentração saturada: cloreto de sódio, sulfato de sódio, cloreto de potássio, nitrato de sódio, nitrato de potássio e carbonato de sódio. Realizaram-se os mesmos ensaios com água, que serviram como referência. Esta dissertação permitiu tirar conclusões sobre: i) a influência dos sais na absorção por capilaridade; ii) processos de degradação, influência dos sais solúveis na secagem de materiais porosos; iii) a correlação existente entre a degradação dos materiais porosos com o tipo de sal.

This fellowship aimed at studying and modeling the tridimensional hydrodynamic circulation in the case of a wavedominated dissipative beach. The studied site corresponds to Saint-Trojan Beach, located to the South-West of Oléron Island in the central part of the French Atlantic. Two instruments were deployed to characterize hydrodynamics in the surf zone: with an ADCP courantometer and a RBR pressure gauge. The modeling system used in this study is based on the coupling of the circulation model SELFE and the spectral wave model WWM-II. Model/data comparison revealed that the modeling system was capable of reproducing water levels and waves with a high accuracy compared to previously published studies. Different theories for vertical radiation stress were compared in terms of their capacity to reproduce the circulation in the surfzone. The comparison with the measurements showed that only the Mellor (2003) theory was able to reproduce the undertow in the surf zone. Besides, setup predictions in 2DH and 3D were compared with measured setup. This comparison comparisons revealed indicated that the setup predicted with the 3D approach was locally twice as large as the 2DH setup while fitting much better with the data. This interesting behavior is explained by the presence of strong undertows, which induce shoreward oriented bottom stress. Furthermore, the comparison of the relevant terms in the momentum equations showed that the bottom stress represents about 50 % of the wave-induced radiation stress gradients, which supports our hypothesis. This study confirmed the necessity of using fully coupled wave and current 3D models to properly account for the vertical current structure of currents, including undertows, which has implications on water levels along the shorelines during storms.