Allocating reforestation areas for sediment flow minimization: an integer programming formulation and a heuristic solution method

Policy and decision makers dealing with environmental conservation and land use planning often require identifying potential sites for contributing to minimize sediment flow reaching riverbeds. This is the case of reforestation initiatives, which can have sediment flow minimization among their objectives. This paper proposes an Integer Programming (IP) formulation and a Heuristic solution method for selecting a predefined number of locations to be reforested in order to minimize sediment load at a given outlet in a watershed. Although the core structure of both methods can be applied for different sorts of flow, the formulations are targeted to minimization of sediment delivery. The proposed approaches make use of a Single Flow Direction (SFD) raster map covering the watershed in order to construct a tree structure so that the outlet cell corresponds to the root node in the tree. The results obtained with both approaches are in agreement with expert assessments of erosion levels, slopes and distances to the riverbeds, which in turn allows concluding that this approach is suitable for minimizing sediment flow. Since the results obtained with the IP formulation are the same as the ones obtained with the Heuristic approach, an optimality proof is included in the present work. Taking into consideration that the heuristic requires much less computation time, this solution method is more suitable to be applied in large sized problems.

Validación de la simulación numérica del flujo bifásico hidrodinámico en sistemas de lecho fluido

Este trabajo tiene como objetivo la mejora en la validación de la simulación numérica del flujo bifásico característico del transporte de lecho fluido, mediante la formulación y desarrollo de un modelo numérico combinado Volúmenes Finitos - Elementos Finitos. Para ello se simula numéricamente el flujo de mezcla sólido-gas en una Cámara de Lecho Fluido, bajo implementación en código COMSOL, cuyos resultados son mejores comparativamente a un modelo basado en el método de Elementos Discretos implementado en código abierto MFIX. El problema fundamental de la modelización matemática del fenómeno de lecho fluido es la irregularidad del dominio, el acoplamiento de las variables en espacio y tiempo y, la no linealidad. En esta investigación se reformula apropiadamente las ecuaciones conservativas del fenómeno, tales que permitan obtener un problema variacional equivalente y solucionable numéricamente. Entonces; se define una ecuación de estado en función de la presión hidrodinámica y la fracción volumétrica de sólidos, quedando desacoplado el sistema en tres sub-problemas, garantizando así la existencia de solución del problema general. Una vez aproximados numéricamente ambos modelos, se comparan los resultados de donde se observa que el modelo materia del presente artículo, verifica de forma más eficaz las condiciones de mezcla óptima, reflejada en la calidad del burbujeo y velocidad de mezcla.