Prioritization of water resources projects from the perspective of multicriteria decision aid models: a systematic review

Carvalho, Jéssica; Longaray, André Andrade

doi:10.1590/S1413-415220190259

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Engenharia Sanitaria e Ambiental

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Sumário

Artigo Técnico • Eng. Sanit. Ambient. 26 (6) • Nov-Dec 2021 • https://doi.org/10.1590/S1413-415220190259 copy

Prioritization of water resources projects from the perspective of multicriteria decision aid models: a systematic review

Authorship SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

Abstract

This study presents the analysis of the scientific literature on the application of multicriteria decision aid models in the prioritization of water resources projects through a systematic review. Methodologically, the research is characterized as descriptive diagnosis. For the systematic review, the Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses protocol was followed. Regarding data analysis, after surveying a bibliographic portfolio, a bibliometry was carried out with the aid of VOSviewer and UCINET 6 software, in addition to NetDraw software; subsequently, a metasynthesis was performed. As main results, the following aspects were observed: (i) lack of scientific production on the investigated topic (23 articles); (ii) recurring application of multicriteria decision aid methods in prioritizing water resource projects; (iii) emphasis on the government and sanitation companies with sectors of greatest interest in water resources projects; (iv) lack of information about the actors involved in the prioritization of projects and the techniques that support the decision consensus; and (v) in addition to the economic concern, the importance that has been given to social and environmental dimensions. The practical contribution of this study consists in the knowledge generated for companies and institutions that intend to prioritize water resource projects, as this study presents the methodologies, techniques, dimensions, and criteria that have been scientifically considered in the prioritization of projects in the water resources sector. The theoretical contribution consists in the presentation of a current overview of the topic under study, in such a way to allow the identification of gaps and indicating areas under development for future research.

Keywords:
project prioritization; multicriteria decision aid; Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses

Método	Descrição	Aspectos
Método	Descrição	Positivos	Negativos
Financeiro	Técnicas financeiras como valor presente, opção real de compra e teoria de opção de preço	Maior compreensão pelos stakeholders em razão de uma linguagem comum a eles	Limita a análise à estimativa de benefícios financeiros
Programação matemática	Programação linear ou não linear, sendo objetiva e dinâmica	Permite a ordenação dos projetos e considera a interdependência entre eles	Menor compreensão pelos stakeholders pela complexidade e o caráter impessoal nas decisões
Estatístico	Ferramentas de simulações estatísticas, métodos probabilísticos e rede Bayesiana	Considera riscos e incertezas, desde que seja compreendido todo o sistema envolvido	Requer a utilização de softwares e necessita de diferentes modelos para diferentes casos
Diagrama de bolhas	Chamado também de Mapa de portfólio, analisa os projetos em um diagrama XY	Apresenta um panorama geral do portfólio de projetos com clareza nas informações	Demasiado teórico e empírico, considera apenas dois projetos por análise, podendo levar a negligências
Lógica fuzzy	Baseado na teoria fuzzy	Promove precisão, pela análise de uma gama de informações (completas ou incompletas)	Dificuldade no estabelecimento de regras do modelo, além de requerer simulações e testes
Árvore de decisão	Modelo gráfico para visualizar decisões presentes e futuras	Útil à tomada de decisões sequenciais	Projetos complexos tornam a árvore de decisão confusa, além de demandar tempo
Modelos de pontuação	Chamado também de checklist, ordena projetos de acordo com escores previamente estabelecidos	Aplicabilidade fácil	Dar pesos aos projetos pode ser impreciso e não considera a interdependência de projetos
Apoio à decisão multicritérios (ADM)	Conjunto de métodos que auxilia em cenários decisórios complexos (MAUT, AHP, MCDA)	Considera múltiplos critérios, além de ser prestigiado pelos tomadores de decisão	Dificuldade de mensuração de informações qualitativas

Período	Autor	Desenvolvimento
1951	Kuhn e Tucker	Os autores formularam condições de otimização para a programação não linear, considerando problemas com múltiplos objetivos.
1955	Charnes, Cooper e Ferguson	Foi publicado um artigo que continha a essência da programação de metas, apesar de o nome ter sido usado pela primeira vez em livro publicado por Charnes e Cooper em 1961.
1957	Churchman, Ackoff e Arnoff	O Multi-Attribute Utility Theory (MAUT) é baseado no princípio da pontuação, com o uso das funções de utilidade (Teoria de Utilidades).
1960	Ron Howard e G.E. Kimball	Os autores escreveram sobre processos sequencias de decisão em 1959 e acredita-se que tenham usado o termo “análise de decisão” pela primeira vez em meados da década de 1960.
Década de 1960	Benayoun, R.; Bernard Roy e Sussman	Desenvolveram a família dos métodos Elimination et Choix Traduisant la Réalité (ELECTRE), composto de diferentes variações: ELECTRE I, II, III, IV, IS e TRI.
1968	Bruno Contini e Stan Zionts	Corroborando a programação de metas, os autores desenvolveram um modelo de negociação com múltiplo critérios.
1968	Howard Raiffa	O autor esteve envolvido na temática sobre análise de decisão desde o princípio e publicou um importante trabalho sobre o tema.
Década de 1970	Thomas Saaty	Introduziu o Analytic Hierarchy Process (AHP) e, posteriormente, o Analytic Network Process (ANP).
1972	Milan Zeleny e Cochrane	Os autores organizaram uma conferência internacional de Multiple Criteria Decision Making na Columbia, Carolina do Sul, evento que ainda é frequentemente citado.
1973	Zionts e Jyrki Wallenius	Desenvolveram o método interativo Zionts-Wallenius para resolver problemas de programação linear com múltiplos objetivos.
1975	Bernard Roy	Fundou a EURO Working Group “Multiple Criteria Decision Aiding”.
1976	Ralph Keeney e Howard Raiffa	Os autores publicaram um livro de grande importância para criação da teoria do valor multiatributo (incluindo a teoria da utilidade) como uma disciplina, tornando-se referência padrão para muitas gerações de estudo de análise de decisão e MCDM.
Década de 1980	Brans, Vincke e Mareschal	O Preference Ranking Organization Method for Enrichment Evaluations (PROMETHEE) é baseado na concordância e na relação outranking e foi desenvolvido com diferentes variações: PROMETHEE I, II, III, IV, V, VI e GAIA.
1981	Yoon e Hwang	No Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS), a distância da melhor alternativa deve ser grande para a solução ideal negativa e pequena para a solução ideal positiva.
1994	Bana, Costa e Vansnick	O Measuring Attractiveness by a Categorical-Based Evaluation Technique (MACBETH) determina os pesos com base nas preferências do decisor.

Eixo 1: priorização de projetos	Eixo 2: recursos hídricos	Eixo 3: avaliação de desempenho e apoio à tomada de decisão
“Project prioritization”; “Portfolio management”; “Project management”; “Project portfolio selection”; “Project portfolio management”; “Project selection”; “Project evaluation”; “Project screening”; “Project portfolio management performance”	“Groundwater resources”; “Sanitation compan ^* * Na lógica boolena, o asterisco representa todos os caracteres possíveis após a última letra. ”; “Urban water”; “Water distribution networks”; “Water distribution system ^* * Na lógica boolena, o asterisco representa todos os caracteres possíveis após a última letra. ”; “Water management”; “Water resources”; “Water sanitation”; “Water supply”; “Water supply system ^* * Na lógica boolena, o asterisco representa todos os caracteres possíveis após a última letra. ”; “Water treatment”	“Asset management”; “Decision making”; “Decision support”; “Multi-criteria decision aid”; “Multicriteria analysis”; “Multi-criteria decision making”; “Performance assessment”; “Performance evaluation”; “Performance indicators”; “Performance management”; “Performance measurement”; “Performance measures”

Ordem	Filtro	Descrição
1°	Exclusão de estudos repetidos	Foram excluídos os estudos repetidos que se encontravam em mais de uma base de dados
2°	Análise dos títulos	Foi analisado se os títulos continham alguma das palavras-chave utilizadas na busca e se indicavam a priorização de projetos de recursos hídricos
	Análise dos resumos	Foi analisado se os resumos continham alguma das palavras-chave utilizadas na busca e se indicavam a priorização de projetos de recursos hídricos
	Análise do objetivo do estudo	Foi verificado se o objetivo dos estudos abrangia o tema investigado
	Análise da metodologia	Foi analisado se a metodologia dos estudos se enquadrava no tipo de estudo objeto de interesse desta pesquisa
3°	Leitura dos estudos (critério de elegibilidade)	Realizou-se leitura integral dos estudos para verificar o alinhamento do conteúdo com o tema investigado

ID	Ano	Autor(es)	Título	Periódicos
1	1972	Bishop, A. B.	An approach to evaluating environmental, social, and economic factors in water resources planning	Journal of the American Water Resources Association (JAWRA)
2	1976	Neely, W. P.; North, R. M.	A portfolio approach to public water project decision making	Water Resources Research
3	1979	Znotinas, N. M.; Hipel, K. W.	Comparison of alternative engineering designs	Journal of the American Water Resources Association (JAWRA)
4	1989	Anandalingam, G.; Olsson, C. E.	Multi-stage multi-attribute decision model for project selection	European Journal of Operational Research
5	1994	Michelsen, A. M.; Bargur, J.	Developing economic performance information for water management projects in North China	Water Policy and Management: Solving the Problems (Conference)
6	1995	Barbarosoglu, G.; Pinhas, D.	Capital rationing in the public sector using the analytic hierarchy process	The Engineering Economist
7	1997	Al-Kloub, B.; Al-Shemmeri, T.; Pearman, A.	The role of weights in multi-criteria decision aid, and the ranking of water projects in Jordan	European Journal of Operational Research
8	2000	Carriaga, C. C.; Schlund, S. S.	Selection of best channel design alternative for watercourse master plan	Water Resource Engineering and Water Resources Planning and Management (Conference)
9	2003	Tran, T. X. M.; Malano, H. M.; Thompson, R. G.	Application of the analytic hierarchy process to prioritise irrigation asset renewals: The case of the La Khe irrigation scheme, Vietnam	Engineering, Construction and Architectural Management
10	2004	Karnib, A.	An approach to elaborate priority preorders of water resources projects based on multi-criteria evaluation and fuzzy sets analysis	Water Resources Management
11	2006	Aurit, S. A.	The role of decision making software in effective selection of project alternatives	Water Environment Foundation (Conference)
12	2008	Zarghami, M. et al.	Extended OWA operator for group decision making on water resources projects	Journal of Water Resources Planning and Management
13	2010	Marinoni, O.; Higgins, A.; Hajkowicz, S.	A multi-criteria knapsack solution to optimise natural resource management project selection	Multiple Criteria Decision Making (Conference)
14	2010	Toosi, S. L. R.; Samani, J. M. V.; Dezfuli, A. K.	Ranking water transfer projects using fuzzy methods	Institution of Civil Engineers: Water Management (Conference)
15	2011	Anagnostopoulos, K. P.; Petalas, C.	A fuzzy multicriteria benefit-cost approach for irrigation projects evaluation	Agricultural Water Management
16	2011	Garfì, M.; Ferrer-Martí, L.	Decision-making criteria and indicators for water and sanitation projects in developing countries	Water Science and Technology
17	2012	Toosi, S. L. R.; Samani, J. M. V.	Evaluating water transfer projects using analytic network process (ANP)	Water Resources Management
18	2017	Lahtinen, T. J.; Hamalainen, R. P.; Liesio, J.	Portfolio decision analysis methods in environmental decision making	Environmental Modelling and Software
19	2017	Wu, W. et al.	Identification of Optimal Water Supply Portfolios for a Major City	Journal of Water Resources Planning and Management
20	2018	Di Matteo, M.; Maier, H. R.; Dandy, G. C.	Many-objective portfolio optimization approach for stormwater management project selection encouraging decision maker buy-in	Environmental Modelling and Software
21	2018	Silva, W. T. P.; Souza, M. A. A.	Expert system for selecting and prioritizing projects for handling urban water supply crises	Urban Water Journal
22	2019	Gan, L. et al.	Sustainable Optimization for China's Hydropower Project Investment Portfolio Using Multiobjective Decision Analysis	Mathematical Problems in Engineering
23	2020	Campos, V. R.; Cazarini, E. W.; Campos, J. N. B.	Gerenciamento de portfólio de projetos de saneamento nos Comitês das Bacias PCJ: método multicritério para hierarquização	Engenharia Sanitária e Ambiental

Periódico	N° de publicações	JCR	SJR
Water Resources Management	2	2,924	1,01 (Q1)
Journal of Water Resources Planning and Management	2	2,406	1,06 (Q1)
Journal of the American Water Resources Association	2	2,472	0,98 (Q1)
Environmental Modelling and Software	2	4,807	1,9 (Q1)
European Journal of Operational Research	2	4,213	2,36 (Q1)
Water Science and Technology	1	1,638	0,47 (Q2)
Water Resources Research	1	4,309	1,8 (Q1)
Water Resource Engineering and Water Resources Planning and Management	1	Evento	Evento
Water Policy and Management: Solving the Problems	1	Evento	Evento
Water Environment Foundation	1	Evento	Evento
Urban Water Journal	1	1,888	0,6 (Q1)
The Engineering Economist	1	Não possui	Não possui
Mathematical Problems in Engineering	1	1,009	0,28 (Q2)
Multiple Criteria Decision Making	1	Evento	Evento
Institution of Civil Engineers: Water Management	1	Evento	Evento
Engenharia Sanitária e Ambiental	1	0,325	0,19 (Q3)
Engineering, Construction and Architectural Management	1	2,160	0,68 (Q1)
Agricultural Water Management	1	4,021	1,37 (Q1)

Autores	Publicações	H-index	Citações	Citações altamente influentes
Al-Kloub, B.	10	5	321	8
Al-Shemmeri, T.	36	11	759	20
Anagnostopoulos, K. P.	50	18	1.092	80
Anandalingam, G.	101	24	2447	115
Ardakanian, R.	79	12	449	24
Aurit, S. A.	7	1	4	0
Barbarosoglu, G.	14	11	1.930	146
Bargur, J.	5	3	32	0
Bishop, A. B.	84	9	344	14
Campos, J. N. B.	52	6	178	12
Campos, V. R.	23	3	30	0
Carriaga, C. C.	15	2	44	1
Cazarini, E. W.	6	1	20	1
Chen, X.	14	4	35	3
Di Matteo, M.	13	4	51	0
Dandy, G. C.	242	44	10.776	500
Dezfuli, A. K.	32	13	542	34
Ferrer-Martí, L.	45	17	911	41
Gan, L.	28	8	249	11
Garfì, M.	47	21	1.235	62
Hajkowicz, S.	76	28	3.013	191
Hamalainen, R. P.	295	41	6.252	218
Higgins, A.	84	30	2.532	91
Hipel, K. W.	454	50	9.357	340
Hu, L.	31	10	324	13
Jiang, P.	6	0	4	0
Karnib, A.	7	3	56	3
Lahtinen, T. J.	9	3	53	0
Liesio, J.	46	14	902	51
Maheepala, S.	66	14	511	22
Maier, H. R.	344	56	14.923	682
Malano, H. M.	146	21	1.752	69
Marchi, A.	49	12	500	26
Marinoni, O.	66	18	1.164	66
Memariani, A.	30	8	333	16
Michelsen, A. M.	40	10	869	38
Mirza, F.	36	11	875	25
Neely, W. P.	11	7	224	14
North, R. M.	34	7	124	1
Olsson, C. E.	27	9	615	27
Pearman, A.	58	19	1.900	105
Petalas, C.	34	15	890	45
Pinhas, D.	1	1	32	1
Samani, J. M. V.	54	9	263	15
Schlund, S. S.	2	0	0	0
Silva, W. T. P.	14	3	17	0
Souza. M. A. A.	37	3	26	0
Szidarovszky, F.	372	36	4.521	183
Thompson, R. G.	170	24	2.210	72
Toosi, S. L. R.	6	2	46	1
Tran, T. X. M.	4	3	328	11
Wu, W.	25	2	38	0
Zarghami, M.	33	9	643	48
Znotinas, N. M.	2	2	35	0

ID	Dimensões	Critérios
1	Ambiental	Oportunidades de recreação local.
	Social	Planejamento e instalações comunitárias; impacto comunitário.
	Econômica	Economia regional; efeito nos impostos.
2	Econômica	Valor presente líquido; relação custo benefício.
3	Ambiental	Vida selvagem.
	Social	Recreação social.
	Econômica	Custo de capital.
	Política	Abastecimento de água.
	Técnica	Agricultura; pesca.
4	Ambiental	Impacto ao meio ambiente.
	Social	Impacto social; abastecimento de água futuro.
	Econômica	Investimento; custo anual.
	Política	Confiabilidade.
6	Ambiental	Benefícios ambientais.
	Social	Satisfação dos clientes.
	Econômica	Valor presente líquido; tamanho do projeto.
	Política	Tempo de comissionamento; preferências gerenciais.
8	Econômico	Custos com escavação de canal e terraplanagem; estruturas hidráulicas; aquisição de direito de passagem e realização de drenagem; trabalho de revegetação; recuperação de água; mobilização; engenharia; contingência; operação; manutenção; reparo.
10	Ambiental	Novos recursos energéticos; novos ecossistemas.
	Social	Desenvolvimento econômico das regiões mais pobres.
	Econômica	Custo efetivo; motivação de fundos monetários.
	Técnica	Design; necessidades de terra; quantidade de água; alocação de água doméstica e de água de irrigação; emprego do setor agrícola.
11	Econômica	Questões tecnológicas (confiabilidade, desempenho, previsibilidade); construções dos redes (número de unidades de processo, dutos, implementação em fases); impactos nas operações existentes (capacidade do processo, construção, uso do gás digestor existente); operações e manutenção (preocupações com a saúde, gerenciamento de risco, complexidade operacional, operação sazonal, pessoal).
12	Ambiental	Impacto ambiental.
	Social	Participação do público; criação de emprego.
	Econômica	Custo-benefício.
	Técnica	Atribuição de água a uso prioritário; número de beneficiários; apoio a outros projetos.
13	Econômica	Redução de nitrogênio e de fósforo; oportunidades ambientais; disponibilidade de terras; restrições de locais; gestão contínua; benefícios sociais e estratégicos.
14	Ambiental	Prioridade de uso; efeitos ambientais negativos.
	Social	Emprego.
	Econômica	Custo-benefício.
	Política	Compatibilidade com os atos nacionais da água; efeitos negativos em outros projetos; gama de conflitos entre as partes interessadas.
15	Ambiental	Controle de inundação; maior recarga de águas subterrâneas; bombeamento reduzido de água subterrânea; melhoria da qualidade do solo.
	Social	Qualidade de vida; sustentabilidade para fazendas pequenas.
	Econômica	Aumento da produção; emprego; investimento pré e pós-produção.
16	Ambiental	Impacto ambiental.
	Social	Acesso e participação da comunidade local; cultura local; igualdade e migração; saúde; consciência pública; padrão de vida.
	Econômica	Custo; renda; emprego.
	Técnica	Tecnologia; gestão.
17	Ambiental	Diminuir limite de origem; danos à floresta; danos à vida selvagem; danos a aquíferos.
	Social	Danos ao patrimônio cultural; obtenção de terras; autorização; impactos ambientais; emprego; gestão de inundações; recreação e turismo; projeto de gestão
	Econômica	Fornecimento potável, industrial e agrícola; custo de refinaria; obtenção de terras; parâmetro de transferência de água industrial, de água potável e de água agrícola; desenvolvimento agrícola e industrial; emprego.
18	Ambiental	Redução na liberação de fósforo e nitrogênio; impactos nas mudanças climáticas.
18	Econômica	Economia de longo prazo; custos de implementação; redução na demanda de água.
20	Ambiental	Melhora na qualidade da água; capacidade de captação de águas pluviais; vegetação urbana.
	Social	Melhoria de amenidades.
	Econômica	Custo econômico.
21	Ambiental	Temperatura no mês mais quente; temperatura média; temperatura no mês mais frio; umidade relativa no mês mais chuvoso; umidade relativa média; umidade relativa no mês mais seco; precipitação no mês mais chuvoso; precipitação média mensal; precipitação no mês mais seco; sazonalidade; abundância ou falta de abastecimento de água.
	Socioeconômica	Número médio de pessoas por família; idade do chefe da família; renda familiar bruta; patrimônio familiar; classe social familiar; atitude social da família em relação à conservação dos recursos naturais; preferência da família por determinado tipo de residência; taxa de crescimento populacional do meio urbano; densidade populacional do ambiente urbano; nível de escolaridade da população do meio urbano (indicador analfabetismo funcional em pessoas com idade igual ou superior a 15 anos); nível de industrialização.
	Gerencial	Intermitência no sistema urbano de abastecimento de água; porcentagem de medição; pressão média na rede de distribuição; perdas no sistema de distribuição; tarifa de água cobrada; política tarifária aplicada, tipo estimular a capacidade de conservação de água da tarifa de água cobrada; existência de política de recursos hídricos municipais; existência de política de incentivo à conservação da água; existência de política regulatória de consumo de água; programa de educação ambiental.
	Urbana	Função predominante do meio urbano; tamanho do ambiente urbano; taxa de cobertura da rede de coletores de esgoto; índice de desenvolvimento humano municipal; tipo de habitação predominante; tipos de equipamentos hidrossanitários por domicílio; área média de construção por residência; número médio de cômodos por domicílio; consumo médio mensal de energia do meio urbano; declividade média da área urbana.
	Cultural	Existência de hábitos de conservação de água; aceitação da população das ações de conservação de água; existência da crença de que a água é um recurso inesgotável e barato.
23	Ecológica	Benefício ambiental; demanda de eletricidade; capacidade de geração; restrição de capacidade instalada; fluxo de água.
	Social	Custo de realocação dos residentes.
	Econômica	Custo do investimento; retorno do investimento; restrição financeira; restrição de risco.

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[1] * Autor correspondente: andrelongaray@furg.br