The role of the materials coming from the watershed on the reservoir water quality is an emergent area of high scientific interest with many practical implications. In this study we investigated the influence of the materials coming from the Ter River watershed on the eutrophication process of Sau Reservoir, located in Barcelona (Spain).First, we present a new methodology to calculate nutrient river loads, using fuzzy logic and tools from neural-networks optimization algorithms. The new method was more efficient and accurate than classical procedures.Then, we demonstrate the effect of river materials (especially that of dissolved organic carbon) on the development of anoxic layers in the bottom layers of the reservoir. These results are not limited to Sau Reservoir, since other reservoirs in the world have shown the same responses. The second part of the dissertation develops a watershed-scale model for the Ter River and the Sau Reservoir using HSPF. This included hydrology, river water temperature, and river total phosphorus concentration. Results were satisfactory, and the model implementation allowed testing state-of-the-art algorithms to calibrate complex models, based on the Bayesian statistical theory. On the other hand, different alternatives to model river water temperature were tested. Finally, we explored the possibility of using field data collected at the river reach scale, following the Nutrient Spiralling Concept, to parameterize the river total phosphorus model in the Ter watershed, with encouraging results. / CATALÀ:L'efecte dels materials provinents de la conca de drenatge en la qualitat de l'aigua del embassaments és un àrea d'investigació amb considerable interès teòric i pràctic. En aquest estudi s'ha investigat la influència de les aportacions de la conca de drenatge del riu Ter en el procés d'eutrofització de l'embassament de Sau, a la província de Barcelona (Espanya). Primer es detalla un nou mètode de càlcul de càrregues de nutrients en rius, fent servir la lògica difusa i eines provinents de l'optimització de xarxes neuronals. El nou mètode ha provat ser més eficient i precís que les alternatives clàssiques. Després s'ha demostrat empíricament l'efecte dels materials provinents del riu (especialment del carboni orgànic dissolt) en la generació de capes anòxiques al fons de l'embassament. Aquest resultats no s'han aplicat només en el cas de l'embassament de Sau, sinó que han demostrat ser extrapolables a d'altres sistemes inundats de diferents llocs del planeta.La segona part de la Tesi desenvolupa un model a escala de conca pel riu Ter i l'embassament de Sau amb HSPF, incloent hidrologia, la temperatura de l'aigua al riu, i la concentració de fòsfor total al riu. Els resultats han estat satisfactoris, i a més la implementació del model ha permès testar eines modernes de calibració de models complexos basades en l'estadística Bayesiana. Per altra banda, s'han testat diferents alternatives per a la modelització de la temperatura d'aigua en rius. Finalment, s'ha investigat la possibilitat de fer servir dades de camp recollides a escala de tram de riu, seguint el Nutrient Spiralling Concept, per a la parametrització del model de fòsfor total al riu Ter, amb resultats estimulants.

O:O presente trabalho investiga os processos de design apropriados à eco-concepção de candeeiros de iluminação pública que possam contribuir para a sustentabilidade do espaço público urbano em geral. A pesquisa realizada revela a necessidade de abordagens teóricas e práticas que auxiliem a tomada de decisões dentro duma perspectiva metodológica de desenvolvimento de produtos destinados ao espaço público urbano. Neste sentido, este trabalho propõe-se contribuir para esta problemática através de um modelo teórico que organiza a inclusão de critérios e estratégias de eco-design e, auxilia na compreensão da relação do objecto e do seu contexto local de implantação. O estudo está organizado em duas partes. A primeira parte efectua uma revisão da literatura relativa aos três corpos de referência - mobiliário urbano e espaço público, design de candeeiros de iluminação pública e, design e ambiente - que forneceram a base teórica e permitiram desenvolver o modelo regulador da relação entres estas três áreas. A metodologia projectual para o desenvolvimento de produtos industriais é associada aos métodos de incorporação de critérios ambientais no desenvolvimento do projecto e aos processos de apreciação do contexto ambiental local. A segunda parte materializa os conceitos investigados na criação de um modelo teórico - matriz conceptual - e respectiva validação empírica, através do software ECO-it 1.3 de avaliação dos impactos ambientais e do estudo de caso do bairro de Santa Catarina em Lisboa. Esta validação permitiu justificar num contexto real os conceitos técnicos e teóricos de toda a investigação, e compreender a legitimidade dos resultados e a sua correspondência com as expectativas teóricas da matriz. Os resultados obtidos testemunham a capacidade da matriz como suporte à tomada de decisões ao longo do desenvolvimento do projecto de um candeeiro de iluminação pública, assim como na produção de um processo interactivo de eco-design de candeeiros de iluminação para o espaço público, complementar aos métodos de design clássicos. A matriz introduz três inovações que facilitam o processo: em primeiro lugar estrutura o processo de eco-design de candeeiros de iluminação para o espaço público, em segundo lugar estabelece a relação que o candeeiro enquanto objecto, tem com o seu contexto envolvente, e por último permite e apela à integração de diferentes valências técnicas no processo de eco-design. Possibilita ainda organizar o projecto por etapas, determinar uma linguagem comum ao longo do projecto com as várias áreas técnicas envolvidas e estruturar a procura das melhores soluções, permitindo assim rentabilizar o tempo e diminuir os custos. A matriz conceptual apresentada faculta a criação de soluções de design de candeeiros ambientalmente responsáveis, capazes de melhor se ajustarem às necessidades locais específicas em determinados contextos físico e socioculturais, e estabelece uma abordagem integrada ao design de candeeiros de iluminação pública que contribuem para a sustentabilidade do espaço público, que suporta todo o processo de decisão de concepção. / El presente trabajo investiga los procesos de diseño apropiados para la eco-concepción de farolas de alumbrado público que puedan contribuir a la sostenibilidad del espacio público urbano. La investigación realizada revela la necesidad de abordajes teóricos y prácticos que ayuden a la toma de decisiones dentro de una perspectiva metodológica de desarrollo de productos destinados al espacio público urbano. En este sentido, este trabajo se propone contribuir a esta problemática mediante un modelo teórico que organiza la inclusión de criterios y estrategias de eco-diseño y, ayuda a la comprensión de la relación del objeto y de su contexto local de implantación. El estudio está organizado en dos partes. En la primera parte se efectúa una revisión de la literatura relativa a los tres cuerpos teóricos de referencia - mobiliario urbano y espacio público, diseño de farolas de alumbrado público y, diseño y ambiente - que permitirán desarrollar el modelo regulador de la relación entre estas tres áreas. La metodología proyectual para el desarrollo de productos industriales está asociada a los métodos de incorporación de criterios ambientales en el desarrollo del proyecto y a los procesos de apreciación del contexto ambiental. La segunda parte materializa los conceptos teóricos investigados en la creación de un modelo teórico - matriz conceptual - y su respectiva aplicación práctica, a través de un software de evaluación de impactos ambientales y de un estudio de caso en un barrio en Lisboa. Los resultados obtenidos testifican la capacidad de la matriz como soporte a la toma de decisiones a lo largo del desarrollo del proyecto de una farola de alumbrado público, así como en la estructuración e integración de criterios y estrategias de eco-diseño, y en la percepción de la relación del objeto con su contexto local. La matriz conceptual presentada pretende, así, posibilitar la creación de soluciones de diseño de farolas ambientalmente eficientes, capaces de ajustarse mejor a las necesidades locales específicas en determinados contextos físicos y socioculturales.PALABRAS CLAVE: Eco-diseño, Farola, Alumbrado público, Espacio público / ABSTRACT: This study investigates the processes of design suitable to the eco-design of streetlights, which can also contribute to the sustainability of urban public spaces in general. The research conducted reveals the need for theoretical and practical approaches to assist decision making within a methodological perspective for developing products for the urban public space. In this sense, this work aims to contribute to this problem through a theoretical model that organizes the eco-design criteria and strategies, and helps in understanding the relationship of the object with its local context. The work is organized in two parts. The first one performs a literature review of the three theoretical frames of reference - street furniture and public space, street lighting design and, design and environment - that will help to build up the representation of the relationship between these three areas. The design methodology for developing industrial products is linked to eco-design methods of incorporating environmental criteria in the design process and to the procedures to appraise the local contexts The second part embodies the theoretical concepts studied, in the creation of a theoretical model - conceptual matrix - and its practical application, through software that calculates the environmental load of products and through a case study of a Lisbon's district. The results show the ability of the conceptual matrix to support decision making throughout the project's development of a streetlight, as well as in structuring the integration of eco-design criteria and strategies, and in the perception of the liaison of the object with its surroundings. The conceptual matrix presented seeks to enable the creation of solutions for designing environmentally responsible streetlights, able to better fit local needs in certain specific physical and social contexts.

El incremento constante del consumo de agua potable hace necesaria la construcción de nuevas plantas depuradoras de aguas residuales; éstas, además de devolver a la naturaleza un producto más fácilmente reciclable, contribuyen a disminuir la contaminación del medio ambiente resultante de las actividades humanas. Como consecuencia se presenta el problema de eliminar el subproducto del proceso depurador, es decir, el lodo residual. El término “lodo residual” incluye una gran variedad de materiales que suelen estar en forma de suspensión y contienen de 1 a 10 % de materia sólida; se produce durante el tratamiento de las aguas-residuales. Es un material muy heterogéneo cuya composición varía de una depuradora a otra e incluso en la misma planta con el tiempo (TERRY y coI.,1979). La variación en la composición del lodo depende del origen del agua residual y tdel tipo de proceso de depuración utilizado (MAGDOFF y col.,1977). En el desarrollo de esta memoria se expondrán las diferentes posibilidades para la eliminación de lodos residuales; en cualquier caso ésta debe hacerse de forma rentable tanto desde el punto de vista económico como energético, lo que supone su reutilización. Considerando que el contenido medio en materia orgánica de los lodos es alrededor del 50% y que poseen cantidades considerables de nutrientes vegetales, especialmente nitrógeno y fósforo, está justificada su reutilización en agricultura como fertilizantes órgano-minerales. La aplicación de lodos al suelo debe hacerse de forma controlada, debido a la presencia de ciertas substancias tóxicas o de microorganismos patógenos, que perjudicarían al suelo como vehículo en la producción de alimentos e indirectamente a los distintos eslabones de la cadena trófica. Sin embargo, ya que el contenido en nitrógeno es uno de los parámetros necesarios para fijar el aporte de lodo al sueIo, es conveniente determinar qué fracción del N-orgánico del lodo será mineralizable en el suelo. Ello permitirá establecer el aporte de lodo adecuado en determinados suelos para unas condiciones climáticas dadas.

A test site for CO2 geological storage is situated in Hontomín (Burgos, northern Spain) with a reservoir rock that is mainly composed of limestone (80-85%) and sandstone (15-20%). The reservoir rock is a deep saline aquifer that is covered by a very low permeability formation which acts as a cap rock. During and after CO2 injection, since the resident groundwater contains sulfate, the resulting CO2-rich acid solution gives rise to the dissolution of carbonate minerals (calcite and dolomite) and secondary sulfate-rich mineral precipitation (gypsum or anhydrite) may occur. These reactions that may imply changes in the porosity, permeability and pore structure of the repository could vary the CO2 storage capacity and injectivity of the reservoir rock. Therefore, better knowledge about the overall process of gypsum precipitation at the expense of carbonate mineral dissolution in CO2-rich solutions and its implications for the hydrodynamic properties of the reservoir rocks is necessary. A first aim of this thesis is to better understand these coupled reactions by assessing the effect that P, pCO2, T, mineralogy, acidity and solution saturation state exert on these reactions. To this end, experiments using columns filled with crushed limestone or dolostone are conducted under different P-pCO2 conditions (atmospheric:1-10-3.5 bar; subcritical: 10-10 bar; and supercritical: 150-34 bar), T (25, 40 and 60 °C) and input solution compositions (gypsum-undersaturated and gypsum-equilibrated solutions). The CrunchFlow and PhreeqC (v.3) numerical codes are used to perform 1D reactive transport simulations of the experiments to evaluate mineral reaction rates in the system and quantify the porosity variation along the column. Within the range of P-pCO2 and T of this study only gypsum precipitation takes place and this only occurs when the injected solution is equilibrated with gypsum. Under the P-pCO2-T conditions, the volume of precipitated gypsum is smaller than the volume of dissolved carbonate minerals, yielding always an increase in porosity (¿¿ up to ¿ 4%). A decrease in T favors limestone dissolution regardless of pCO2 owing to increasing undersaturation with decreasing temperature. However, gypsum precipitation is favored at high T and under atmospheric pCO2 conditions but not at high T and under 10 bar of pCO2 conditions. The increase in limestone dissolution with pCO2 is directly attributed to pH, which is more acidic at higher pCO2. A decrease in T favors limestone dissolution regardless of pCO2 owing to increasing undersaturation with decreasing temperature. However, gypsum precipitation is favored at high T and under atmospheric pCO2 conditions but not at high T and under 10 bar of pCO2 conditions. The increase in limestone dissolution with pCO2 is directly attributed to pH, which is more acidic at higher pCO2. Limestone dissolution induces late gypsum precipitation (long induction time) in contrast to dolostone dissolution, which promotes rapid gypsum precipitation. Moreover, owing to the slow kinetics of dolomite dissolution with respect to that of calcite, both the volume of dissolved mineral and the increase in porosity are larger in the limestone experiments than in the dolostone ones under all pCO2 conditions (10-3.5 and 10 bar). Limestone dissolution induces late gypsum precipitation (long induction time) in contrast to dolostone dissolution, which promotes rapid gypsum precipitation. Moreover, owing to the slow kinetics of dolomite dissolution with respect to that of calcite, both the volume of dissolved mineral and the increase in porosity are larger in the limestone experiments than in the dolostone ones under all pCO2 conditions (10-3.5 and 10 bar). / Una planta pilot per a l'emmagatzematge geològic de CO2 es troba a Hontomín (Burgos). El reservori és un aqüífer salí profund, format principalment per roca calcària (80-85%) i gres (15-20%), que està situat entre dues capes de molt baixa permeabilitat que actuen com a roques segell. La dissolució de CO2 a l'aigua del reservori provocarà una disminució del pH i, en conseqüència, la dissolució dels carbonats presents en el reservori. Tenint en compte que l'aigua resident és rica en sulfat, és possible la precipitació de minerals secundaris (guix o anhidrita). Aquestes reaccions poden provocar canvis en la porositat, la permeabilitat i l'estructura de por del reservori que, a la vegada, poden afectar la seva injectivitat i capacitat d'emmagatzematge. Per tant, cal aprofundir en el coneixement sobre els processos acoblats de precipitació de guix i dissolució de carbonats (calcita i dolomita) en solucions riques en CO2 dissolt i les seves implicacions en les propietats hidrodinàmiques de la roca reservori. Un primer objectiu d'aquesta tesi és poder comprendre millor aquestes reaccions acoblades mitjançant l'avaluació de l'efecte que exerceixen la pressió P, la pressió parcial de CO2 pCO2, la temperatura T, la mineralogia, l'acidesa i l'estat de saturació de la solució sobre aquestes reaccions. Amb aquest objectiu, s'han realitzat una sèrie d'experiments utilitzant columnes plenes de roca calcària o dolomia triturada sota diferents condicions de P-pCO2 (atmosfèrica: 1-10-3.5 bar; subcrítica: 10-10 bar, i supercrítica: 150-34 bar), T (25, 40 i 60 ° C) i composició de la solució d'entrada (solucions subsaturades o equilibrades amb guix). Els codis numèrics CrunchFlow i PhreeqC (v.3) s'han utilitzat per realitzar simulacions de transport reactiu dels experiments en columna amb l'objectiu d'avaluar les velocitats de reacció en el sistema i quantificar la variació de la porositat al llarg de la columna. En les condicions de P-pCO2-T estudiades, la precipitació de guix únicament té lloc quan la solució injectada està en equilibri amb guix. A més, el volum de guix precipitat és menor que el volum de carbonat dissolt, originant sempre un augment de porositat. Una disminució en la T afavoreix la dissolució de la calcària independentment de la pCO2 degut a l'augment de la subsaturació. No obstant, la precipitació de guix està afavorida a alta T per condicions atmosfèriques, originant-se l¿efecte contrari per condicions subcrítiques. L'augment de la pCO2 comporta un augment en la dissolució de calcària, fet que és directament atribuït a l'efecte del pH, que és més àcid a major pCO2. La dissolució de calcària comporta un retard en la precipitació de guix (llarg temps d'inducció), al contrari del que passa amb la dissolució de dolomia que promou una ràpida precipitació de guix. A més, a causa de la lenta cinètica de dissolució de la dolomita amb respecte a la de la calcita, el volum de mineral dissolt i l'augment de porositat són majors en els experiments amb calcària sota totes les condicions de pCO2 estudiades. La dissolució de calcària comporta un retard en la precipitació de guix (llarg temps d'inducció), al contrari del que passa amb la dissolució de dolomia que promou una ràpida precipitació de guix. A més, a causa de la lenta cinètica de dissolució de la dolomita amb respecte a la de la calcita, el volum de mineral dissolt i l'augment de porositat són majors en els experiments amb calcària sota totes les condicions de pCO2 estudiades. La dissolució del carbonat es produeix al llarg de tota la columna quan la pCO2 és alta (10 and 34 bar) i, en canvi, es localitza a l'entrada de la columna sota condicions atmosfèriques. Aquesta diferència és deguda a la capacitat tampó de l'àcid carbònic, ja que manté el pH al voltant de 5 i la solució subsaturada pel que fa a la calcita i a la dolomita al llarg de la columna

There is an increasing demand for vehicles with lower environmental impact and higher fuel efficiency. To meet these requirements, powertrain hybridization has been introduced in both academia and industry during recent years. In this work we have carried out an in-depth analysis of the potential reduction in fuel consumption of refuse-collecting vehicles (RCV), based on different hybridization technologies. This study has been structured in four work packages: RCV energy model development, predictive algorithms aimed at energy management for RCV drive cycles, analysis of hybrid hydraulic powertrains for RCV and analysis of hybrid electric powertrains for RCV. RCV energy model development: the process of simulation starts with the RCV energy model development, which is based on the improvement of the classic approach (breaking down the energy consumption into aerodynamics, rolling resistance, road profile and inertias), and adding the RCV ancillaries¿ (lifter, compactor and unloading devices) consumption. The adjustments and validation methodology applied to the models is based on the use of low-cost hardware and post-processing data by use of GPS and cartography. Working with this method it has been empirically demonstrated that high accuracy energy consumption estimations are possible through the use of these models. Predictive algorithms aimed at energy management for RCV drive cycles: based on the principle that RCV drive cycles are repetitive, the typical RCV drive cycle has been modeled and its main characteristics parameterized. The model is separated into different drive cycles which are related to different power consumption modes. Based on this analysis two algorithms are presented, which can identify in which drive mode the vehicle is operating; these algorithms are based on deterministic principles and on artificial intelligence respectively. Also, an algorithm which can estimate the energy needed to finish the current trip is presented; this algorithm is based on information inferred from previous trips, statistics and infinitesimal calculus. Once the drive cycle of an RCV is analyzed and modeled, the working modes of a standard internal combustion engine on real drive cycles are presented and contrasted with fuel consumption maps. This study concludes that, because of the typical drive cycles of RCV, an ICE is oversized most of the time and tends to work in low efficiency points. Based on this information a basic alternative powertrain architecture is proposed Analysis of hybrid hydraulic powertrain for RCV: hybrid hydraulic powertrains are often used in heavy duty vehicles in which big power flows can be found. As RCV represent an application with big power flows, the performance of this technology applied to RCV has been analyzed. This study is based on the development of models for each of the components of the powertrain, and the simulation of the whole powertrain model on real routes. All the component models are based on information provided by the manufacturers, and the routes have been logged in real RCV drive cycles. The conclusion is that an important fuel saving can be achieved by the hydraulic hybridization of the powertrain. Analysis of hybrid electric powertrain for RCV: hybrid electric powertrains are often used in cars and light duty vehicles. As RCV represents a light to medium duty application the performance of this technology applied to RCV has been analyzed. As in the hybrid hydraulic case, this study is based on the development of models for each of the powertrain components, and the simulation of the whole powertrain model on real routes. Finally a comparison between the hybrid electric and the hybrid hydraulic is established, identifying the more efficient technology and the advantages and inconveniences of each. And establishing what would be, according to the author, the most interesting technological powertrain evolution in the mid and long term for this kind of vehicle. / Existe una creciente demanda de vehículos con menor impacto ambiental y mayor eficiencia energética. Para alcanzar esos objetivos, la hibridación del powertrain se ha introducido a nivel industrial y académico durante los últimos años. En el presente trabajo se ha realizado un análisis de la potencial reducción de consumo de carburante en vehículos recolectores de residuos (RCV), basado en diferentes tecnologías de hibridación. El trabajo se ha estructurado en cuatro paquetes de trabajo: modelos energéticos de RCV, algoritmos predictivos aplicados a la gestión energética de RCV, análisis de powertrains híbridos hidráulicos y análisis de powertrains híbridos eléctricos. Desarrollo de modelos de RCV: el proceso de simulación empieza con el desarrollo de los modelos, que están basados en la descomposición clásica (aerodinámica, rodadura, perfil de carretera e inercias) añadiendo los elementos auxiliares (prensa de residuos y elevador de contenedores). El ajuste y la validación de los modelos se basan en el uso de hardware de bajo coste y el post-procesado de datos mediante GPS y cartografía. Trabajando con este método se ha demostrado empíricamente que se pueden hacer estimaciones precisas del consumo energético, mediante el uso de los modelos desarrollados. Algoritmos predictivos para la gestión energética de RCV: basándose en el principio de que los ciclos de conducción de los camiones de basura son repetitivos, el ciclo de conducción de los RCV ha sido modelizado y sus principales características parametrizadas. El ciclo se ha separado en diferentes sub-ciclos que corresponden con diferentes modos de consumo de potencia. Basándose en este análisis se desarrollan dos algoritmos que pueden identificar el modo de consumo de potencia; estos algoritmos están basados en principios deterministas y en inteligencia artificial. Se presenta también un algoritmo que permite estimar en tiempo real el consumo de energía restante hasta llegar al final de la ruta. Una vez el ciclo de conducción de un RCV es analizado y modelado, los puntos de trabajo de un motor de combustión interna se presentan y comparan con un mapa de iso-consumos del motor. Este estudio concluye, que debido a los ciclos de conducción de un RCV, el motor está sobredimensionado durante la mayor parte del ciclo y tiende a trabajar sobre zonas de baja eficiencia. Basándose en esta información se plantea una arquitectura de powertrain alternativo. Análisis de powertrain híbrido hidráulico: estos powertrains se usan habitualmente en maquinaria pesada en las cuales se dan grandes flujos de potencia. Dado que los RCV presentan grandes flujos de potencia, las prestaciones de esta tecnología aplicada a RCV se han evaluado. Éste estudio se basa en el desarrollo de modelos para cada uno de los componentes del powertrain, y la simulación del sistema completo sobre rutas reales. Cada uno de los modelos de los componentes se basan en información suministrada por los fabricantes, y las rutas empleadas para la simulación son rutas reales. La conclusión final es que este powertrain presenta un importante ahorro de carburante. Análisis de powertrain híbrido eléctrico: estos powertrains se usan habitualmente en turismos y vehículos de gama "light duty". Dado que el RCV representa una aplicación de "medium duty" a "light duty", las prestaciones de esta tecnología aplicada a RCV se han evaluado. Como en el caso hidráulico los modelos se basan en información suministrada por fabricantes de componentes. Finalmente se establece una comparación de los powertrains hidráulico y eléctrico, identificando la tecnología más eficiente y las ventajas e inconvenientes de cada una. Y se establece cual es, según el autor, la evolución tecnológica más interesante para estas tecnologías.

Intensive fish culture in floating cages is one of aquaculture activities that has grown fastest in recent years. However, this activity produces impacts ranging from alterations in the natural environment to social and cultural changes at the local level. The major negative impacts on the system associated with marine aquaculture are eutrophication, oxygen depletion and the disruption of local biodiversity (due to the input of organic matter and nutrients from uneaten food, feces and fish excreta), as well as other harmful effects in the medium and long term related to the various chemicals and therapeutic products normally used in aquaculture. Since the early 1990s, several models have been developed to investigate and assess the environmental impact of fish farming, and are used, together with field measurements, as production management tools. However, most of these use very simplified approaches, primarily in the physical aspects of the problem (bathymetry and hydrodynamics of the study area), and have been generally used to determine the benthic impact of particulate matter near the cages, ignoring the environmental impact associated with the discharge of dissolved nutrients and other substances from farms on the aquatic environment in general. In this thesis, two advanced models (the 3D hydrodynamic model ROMS and the Lagrangian dispersión code LIMMIX) have been adapted and applied to model the patterns of dispersion and concentration oforganic matter (carbon), nutrients (nitrogen and phosphorus) and copper from the antifouling products that coat fishpen nets, from two farms located in the Valencian Community(Spanish Mediterranean coast), dedicated to the intensive cultivation of gilthead seabream (Sparus aurata). A complete fish rearing cycle (17 months) has been simulated, taking into account the natural variations in food demand and biomass throughout the cycle. Specifically, the simulations have included the dispersion and concentration on the sea bed of organic carbon (C), nitrogen (N) and phosphorus (P), in the form of particles, in the vicinity of the farms, and the dispersal and concentration of dissolved N, P and copper (Cu) in the column of water close to and away from the farms. The results obtained for the dispersion of particulate matter (C, N, and P) from uneaten fed and feces indicate that the model (ROMS-LIMMIX) has adequately simulated the pattern of deposition of particles on the bottom. The qualitative comparison of these results with the works of various authors shows a great match in the shape and in the extension of the affected benthic zone. On the other hand, the results of the modelling of dissolved substances (N, P, and Cu), show that 90% of particles representing such substances exit the studied domain during the simulation. Within the study area, most of the particles (in average, 50% of those representing N and P, and 34% of those describing Cu) remain in the surface layer of the column of water - the first 10 m ¿ throughout the simulation, whereas the rest of the particles are distributed randomly at greater depths. In addition, dissolved matter discharged from the cages of both farms extends over a large area, affecting places that are tens of kilometers from the sources. In general, it can be concluded that the joint application of ROMS and LIMMIX constitutes a powerful and versatile tool that can be perfectly applicable to the modelling of the dispersion of waste from fish farms sea, especially for the advancement in the ecosystemic knowledge of the interactions between aquaculture and the environment. The undertaking of long-term and large-scale modelling using this combination of models allows improve the knowledge about the local and global impacts of aquaculture wastes. / La piscicultura intensiva en jaulas flotantes es una actividad que produce impactos que van desde alteraciones en el medio ambiente natural en el cual se desarrolla hasta cambios sociales y culturales a escala local. Los principales impactos negativos sobre el sistema asociados a la piscicultura marina son la eutrofización, el agotamiento de oxígeno y la alteración de la biodiversidad local (relacionados todos con la introducción de materia orgánica y nutrientes contenidos en el alimento no comido, las fecas y las excreciones de los peces), así como otros efectos perjudiciales, a medio y largo plazo, relacionados con las diversas substancias químicas y productos terapéuticos usados normalmente en acuicultura. Desde los años 90 se han desarrollado varios modelos para investigar y evaluar el impacto ambiental de la piscicultura que se utilizan, junto con mediciones de campo como herramientas de manejo productivo. Sin embargo, la mayoría de estos utiliza planteamientos muy simplificados, sobre todo en los aspectos físicos de la situación (batimetría e hidrodinámica de la zona de estudio), y se han utilizado para determinar el impacto béntico del material particulado cerca de las jaulas, ignorando el impacto ambiental asociado al vertido de nutrientes disueltos y otras substancias provenientes de las piscifactorías sobre el medio acuático en general. En este trabajo se han adaptado y aplicado dos modelos avanzados (el modelo hidrodinámico 3D ROMS y el modelo lagrangiano LIMMIX), para modelar los patrones de dispersión y la concentración de materia orgánica (carbono), de nutrientes (nitrógeno y fósforo) y de cobre procedente de los productos antifouling con que se impregnan las redes, desde dos piscifactorías ubicadas en la Comunidad Valenciana, dedicadas al cultivo intensivo de dorada (Sparus aurata). Se ha simulado un ciclo completo de crecimiento de los peces (17 meses), considerando la variación en la demanda de alimento y en la biomasa a lo largo de todo el ciclo. Específicamente, se ha modelado la dispersión y concentración sobre el fondo marino de carbono orgánico (C), nitrógeno (N) y fósforo (P), en forma de partículas en las cercanías de las piscifactorías, y la dispersión y concentración en zonas cercanas y lejanas de N, P y cobre (Cu) disueltos en la columna de agua. Los resultados obtenidos para la dispersión de materia particulada (C, N y P) proveniente del alimento no comido y las fecas, indican que el modelo (ROMS-LIMMIX) ha simulado adecuadamente el patrón de deposición de las partículas en el fondo. La comparación cualitativa de estos resultados con los trabajos de diferentes autores analizados muestra una gran concordancia en la forma y en la extensión de la zona béntica afectada. Por otra parte, los resultados de la modelización de las substancias disueltas (N, P y Cu), muestran que el 90% de las partículas que representan dichas substancias escapan del dominio a medida que transcurre la simulación. Dentro de la zona de estudio, la mayoría de las partículas (en promedio, el 50 % de las que representan N y P, y el 34 % de las que representan Cu) permanece en la capa superficial de la columna de agua -los primeros 10 m- a lo largo de toda la simulación, en tanto que el resto de las partículas se distribuyen aleatoriamente a mayores profundidades. Además, la materia disuelta vertida desde las jaulas de ambas se extiende por una gran área, afectando a lugares que se encuentran a decenas de kilómetros de los puntos de vertidos. En general, se puede concluir que la aplicación conjunta de Roms y Limmix es una herramienta poderosa, versátil y perfectamente aplicable a la modelización de la dispersión de residuos procedentes de piscifactorías marinas, especialmente para el avance en el conocimiento ecosistémico de las interacciones entre acuicultura y medio ambiente realizando modelaciones de largo plazo y a gran escala que permitan conocer los impactos locales y globales de las substancias vertidas. / La piscicultura intensiva en gàbies flotants és una de les activitats aqüícoles que més ha crescut en els darrers anys, degut sobretot a factors econòmics i a la necessitat d‘augmentar la productivitat per unitat de superfície en aquelles zones disponibles per al cultiu de peixos. No obstant, aquesta activitat, com qualsevol altra activitat econòmica, produeix impactes que, en aquest cas, poden anar des d’alteracions del medi ambient natural en el qual es desenvolupa fins a canvis socials i culturals a escala local. Des del punt de vista ecològic, els impactes negatius més importants associats a la piscicultura marina sobre el medi aquàtic són l’eutrofització, l’esgotament de l’oxigen i l’alteració de la biodiversitat local, que es deriven de la introducció permanent de residus de matèria orgànica i nutrients continguts en l’aliment no consumit, les partícules fecals, i les excrecions dels organismes cultivats. També cal tenir en compte els efectes contaminants i els impactes negatius sobre els ecosistemes aquàtics que poden tenir, a llarg i mitjà termini, les diverses substàncies químiques i productes terapèutics utilitzats normalment en les pràctiques aqüícoles. Des dels anys 90 fins a l’actualitat s’han estat desenvolupant diferents models numèrics com a instruments per a investigar i avaluar els impactes de la piscicultura sobre el medi aquàtic. En combinació amb mesures de camp, aquests models són utilitzats per productors i agències reguladores com una eina de gestió de la producció. Tanmateix, la majoria dels models fan servir plantejaments i anàlisis molt simplificats de la realitat, sobretot en els aspectes físics del problema, com poden ser la batimetria i la hidrodinàmica de la zona d’estudi. A més, generalment s’han utilitzat per a determinar els impactes sobre el bentos degut al material particulat que es diposita en el fons marí a prop (o directament a sota) de les gàbies, sense considerar els impactes ambientals que generen el vessament de nutrients dissolts i d’altres substàncies procedents de les piscifactories sobre el medi aquàtic en general. En el present treball s’han adaptat i aplicat dos models avançats d’ús general, com són el model hidrodinàmic tridimensional Roms i el model lagrangià de dispersió Limmix, per tal de modelar els patrons de dispersió i la concentració de matèria orgànica (carboni), de nutrients (nitrogen i fòsfor) i de coure procedent dels productes antifouling que recobreixen les xarxes, des de les gàbies flotants de dues piscifactories situades en la zona costanera de la Comunitat Valenciana, i dedicades al cultiu intensiu de la orada (Sparus aurata). Per al modelat s’ha fet servir un cicle complet de creixement dels peixos (17 mesos), considerant la variació en la demanda d’aliment i els canvis en la biomassa al llarg de tot el cicle. Específicament, s’ha modelat la dispersió i concentració sobre el fons marí de carboni orgànic (C), nitrogen (N) i fòsfor (P) en forma particulada, a sota i en les proximitats de les piscifactories, i la dispersió i concentració de nitrogen (N), fòsfor (P) i coure (Cu) dissolts en la columna d’aigua, en zones properes i llunyanes, degut a l’efecte acumulatiu d’ambdues piscifactories. Al analitzar els resultats obtinguts en la modelització de la dispersió de matèria particulada (C, N i P) procedent de l’aliment no consumit i de les partícules fecals, es pot concloure que la combinació de models Roms-Limmix ha simulat adequadament el patró de deposició de les partícules en el fons marí, donat que la comparació qualitativa de les “taques” generades pel model amb els resultats dels treballs dels diferents autors analitzats revela una gran concordança en la forma i l’extensió de la zona del fons afectada. Per altra part, els resultats del modelat de les substàncies dissoltes (N, P i Cu) mostren que la gran majoria de les partícules que representen aquestes substàncies surten del domini computacional a mida que transcorre la simulació; al cap dels 17 mesos, menys d’un 10% de les partícules vessades romanen a la zona d’estudi. Addicionalment, s’observa que, de mitjana, el 50% de les partícules que corresponen al N i P dissolts, i el 34% de les que representen al Cu dissolt, romanen en els primers 10 m de profunditat al llarg de tota la simulació, en tant que la resta de partícules es distribueixen de forma més o menys aleatòria a profunditats més grans. Això permet concloure que, per a la situació analitzada, la major part de matèria dissolta queda a la capa més superficial de la columna d’aigua, independentment de la taxa de vessament. També es conclou que la matèria dissolta procedent de les gàbies d’ambdues piscifactories és transportada permanentment per tota la zona d’estudi, afectant a zones que es troben a desenes de quilòmetres dels punts de vessament. En general, es pot concloure que l’aplicació conjunta de Roms i Limmix és una eina molt poderosa i perfectament aplicable al modelat de la dispersió de matèria particulada i dissolta procedent de piscifactories marines, especialment si es vol avançar en les interaccions entre aqüicultura i medi ambient des d’un punt de vista ecosistèmic, realitzant simulacions de llarga durada i a gran escala que permetin conèixer els impactes locals i globals de les substàncies vessades.

L'objectiu principal d'aquesta tesi és el desenvolupament de mètodes analítics que permetin la determinació dels paràmetres establerts per la normativa, per aigües destinades al consum humà (índexs d'activitat alfa total i beta total i activitat de triti) així com, la caracterització d'un grup d'emissors gamma i els isòtops de l'urani i el tori, tant en mostres aquoses com en mostres sòlides. Per altra banda, a part del desenvolupament d'aquests mètodes, s'ha realitzat la caracterització d'aigües superficials, aigües embotellades, sediments, fangs i biota. Els treballs realitzats es troben, principalment, localitzats a l'últim tram de la conca del riu Ebre per avaluar la possible influència de les indústries localitzades en aquesta zona. Concretament, en aquest tram del riu Ebre es troben localitzades la central nuclear d'Ascó, la indústria de fosfat bicàlcic i finalment, la planta de tractament d'aigua potable a l'Ampolla. Aquestes indústries degut al seu funcionament, poden incrementar la presència de radionúclids tant d'origen natural com artificial en els diferents ecosistemes d'aquest riu. / El objetivo principal de esta tesis es el desarrollo de métodos analíticos que permitan la determinación de los parámetros establecidos por la normativa, para aguas destinadas al consumo humano (índices de actividad alfa total i beta total i actividad de tritio) así como, un grupo de emisores gamma i los isótopos del uranio y el torio, en muestras acuosas y en muestras sólidas. Por otro lado, a parte del desarrollo de estos métodos, se ha realizado la caracterización de aguas superficiales, aguas embotelladas, sedimentos, lodos y biota. Los trabajos realizados se encuentran principalmente localizados en el último tramo del río Ebro con la finalidad de evaluar la posible influencia de las industrias localizadas en esta zona. Concretamente, en este tramo del río Ebro se encuentran localizadas la central nuclear de Ascó, la industria de fosfato bicálcico y finalmente, la planta de tratamiento de agua potable en la Ampolla. Estas industrias debido a su funcionamiento, pueden incrementar la presencia de radionucleidos tanto de origen natural como artificial en los diferentes ecosistemas de este río.

Drought variability and change is assessed in this study across the Iberian Peninsula along the 20th century and the first decade of the 21st century using state of the art drought indices: the Sc-PDSI, the SPI and the SPEI. The analysis conducted in this study confirms that drought conditions are worsening for most of the Iberian Peninsula across time except in the western and in the north-western area, where a wetting trend is identified. Furthermore, the severity and duration of droughts show a remarkable increase in the south-western area, while drought magnitude is increasing significantly in the Mediterranean region strongly induced by global warming especially during the last decades. Severity, duration and magnitude of wet events do not experience significantly variations. Our results are in agreement with other studies which project this evolution to the whole 21st century. For this reason, and as a link of our study to societal needs, the application of effective water management strategies will be crucial to minimize the impact of the hydrological droughts over the Iberian Peninsula into the near future. / La següent tesi doctoral proporciona un anàlisi exhaustiu sobre la variabilitat i les tendències observades en l’evolució de les sequeres a la Península Ibèrica al llarg del s.XX i la primera dècada del s.XXI. El Sc-PDSI, el SPI i el SPEI són els índexs de sequera calculats a escala mensual usant una xarxa de sèries climàtiques d’alta qualitat per avaluar l’evolució espacio-temporal de les sequeres hidrològiques i els events humits a escala anual i estacional, tenint en compte la severitat, la magnitud i la durada d’aquests events extrems. A partir dels resultats, una clara tendència a la sequera ha estat detectada a gran part de la Península Ibèrica al llarg del s.XX a excepció de la regió oest i nord-oest, on ha estat identificada una tendència a l’increment de les condicions humides. Llavors, la disponibilitat d’aigua podria estar empitjorant en aquesta àrea provocant impactes ambientals i socio-econòmics realment difícils de solucionar. L’aplicació d’estratègies efectives de gestió de l’aigua, seran crucials per minimitzar l’impacte de les sequeres a la Península Ibèrica en un futur pròxim.

Aquesta tesi doctoral se centra en el desenvolupament de mètodes analítics per determinar famílies poc estudiades de contaminants orgànics emergents en aigües ambientals i mostres de llots de depuradora. Els compostos inclosos en aquesta Tesi són els glucocorticoides, els ionòfors de polièter, les benzotriazoles, les benzotiazoles, les benzenosulfonamides i els ful·lerens. En aquesta Tesi, es demostren les capacitats ofertes per les tècniques de determinació d'avantguarda, tals com la "ultra-high performance liquid chromatography (UHPLC)" i la "Asymmetrical flow field-flow Fractionation (AF4 )" acoblades a analitzadors de masses de tipus triple quadrupol (QqQ) o Orbitrap per a l’anàlisi de mostres ambientals. A més, l'ús de tècniques d'extracció emergents en el camp mediambiental, com ara "pressurised hot water extraction (PHWE)" i QuEChERS, es van explorar per a l'anàlisi de mostres de llots de depuradora. Aquestes tècniques poden ser avantatjoses en comparació amb altres tècniques d'extracció emprades en l'actualitat en l'anàlisi mediambiental, també utilitzades en aquesta Tesi, com ara la "pressurised liquid extraction ( PLE)". També en aquesta Tesi, es proporciona informació de la presència d'aquests contaminants orgànics emergents en l'aigua de riu, les aigües residuals i mostres de llots de depuradores de diferents rius i EDARs de Catalunya. A més, s'informa de les dades sobre l'eliminació d'aquests compostos tant pels tractaments d'aigües residuals secundaris i terciaris i, alguns d’ells s’han determinat per primera vegada. / Esta Tesis Doctoral se centra en el desarrollo de métodos analíticos para determinar familias poco estudiadas de contaminantes orgánicos emergentes en aguas ambientales y muestras de lodos de depuradora. Los compuestos incluidos en esta Tesis son los glucocorticoides, los ionóforos de poliéter, las benzotriazolas, las benzotiazolas, las bencenosulfonamidas y los fulerenos. En esta Tesis, se demuestran las capacidades ofrecidas por las técnicas de determinación de vanguardia, tales como la “ultra-high performance liquid chromatography (UHPLC)” y la “asymmetrical flow field-flow fractionation (AF4)” acopladas a analizadores de masas de tipo triple cuadrupolo (QqQ) o Orbitrap para el análisis de muestras ambientales. Además, el uso de técnicas de extracción emergentes en el campo medioambiental, tales como “pressurised hot water extraction (PHWE)” y QuEChERS, se exploraron para el análisis de muestras de lodo de depuradora. Estas técnicas pueden ser ventajosas en comparación con otras técnicas de extracción empleadas en la actualidad en el análisis medioambiental, también utilizadas en esta Tesis, tales como “pressurised liquid extraction (PLE)”. También en esta Tesis, se proporciona información de la presencia de estos contaminantes orgánicos emergentes en el agua de río, las aguas residuales y muestras de lodos de depuradoras de diferentes ríos y EDARs de Cataluña. Además, se informa de los datos sobre la eliminación de estos compuestos tanto por los tratamientos de aguas residuales secundarias y terciarias y, algunos de ellos han sido determinados por primera vez. / This Doctoral Thesis focuses on the development of analytical methods to determine little studied families of emerging organic contaminants in environmental waters and sewage sludge samples. The compounds included in this Thesis are glucocorticoids, polyether ionophores, benzotriazoles, benzothiazoles, benzenesulfonamides and fullerenes. In this Thesis, the capabilities offered by cutting-edge determination techniques such as ultra-high performance liquid chromatography (UHPLC) or asymmetrical flow field-flow fractionation (AF4) coupled to triple quadrupole (QqQ) or Orbitrap-based mass spectrometry analysers are demonstrated. In addition, the use of emerging extraction techniques in the field of environmental analysis, such as pressurised hot water extraction (PHWE) and QuEChERS, were explored for the analysis of sewage sludge samples. These techniques can be advantageous as compared to other extraction techniques currently employed in environmental analysis and also used in this Thesis such as pressurised liquid extraction (PLE). Also in this Thesis, information of the occurrence of these emerging organic contaminants in river water, sewage and sewage sludge samples from different rivers and STPs from Catalonia is provided. Additionally, data about the removal of these compounds both by secondary and tertiary sewage treatments is reported and some of them were determined for the first time.

Air pollution is an important topic with a great social impact; it is related with public health, environment and ecology, and climate change. Scientists have developed several models in the last thirty years, and regional air quality operational systems are used routinely by governments and agencies. Efforts have also been done to simulate the air quality in the local scale; main models are Gaussian and Puff models, that are based on a Lagrangian approach. In contrast with these models, in this thesis we have developed a system using an Eulerian approach. This model is specifically designed for regions with complex orography where the Lagrangian models have problems computing the trajectory of the particles. This model can be used for diagnostic or prediction simulations. Air quality operational systems depend on the orography, meteorological data, and emission data. Air quality models use processors to incorporate these data into the model. The data can come from numerical weather prediction systems, experimental data, or databases. In this thesis we have developed processors, specifically designed for the local scale, to incorporate these data into our system. To incorporate the orography, we have developed a mesh generation algorithm suitable for complex terrain discretization; it also allows to insert layers that can match the regional models. A wind field model has also been used; it can interpolate a three-dimensional wind field from some station measurements using a log-linear vertical wind profile, or can interpolate it from a numerical weather prediction system. Once an interpolated wind field is computed, a mass-consistent model is applied to ensure null divergence and impermeability in the terrain. The wind field is modified to take into account the injection of the pollutants into the atmosphere. Briggs studied the trajectory of the plume rise giving some empirical equations that will be used in our model. Briggs' equations describe the trajectory in a plane; our model will modify this trajectory adapting it to the ambient wind field. This modification allows the plume rise to surround the mountains or channel into the valleys. The transport and reaction of pollutants in the atmosphere is then computed using an splitting method, so the transport and the chemical reactions are computed independently. To solve the transport of pollutants we have used a finite element method stabilized using least squares. The chemical reaction is simulated using simplified models such as RIVAD, or more complex ones such as CB05. To obtain more accurate results we have used adaptation. An error indicator has been used to adapt the mesh to the solution. To adapt the mesh to the concentration distribution of all the species is very demanding, for this reason we have used a multimesh method where every chemical specie has its own mesh where we solve the transport and the chemical reactions are simulated in a common mesh. The system developed in this thesis has diagnostic and forecasting capabilities. For this reason we present two different applications. The first one is a diagnostic application in La Palma island (Spain), where wind measurements are given, and SO2 and NO2 emissions from a stack are considered. The topography of the island is real, from a digital elevation model, but the wind field measurements, and the stack location and emissions, are simulated. The second application is a forecasting application data from the CMAQ benchmark test. It is located in the surrounding of Pineville Kentucky. In this application we have used all the data from CMAQ and the chemical reaction model CB05. / La contaminació atmosfèrica té gran impacte social; està relacionada ambla salut pública, l'ecologia, el medi ambient i el canvi climàtic. En els últims trenta anys, els científics han desenvolupat diversos models que els governs i les agències mediambientals utilitzen diàriament. També s'han fet esforços per simular la qualitat de l'aire en l'escala local. Els models principals són els models Gaussians i Puff, que es basen en una descripció Lagrangiana. En contrast amb aquests models, en aquesta tesi s'ha desenvolupat un sistema que utilitza una descripció Euleriana. Aquest model està dissenyat específicament per a les regions amb topografia complexa on els models Lagrangians tenen problemes calculant la trajectòria de les partícules. El model presentat en aquesta tesi pot ser utilitzat tant pel diagnòstic com per la predicció. Els sistemes operatius utilitzats actualment depenen de l'orografia, de dades meteorològiques i de dades d'emissió. Per tal d'incorporar aquestes dades, els models de qualitat de l'aire han desenvolupat diferents preprocessadors. Les dades poden venir dels sistemes numèrics de predicció meteorològics, de dades experimentals o de bases de dades. En aquesta tesi hem desenvolupat preprocessadors dissenyats específicament per a l'àmbit local, per tal d'incorporar aquestes dades al nostre sistema. Per incorporar l'orografia, hem desenvolupat un algoritme de generació de malles adequat per terreny complex; l'algoritme també ens permet inserir capes que poden coincidir amb la dels models regionals. S'ha desenvolupat un model de càlcul de camp de vent; a partir de les dades s'interpola un camp de vent tridimensional fent servir un perfil log-lineal vertical del vent, o s'interpola a partir dels resultats d'un sistema de predicció meteorològica. Quan s'ha calculat el vent interpolat, es fa servir un model de massa consistent per obtenir un camp de vent definitiu on s'ha imposat divergència zero i impermeabilitat del terreny. El camp de vent s'ha de modificar per tenir en compte la injecció dels contaminants a l'atmosfera. Briggs va estudiar la trajectòria de l'elevació de la ploma i va trobar equacions empíriques que utilitzarem en el nostre model. Les equacions de Briggs descriuen la trajectòria de la ploma en un pla vertical; el nostre model modificarà aquesta trajectòria adaptant-la al camp de vent ambiental. Aquesta modificació permet que l'elevació de la ploma rodegi les muntanyes o s'acanali a les valls. El transport i la reacció de contaminants a l'atmosfera es calcula utilitzant un mètode de "splitting", de manera que el transport i la reacció química es calculen de forma independent. Per resoldre el transport de contaminants, hem utilitzat el mètode d'elements finits estabilitzat amb mínims quadrats. La reacció química es simula mitjançant models simplificats com el model RIVAD, o més complexes com el CB05. Per obtenir resultats més precisos hem adaptat la malla a la solució utilitzant un indicador d'error. Haver d'adaptar la malla a la distribució de la concentració de totes les espècies contaminants és molt exigent i per aquest motiu hem utilitzat un mètode "multimesh" on cada espècie química té la seva pròpia malla on resolem el transport i les reaccions químiques es simulen en una malla comú. El sistema desenvolupat en aquesta tesi té capacitats de diagnòstic i pronòstic. Per aquesta raó es presenten dues aplicacions diferents. La primera és una aplicació de diagnòstic a l'illa de la Palma (Espanya), on es disposa de mesures de vent, i de les emissions de SO2 i NO2 d'una xemeneia. La topografia de l'illa és real, a partir d'un model digital del terreny, però les dades del camp de vent, la ubicació de la xemeneia i el valor de les emissions són simulades. La segona aplicació és una aplicació de predicció fent servir els resultats del benchmark del CMAQ. Es simula una zona a Pineville Kentucky. En aquesta aplicació hem utilitzat totes les dades del CMAQ i el model químic CB05.