Anlise de Sistemas Ambientais

Aula 1

Mario Thadeu Leme de BarrosJoaquin Ignacio Bonnecarrere Garcia

1

Informaes Importantes Clculo da mdia: 80% mdia aritmtica de duas provas + 20% exercciosData das Provas: j definidasProva substitutiva s para quem perder uma das duas provasLista de presena: importante!O curso dever exigir o uso de computador / planilhas / outros softwares: trazer material na aula!Bibliografia: livros, trabalhos, artigos, etc.

2

Objetivos do Curso

Apresentar aos alunos a tcnica de anlise de sistemas aplicada a problemas de engenharia ambientalComo tomar deciso em diversos nveis: planejamento, programas, projetos, operao, etc.Conceitos de modelao matemticaModelos de Simulao Modelos de Otimizao

3

O que SISTEMA?

Falamos em sistemas o tempo todo mas como defini-lo?

4

Sistema

Um conjunto de elementos que interagem, inter-relacionados ou interdependentes que formam um todo complexo

5

Sistema: grupo de elementos funcionalmente relacionados, como

O corpo humano visto como uma unidade fisiolgica funcional

um organismo como um todo, especialmente em relao s funes ou processos vitais

um grupo de rgos complementares anatomicamente ou fisiologicamente: sistema nervoso, sistema esqueltico, etc.

um grupo de componentes mecnicos que interagem

uma rede de estruturas e canais para comunicao, viagens, distribuio, etc.

um conjunto de computadores, de equipamentos de comunicao e de software

6

Um conjunto organizado de idias ou princpios inter-

relacionados

7

Forma poltica, econmica ou social

8

Um conjunto de fenmenos que ocorrem naturalmente:

sistema solar, etc.

9

Mtodo organizado ou coordenado;

Um procedimento;Sinnimo de Mtodo

10

O Conceito Black-Box

SISTEMA

ENTRADA SAIDA

11

Portanto um conceito amplo, que se relaciona com

diferentes reas de conhecimento

12

No nosso caso: a Engenharia, o Meio Ambiente (Ecossistemas)

ou melhor:

Engenharia de Sistemas + Meio Ambiente = Sistemas Ambientais

13

A Anlise de Sistemas tambm conhecida como

Pesquisa Operacional (Operational Research to complex decision-making

problems)

14

O que anlise de sistemasUma forma sistemtica de tratar qualquer problema e tomar uma deciso sobre como solucion-loMas no qualquer deciso no, a deciso que melhor satisfaa o decisorDe acordo com a tcnica da anlise de sistemas o problema envolvendo a tomada de deciso pode ser dividido em cinco etapas (fases) bsicas

15

Inmeros problemas que podem ser tratados com o

enfoque sistemtico

16

exemplos de sistemas que podem ser analisados pelo enfoque a ser apresentado no curso (solo):

Sistema de coleta de lixo urbanoSistema de tratamento e/ou disposio de lixo domsticoSistema de controle da eroso urbanaSistema de controle da eroso ruralSistema de proteo ambiental numa indstria de explorao mineralSistema de coleta, tratamento e reciclagem de resduos industriaisSistema de controle ambiental numa Unidade de ConservaoSistema de preservao do solo numa Unidade de ConservaoSistema de controle do uso e ocupao do solo urbanoSistema institucional e legal (Poltica de Preservao e Controle do Solo)Sistema de preservao de matas.....

17

exemplos de sistemas que podem ser analisados pelo enfoque a ser apresentado no curso (ar):

Sistema de controle da poluio do ar num complexo industrialSistema de controle da gerao de poluentes gasosos num veculoSistema de controle da poluio do ar numa cidadeSistema para minimizar a gerao de gases estufa no ambiente urbanoSistema para monitorar a qualidade do ar numa unidade de conservaoSistema para controle de poluentes gasosos num determinado processo industrialPlano Diretor de controle da qualidade do ar no ambiente urbano Sistema Legal e Institucional

18

exemplos de sistemas que podem ser analisados pelo enfoque a ser apresentado no curso (gua):

Sistema de abastecimento de guaSistema de coleta e tratamento de esgoto domsticoSistema de gerao de hidroeletricidade (dimensionamento e operao de reservatrios)Sistema de irrigao ruralDimensionamento, projeto e operao de sistemas de recursos hdricos (diversos)Dimensionamento e operao de canaisSistema de controle de cheiasSistema de controle da qualidade da gua numa regio (rural ou urbana)Sistema de monitoramento de quantidade e qualidade (rural ou urbano)Controle da gua numa Unidade de ConservaoControle da gua urbanaSistema para controle de explorao da gua subterrneaSistema para proteo de mananciais superficiais e subterrneosPoltica Nacional (ou regional) de Recursos HdricosSistema Legal e Institucional

19

De que forma um problema sistematizado:

Fase 1 definir em primeiro lugar o macro problema: por exemplo, melhoria da qualidade de vida de uma regio, desenvolvimento sustentado de uma regio especfica, implementao da infra-estrutura bsica de uma regio....enfim definir o que chamamos de METASObservem que essas metas esto diretamente relacionadas ao problema que est sendo tratado

20

De que forma um problema sistematizado:

Fase 2 uma vez definidas as metas, como transform-las em realidade, ou melhor, como traduzir as metas em aes concretas, devemos ENFIM definir o que chamamos de OBJETIVOS (ou critrios)bsicos, que se concretizados alcanaro plenamente as metas pr-definidas.Como quantificar esses objetivos?

21

De que forma um problema sistematizado:

Fase 2 Exemplos:Melhoria da qualidade de vida pode ser alcanada com: implantao de sistema de infra-estrutura na regio que ir atrair a indstria, que por sua vez gerar empregos, etc.Conservao Ambiental: poder ser alcanada com a criao de unidades de conservao ou com a recuperao de reas degradadas, etc.Desenvolvimento scio-econmico de uma regio sub-desenvolvida: plano de revitalizao da rea, etc.

22

De que forma um problema sistematizado:

Observem que as fases 1 e 2 so essencialmente polticas (representantes da sociedade) e exigem dos tcnicos, que do suporte a eles, muita criatividadeUm grande problema exige para sua soluo muita criatividade: ela inicia com a definio clara das metas e dos objetivos envolvidos

23

De que forma um problema sistematizado:

A Fase 3 essencialmente tcnica e multidisciplinar, depende tambm muito da criatividade: Como traduzir em realidade os objetivos bsicos pr-definidos, ou colocando a questo do ponto de vista da Engenharia e outras cincias: Que projetos executar? Que tipo? Como? Etc...ou seja:Formular ALTERNATIVAS tcnicas viveis

24

De que forma um problema sistematizado:

Exemplo: implantao de infra-estrutura: construir estradas e barragens para gerao de energia, ou ferrovias e termoeltricas, ou etc.....Unidades de Conservao: Que tipos? Quantas? Onde? Para que?Observem que onde entra a concepo do projeto (de todo tipo, planejamento, operao, etc.)Lembrar sempre: o enfoque multidisciplinar!

25

De que forma um problema sistematizado:

Fase 4: ANLISE DAS ALTERNATIVAS: como verificar se as alternativas atendem s metas e objetivosComo comparar as alternativas, quais os critrios? Como analis-las?Como traduzir os resultados para os decisores polticos?

26

De que forma um problema sistematizado:

A base da Fase 4 a modelaoModelos FsicosModelos AnalgicosModelos Matemticos

27

De que forma um problema sistematizado:

Antes de falarmos em modelos vamos completar a anlise sistemtica com a Fase 5: a TOMADA DE DECISO possvel decidir com os critrios e modelos adotados? Uma alternativa se destaca das demais?Como tomar a deciso com mais de um decisor (colegiado)?Se sim OK o processo finalizaSe no, o processo retorna a qualquer nvel anterior.

28

Olhando a tcnica da anlise de sistema de forma estruturada, ela

pode ser resumida em:

29

Fase 1 Definio das Metas (poltica/sociedade)

Fase 2 Identificao dos Objetivos(Critrios Tcnicos que Traduzem as Metas)

Fase 3 Formulao das Alternativas(enfoque multidisciplinar)

Fase 4 Formulao de Modelos(modelos matemticos e fsicos)

Fase 5 Seleo de melhor alternativa(decisores) Tomada de Deciso

OK

sim

no

30

A mesma tcnica porm com foco nas etapas 4 e 5

*Adapted from Winston, Wayne L., Operations

Research: Applications and Algorithms,

3rd Edition, Duxbury Press, 1994, p. 2.

31

Methodology of Operations Research*The Seven Steps to a Good OR Analysis

Feedback loopsat all levels!

OR DSS

32

Methodology of Operations Research*The Seven Steps to a Good OR Analysis

What are the objectives?

Is the proposed problem too narrow?

Is it too broad?

33

Methodology of Operations Research*The Seven Steps to a Good OR Analysis

What data should be collected?

How will data be collected?

How do different components of the system interact with each other?

34

Methodology of Operations Research*The Seven Steps to a Good OR Analysis

What kind of model should be used?

Is the model accurate?

Is the model too complex?

35

Methodology of Operations Research*The Seven Steps to a Good OR Analysis

Do outputs match current observations for current inputs?

Are outputs reasonable?

Could the model be erroneous?

36

Methodology of Operations Research*The Seven Steps to a Good OR Analysis

What if there are conflicting objectives?

Inherently the most difficult step.

This is where software tools will help us!

37

Methodology of Operations Research*The Seven Steps to a Good OR Analysis

Must communicate results in laymans terms.

System must be user friendly!

38

Methodology of Operations Research*The Seven Steps to a Good OR Analysis

Users must be trained on the new system.

System must be observed over time to ensure it works properly.

39

Successful OR Applications

40

Estudo de Caso: Sistema de Despoluio e Controle de Cheias do Alto

Tiet

41

Bacia do Alto Tiet: Bacia Hidrogrfica com muitos conflitos42

Projeto Tiet Controle de Cheias Flotao do rio Pinheiros

SABESP e CETESB

DAEE EMAE, SEMA e Petrobrs

Despoluio Rebaixamento da Calha

Despoluio do Pinheiros e Gerao de Energia

Primeira Etapa

3 ETEs (ABC, Parque Novo Mundo e So Miguel)

1500 km de rede coletora

250 mil ligaes

315 km coletores

37 km interceptores

24500 metros de calha rebaixada em 2,5 metrosR$ 638 milhes

US $1,1 bilho e

US $ 400 milhes (Segunda Etapa)

US$ 100 milhes

43

Primeira Etapa do Projeto Tiet

Ampliao do servio de coleta de esgotos a 250 mil famlias (com benefcios diretos para cerca de 1 milho de pessoas);

Melhora sensvel na qualidade da gua em 120 km do rio

Peixes comearam a aparecer nas cidades de Salto e Itu;

Aumento do ndice de esgoto coletado na Regio Metropolitana de So Paulo de 70% para 80%;

Aumento do ndice de esgoto tratado na Regio Metropolitana de So Paulo de 24%para 65%;

Ampliao da capacidade de tratamento de esgotos na rede da Regio Metropolitana de So Paulo de 9,5 mil litros por segundo para 18 mil litros por segundo.

44

Segunda Etapa do Projeto Tiet

Ampliao do servio de coleta de esgotos a 400 mil famlias com benefcios diretos para cerca de 1,2 milho de pessoas;

Melhora sensvel na qualidade da gua em 40 km do rio;

O Rio Pinheiros no ter mau cheiro;

Aumento do ndice de esgoto coletado na Regio Metropolitana de So Paulo de 80% para 82%;

Aumento do ndice de esgoto tratado na Regio Metropolitana de So Paulo de 65%para 68%.

45

Projeto Tiet Resultados da Primeira EtapaEm destaque as ETEs 46

Caracterizar que tipo de metas, critrios, alternativas e modelos

poderiam ser considerados atravs da viso sistmica

apresentada?Ou seja, definir o que seria cada uma das cinco fases!

47

Respostas

48

Fase 1: As principais Metas

Melhoria da qualidade de vida, Recuperao e Conservao Ambiental da Regio e Desenvolvimento Econmico

Pensando no conjunto de Obras para esta bacia hidrogrfica:

49

Fase 2: Objetivos ou Critrios para a Tomada de Deciso

Critrios Econmicos

Critrios Tcnicos

Critrios Sociais

Critrios Ambientais

Minimizao de custos envolvidos (eficincia) Anlise benefcio/custo considerando

todos os setores afetados Impactos no sistema de sade pblica Alcance econmico do projeto, etc.

Eficcia Segurana do processo Melhoria do desempenho da infra-estrutura urbana Resilincia, etc.

Gerao de empregos Melhoria nos ndices de sade pblica Retirada de famlias em reas de risco Deslocamento de pessoas Desapropriao, etc.

Proteo de fauna e flora Recuperao de reas degradadas Renaturalizao Proteo de mananciais Preservao de reas, etc.

Sub-Critrios

50

Alguns aspectos importantes para escolha dos critrios:

definir para cada objetivo uma escala de medida (referncia);empregar para tal uma escala consistente;no repetir ou sobrepor objetivos (um objetivo no pode ser avaliado duas ou mais vezes);no escolher um nmero excessivo de critrios;os mtodos de deciso so ricos para considerar escalas numricas e subjetivas;esta fase extremamente importante para considerar as diversas opinies do colegiado (caso no seja um processo de um s decisor!)

51

Fase 3: Gerao de Alternativas para atender a esses objetivos e metas

medidas estruturais: diferentes configuraes e solues de obrasmedidas no estruturais de diversos tipos

Essencialmente uma fase de Engenharia: onde entra imaginao, criatividade, experincia, etc.

52

Fase 4: Processo de Anlise para a Tomada de Deciso tambm fase essencialmente tcnica

Objetivo 1

Objetivo 2

Objetivo 3

.

.

.Objetivo n

Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa m. . .

avaliar tecnicamente asrelaes entre Alternativas e Critrios e Mensur-las

MODELOS

53

Fase 5: Tomada de Deciso

Tcnicas Multi Objetivo(mais algumas aulas....)

54

fim

55