Implicaciones de la forma urbana en el desempeño del sistema de distribución de agua

Resumen Este trabajo presenta los resultados de una investigación sobre la relación entre forma urbana y el rendimiento de un sistema de distribución de agua. El efecto de los nuevos desarrollos en el desempeño de una rehabilitación ampliada del conocido sistema de distribución de agua Anytown se examina para proporcionar una visión de su interacción, que puede ser considerado junto con otros aspectos de la renovación para lograr áreas urbanas más sostenibles. Un conjunto de tasas de crecimiento urbano, formas urbanas y estrategias de uso eficiente del agua son estudiadas en relación con indicadores clave del rendimiento del sistema como el costo total, “resilience” y la calidad del agua. Las formas urbanas consideradas en este trabajo son compacto / uniforme, monocéntrico, policéntrico y desarrollo de borde. Estos patrones de desarrollo son representativos de enfoques comunes de desarrollo aplicados ampliamente en la planificación urbana. También corresponden a futuros patrones de asentamiento, en base a la consideración de cuatro escenarios futuros (socioeconómicos) llamados Política Reforma (PR), Fortaleza Mundial (FW), Paradigma de Nueva Sustentabilidad (NSP), y las fuerzas del mercado (MF), respectivamente. Tres tasas de crecimiento y dos niveles de eficiencia de la demanda del agua son considerados.

Se concluye la tasa y tipo de desarrollo urbano tiene importantes implicaciones para el rediseño y el funcionamiento de la infraestructura de agua existente en términos de costo total, la calidad del agua y system “resilience”, con una expansión uniforme (PR) dando como resultado la actualización del sistema más rentable por un margen considerable. Expansión policéntrica como una forma urbana representativa del paradigma de Nueva Sustentabilidad es el menos rentable si se basa en un sistema centralizado de distribución de agua para proporcionar servicio a los clientes. Desarrollo de borde (MF) tiene tanto la más barata y la más costosa de las expansiones dependiendo de la ubicación de la expansión. Desarrollo urbano monocentrico (FW) no da lugar al sistema más rentable. Medidas de eficiencia del agua tuvieron un impacto relativamente pequeño en el rendimiento en general, ya que fue compensado con el aumento de la demanda debido a un nuevo crecimiento.

1. IntroducciónLa relación entre la forma, el tamaño y la densidad de uso del suelo urbano y su sustentabilidad es ampliamente debatido en la comunidad de planificación urbana. La sustentabilidad relativa de, por ejemplo, densidades urbanas altas y bajas, o asentamientos centralizados y descentralizados, aún existe controversia.

(Williams et al. 2000). Algunos argumentan, la búsqueda del patrón de uso de la tierra "ideal" simplemente corre el riesgo de tratar de simplificar un sistema muy complejo (Guy andMarvin 2000). Por lo tanto, todavía hay poco consenso sobre cual forma urbana tendrá como resultado un desarrollo más sostenible, o incluso si esto es alcanzable. Para ayudar a resolver este debate, una evaluación más objetiva del comportamiento de las ciudades en relación con la organización del uso de la tierra se necesita con urgencia (Newton 2000).

Los sistemas de agua y los patrones de uso de la tierra siempre se han dado forma entre ellos (Moss 2003). Un estudio por Slater et al. (1994), de desarrollo y de planificación de gestión de la captación llegaron a la conclusión de que la falta de experiencia en participación activa en la planificación urbana en el Reino Unido ha dado lugar a "una clara falta de impacto en los planes de gestión de la captación (CMPS) y no hay un claro favorito para los patrones de uso de la tierra "(citado en Slater et al., 1994). Carter et al. (2005) también argumenta que "un factor fundamentalmente contribuyente para muchos de los problemas de gestión del agua urbana es una falta al adoptar un enfoque integrado para la gestión del agua y la planificación urbana "(citado en Carter et al. 2005). Una serie de estudios recientes se centran en el crecimiento urbano (EPA 2006; EA 2007; Filion 2008) y poner énfasis en la importancia de tener en cuenta al sector de servicios públicos en una etapa temprana de planificación de desarrollo / reconstrucción.

El crecimiento urbano en las regiones que ya están muy desarrollados puede ejercer presión sobre el desarrollo de infraestructura (como los sistemas de transporte, agua y alcantarillado, energía, etc.). Crecimiento urbano por lo general afecta a la demanda de agua, los costos de la infraestructura de agua, la calidad del agua y la eficiencia de la prestación de servicios. Estos retos se pueden incrementar por la densidad de población y las características sociales, económicas y ambientales de asentamientos urbanos. Es muy importante que las empresas de agua son conscientes de la proyección del crecimiento de la población y la demanda asociada de modo que puedan manejar mejor la situación de la oferta y la demanda.

En el estudio presentado en este artículo, la atención se centra en un aspecto de rendimiento urbano, el de la infraestructura de distribución de agua. Este consiste en explorar la relación entre el crecimiento urbano de diferentes tipos y el rendimiento (de discutible sostenibilidad) de una existente sistema de distribución de agua y su capacidad para adaptarse al crecimiento de manera satisfactoria. Los indicadores claves de rendimiento son evaluados en diferentes escenarios de crecimiento y eficiencia de agua.

2. El crecimiento urbano y la Infraestructura de Aguaa. Administración del Agua

En el contexto de Inglaterra y Wales, la relación entre el crecimiento urbano proyectado y la gestión del agua surge particularmente en la producción de las estrategias de gestión de captación (CAMS), Gestión estratégica de activos y planes de gestión de recursos hídricos. Las estrategias de gestión de captación indican la disponibilidad de los recursos hídricos dentro del área de estrategia en la que puede haber exceso de agua disponible para satisfacer las necesidades de los nuevos desarrollos o las demandas se deben cumplir de otra parte. CAMS también son importantes para la prestación de servicios de aguas residuales ya que la disponibilidad de agua en los ríos es importante para el mantenimiento de la dilución suficiente de descargas de aguas residuales. Gestión estratégica de activos y planes de gestión de recursos hídricos " presentan en detalle cómo las empresas privadas de agua en Inglaterra y Wales planean equilibrar la oferta y la demanda de agua en su zona de suministro durante un período de 25 años y tomar en cuenta las consecuencias económicas, medioambientales y sociales en estos planes "(citado en Defra 2008). Las compañías de agua identifican esquemas para hacer frente a cualquier déficit en la capacidad de suministro que determinará la inversión requerida. "Estos esquemas son generalmente una combinación de gestión de la demanda y el desarrollo de los recursos, de acuerdo con el enfoque de doble vía para la

gestión del agua "(citado en Defra 2008). Dentro de los 5 años de los ciclos de gestión de activos, el gasto es planificado para satisfacer los requisitos reglamentarios. Las decisiones sobre el funcionamiento y el mantenimiento de los recursos de un sistema de distribución de agua requieren que el operador equilibre los costos con el rendimiento futuro incluyendo la calidad del servicio experimentado por el cliente. Las justificaciones adecuadas para la renovación de tuberías son por el rendimiento hidráulico, el rendimiento de la calidad del agua, la insuficiencia estructural y fugas (Skipworth et al. 2002). Los procesos de gestión de recursos son necesarias debido a cambios en la demanda y el deterioro de los sistemas puede causar deficiencias hidráulicas que pueden conducir a aumentar en los costes operativos. Rehabilitación y ampliación de los sistemas de agua pueden ser una carga financiera significativa para los operadores que normalmente financian ellos haciendo pasar los costos a los clientes. Rehabilitación proactiva y ampliación prevista puede optimizar la inversión.

El impacto que el crecimiento tendrá en la demanda de suministro de agua depende de varios factores incluyendo: el tamaño de la población existente y el consumo per cápita de las personas que viven en los hogares existentes, la toma de datos de los contadores de agua domésticos, la educación en el uso del agua y la eficiencia del agua, incentivos para ahorrar agua, el número de nuevas casas construidas y su tasa de ocupación de prevista (población), y el consumo per cápita de agua esperado de la población en las nuevas propiedades , que está influenciado por el diseño sostenible de los edificios (por ejemplo, el basado en Código para los hogares sostenibles). El Código de hogares sostenibles (CSH 2006) es estándar en Inglaterra y Wales para el diseño sostenible y la construcción de nuevas viviendas. Esta es una consideración importante cuando se evalúa la demanda de agua de los nuevos desarrollos de casas que cumplirán con los estándares mínimos de rendimiento para el uso del agua.

Tras la publicación de la CSH, una norma reglamentaria mínima para el consumo de agua en nuevas casas entraron en vigor en abril de 2010 (CLG 2009), que establece el uso del agua en el hogar y fuera del hogar a 125 l por cabeza por día (l / h / d).

b. Patrón de Crecimiento Urbano

Los diferentes patrones de desarrollo urbano tienen implicaciones para el desarrollo social, ambiental y económico de la región. Hay una extensa literatura que analiza y evalúa los factores que influyen en los costes de infraestructura y servicios (Marchand y Charland 1992 urbana; Altshuler y Gómez-Ibáñez 1993; y Blais, 1996). Hay consenso en que los factores espaciales afectan a los costes de desarrollo, infraestructura y servicios urbanos. En particular, la densidad del desarrollo y su ubicación influyen en los costos de la prestación de servicios (citado en Blais 1996). Hay menos acuerdo sobre la interrelación de la forma urbana y los costos de infraestructura urbana. Frank (1989) volvió a analizar varios estudios realizados entre los años 1950 y 1980 que examinaron la relación entre el uso del suelo y de los costes de infraestructura. Concluyó que "los costes de infraestructura fueron más altas en situaciones de baja densidad y de desarrollo ubicado una distancia considerable de los servicios públicos centralizados "(citado en Frank 1989). El grupo IBI (1990) comparo costos de capital y operativos para el suministro de agua y alcantarillado para tres diferentes patrones de desarrollo (spread, centrales y nodales) para la ciudad de Toronto. En spread y patrones nodales, el crecimiento se distribuye principalmente fuera de las zonas urbanizadas existentes y en el patrón central se mantiene dentro de las áreas de acumulación. Su estudio mostró los costos de capital globales de servicios públicos difieren en promedio en más de un 50% con el

modelo central que tiene los más bajos costos cápita y con el modelo spread de la más alta. Sus resultados sugieren que los desarrollos de alta densidad dan lugar a costos más bajos porque hay más viviendas por unidad de longitud de la infraestructura.

La mayoría de los estudios hacen la comparación entre las densidades para el mismo tipo de desarrollo y algunos entre los diferentes modelos de desarrollo teniendo en cuenta el capital y los costes operativos. Sin embargo, ninguno de los estudios hasta la fecha tiene en cuenta la fiabilidad y la calidad de los servicios prestados.

En este trabajo se demuestra el impacto de las formas alternativas de desarrollo urbano, incluyendo la densidad, el tamaño y la configuración de la infraestructura de agua teniendo en cuenta el capital y los costes operativos así como la calidad y la cantidad de agua suministrada.

3. Métodoa. Anytown

El sistema de distribución de agua Anytown (Walski et al. 1987) se ha utilizado en este estudio (Figura 1). Los datos de enlace y de nodo, así como detalles de las diferentes condiciones de carga y la variación en el uso del agua durante todo el día están disponibles en CWS (2004) y Farmani et al. (2005b, 2006).

3.2 Crecimiento y perspectivas de eficiencia de agua

En este estudio, el rendimiento de la red se determina para tres alternativas de estrategias de desarrollo con tres tasas de crecimiento y dos escenarios de uso eficiente del agua. Las estrategias de desarrollo son las siguientes:

(I) Compacto - desarrollo uniforme dentro del área urbana existente (Fig. 2a),

(Ii) Planificado - monocéntrico (Fig. 2b) y el desarrollo policéntrico (figura 2c.) Dentro de la

área urbana existente y

(Iii) Desarrollo de borde - el desarrollo de nuevos asentamientos urbanos como extensiones (Fig. 3).

Estos se han elegido por ser representantes de desarrollo común ampliamente aplicada en la planificación urbana (Echenique et al., 2010). También corresponden con los patrones de asentamiento para cuatro escenarios de futuro (socioeconómicos) (Reforma Política, FortressWorld, Nueva Sustentabilidad Paradigma, y las fuerzas del mercado) que se basa en un conjunto de trabajos producidos durante 20 años por el grupo de escenarios globales (Raskin et al., 2002).

Fig.1 La red Anytown

Fig.2 a Desarrollo compacto uniforme (el crecimiento ha sido uniformemente distribuidos por el área urbana existente). B Desarrollo planificado monocentrico (el crecimiento ha sido concentrado en una sola región del área urbana existente). C Desarrollo planificado policentrico (el desarrollo se ha concentrado en un número de regiones en el área urbana existente)

Fig.3 Alternativo desarrollo de borde cada cual se evalúa de manera separada en este trabajo ( el crecimiento se considera como extensiones urbanas)

Las tres tasas de crecimiento son:

a. No nuevo crecimientob. Crecimiento regularc. Alto crecimiento

El 'ningún nuevo caso de crecimiento' (a) sólo tiene en cuenta la demanda proyectada de la definición original del problema de 43608 m3 / d (8000 gpm) como se aplica a las viviendas existentes. En los otros dos casos de crecimiento (b y c), la nueva zona residencial requerirá 16353 / 21804 m3 / d (3.000 / 4.000 gpm) demanda adicional en el crecimiento medio y alto, respectivamente, durante 20 años (EA 2009). Se supone, sin embargo, que los cambios en la población y la demanda resultante serán diferente espacialmente para los diferentes patrones de desarrollo urbano. En el marco de la forma urbana compacta, esta demanda adicional se distribuye uniformemente a través de los nodos de demanda. Para el caso de 'desarrollo planificado', esta demanda se ha asignado a los nodos igualmente, elegidos al azar (13, 14, 15, 16, 18, 19 para el "desarrollo monocéntrico 'y los nodos 3, 9, 11 y 19 para el 'desarrollo poli-céntrico '). Nueve alternativas de desarrollo de borde se evalúan como se muestra en la Fig. 3 con una demanda adicional a partes iguales entre los tres nuevos nodos de demanda. Los cambios temporales no se han considerado explícitamente en la reestructuración de la infraestructura de agua.

La Tabla 1 resume dos escenarios de eficiencia del agua relacionada con las tres tasas de crecimiento propuestos (a, b y c). Los objetivos de eficiencia de agua recogidas se basan en el 'Código de hogares sostenibles' (CSH 2006). El uso del agua en interiores es uno de los aspectos ambientales considerados con el aumento de los estándares en tres niveles. Los objetivos de máximo consumo de agua en los niveles, 1/2, 3/4 y 5/6 son 120, 105 y 80 l / h / d,

respectivamente. Los niveles 3/4 de consumo de agua puede procesar con los productos estándar en el mercado que son aceptable para el usuario final (por ejemplo, inodoros de doble, lavavajillas y lavadora de bajo consumo), sin embargo, para alcanzar los niveles de 5/6, se requiere la recolección de agua de lluvia o de reutilización de aguas residuales.

Tabla 1 Implicaciones de las formas urbanas en los sistemas de distribución de agua

El primer caso (no retrofit) considera un consumo de agua normal para las casas existentes (Es decir, 150 l / h / d, típica en el Reino Unido) y nuevas casas con instalaciones que ahorran agua (es decir, los niveles 1/2, 120 l / h / d). Caso # 2 es el escenario retrofit, basándose en la suposición de que las instalaciones de uso eficiente de agua están equipados en ambos casas nuevas y las existentes.

Los “no hay nuevos escenarios de crecimiento” (1.a y 2.a) sólo requieren que la infraestructura existente sea mejorada para abastecer la demanda de crecimiento pasada (con y sin retrofit), mientras que para los otros casos, el sistema deben lidiar con la demanda adicional como se especifica en la Tabla 1.

b. Modelado

El problema se ha establecido como un estudio de optimización multiobjetivo siguiendo el enfoque desarrollado por Farmani et al. (2005b), excepto por la adición de la calidad del agua como tercer objetivo (para estudiar el impacto de los patrones de crecimiento urbano alternativos en “water age”). En adición, hay cambios en la magnitud (16353 / 21804 m3 / d (3.000 / 4.000 gpm) en lugar de 9812 m3 / d (1800 gpm)) y la asignación de la demanda debido a las nuevas zonas residenciales. EPANET2 (Rossman 2000) se ha utilizado tanto como el solucionador de calidad hidráulico. Los cálculos entre costo total, el índice de “resilience” y la

calidad del agua se han llevado a cabo utilizando el conocido algoritmo multiobjetivo NSGAII (Deb et al. 2002). Considerando fiabilidad o medidas de “resilience” como uno de los objetivos para el diseño óptimo de las redes de distribución de agua se ha convertido en una práctica común en los últimos años (Todini 2000; Farmani et al. 2005b, 2006; Bano et al. 2011; Chandapillai et al. 2012) y la búsqueda de una solución única con el mínimo costo ya no es aceptable (Farmani et al. 2005a).

Varias ejecuciones se llevaron a cabo con un rango de tamaño de la población de 20-50 GA soluciones de muestra, 90% de probabilidad de cruce, una probabilidad de mutación entre 0,3% -0,5% y se dejó una duración de 10,000-25,000 generaciones, lo que resulta en 500.000 evaluaciones de solución para cada ejecución. Los objetivos de varias ejecuciones de optimización en este caso no es encontrar soluciones óptimas globales para las diferentes configuraciones problema, pero para asegurarse la cercanía a soluciones óptimas han sido identificados para permitir una comparación válida.

4. Soluciones y Análisisa. Rendimiento general

Los detalles de la tubería, tanque, operativa y el índice de costos totales, el “water age” y el índice de “resilience” para no expansión en el escenario 1 (1.a) y el escenario 2 (2.a) son los siguientes:

Sin la expansión, el escenario 1 (1.a): 2.48, 0.51, 5.1 y 8,09 (/ millón), 50 (horas) y 0.21.

Sin la expansión, el escenario 2 (2.a): 3.42, 0, 4.47 y 7.89 (/ millón), 11 (horas) y 0.26.

Los detalles del costo total, el “water age” y el indice de “resilience” de las soluciones factibles con coste mínimo se dan en las Tablas 2 y 3 para los patrones de expansión alternativos bajo escenarios 1 y 2, respectivamente.

Claramente, la diferencia más importante entre las soluciones es el costo total, que oscila de $7.89 de M para el retrofit, ningún nuevo caso de crecimiento (2.a) a $15.48 M para la no retrofit, alto crecimiento, el caso desarrollo de borde (1.c), una casi duplicación del costo. Las principales diferencias en el coste total están asociados con los costos de capital de las tuberías y los tanques (Tablas 2 y 3). Esto es porque, a fin de facilitar los diferentes patrones de crecimiento, el refuerzo de las diferentes secciones de sistema era necesario. En general, un nuevo tanque está incluido en diferentes lugares con diferentes tamaños de los volúmenes de las soluciones en ambos escenarios y tasas de crecimiento. Las excepciones a eso son:

. El caso de una expansión uniforme (sin tanque nuevo)

. Soluciones con el desarrollo de borde al lado de los nodos 2-3 y 12-1 y

. La solución para 2.a. escenario

Para este último caso, no sólo hubo nuevos tanques añadidos, pero un horario de funcionamiento de la bomba era propuesta sin el uso de tanques existentes. Esto resultó en el “water age” más bajo de solución propuesto (11 h). En la mayoría de las opciones, la ubicación de un nuevo tanque era o bien en los nodos de desarrollo o en los nodos adyacentes a los nuevos desarrollos.

b. Diseño y funcionamiento óptimo bajo diferentes formas urbanas

Como era de esperar, las soluciones de menor costo total son aquellas para las opciones '' ningún crecimiento nuevo (1.a, 2.a). Entre las soluciones de expansión urbana bajo crecimiento (1.b, 1.c, 2.b, y 2.c), las soluciones de expansión uniforme generalmente tienen costo total más bajo y mayor índice de “resilience” (Figs. 4 y 5). El costo relativamente bajo es debido al hecho de que no se requieren nuevos tanques, el número de tuberías existentes que son reforzadas es limitado y tubos duplicados toman el mínimo del tamaño de tubería posible para lograr cumplir con los criterios de demanda. La flexibilidad y la redundancia en el la red son proporcionados por todos los nodos de demanda que tienen rutas de suministro alternativas para el agua en el caso de que alguna quede fuera de servicio. La mayoría de los nuevos tubos duplicados conectados a un nodo tiene tamaños de tubería similares. Esto indica un alto grado de robustez en la red que es apoyado por los valores del índice de “resilience” alto. Esto demuestra la ventaja de expansión compacta / uniforme (representante de la característica urbana para la futura reforma de la política) es decir la capacidad de tomar ventaja de exceso de capacidad productiva en las zonas ya desarrolladas.

Tabla 2 Resumen de los costos totales, “water age” y “resilience” para el escenario 1(no retrofit).

Tabla 3 Resumen de los costos totales, “water age” y “resilience” para el escenario 2 (retrofit)

Fig.4 Costo total ($ millones), “water age”( horas) y “resilience” para el escenario 1 – no retrofit

Expansión policentrica (paradigma nueva sustentabilidad del futuro) toma en cuenta heterogéneas variaciones en la distribución espacial de la demanda de agua con un gran número de puntos de acceso, que presenta un desafío para la planificación y operación de la infraestructura. Esto se demuestra por los altos costos y valores de índice de resiliencia inferiores. A pesar de que un gran número de los tubos han sido reforzada por tubos duplicados para satisfacer la demanda en distintos lugares, no hay uniformidad (es decir, tamaños de tubos similares) en la red, lo que resulta en una menor fiabilidad (. Las figuras 4 y 5). Esto indica que el desarrollo policéntrico, como una forma urbana representativa de Paradigma Nueva Sustentabilidad, no será capaz de ofrecer el servicio esperado y sin grandes inversiones de capital y los costos de operación y mantenimiento a largo plazo si se basa en el sistema centralizado de agua.

En el caso de desarrollo de borde (fuerzas del mercado futuro), los costos también se incrementan por mas tuberías e instalaciones que deben ser añadidas. Sin embargo, la fiabilidad del sistema es más baja en comparación con la expansión “infill”; con el fin de mantener los costos bajos no mucho redundancia tiene que haber sido introducido en el sistema (Figs. 4 y 5). Para que coincida con un nivel similar “resilience” en el sistema, se requieren circuitos de suministro de agua alternativos para los nuevos nodos. Esto puede llevar a sistemas cada vez más ineficientes como la inversión en infraestructura para la mejora y el mantenimiento de las redes existentes se desvía para apoyar la expansión del sistema de agua. También desarrollo de borde por lo general requieren sistemas de tuberías más largas, que los hace menos eficiente de operar. Dependiendo de

Fig.5 Costo total ($ millones), “water age”( horas) y “resilience” para el escenario 2 – retrofit (el costos de retrofitting instalaciones con uso eficiente de agua no ha sido incluido)

Fig.6 Resultados de los escenarios 1 y 2 para no crecimiento

la proximidad a la fuente principal de suministro, algunas de las opciones de edge expansion tienen los más bajos costos.

La “water age” es una función de la demanda de agua, el diseño del sistema y operación. Como el patrón de distribución de la demanda varía entre los diferentes tipos de la forma urbana, mientras que la demanda total es la misma, el resultado es diferente sistema de operación y diseño del sistema como se demuestra por las soluciones que se presenta en las Tablas 2 y 3 y las Fig. 4 y 5. También los nuevos tanques de almacenamiento, el número de los tanques de almacenamiento existentes que contribuyen al funcionamiento del sistema tienen gran influencia en la calidad del agua. En general las soluciones uniforme, monocéntricas y policéntrico tienen valores de índice de “resilience” más altos, por lo tanto, son más robustos debido a tener más conectividad. Por supuesto, esto puede tener un efecto negativo en la calidad del agua en función de la operación del sistema como más conectividad significa más tiempo de retención y valores de la “water age”, como se demuestra por los valores de la “water age” en las Tablas 2 y 3 y las fig.4 y 5.

c. Para un mejor rendimiento bajo diferentes tasas de crecimiento

La comparación de los resultados en las tres tasas de crecimiento en el escenario 1 indica que la solución de rendimiento más bajo desde el punto de vista de la calidad del agua es el caso “no hay un nuevo crecimiento” (es decir, demanda existente) ya que tiene la “water age” más

alta (50 h). El aumento de la tasa de expansión de cero a tasas medias y altas resultaron en mejora de la calidad del agua, tanto para las otras tasas de crecimiento en el escenario 1, que a su vez dio lugar a una disminución en la mayoría de los valores del índice de “resilience”. Esta sugiere que un sistema poco utilizado se ha utilizado para acomodar una parte del incremento mientras que la demanda de nueva incorporación componente trata el resto.

Fig.7 Resultados 1 y 2 para regular tasa de crecimiento

La “no nuevo crecimiento” para el escenario 2 dio como resultado no sólo sin adición de nuevos tanques, pero también un programa de operaciones sin el uso de los depósitos existentes. Esto resultó en la edad de agua más bajo (11 h) en el sistema sin embargo, el valor más alto índice de “resilience” de 0,26 (Fig. 6). Soluciones con un menor número de tanques de almacenamiento o ninguno en absoluto tienden a tener mayores valores del índice de “resilience”, lo que implica una mayor fiabilidad hidráulica. Todo esto implica que el índice de “resilience” es algo limitado en su representatividad de fiabilidad mecánica porque si una bomba falla y no hay agua en almacenamiento, la demanda no puede ser suministrada.

Las figuras 7 y 8 indican que diferentes tasas de crecimiento y escenarios tienen solución similar para diferentes formas urbanas. En general, el escenario 2 (es decir retrofit) tiene un menor coste, mayor “water age” y soluciones de “resilience” más altos en comparación con el escenario 1 (es decir, no retrofit).

Sin embargo hay que señalar que el coste de modernización de instalaciones que ahorran agua no ha sido incluido en el escenario 2.

El aumento de la tasa de crecimiento de medio a alto resultado en incrementos en el costo de la entrega agua. En general, el alto crecimiento tiene mayor calidad del agua y los valores de “resilience” más bajos.

5. Resumen y conclusionesEste artículo investiga las implicaciones de la forma urbana en el rendimiento de la infraestructura de agua. El efecto de los nuevos desarrollos o remodelaciones en un sistema de distribución de agua de referencia ha sido examinado para proporcionar una idea de su interacción que puede ser considerado a lo largo con otros aspectos de la renovación urbana para lograr desarrollos urbanos más sostenibles.

La subutilización de la capacidad del sistema de distribución debido a la eficiencia del agua y la necesidad de ampliaciones de la red debido al crecimiento ha sido analizado para evaluar la idoneidad de las tres formas urbanas de desarrollo (Desarrollo compacto / uniforme, planificada monocéntrico y policéntrico) y el desarrollo de borde en el desarrollo urbano utilizando el costo total, la “resilience” y la calidad del agua como de tres importantes indicadores de desempeño. Una rehabilitación ampliada del sistema Anytown ha considerado que las variables de diseño son el dimensionamiento para la rehabilitación de tuberías, tanques, emplazamiento tanque y horarios de operación de bomba. Tres tasas de crecimiento se consideraron con dos escenarios que abarcan opciones alternativas de eficiencia del agua.

Se presentaron los resultados para el diseño 24 h y de las condiciones operativas de los diferentes elementos de las formas urbanas incluyendo la densidad, tamaño y configuración. Los resultados muestran que la principal diferencia entre las soluciones es de hecho debida a las formas urbanas alternativa elegida. En general, para diferentes tasas de crecimiento y las opciones alternativas de eficiencia del agua, los cambios en los

Fig.8 Resultados de los escenarios 1 y 2 para alta tasa de crecimiento

tres indicadores de rendimiento para las soluciones siguen un patrón similar. En la mayoría de casos, un nuevo tanque se introdujo ya sea en los nuevos nodos de desarrollo o nodos adyacentes al nuevo desarrollo. En pocos casos, se introdujo ningún nuevo tanque y en un caso ninguna de los tanques existentes contribuyó a la 24 h funcionamiento diario (escenario 2.a). Esto no fue capturado por el índice de “resilience” que resulta en la fiabilidad sobre estimada para estos sistemas.

Desde un punto de vista de costo total, para los casos de nuevo crecimiento (medio y alto), el más rentable redes correspondían a soluciones basadas en expansión uniforme con y sin uso eficiente del agua con nuevos equipos. El más costoso eran los desarrollos policéntricas. En

todos los casos el “water age” disminuyó (es decir, la calidad del agua mejorada) en comparación con el “no nuevo crecimiento” (sin expansión) caso, lo que implica una mejora después del desarrollo.

Contrariamente a la creencia general de que el desarrollo de borde es el tipo más costoso de las expansiones urbanas, los resultados indicaron que esto depende principalmente de la localización del desarrollo de borde y puede ser el desarrollo más económico si la ubicación es correcta. En todos menos en el caso expansión uniforme y sin retrofit, el “resilience” de la red se redujo después del desarrollo.

Se encontró que el impacto de la introducción de medidas de eficiencia de agua retrofitted es relativamente pequeña para este estudio de caso, ya que fue compensado con el aumento de la demanda debido a un nuevo crecimiento y ciertamente, soluciones adecuadamente realizadas fueron encontradas. Sin embargo, con la precaución necesaria por la inclusión de soluciones de red de distribución de gran tamaño y tanques de almacenamiento (por ejemplo escenario 1.a), ya que tendrá efectos negativos sobre la calidad del agua debido a la baja velocidad de flujo y tiempo de retención de largo plazo.

Se puede concluir que, basándose en los resultados del sistema Anytown, la tasa y el tipo de desarrollo urbano tiene importantes implicaciones para el rediseño y la operación de agua existente infraestructura en términos de costo, la calidad del agua total y el “resilience” de la red, con expansión uniforme es la más rentable por un margen considerable. Esto enfatiza la importancia de participación proactiva de los proveedores de agua y urbanistas para asegurar que la previsión de crecimiento y la demanda asociada se ha tenido muy en cuenta por el proveedor de servicios de agua y hay capacidad suficiente para gestionar la oferta y la demanda.