Desenvolupament d'un sistema expert com a eina per a una millor gestió de la qualitat de les aigües fluvials

Abstract

Avui en dia no es pot negar el fet que els humans són un component més de les conques fluvials i que la seva activitat afecta enormement la qualitat de les aigües. A nivell europeu, l'elevada densitat de població situada en les conques fluvials ha comportat un increment de la mala qualitat de les seves aigües fluvials. En les darreres dècades l'increment de les càrregues de nutrients en els sistemes aquàtics ha esdevingut un problema prioritari a solucionar per les administracions competents en matèria d'aigua. La gestió dels ecosistemes fluvials no és una tasca fàcil. Els gestors es troben amb què són sistemes molt complexos, donada l'estreta relació existent entre els ecosistemes fluvials i els ecosistemes terrestres que drenen. Addicionalment a la complexitat d'aquests sistemes es troba la dificultat associada de la gestió o control de les entrades de substàncies contaminants tant de fonts puntuals com difoses. Per totes aquestes raons la gestió de la qualitat de les aigües fluvials esdevé una tasca complexa que requereix un enfocament multidisciplinar. Per tal d'assolir aquest enfocament diverses eines han estat utilitzades, des de models matemàtics fins a sistemes experts i sistemes de suport a la decisió. Però, la major part dels esforços han estat encarats cap a la resolució de problemes de reduïda complexitat, fent que molts dels problemes ambientals complexos, com ara la gestió dels ecosistemes fluvials, no hagin estat vertaderament tractats. Per tant, es requereix l'aplicació d'eines que siguin de gran ajuda en els processos de presa de decisions i que incorporin un ampli coneixement heurístic i empíric: sistemes experts i sistemes de suport a la decisió. L'òptima gestió de la qualitat de l'aigua fluvial requereix una aproximació integrada i multidisciplinar, que pot ésser aconseguida amb una eina intel·ligent construïda sobre els conceptes i mètodes del raonament humà. La present tesi descriu la metodologia desenvolupada i aplicada per a la creació i construcció d'un Sistema Expert, així com el procés de desenvolupament d'aquest Sistema Expert, com el principal mòdul de raonament d'un Sistema de Suport a la Decisió Ambiental. L'objectiu principal de la present tesi ha estat el desenvolupament d'una eina d'ajuda en el procés de presa de decisions dels gestors de l'aigua en la gestió de trams fluvials alterats antròpicament per tal de millorar la qualitat de la seva aigua fluvial. Alhora, es mostra el funcionament de l'eina desenvolupada a través de dos casos d'estudi. Els resultats derivats del Sistema Expert desenvolupat, implementat i presentat en la present tesi mostren que aquests sistemes poden ésser eines útils per a millorar la gestió dels ecosistemes fluvials.

Nowadays it is not possible to deny the fact that the human are one more component of river basins and that their activity affects enormously the water quality. To European level, the high density of population placed in the river basins has supposed an increase of the bad river water quality. In the last decades the increase of nutrient loads in the aquatic systems has turned into a priority problem to solve for the competent water agencies. The management of the fluvial ecosystems is not an easy task. They are complex systems due to the narrow relationship among fluvial and terrestrial ecosystems. Additional to the complexity of these systems, one finds the associate difficulty of the management or control of pollutant inputs (from point and/or non-point sources). For all these reasons the management of the river water quality is a complex task that requires a multidisciplinary approach. With the aim to reach this approach, different tools have been used, from mathematical models to expert systems and decision support systems. However, most of the efforts have been directed to the resolution of limited complexity problems, doing that many of the environmental complex problems, as river ecosystems management, have not been really treated. For this reason, there is needed the application of helping tools in the decision-making processes and that incorporate wide heuristic and empirical knowledge: expert systems and decision support systems. The ideal management of the river water quality requires an integrated and multidisciplinary approach, which can be reached by an intelligent tool based on the concepts and methods of the human reasoning. The present thesis describes the methodology developed and applied in the building of an Expert System, as well as the development process of this Expert System, as the main module of reasoning of an Environmental Decision Support System. The main objective of the present thesis has been the development of a tool to help water managers in the decision-making processes to improve water quality of altered reaches. In addition, the thesis shows the functioning of the developed tool by means two study cases. The results derived from the developed, implemented and presented Expert System show that these systems can be useful tools to improve the management of fluvial ecosystems.