Les contribucions d'aquesta tesi uneixen dues disciplines: ciències ambientals (específicament, gestió d'aigües residuals) i informàtica (específicament, intel·ligència artificial). El tractament d'aigües residuals com a disciplina opera fent servir un rang de diferents enfocaments i mètodes que inclouen: control manual, control automàtic on-line, modelat numèric o no-numèric, models estadístics i simulacions. La tesi caracteritza la recerca interdisciplinària de tècniques d'intel·ligència artificial (raonament basat en regles, raonament basat en casos, ontologies i planificació) a sistemes de suport a la decisió a l'entorn ambiental. El disseny de l'arquitectura d'aquesta aplicació, el sistema OntoWEDSS, augmenta els sistemes clàsics de raonament existents (raonament basat en regles i basat en casos) amb una ontologia de domini per a la gestió de plantes de tractament d'aigües residuals. La integració de l'ontologia WaWO recentment creada proporciona a OntoWEDSS una major flexibilitat en la capacitat de gestió. La construcció del sistema de suport a la decisió OntoWEDSS es basa en l'estudi d'un cas específic, però el sistema també és d'interès general ja que l'arquitectura basada en l'ontologia pot aplicar-se a qualsevol estació depuradora i, a un nivell apropiat d'abstracció, a altres dominis ambientals. El sistema OntoWEDSS millora la diagnosi de l'estat de l'estació depuradora, proporciona suport a la solució de complexes problemes relacionats amb aigües residuals, i facilita el modelatge del coneixement i la seva reutilització mitjançant l'ontologia WaWO. En particular, a la investigació s'han aconseguit els següents objectius: (1) la millora del modelatge de la informació sobre processos de tractament d'aigües residuals i la clarificació de part de la confusió existent en la terminologia del domini, (2) la incorporació de coneixement microbiològic (referent al procés del tractament i modelat mitjançant una ontologia) dins del procés de raonament, (3) la creació d'un sistema de suport a la decisió amb tres nivells (percepció, diagnosi i suport a la decisió) que combina coneixement mitjançant una nova integració entre KBSs i ontologies, proporcionant millors resultats, (4) la eliminació d'obstacles existents en el raonament, obtinguda utilitzant el nou coneixement microbiològic codificat a l'estructura jeràrquica i a les relacions de l'ontologia, (5) la representació de relacions causa-efecte, degut a la implementació d'un conjunt de relacions que permeten a l'ontologia deduir automàticament la resposta a qüestions sobre el domini d'aigües residuals. OntoWEDSS està implementada en el llenguatge de programació LISP, fent servir el software Allegro Common LISP. S'ha dut a terme una avaluació focalitzada del sistema, basada en la valoració de la capacitat de resposta a situacions problemàtiques específiques, obtenint-se bons resultats. / Las contribuciones de esta tesis unen dos disciplinas: ciencias ambientales (específicamente, gestión de aguas residuales) e informática (específicamente, inteligencia artificial). El tratamiento de aguas residuales como disciplina opera utilizando un rango de diferentes enfoques y métodos que incluye: control automático on-line, modelado numérico o no-numérico, razonamiento basado en reglas, razonamiento basado en casos, soporte a la decisión y planificación. La tesis caracteriza una aplicación interdisciplinaria de técnicas de inteligencia artificial a sistemas de soporte a la decisión en el dominio ambiental. El diseño de la arquitectura de esta aplicación, el sistema OntoWEDSS, aumenta los sistemas híbridos de razonamiento ya existentes (razonamiento basado en reglas y basado en casos) con una ontología de dominio para la gestión de plantas de tratamiento de aguas residuales. La integración de la ontología WaWO, de nueva creación, proporciona a OntoWEDSS una mayor flexibilidad en la capacidad de gestión. La construcción del sistema de soporte a la decisión OntoWEDSS se basa en el estudio de un caso específico, pero el sistema resulta también es de interés general puesto que la arquitectura basada en ontologías puede aplicarse a cualquier planta de tratamiento de aguas residuales y, a un nivel apropiado de abstracción, a otros dominios ambientales. El sistema OntoWEDSS mejora la diagnosis del estado de la planta de tratamiento, proporciona soporte a la resolución de complejos problemas relacionados con aguas residuales, y facilita el modelado del conocimiento y su reutilización mediante la ontología WaWO. En particular, la investigación ha alcanzado los siguientes objetivos: (1) la mejora del modelado de la información sobre procesos de tratamiento de aguas residuales y la clarificación de parte de la confusión existente en la terminología relacionada, (2) la incorporación de conocimiento microbiológico (referente al proceso del tratamiento y modelado mediante una ontología) dentro del proceso de razonamiento, (3) la creación de un sistema de soporte a la decisión con tres estratos (percepción, diagnosis y soporte a la decisión) que combina conocimiento mediante una novedosa integración entre KBSs y ontologías, proporcionando mejores resultados, (4) la eliminación de obstáculos existentes en el razonamiento, hallada utilizando el nuevo conocimiento microbiológico codificado en la estructura jerárquica y las relaciones de la ontología, (5) la representación de relaciones causa-efecto, debido a la implementación de un conjunto de relaciones que permiten a la ontología deducir automáticamente la respuesta a cuestiones sobre el dominio de aguas residuales. OntoWEDSS está implementada en el lenguaje de programación LISP, usando el software Allegro Common LISP. Se ha llevado a cabo una evaluación enfocada del sistema, basada en la valoración de la capacidad de respuesta a situaciones problemáticas específicas, obteniéndose buenos resultados. / The contributions of this thesis bridge two disciplines: environmental science (specifically, wastewater management) and computer science (specifically, artificial intelligence). Wastewater management as a discipline operates using a range of different approaches and methods which include: manual control, on-line automatic control, numerical or non-numerical models, statistical models and simulation models. The thesis characterizes an interdisciplinary research on artificial intelligence techniques (rule-based reasoning, case-based reasoning, ontologies and planning) applied to environmental decision-support systems. The integrated architecture's design of this application, the OntoWEDSS system, augments classic reasoning systems (rule-based reasoning and case-based reasoning) with a domain ontology about the management of wastewater treatment plants. The integration of the newly created WaWO ontology provides a more flexible management capability to OntoWEDSS. The construction of the OntoWEDSS decision support system is based on a specific case study but the system is also of general interest, given that its ontology-underpinned architecture can be applied to any wastewater treatment plant and, at an appropriate level of abstraction, to other environmental domains. The OntoWEDSS system improves the diagnosis of the state of a treatment plant, provides support for wastewater-related complex problem-solving, and facilitates knowledge modeling and reuse by means of the WaWO ontology. The following research targets have been achieved in particular: (1) the improvement of the modeling of the information about wastewater treatment processes and the clarification of a part of the existing terminological confusion in the domain, (2) the incorporation of ontology-modeled microbiological knowledge related to the treatment process into the reasoning process, (3) the creation of a decision support system with three layers (perception, diagnosis and decision support) which combines knowledge through a novel integration between KBSs and ontologies, providing better results, (4) the solution of existing reasoning-impasses, found using the new microbiological knowledge encoded in the hierarchical structure and the relations of the ontology, (5) the representation of cause-effect relations, due to the implementation of a set of relations that enable the ontology to automatically deduce the answer to questions about the wastewater domain. OntoWEDSS is implemented in the LISP programming language, using Allegro Common LISP software. A focused evaluation of the system, founded on the assessment of the capacity of response to specific problematic situations, has been carried out and has given fine results. / Questa tesi contribuisce alla intersezione di due discipline: le scienze ambientali (specificamente, la gestione delle acque di rifiuto) e la informatica (specificamente, la intelligenza artificiale). Nel trattamento delle acque di rifiuto come disciplina si utilizzano diversi metodi, che includono: controllo manuale, controllo automatico on-line, modelli numerici o non-numerici e simulazioni. La tesi caratterizza un'applicazione interdisciplinare di tecniche di intelligenza artificiale a sistemi di aiuto alla decisione in campo ambientale. L'architettura di questa applicazione, il sistema OntoWEDSS, amplia i sistemi di ragionamento ibrido esistenti (ragionamento basato su un sistema di regole, ragionamento basato sull'esperienza, aiuto alla decisione e pianificazione) con un'ontologia di dominio per la gestione di depuratori di acque di rifiuto. L'integrazione dell'ontologia WaWO, di nuova creazione, fornisce a OntoWEDSS una maggiore flessibilità nella sua capacità di gestione. La costruzione del sistema OntoWEDSS si basa sullo studio di un caso specifico, però il sistema risulta anche di interesse generale dato che l'architettura basata su un'ontologia può essere applicata a un qualsiasi depuratore e, considerando un adeguato livello d'astrazione, ad altri domini ambientali. Il sistema OntoWEDSS migliora la diagnosi dello stato del depuratore, fornisce aiuto alla soluzione di problemi complessi relazionati con le acque di rifiuto e facilita la modellizzazione della conoscenza e la sua riutilizzazione mediante l'ontologia WaWO. In particolare, la ricerca realizzata ha raggiunto i seguenti obiettivi: (1) il miglioramento dell'informazione sui processi di depurazione e il chiarimento di parte della confusione esistente nella terminologia relativa, (2) l'incorporazione di conoscenza microbiologica (riguardo al processo di depurazione e mediante la modellizzazione ontologica) nel processo di ragionamento, (3) la creazione di un sistema di aiuto alla decisione con tre livelli (percezione, diagnosi e aiuto alla decisione) che combina la informazione mediante un nuovo tipo d'integrazione tra classici sistemi basati sulla conoscenza e ontologie, proporzionando risultati migliori, (4) l'eliminazione di alcuni ostacoli esistenti nel ragionamento, ottenuta utilizzando la nuova conoscenza microbiologica codificata nella struttura gerarchica e nelle relazioni dell'ontologia, (5) la rappresentazione di relazioni causa-effetto del mondo reale attraverso l'implementazione di un insieme di relazioni ontologiche che permettono di dedurre automaticamente le risposte a domande sul dominio delle acque di rifiuto. OntoWEDSS è implementata nel linguaggio di programmazione LISP, usando il software Allegro Common LISP. È stata realizzata una valutazione del sistema basata sulla stima della capacità di risposta a situazioni problematiche specifiche e si sono ottenuti risultati soddisfacenti.

Climatic change and a swift population and industrial growth have caused a severe decrease in the available freshwater resources. In the management of water scarceness the use of sustainable alternatives that improve the preservation of this vital resource becomes essential. A great example of a sustainable alternative is the use of reclaimed water in agricultural irrigation; since agricultural activities represent the world’s largest consumption of freshwater. The work carried out and compiled in this Thesis can be divided in two main sections; the first of which is focused on the evaluation of the chemical quality of waters used in agricultural irrigation and their impact on irrigated crops. In the second section the uptake of organic micropollutants is evaluated by means of two model plants. The target compounds included in the studies encompassed in this Thesis belong to different chemical classes, namely: pharmaceuticals and personal care products, prioritary pollutants and disinfection byproducts. Previously developed and validated analytical methodologies were employed in the determination of these compounds in water matrices; however in this Thesis a new analytical methodology for the determination of emergent micropollutants in vegetable matrices was developed and optimized. In the first section of this Thesis the chemical quality of irrigation waters of two agricultural regions of Catalonia, Torroella de Montgrí (TM) and Parc Agrari del Baix Llobregat (PABL), was evaluated. In TM an evaluation of river (Ter River) and reclaimed (WWTP-TM) waters was carried out. Even though, the river water displayed a higher frequency of detection or organic micropollutants, the total concentration of these compounds was superior in the WWTP-TM effluent. Alfalfa and apple crops irrigated with these waters showed quantifiable concentrations of 5 organic micropollutants (i.e., ibuprofen, naproxen, methyl dihydrojasmonate, caffeine and tonalide). In PABL, the application of two mathematical models was used to estimate the theoretical plant tissue concentration according to the concentration of the organic micropollutants present in the irrigation water. The models were further validated by comparing the theoretical plant tissue concentration obtained with their application with the experimental tissue concentration of the TM crops. The second part of this Thesis was concerned with evaluating the in vitro root incorporation of 6 organic micropollutants in two model plants (spath and lettuce). The uptake process of the target analytes and their posterior detoxification within the plant was characterized by calculating the kinetic constants of such processes. The physicochemical properties of the studied compounds (i.e., molecular mass and log Kow) were found to be determinant. The in vitro foliar incorporation of 11 target analytes in lettuce heart’s leaves was also undertaken. Relative humidity did not exert an statistically significant repercussion in the sorption of the studied compounds. However, the compound’s solubility, volatility and polarity were found to be statistically significant in such process. / En los últimos años el cambio climático y el vertiginoso crecimiento poblacional e industrial han provocado la reducción de los recursos hídricos disponibles. Es por ello que el uso de alternativas sostenibles que permitan la conservación de este recurso resulta imprescindible. Un ejemplo es la implementación del uso de agua regenerada para riego agrícola. No obstante, la presencia de microcontaminantes orgánicos en estas aguas puede resultar en un riesgo potencial para la salud humana. El trabajo realizado y compilado en la presente Tesis se divide en dos grandes apartados; el primero se centra en la evaluación de la calidad química de las aguas de riego agrícola y su impacto sobre los cultivos irrigados; mientras que en el segundo, se evalúa la incorporación de microcontaminantes en plantas modelo. Los analitos diana considerados en este trabajo pertenecen a diversas clases de compuestos químicos: fármacos y productos de cuidado personal, contaminantes prioritarios y subproductos de desinfección. Para la determinación de estos compuestos en matrices acuosas, se emplearon metodologías desarrolladas en estudios anteriores. Sin embargo, en esta Tesis se desarrolló y optimizó una metodología analítica específica para la determinación de microcontaminantes orgánicos en material vegetal. En la primera parte de la Tesis se evaluó la calidad química de las aguas utilizadas para el riego de dos zonas agrícolas de Cataluña: Torroella de Montgrí (TM) y el Parc Agrari del Baix Llobregat (PABL). En TM se evaluaron aguas de riego de origen fluvial (río Ter) y regeneradas (efluente de la EDAR-TM). Aunque la frecuencia de detección de microcontaminantes orgánicos fue mayor en el agua de río, la concentración total de éstos fue superior en el efluente de la EDAR-TM. Los cultivos de alfalfa y manzana irrigados con estas aguas mostraron concentraciones cuantificables de 5 microcontaminantes orgánicos (ibuprofeno, naproxeno, metil dihidrojasmonato, cafeína y tonalida). En PABL, la aplicación de dos modelos matemáticos permitió el cálculo de la concentración teórica en el tejido del cultivo en base a la concentración de los microcontaminantes presentes en el agua de riego. Los modelos se validaron mediante la comparación de la concentración teórica obtenida de la aplicación de los modelos con la concentración experimental presente en los cultivos de TM. En la segunda parte de la Tesis se evalúo la incorporación radicular in vitro de 6 microcontaminantes orgánicos en dos plantas modelo (espatifilo y lechuga). Se caracterizó el proceso de incorporación de los analitos en el tejido vegetal y su posterior detoxicación mediante el cálculo de las constantes cinéticas de tales procesos; siendo las propiedades fisicoquímicas de los analitos (masa molecular y log Kow) determinantes. Finalmente, se evaluó la incorporación foliar in vitro de 11 microcontaminantes orgánicos en cogollos de lechuga. Aunque la humedad relativa no tuvo una repercusión estadísticamente significativa en la sorción de los analitos diana en la hoja, si la tuvieron la solubilidad, volatilidad y polaridad de éstos. / En el darrers anys la pressió sobre els recursos hídrics s’ha incrementat degut al canvi climàtic i a un creixement poblacional i industrial desmesurat. És per això que l’ús d’alternatives sostenibles que permetin la conservació d’aquest recurs són imprescindibles. Un clar exemple és la implementació de l’ús d’aigua regenerada per al reg agrícola. Malgrat això, la presència de microcontaminants orgànics en aquestes aigües pot resultar en un risc potencial per a la salut humana. L’estudi realitzat i compilat en aquesta Tesi es divideix en dos grans apartats; el primer es centra en l’avaluació de la qualitat química de les aigües de reg agrícola i el seu impacte en els respectius cultius, mentre el segon avalua la incorporació de microcontaminants en plantes model. Els analits diana considerats en aquest treball pertanyen a diverses classes de compostos químics: fàrmacs i productes d’higiene personal, contaminants prioritaris i subproductes de desinfecció. Per a la determinació d’aquests compostos en matrius aquoses es van utilitzar metodologies analítiques anteriorment desenvolupades pel grup de recerca. Malgrat això, en aquesta Tesi es va desenvolupar i validar una metodologia analítica específica per a la determinació de microcontamiannts orgànics en material vegetal. En la primera part de la Tesi s’avaluà la qualitat química de les aigües utilitzades per al reg de dos zones agrícoles de Catalunya: Torroella de Montgrí (TM) i el Parc Agrari del Baix Llobregat (PABL). A TM s’avaluaren aigües de reg d’origen fluvial (riu Ter) i regenerades (efluent EDAR-TM). Tot i que la freqüència de detecció de microcontaminants orgànics va ser major en l’aigua de riu, la concentració total d’aquests va ser superior en l’aigua regenerada. Els cultius d’alfals i poma regats amb aquesta aigua mostraren concentracions quantificables de 5 microcontaminants orgànics (ibuprofèn, naproxèn, metil dihidrojasmonat, cafeïna i tonalida). A PABL, l’aplicació de dos models matemàtics va permetre el càlcul de la concentració teòrica en el teixit del cultiu en base a la concentració dels microcontaminants presents en l’aigua de reg. Els models foren validats mitjançant la comparació de la concentració teòrica obtinguda de l’aplicació dels models amb la concentració experimental present en els cultius de TM. En la segona part de la Tesi es va avaluar la incorporació radicular in vitro de 6 microcontaminants orgànics en dues plantes model (espatifil·li i enciam). Es caracteritzà el procés d’incorporació dels analits en el teixit vegetal i la seva posterior detoxificació mitjançant el càlcul de les respectives constants cinètiques, essent les propietats fisicoquímiques (massa molecular y log Kow) dels analits determinants. Finalment, s’avaluà la incorporació foliar in vitro d’ 11 microcontaminants orgànics en fulles d’enciam. Tot i que la humitat relativa no va tenir una repercussió estadísticament significativa en la sorció dels analits diana en la fulla, sí la tingueren la solubilitat, la volatilitat i la polaritat d’aquests.

Constructed Wetlands (CWs) are a wastewater treatment technology that inherits the purification potential of natural wetlands and optimizes it to comply with regulations for treated discharges. CWs have become an equally performing alternative to conventional wastewater treatment technologies of communities up to 2000PE, with lower energy and maintenance costs. Despite their potential, CWs lack reliability, which holds back their full deployment in the territory. This fact results from the lack of understanding on their internal functioning and because they are prone to clogging. The enormous diversity of CWs typologies and operation strategies, and the fact that they operate at the mercy of the environmental conditions, makes each CW unique on its kind, and experimental studies are usually only representative of the studied system. This fact makes mathematical models essential to study their functioning. Several models for CWs have proliferated in the last dozen years to provide supporting tools for their design and operation as well as more insight into the treatment processes. However, compared to models utilized in similar disciplines, CWs models are still in an embrionary stage. Accordingly, the objectives of the current work were to develop a CWs model able to describe the most common processes taking place within CWs, and to use this model to shed light on the internal functioning of these systems in the long-term. The model, named BIO_PORE, was built in COMSOL Multiphysics and can simulate subsurface flow and pollutants transport in porous media. It also implements the biokinetic model Constructed Wetlands Model number 1 (CWM1) to describe the fate of organic matter, nitrogen and sulphur and the growth of the bacterial groups found in CWs. The model was calibrated with experimental data of a year of operation of a pilot system. Two empirical parameters (Mcap and Mbio_max ) were used to improve the description of bacterial growth obtained with CWM1 and to include the effects of solids accumulation on bacterial communities. The effect of these two parameters was evaluated using local sensitivity analysis. The model was later used to unveil the dynamics of bacterial communities within CWs. In addition, a theory was derived from simulation results, which aimed at describing the most basic functioning patterns of CWs based on the interaction between bacterial communities and accumulated solids. At the end of the document a mathematical formulation is presented to describe bioclogging and a numerical experiment is carried out to showcase its impact on simulation results. The main outcome of the current work was the BIO_PORE model. This model was able to reproduce effluent pollutant concentrations measured during an entire year of operation of the pilot system. Parameters Mcap and Mbio_max proved essential to prevent unlimited bacterial growth predicted by CWM1 near the inlet sections of CWs. These two parameters were also responsible for the good fitting with experimental data. This was confirmed with the sensitivity analysis, which demonstrated that they have a major impact on the model predictions for effluent COD and ammonia and ammonium nitrogen. The theory derived from simulation results indicated that bacteria move towards the outlet with time, following the accumulation of inert solids from inlet to outlet. This result may prove that CWs life-span is limited, corresponding to the time after which bacterial communities are pushed as much towards the outlet that their total biomass is not able to provide effluents with acceptable quality. The inclusion of bioclogging was a requisite to reproduce the bacterial distribution and fluid flow and pollutants transport within CWs. More work on the BIO_PORE model is required and more experimental data is necessary to calibrate and validate its results.

En esta tesis doctoral se ha estudiado la relación de las poblaciones de peces mesopelágicos (Myctophiformes y Stomiiformes) con el medio pelágico, analizando el posible efecto de factores físicos y biológicos en su ecología trófica, y caracterizando su papel ecológico en un sistema oligotrófico. Los mictófidos son elementos claves de las cadenas tróficas al efectuar extensas migraciones diarias verticales, actuando como vectores de flujo de materia orgánica. El presente estudio se desarrolló en las proximidades de Mallorca en otoño (período de mezcla) y verano (estratificación). Se ha investigado el comportamiento trófico y la distribución vertical de peces mesopelágicos, describiendo los cambios ontogénicos en la dieta. Estos aspectos han sido apenas estudiados en juveniles y adultos en el Mediterráneo occidental. El estudio abarca las especies más abundantes y frecuentes de mictófidos y stomiiformes. Las especies objeto de estudio responden a dos morfotipos y dinámicas diferentes: i) el stomiiforme Cyclothone braueri tiene una morfología estilizada y grácil que podría relacionarse con su comportamiento letárgico; ii) las especies de mictófidos realizan migraciones diarias, lo que requiere una musculatura y desarrollo osteol ógico más robustos. Siguiendo el patrón general observado en los océanos, los mictófidos del mediterráneo permanecen en aguas profundas durante el día, y comienzan a ascender al atardecer y a lo largo de la noche, concentrándose en las capas superficiales para alimentarse. El cálculo de la incidencia alimentaria diurna y nocturna determinó que los adultos de mictófidos tienen hábitos principalmente nocturnos, coincidiendo con el momento en que el plancton está más concentrado en la superficie. En cambio, los stomiiformes C. braueri y Argyropelecus hemigymus mostraron hábitos de alimentación intermitente tanto de día como de noche. También se observó alta incidencia alimentaria en los individuos adultos y no migradores de Lampanyctus crocodilus, los cuales capturan sus presas cerca del fondo. La utilización de sondas acústicas para la detección de organismos mesopelágicos por primera vez en el Mar Mediterráneo, permitió observar la formación de densas agregaciones de mictófidos en la superficie y próximos a 400 m de profundidad (capa de reflexión profunda), aunque no toda la población respondió a esta dinámica migratoria. Los estadios de mayor edad de los myctófidos Notoscopelus elongatus y L. crocodilus constituyeron una excepción a este patrón, permaneciendo asociados a las capas profundas. Existe una elevada heterogeneidad en la composición dietética intraspecífica junto a un amplio solapamiento interespecífico. La mayor parte de las especies exhibieron estrategias de alimentaci ón mixtas con un patrón generalista,pero revelando cierto grado de selectividad en función de la morfología y tamaño de la presa. El estudio de la dieta se completó a lo largo del ciclo vital de Lampanyctus pusillus, una especie frecuente en la cuenca mediterránea pero hábitos desconocidos. Los resultados revelaron que se trata de uno de los mictófidos más voraces durante el estadio larvario. Se observó una tendencia ontogénica hacia la selección de presas de mayor valor energético o cuya captura supone una menor inversión de energía. Este estudio ha mostrado como los peces mesopel ágicos se alimentan de un amplio espectro de taxones del meso y macrozooplancton. Los copépodos calanoides constituyeron su base dietética en términos de abundancia numérica. Sin embargo, los eufausiáceos y pequeños peces fueron importantes en términos de biomasa. Desde el punto de vista ontogénico, mictófidos y stomiiformes adultos aumentaron el contenido medio en carbono, y el tamaño de las presas, respecto a los juveniles, a pesar de que no se observaron tendencias en la amplitud de sus nichos tróficos con la edad / Mesopelagic fish populations from the orders Myctophiformes and Stomiiformes were investigated to determine the potential effects of physical and biological factors on their trophic ecology, and characterize the ecological role that have in an oligotrophic system such as the western Mediterranean. Myctophids are key components of the trophic webs since they perform extensive diel migrations throughout the water column, acting as vectors of matter fluxes. This study was developed in a region off the Balearic Islands during the late autumn (water mixing period) and summer (stratification of the water column). Trophic behaviour, vertical distribution, and ontogenetic dietary shifts of mesopelagic fishes were analysed. These aspects have been hardly reported in juveniles and adults from this region. The present study comprises the most abundant and frequent species of myctophids and stomiiforms. The target species were assigned to contrasting morphotypes and behaviours: i.e., the stomiiform Cyclothone braueri has a slender body shape, which could be related to a lethargic behaviour, whilst migratory myctophids are characterised by a robust musculature and osteological development. Accordingly with the general pattern observed in the oceans, Mediterranean myctophids stay at deep waters during the day and start their diel ascension at dusk, aggregating in the near-surface for foraging. The calculation of day and night feeding incidences revealed that most adult myctophids were nocturnal feeders, coinciding with the day period in which zooplankton concentrates in the surface. The stomiiforms C. braueri and Argyropelecus hemigymus showed intermittent feeding at both day and night-time. High feeding incidence at daytime was also observed for the oldest and non-migratory individuals of Lampanyctus crocodilus that captured prey organisms close to the bottom, acquiring benthopelagic habits. The implementation of acoustic techniques to detect mesopelagic organisms by first time in the Mediterranean Sea, allowed observation of dense aggregations of myctophids and other organisms near the surface and at ca. 400 m depth (Deep Scattering Layer). However, not all the specimens of the myctophid populations responded to this migratory behavior. The oldest stages of Notoscopelus elongatus and L. crocodilus were an exception to this pattern. The dietary patterns and ontogenetic shifts throughout the whole life of the myctophid Lampanyctus pusillus were reported, as it is a frequent but barely studied species in the western Mediterranean. Larvae were very voracious in comparison with other similar pelagic larvae from the Mediterranean. For this species, it was observed an ontogenetic shift towards the selection of larger or more nutritive prey or certain organisms that could be easily captured as a result of an improvement of the swimming skills and catchability. However, trophic niche breadth did not showed a significant trend with growth. This study showed that mesopelagic fishes feed on a wide range of meso and macrozooplankton taxa. Calanoid copepods were the major diet components terms of number. However, euphausiids and small fishes were important prey in terms of biomass and carbon content. High interspecific diet overlapping was detected, concurrently with notable heterogeneity in diet composition at intraspecific level. Most species exhibited mixed feeding strategies with rather generalist patterns, but some degree of prey selectivity depending on the prey size and morphology. The data on the feeding patterns and diet composition of the fish species studied in this thesis were highly valuable, since they could be required for modeling some aspects of the biological communities in the western Mediterranean. Moreover, the results of fish diets and vertical distributions are of importance in the study of the downward transport of organic matter throughout the water column that is widely unknown at global scale.

The ecological -and yet social- imperative of the reduction of environmental impact represents a challenge for todays society and for the industrial lifestyle. This challenge can only be faced through the activation of deep changes in all the productive sectors. Regarding the construction sector, two phenomena must be observed: the demand of conditions that allow social reproduction, and the progressive reduction of the available resources'flow and the polluting wastes emission. Since any action addressing an increase in the efficiency of a process must start reconsidering its own purpose, the utility that it provides, these causes make necessary a redefinition of the usefulness of this sector -i.e., the inhabitability. The concept of inhabitability that gives off from current housing regulations represents a barrier, which hinders the attachment of the demand of sustainability to the building sector. In this context the goal of this thesis appears: Contributing to the redefinition of inhabitability through the prospection and analysis of the diverse models currently recognized in Catalonia, at social and legislative level. Firstly, the detection, analysis and assessment -quantitatively and qualitatively -of all the inhabitability options available to the society opens the door to an essential reconsideration of the inhabitability subject. Through this task it is made clear that inhabitability is not a property identifiable only with housing, but that this notion must be expanded to a wide range of alternative models: military residences; touristic residences; youth residences; religious residences; shelters; student residences; homeless residences; hospital services; penitentiaries; and local services. These models present important differences compared to housing, and they necessarily must be included in the inhabitability frame. Secondly, three sectors will be studied to allow going in depth into the conceptual basis on top of which these models are put together. These three sectors are the wealthiest -from the point of view of the regulation of their inhabitability conditions -and the most prominent in Catalonia: the touristic residences, the social services and the penitentiary services. The result of this task provides some alternatives to the focus of inhabitability: The touristic residences are organized around a model based on gradualism, an inhabitability that presents different degrees or levels. The social services are an example of the adaptation will of the responses to the current diversity of social profiles. The penitentiary services are established as the way to transpose the fundamental rights to habitat, becoming a reference of functional completeness. Finally, the comparison of these three sectors with housing contributes to a double exploration of the redefinition possibilities of inhabitability. On one hand, the current consideration of inhabitability, as a quality arisen from the properties of certain spaces, is questioned through an approximation based on the functions that it must provide to the different social profiles, which exist in the society and in the wide range of satisfiers available nowadays. On the other hand, the legislative mechanisms to define inhabitability, developed in these three sectors, are valued as possible alternative options to the current procedure.

Based on the experience gained during more than 10 years working on energy efficiency in public buildings of various uses, this thesis develops a methodology for intervention in school buildings. The aims were to define the key indicators for identifying opportunities for savings; to assess possible measures for reducing consumption by limiting demand and improving the efficiency of the systems; to analyse and highlight the role played by each of the actors involved in the strategies of use and management of school buildings; and to establish the key criteria for carrying out future energy rehabilitation projects. Chapter 1, Prologue, presents the principles on which the thesis is based. Chapter 2, Presentation of the research, defines the overall objectives: to establish a methodology for analysing the stock of built schools; to identify the tools for making key decisions on energy; and to propose and validate a methodology for intervention regarding energy. It also defines the specific objectives: to identify and define indicators of energy efficiency; to characterise the stock of built schools and consider opportunities for improvement; to consider energy rehabilitation as a priority; to assess school buildings in terms of energy; to establish the strategic lines of action; to promote the objective of reducing consumption; and to identify and demonstrate opportunities for improvement. Finally, the hypothesis is put forward. Chapter 3, Background, frames the thesis within the map of strategies developed by the various government entities and public authorities; it identifies the organisations and regulatory documents and the EU directives; it studies the energy situation in Catalonia and in Barcelona in particular; it analyses the various plans for improving energy; and, finally, it identifies strategies aimed at public buildings and in particular at schools. Chapter 4, State of the art, presents the references of large-scale European experiences consulted, divided into themes: how the stock of schools is analysed using different strategies and methods, and how these are characterised; which parameters are considered; which factors are inevitable; who manages school buildings and how; and how the lines of intervention are established and evaluated economically and environmentally. Chapter 5, Research methodology, presents the work done prior to the writing of the thesis and presents the methodology of analysis used to evaluate the school buildings under study. It specifies how the sample was identified, how the problems were diagnosed, how the buildings were assessed in terms of energy, the parameters of comfort and the resource management. Finally, it identifies the key indicators used to obtain the research results. Chapter 6, Results, presents the exploratory analysis of general data and of the buildings, which were subjected to a detailed study and a multivariate analysis using the indicators identified in the methodology, and a multiple regression analysis of the results which validated the research arguments. Finally, Chapter 7, Conclusions, first states that the general and specific objectives stated at the beginning of the research project have been fulfilled and argues that the hypothesis is valid. It then presents the final results of the research, which could and should be used by authorities responsible for school building management to design intervention strategies for existing buildings regarding energy and environment. Finally, it suggests future lines of research that should be implemented to solve some of the current sustainability challenges related to construction and the associated energy consumption. / A partir de l'experiència adquirida durant més de 10 anys treballant en eficiència energètica en edificis públics d'usos diversos, es planteja la present tesi, en la qual es desenvolupa una metodologia d'intervenció en edificis docents que permet: definir els indicadors clau per identificar les oportunitats d'estalvi en els edificis; avaluar les possibles mesures de reducció de consums a partir de la limitació de la demanda i de la millora de l'eficiència dels sistemes; analitzar i donar pes al paper de cadascun dels actors que intervenen en les estratègies d'ús i gestió dels edificis escolars, i establir els criteris clau que cal considerar per realitzar les futures intervencions de rehabilitació energètica. En el capítol 1, 'Pròleg', s'hi presenten els principis sobre els qual es fonamenta aquesta tesi. En el capítol 2, 'Presentació de la investigació', se'n defineixen els objectius generals: establir una metodologia d'anàlisi del parc escolar edificat; conèixer les eines per a la presa de decisions en clau energètica, i proposar una metodologia d'intervenció en clau energètica i validar-la. Se'n defineixen també els objectius específics: identificar i definir els indicadors d'eficiència energètica; caracteritzar el parc escolar edificat i albirar les oportunitats de millora; considerar la rehabilitació energètica com a prioritat; avaluar els edificis escolars en clau energètica; establir les línies estratègiques d'actuació; potenciar l'objectiu de la reducció dels consums, i identificar i mostrar les oportunitats de millora. Finalment es planteja la hipòtesi. El capítol 3, 'Antecedents', emmarca la tesi en el mapa d'estratègies desenvolupades per les diferents entitats de govern i ens de l'Administració; s'identifiquen els organismes i els documents normatius i les directives europees; s'estudia la situació energètica a Catalunya i en concret a Barcelona; s'analitzen els diferents plans de millora energètica, i finalment s'identifiquen les estratègies dirigides als edificis públics i, en concret, als centres escolars. Dins el capítol 4, 'Estat de la qüestió', s'hi poden trobar, endreçades temàticament, les referències consultades d'experiències europees a gran escala: com s'analitza el parc escolar a partir de diferents estratègies i mètodes, com es caracteritzen, quins paràmetres es consideren, quins condicionants són inevitables, qui gestiona i com els edificis escolars, com s'estableixen línies d'intervenció i com s'avaluen econòmica i ambientalment. En el capítol 5, 'Metodologia de la recerca', es presenta el recorregut previ a l'elaboració de la tesi i es presenta la metodologia d'anàlisi utilitzada per a l'avaluació dels edificis escolars objecte d'estudi. S'especifica com s'ha identificat la mostra, com s'han diagnosticat els problemes, com s'han avaluat energèticament els edificis, els paràmetres de confort i la gestió dels recursos, i, finalment, s'han identificat els indicadors clau que s'utilitzaran per a l'obtenció dels resultats de la recerca. Per al capítol 6, 'Resultats', s'ha fet ús de l'anàlisi exploratòria de dades generals i dels edificis objecte d'estudi de detall, i s'ha fet una anàlisi multivariable a partir dels indicadors identificats en la metodologia i una anàlisi dels resultats a partir de la regressió múltiple, que ha permès validar l'argumentari de la recerca. Finalment, el capítol 7, 'Conclusions', presenta un primer cos en el qual es verifica el compliment dels objectius generals i específics plantejats a l'inici de la recerca i s'argumenta la validesa de la hipòtesi. En un segon apartat es conclouen els resultats de la recerca, que podrien i haurien de servir, a les administracions gestores del parc escolar edificat, en el disseny d'estratègies d'intervenció en edificació existent, en clau energètica i ambiental. També s'albiren les futures línies de recerca que s'haurien d'implementar per resoldre alguns dels actuals reptes quant a sostenibilitat,

En esta tesis se establece un sistema de clasificación de los estuarios del Nordeste Atlántico europeo a través de una metodología jerárquica que permite identificar tipologías ecológicas a una escala regional y local y, a un mayor nivel de detalle, biotopos dentro de un mismo estuario. Dicha metodología se basa en un conjunto de descriptores abióticos que determinan la distribución de las comunidades biológicas del estuario en función de la escala espacial de trabajo. A escala regional se utilizan variables latitudinales y geográficas mientras que a escala local se emplean indicadores de detalle de la morfología e hidrología del estuario. La aproximación para clasificar los biotopos a varios niveles de detalle consiste en un procedimiento de integración jerárquica de diferentes variables ambientales. A partir de la caracterización biológica de los biotopos se definen ecotopos específicos del estuario, los cuales constituyen modelos predictivos de la distribución potencial de las especies. / In this thesis, a classification system of the estuaries located in the North-East Atlantic European region is established. A hierarchical approach is proposed to identify ecological typologies at a regional and local scale and, at a higher level of detail, biotopes within an estuary. This methodology is based on a set of abiotic descriptors that determine the distribution of the biological communities in estuaries depending on the spatial scale. Latitudinal and geographic variables are proposed in order to classify estuaries at a regional scale, while indicators of morphology and hydrology of these systems are used at a local scale. The approach to classify biotopes at different levels of detail consists of a hierarchical integration of environmental variables representative of the corresponding spatial scale. The biological characterization of biotopes allows defining ecotopes, which are predictive models of the potential distribution of species within estuaries. / modelos predictivos

This work was carried out to study the environmental impacts produced by power generation from biomass (bagasse) in sugar mills in Cuba. For this purpose, with the collaboration of the Center for Energy and Industrial Processes (CEEPI), the University Center of Sancti Spiritus and using different research methods and techniques, conducted an environmental survey of the area. Gaseous emissions were characterized and the suspended solid particles, allowing knowing that these concentrations do not exceed the maximum emission limit set by the cubana Standard. In addition, the dispersion model applied DISPER allowed us to obtain information in crisis conditions of air emissions from sugar mill and distillery associated and concluded that emissions from the distillery are the pollutants that contribute more the atmosphere. The correlating emissions with respiratory diseases, (acute respiratory infections or subacute (IRA) and ASMA), concurrent Asthma Crisis (CAB) is the most affected. The calculated costs associated in these diseases, amounting to $ 119 599.23 per year. In order to minimize the negative alternatives are proposed to be implemented in industry and community. / El presente trabajo se realizó con el propósito de estudiar los impactos ambientales que produce la generación de energía a partir de biomasa (bagazo) en los centrales azucareros en Cuba. Para ello se contó con la colaboración del Centro de Estudios de Energía y Procesos Industriales (CEEPI), del Centro Universitario de Sancti Spíritus y utilizando distintos métodos y técnicas de investigación, se realizó un estudio ambiental de la zona dentro de esta, la caracterización de las emisiones gaseosas y de las partículas sólidas suspendidas, permitieron conocer que dichas concentraciones no superan los límites máximos de emisión establecidas por la norma cubana. Además se aplicó el modelo de dispersión DISPER el que nos permitió obtener información para condiciones de crisis de las emisiones atmosféricas del central azucarero y de la destilería asociada a este llegándose a la conclusión de que las emisiones de la destilería son las que aportan más contaminantes a la atmósfera. Al correlacionar las emisiones con las enfermedades respiratorias, Infecciones Respiratorias Agudas o Subagudas (IRA) y ASMA, se muestra una relación entre estas, destacándose una significación más marcada en el caso en las Crisis de Asma Bronquial (CAB). Los costos asociados a estas enfermedades, ascienden a $119 599.23 por año. Con el objetivo de minimizar los impactos negativos se proponen alternativas a implementar en la industria y la comunidad.

L’optimització en enginyeria de processos és un àrea molt estesa que ha anat evolucionant al llarg del temps i ha passat de ser una metodologia d'interès purament acadèmic a una tecnologia que té, i que contínua tenint, gran impacte en la indústria. En aquesta tesi ens hem centrat en el desenvolupament mètodes basats en dues eines típiques d'optimització: programació matemàtica i metaheurístiques. Els objectius d'aquesta tesi són: el primer és desenvolupar una metaheuristica híbrida per a l'optimització del disseny de cadenes de subministrament, d'un sol objectiu (cost o benefici), on tots els paràmetres són coneguts a priori; el segon és desenvolupar un algorisme efectiu per a reducció d'objectius facilitant la resolució de problemes multi-objectiu; i finalment s'han implementat una sèrie de millores en el mètode de la restricció èpsilon per millorar l'eficiència en la resolució de problemes multi-objectiu. Tots els algorismes presentats han estat comparats i avaluats amb els mètodes establerts per la literatura. / La optimización en ingeniería de procesos es un área muy extensa que ha ido evolucionando a lo largo del tiempo y ha pasado de ser una metodología de interés puramente académico a una tecnología que tiene, y que continua teniendo, gran impacto en la industria. En esta tesis nos hemos centrado en el desarrollo de métodos basados en dos herramientas típicas de optimización: programación matemática y metaheurísticas. Los objetivos de esta tesis son: el primero es desarrollar una metaheuristica híbrida para la optimización del diseño de cadenas de suministro, de un solo objetivo (coste o beneficio), donde todos los parámetros son conocidos a priori; el segundo es desarrollar un algoritmo efectivo para la reducción de objetivos facilitando la resolución de problemas multi-objetivo; y finalmente se han implementado una serie de mejoras en el método de la restricción epsilon para mejorar la eficiencia en la resolución de problemas multi-objetivo. Todos los algoritmos presentados han sido comparados y evaluados con los métodos establecidos por la literatura. / Optimization has become a major area in process systems engineering. It has evolved from a methodology of academic interest into a technology that has and continues to make significant impact in industry. In this thesis we have focused on development of tools based on two standard optimization methods: mathematical programming and metaheuristics. The objectives of this thesis are: firstly, the development of a hybrid metaheuristic for optimizing the design of supply chains, single objective (cost or benefit), where all parameters are known previously; secondly, the development of an effective algorithm for objective reduction facilitating the resolution of multi-objective problems; and finally, we improved the epsilon-constraint algorithm in multi-objective optimization. All the algorithms presented have been assessed with the methods established in the literature.

Los países de la Unión Europea se encuentran en un proceso común de planificación hidrológica desde la aprobación de la Directiva 2000/CE/60, conocida como Directiva Marco del Agua, en la que se le reconocen formalmente todas las funciones que desempeña el agua, que pasa a ser un patrimonio que hay que proteger. El principal objetivo de la nueva planificación hidrológica es lograr el uso sostenible del agua, que debe ser alcanzado a través de una gestión integrada de las demarcaciones hidrográficas, la cual permita conseguir el buen estado ecológico de las aguas superficiales, subterráneas, de transición y costeras. Para ello, la planificación debe basarse, entre otras cuestiones, en un análisis económico de los usos del agua. En este sentido, el regulador español, a través de la Orden ARM/2656/2008 por la que se aprueba la instrucción de planificación hidrológica, establece que se debe realizar un análisis de la huella hídrica de los distintos sectores socioeconómicos. La huella hídrica es un indicador que estandariza la producción económica en una unidad común: el volumen de agua dulce consumido. Diferencia por colores el tipo de uso que se hace de la misma: el agua verde es la precipitación que se almacena en el suelo en forma de humedad y su consumo genera huella hídrica verde; el agua azul son los recursos hídricos y su extracción del medio genera huella hídrica azul; y la acción de contaminar los recursos hídricos genera huella hídrica gris. Así, este indicador muestra los volúmenes de agua consumidos y su origen, considera los usos del suelo y da una orientación preliminar sobre los volúmenes necesarios para reducir la contaminación causada por la actividad económica. Por tanto, indica de forma global la apropiación de los recursos hídricos y permite realizar un análisis de sostenibilidad de la huella hídrica generada dentro de una demarcación hidrográfica. El objetivo de este trabajo es proponer una metodología que proporcione la huella hídrica total de una demarcación hidrográfica, con el fin de subsanar las limitaciones que tienen las pocas aplicaciones prácticas existentes, que contienen sólo cálculos parciales: no evalúan todas las actividades económicas, realizan el cálculo de forma puntual, no consideran la regulación de los embalses, no tienen en cuenta los déficits de suministro, evalúan de forma parcial la componente gris y no realizan un análisis completo de la sostenibilidad ambiental. Para ello, la nueva metodología que se propone en esta tesis doctoral utiliza como inputs los resultados de la simulación del ciclo hidrológico antropizado de la demarcación hidrográfica, la cual se lleva a cabo combinado un modelo hidrológico y un sistema soporte a la decisión. La aplicación conjunta de estas dos herramientas habituales en la planificación hidrológica proporciona los consumos de agua de las actividades económicas en función de la disponibilidad del recurso, calcula la huella hídrica bajo una serie de años hidrológicos con condiciones climáticas diferentes, introduce la regulación de los embalses, estima la huella hídrica gris generada por los retornos de las demandas y permite, además, aproximar la sostenibilidad ambiental del uso del agua. La aplicación práctica de la propuesta metodológica en la Demarcación Hidrográfica del Segura ha proporcionado la huella hídrica total que las actividades económicas generan en dicha demarcación, identificando y cuantificando con este único indicador los problemas más importantes relacionados con la gestión de los recursos hídricos. Los resultados de este indicador no han hecho sino corroborar los presentados por el organismo de cuenca en varios documentos técnicos relacionados con la planificación hidrológica, hecho que prueba la utilidad de la huella hídrica total como indicador para evaluar la gestión integral de los recursos hídricos de una demarcación. / The countries in the European Union share a common water management process since the adoption of Directive 2000/CE/60, known as the Water Framework Directive, which recognizes formally all the functions of the water, and it is became a heritage that has to be protected. The main objective of the new water management is to achieve sustainable use of water, which allows achieving good ecological status of surface, groundwater, transitional and coastal water. This goal has to be reached through an integrated River Basin management. For that purpose, the water management has to be based, inter alia, on an economic analysis of water uses. In this sense, the Spanish water management instruction (Orden ARM/2656/2008) states that it must perform an analysis of the water footprint of different socio-economic sectors. The water footprint is an indicator that standardises the economic productions in a common unit: the volume of fresh water used. The water use is distinguish by colour: the green water is the precipitation storage in the soil in form of moisture, and when it is consumed, the green water footprint is generated; the blue water is the water resources and, when it is extracted, the blue water footprint is generated; and pollute the water resources generates grey water footprint. Thus, this indicator shows the volume and the origin of water consumed, considers the soil uses and provides a preliminary assessment of the fresh water necessary to dilute the pollution caused by economic activity. Therefore, it indicates the global appropriation of water resources and the sustainability analysis of water management is also possible. The objective of this work is to propose a methodology that provides the total water footprint of a River Basin District since the very few existing applications have some limitations: do not evaluate all economic activities, perform isolated calculations, do not consider the storage of the reservoirs, do not take into account the supply deficits, evaluated partially grey water footprint, and do not perform a complete environmental sustainability analysis. To do this, the new accounting methodology uses as inputs the results of the anthropic water cycle of a River Basin, which is conducted using a hydrological model and a decision support system. The combined application of these two common tools in water management provides water consumption of economic activities taking into account the water resources availability, calculates the water footprint under a range of hydrological years with different climatic conditions, introduces the storage of the reservoirs in the River Basin, estimates the grey water footprint generated by the returns of the supplies, and also approximates the environmental sustainability analysis. The results of the proposed methodology applied in the Segura River Basin has provided total water footprint that is generated by economic activities in this area. This only indicator have identified and quantified the most important problems related to water resources management. In addition, the results corroborate the problems detected by the basin organization that they are present in various technical documents, a fact which proves the usefulness of the total water footprint as an indicator to evaluate the integral water resources management in a River Basin District.