Analysis of methodologies for determining water distribution resilience and application in an existing network sector

Atualmente entende-se que os sistemas urbanos, dentre os quais os sistemas de abastecimento de água, precisam ter capacidade de, após serem impactados negativamente, voltar ao seu estado e forma anteriores no menor tempo e menores danos possíveis, isto é, devem ser resilientes. Considerando o crescente no número de estudos a respeito do tema, as diversificadas abordagens e terminologias acadêmicas utilizadas e a problemática brasileira a respeito dessas infraestruturas de vital importância para a sociedade, vemos que a importância da resiliência é reconhecida, mas não sua compreensão, aplicação é ainda um grande desafio. A presente pesquisa teve por objetivo a análise, por meio da revisão sistemática da literatura e da aplicação em um estudo de caso, de diferentes medidas de resiliência em redes de distribuição de água. Na primeira parte do estudo encontrou-se que análises de características como a robustez ou a vulnerabilidade têm sido abordadas desde décadas anteriores, e que a concreção de métricas de resiliência tem recebido mais atenção recentemente e ainda não há consenso nem aplicação massiva na prática. No estudo de caso foi considerada uma rede real e seis cenários com alterações da conectividade ou ocorrência de falhas (rupturas) na rede, e neles a resiliência foi quantificada aplicando a mais comum métrica hidráulica e várias métricas topológicas. As observações de correlação entre as métricas demonstraram em alíneas gerais variações sutis entre os cenários de falha observados, o que eventualmente pode indicar relações causais entre diferentes aspectos que extrapolam as condições restritas à caracterização da própria falha. Outro resultado interessante foi a capacidade das métricas em determinar, com razoabilidade, condições de aumento em extensões de tubulações específicas visando a melhoria do fluxo em situações de vulnerabilidade da rede. O estudo mostra a importância de integrar diferentes tipos de métricas e considerar os tipos de evento que são considerados para poder fazer uma quantificação útil da resiliência em redes de distribuição de água.Currently, it is understood that urban systems, including the water distribution systems, need to have the capacity to return to their previous state and form as quickly and with as little damage as possible after being negatively impacted; that is, they must be resilient. Considering the growing number of studies on the topic, multiple strategies and academic terminologies used, also the Brazilian infrastructures challenges regarding these structures. It is evident the wide recognition of resilience engineering importance but its comprehension and application remain significant challenges, moreover the methodologies and even definitions used are still open issues. This research aimed to analyze, through a systematic literature review and a case study application, different resilience measures in water distribution networks. In the first part of the study, the results indicate that the use of terms such as robustness or vulnerability have been addressed for decades, besides the application of resilience metrics has only received more recent interest, yet a consensus and widespread application are still lacking. In the case study, a real network and six scenarios with changes in connectivity or failures (ruptures) in the network were considered, and resilience was quantified by applying the most common hydraulic metric and various topological metrics. Correlation analyses between the metrics show minimal changes between failure scenarios, indicating the impact of specific network conditions being greater than that of the failure itself. Another interesting result was the metrics\' ability to reasonably determine the conditions for increasing pipes to improve flow in network vulnerability conditions. The study demonstrates the importance of integrating different types of metrics and considering the types of events that are considered to make a useful quantification of resilience in water distribution networks