Tesi per compendi de publicacions / Esta tesis se presenta como un conjunto de artículos (ya publicados en revistas internacionales, con la excepción del Artículo 6) precedidos por una serie de capítulos introductorios. 1. Introducción. Describe los puertos en relación al análisis del riesgo, al manejo de materias peligrosas (MMPP) y a leyes y convenciones internacionales relevantes. 2. Análisis bibliográfico. Lista trabajos sobre materias peligrosas, vertidos de hidrocarburos y análisis del riesgo de accidentes portuarios, tocando varias técnicas de evaluación del riesgo. 3. Objetivos y metodología. Esta capítulo define los objetivos de la investigación, es decir analizar los sistemas portuarios desde el punto de vista de la evaluación del riesgo de manipulación de MMPP y diseñar herramientas para evaluar dicho riesgo. Además se detallan la metodología empleada y los principales resultados para cada artículo incluido en la tesis. 4. Conclusiones. Artículos Artículo 1 – A Survey of Accidents in Ports (Loss Prevention Bulletin, 183, pp. 23-28, 2005). Presenta los resultados de un análisis histórico de 1033 accidentes, acerca de varios aspectos (tipo y causa de los accidentes, consecuencias sobre la población, etc.). Artículo 2 – Predicting the Frequency of Accidents in Port Areas by Developing Event Trees from Historical Analysis (Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 16, pp. 551–560, 2003). Se utilizó el análisis histórico −sobre una muestra parecida a la del Artículo 1− identificando secuencias accidentales, es decir árboles de eventos generales. Se determinó a continuación la frecuencia de algún típico accidente portuario, demostrando que los árboles propuestos pueden utilizarse en el análisis cuantitativo del riesgo (ACR). Artículo 3 – Using Transportation Accident Databases to Investigate Ignition and Explosion Probabilities of Flammable Spills (Journal of Hazardous Materials, 146(3), pp. 106–123, 2007). Se analiza la literatura especializada sobre probabilidad de ignición y explosión. Se presentan los resultados de la investigación de varias decenas de miles de registros accidentales procedentes de dos bases de datos de vertidos/accidentes de organismos federales estadounidenses. Se proponen ecuaciones para predecir la probabilidad de ignición y explosión a partir de la cantidad y de la sustancia vertida. Artículo 4 – A Quantitative Risk Analysis Approach to Port Hydrocarbon Logistics (J. Haz. Mat., 128(1), pp. 10-24). Se presenta un método para llevar a cabo ACRs de terminales de hidrocarburos, que tiene en cuenta vertidos menores y graves. Se propone una técnica simplificada para el cálculo de la frecuencia de los accidentes y se da un ejemplo de aplicación, basado en un estudio llevado a cabo en el Puerto de Barcelona. Artículo 5 – Consequences of Major Accidents: Assessing the Number of Injured People (J. Haz. Mat., 133(1-3), pp. 46-52). El ACR requiere que se estime el número de muertos de los accidentes. El número de heridos, si bien importante, se evalúa raras veces, ya que supone un esfuerzo importante. En este artículo se utilizó un conjunto de registros accidentales para definir una relación entre el número de muertos y de heridos. Se utilizaron el análisis de los componentes principales y el cluster analysis, obteniendo el número verosímil de heridos en función del número de muertos. Artículo 6 – Economic Valuation of Damages Originated by Major Accidents in Port Areas (J. Loss Prev. Proc. Ind., en impresión). Se presenta un procedimiento para estimar el coste de los daños sufridos por la población, las instalaciones y el medio ambiente como consecuencia de accidentes en puertos. Se proponen niveles de compensación económica para daños a personas. Se consideran asimismo los daños al medio ambiente (atmósfera, agua, fauna). Se plantean costes de instalaciones y edificios afectados. Finalmente, se analizan las pérdidas debidas a la parada de actividades y a los costes indirectos. / This thesis is structured as a series of papers, all but one already published in international journals, preceded by a series of introductive sections. 1. Introduction. Port areas are described as related to risk assessment, handling of hazardous materials, accidents, relevant regulations and international conventions, and security. 2. Bibliographic survey. References are collected above all on port-HazMat topics, i.e. oil spills and risk assessment of port accidents, touching various risk assessment techniques. 3. Objectives, methodology and main results. This chapter defines the objectives of the research, i.e. to analyse port systems from the point of view of risk assessment of HazMat handling and to design proper risk assessment tools. Moreover, it lists the methodology followed and the major results obtained for each of the papers included in the thesis. 4. Conclusions. Papers Paper 1 – A Survey of Accidents in Ports (Loss Prevention Bulletin, 183, pp. 23-28, 2005). A historical analysis of 1,000+ port accidents was carried out allowing for various aspects (type and cause of accidents, consequences on people, etc.). The relative importance of diverse types of accidents was studied. Paper 2 – Predicting the Frequency of Accidents in Port Areas by Developing Event Trees from Historical Analysis (Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 16, pp. 551–560, 2003). Historical analysis of a sample of port accidents similar to that of Paper 1 was used to identify accident sequences, i.e. general port accident scenario event trees. The frequency of some typical port accidents was then determined, showing that the event trees proposed can be used in QRA. Paper 3 – Using Transportation Accident Databases to Investigate Ignition and Explosion Probabilities of Flammable Spills (Journal of Hazardous Materials, 146(3), pp. 106–123, 2007). Literature analysis of ignition and explosion probability data is performed. The results of a scrutiny of some tens of thousands of records obtained from two vast spill databases are reported. Equations are proposed to predict the ignition and explosion probability as a function of the amount and the substance spilled. Paper 4 – A Quantitative Risk Analysis Approach to Port Hydrocarbon Logistics (J. Haz. Mat., 12 (1), pp. 10-24). A method is presented to perform QRA on hydrocarbon terminals. The approach accounts for minor and massive spills due to loading arm failures and hull ruptures. A shortcut approach for frequency calculation is proposed. An example application is given, based on a pilot study conducted in the Port of Barcelona. Paper 5 – Consequences of Major Accidents: Assessing the Number of Injured People (J. Haz. Mat., 133(1-3), pp. 46-52). QRA usually requires the estimation of the number of fatalities of accidents. The number of people injured, although important, is seldom evaluated, since this entails significant effort. A set of accident records were used to define a relationship between the number of people killed and the number of people injured. Principal component and clustering analyses were applied, thus obtaining expressions estimating the probable number of injured people as a function of the number of fatalities. Paper 6 – Economic Valuation of Damages Originated by Major Accidents in Port Areas (J. Loss Prev. Proc. Ind., in press). A procedure is presented to estimate the cost of damages suffered by people, equipment and the environment in consequence of port accidents. Economic compensation is proposed for damage to people, including fatal victims, injured victims and evacuees. Environmental harm is also considered, allowing for damage to the atmosphere, soil, water and fauna. Subsequently, estimates of the cost of the equipment and buildings affected are proposed. Finally, an assessment of the loss of profits due to activity breakdown and indirect costs is analysed.

Diversas líneas de evidencia asignan al factor de crecimiento neuronal (NGF), expresado en el espacio endoneural por células de Schwann activadas tras una lesión nerviosa, un papel en el mecanismo del dolor neuropático periférico. Se ha sugerido, pues, que el NGF podría promover sprouting en la zona de la lesión y generar cambios plásticos en la primera neurona sensorial y sus proyecciones centrales, colaborando de este modo al inicio del dolor neuropático. El objetivo general de esta investigación fue evaluar estos posibles mecanismos. Para realizar el estudio se utilizó un abordaje metodológico directo: la administración endoneural de NGF o vehículo. Se utilizaron ratas Sprague-Dawley macho de 250 a 300 g, cuyos nervios ciáticos izquierdos fueron inyectados con 10 µl de solución. Se realizaron pruebas conductuales de dolor neuropático estímulo-dependiente (hiperalgesia térmica y alodinia mecánica), de dolor inflamatorio (prueba de la formalina), se realizó un estudio histológico del nervio ciático inyectado y un estudio inmunohistoquímico para los péptidos sensoriales SP y péptido relacionado al gen de la calcitonina (calcitonin gene-related peptide, CGRP) en el ganglio de la raíz dorsal (dorsal root ganglion, DRG) y el asta posterior de la médula espinal. La administración endoneural de NGF (1 a 30 ng) produjo hiperalgesia térmica, pero no alodinia mecánica. Además, el NGF produjo desmielinización, una modesta degeneración de fibras e indujo la formación de brotes axonales. Estos efectos conductuales e histológicos del NGF fueron comparables y vinculables en cuanto a su relación dosis-efecto como en cuanto a su curso temporal, lo que sugiere que ambos efectos pueden estar relacionados. La administración endoneural de 30 ng de NGF produjo un aumento significativo tanto del porcentaje de células medianas a grandes que contienen CGRP en el DRG, como del área ocupada por fibras que contienen CGRP en las láminas III y IV del asta medular posterior, que corresponden a neuronas sensoriales medianas a grandes. Ambos efectos fueron limitados en el tiempo, prolongándose por 5 días. No se observaron cambios en el contenido de SP ni en el DRG ni en la médula espinal. Finalmente, la administración de 30 ng de NGF produjo un aumento en la fase 2 de la prueba de la formalina el día 3 posinyección de NGF, pero no los días 5 ni 10. En conjunto, estos resultados otorgan un importante apoyo a las hipótesis que asignan un papel al NGF endoneural en el inicio del dolor neuropático. Tanto la hiperalgesia como los efectos histológicos del ciático inyectado y los cambios en la expresión de CGRP han sido descritos en modelos animales de dolor neuropático. Estos resultados además ilustran acerca de los efectos del NGF sobre axones no lesionados, lo que debe ser tomado en cuenta antes de pensar en un eventual uso terapéutico del NGF, que ha sido propuesto por otros autores. Finalmente, los resultados de la prueba de la formalina colaboran a la comprensión de la escasamente conocida relación entre el dolor neuropático y el dolor inflamatorio. / Neuroimmune interactions and neuropathic pain: role of nerve growth factorSeveral lines of evidence suggest that nerve growth factor (NGF), expressed in the endoneurial milieu by activated Schwann cells, has an important role on peripheral neuropathic pain mechanism. Specifically, it has been hypothesized that NGF acts on neuropathic pain by inducing axonal sprouting at the injury site and by generating plastic changes at primary sensory neurons and their central processes. The main objective of this investigation was to evaluate these possible mechanisms. For this study a direct methodological approach was used: the endoneurial administration of NGF or vehicle. Male Sprague-Dawley rats of 250 to 300 g were injected on their left sciatic nerves with 10 µl of solution. Behavioral tests were conducted to evaluate thermal hyperalgesia and mechanical allodynia as neuroapthic pain behaviors, and also to evaluate inflammatory pain (formalin test). Additionally, a histological study of the injected sciatic nerve and an immunohistochemical study for sensory neuropeptides SP and calcitonin gene-related peptide (CGRP) in the dorsal root ganglion (DRG) and the dorsal horn were also carried out. Endoneurial administration of NGF (1 to 30 ng) produced thermal hyperalgesia, but not mechanical allodynia. Moreover, NGF produced demielinization, sporadic fiber degeneration, and induced axonal sprouting. The behavioural and histological effects of NGF were both dose-dependent, and the timecourses of both effects were similar. NGF administration increased the percentage of medium- to large- sized CGRP-positive neuron profiles, and increased CGRP content in laminae III and IV of the dorsal horn, the area occupied by medium to large neuron processes. Both effects were time-limited, lasting for 5 days. NGF did not induce changes on SP content nor in the DRG neither in the dorsal horn. Finally, 30 ng of NGF produced an increase in the phase 2 of formalin test on day 3, but not on subsequent days. Taken together, these results give an important support to the hypotheses that propose that endoneurial NGF has an important role in the onset of neuropathic pain. Thermal hyperalgesia, histological effects on the sciatic nerve and CGRP-expression changes have been also described using animal models of neuropathic pain. Otherwise, these results illustrate about the effects of NGF on uninjured axons. This has to be considered before applying neurotrophic factors therapeutically, as it has been suggested by other authors. Finally, the formalin test results collaborate to the understanding of the largely unknown relation between neuropathic pain and inflammatory pain.

Comparación técnica de la operatividad entre los servicios de control de tráfico aéreo y marítimo, a fin de identificar las ventajas y disfunciones de cada uno y de ambos conjuntamente. Analizar las interacciones que se crean entre, por una parte los sistemas y organizaciones, y por otra, el factor humano representado por el colectivo de los controladores. Se obtienen conclusiones, que con su aplicación, se obtendría un beneficio en la seguridad de los tráficos que cada una de las actividades tiene encomendadas. El convencimiento de que los controles aéreo y marítimo, aún partiendo de niveles de operación y aplicación distintos, poseen numerosos campos de similitud y concordancia, bien sea en equipos o en la organización de los sistemas técnicos y humanos, constituyen la base fundamental para profundizar en el tema y obtener conclusiones que puedan beneficiar a ambas actividades, si bien el mayor beneficiado es el marítimo, dado que el aéreo lleva mayor tiempo implementado y está completamente aceptado.

We refer to Barcelona as a maritime city, but we ignore almost everything about the cultural foundations of this view. Ignorance is much greater as we approach the last two centuries. The main objective of this thesis is to review some of the events of recent maritime history to provide food for thought. In my opinion there is nothing worse than a culture based on false myths. Misconceptions that are often provoked by ignorance. Contemporary maritime history of Barcelona is a wasteland. The only exception is the study of economic history undertaken by Pierre Vilar. Should also clarify that the term "maritime history" encompasses many aspects, no systematic to date, which could be grouped into three areas: scientific, technical and human. Few studies have attempted to establish connections between them. Talk in global terms about "maritime" was one of the objectives of my thesis. But I will not hide that, whenever I could, I tried to prioritize the human aspect. The method I tried to follow consisted in establish a central element and supporting other aspects about it that I thought were important and affordable. The core of the thesis is a biography of José Ricart (paragraph 4), a key figure in recent maritime history. Other aspects are: science illustration (section 1), a review of various aspects of maritime life in Barcelona (paragraph 2), a reflection on the implementation of industrial technology in ships (paragraph 3) and a detailed analisys of the events that took place during the thirties of last century (Section 5). A significant element of this work is the story of the Nautical School which doesn¿t hace an specific section, but takes part in all of them. Conclusions refer to four aspects. First, we discuss the "maritime dimension" of Barcelona. The capital of the region more like a ¿riverside¿ city. I have also worked to highlight the hard work at sea and to highlight the many myth-making that have been made. In this regard, much work remains to be done. The Nautical School of Barcelona is presented as the midship section of the local and national maritime culture. Finally, it discusses the historical importance of José Ricart and denounce attempts to fall again in the myth. The chronicle of Franco's repression on merchant marine¿s republicans from Barcelona seems fair to me, because of the silence that has prevailed on this issue so far. This, and the fate of those who chose to join the Republican Naval Reserve, are lines of work I would like to continue in the future. In general, it should be noted that the idea raises many questions and points out the need to open new lines of research. Refering to the sources, I believe that, except in the first paragraph which have more secondary sources, the thesis is based on primary sources. In the case of Jose Ricart, monitoring of their work has been very time consuming because of the predominance of articles and short essays, as well as the diversity of platforms on which them were published. I have separated his referentes to the rest in the bibliography.

La eutrofización de las lagunas litorales constituye uno de los problemas ambientales que ha despertado mayor interés en la comunidad científica durante los últimos años. Los modelos de eutrofización disponibles en el estado actual del conocimiento han sido desarrollados para ser aplicados a masas de agua de diferente naturaleza pero, en el caso de las lagunas litorales, éstos presentan carencias en cuanto a la simplificación de algunos procesos especialmente importantes en este tipo de medios como la limitación del silicio o del hierro al crecimiento del fitoplancton por ejemplo. En esta tesis, se ha desarrollo un nuevo modelo (EnvHydrEM) capaz de reflejar todos aquellos procesos considerados en los modelos existentes, además de una serie de reacciones propias de este tipo de medios. Dicho modelo ha sido validado en dos lagunas litorales de diferente naturaleza: La marisma de Victoria en Cantabria y la Albufera de Valencia, habiéndose mostrado su capacidad para reproducir las tendencias de la concentración de clorofila-a y otras sustancias en ambos medios acuáticos. / Eutrophication in coastal lagoons is one of the environmental problems that have attracted more interest in the scientific community in recent years. Eutrophication models that exist in the current state of the art have been developed to be applied to various types of water bodies, but in the case of coastal lagoons, they exhibit deficiencies due to the simplification of some important processes such as silica o iron limitation of phytoplankton growth. In this thesis, the development of a new model (EnvHydrEM) has been carried out. This is able to reflect all considered processes in the other existing models and also a series of reactions for this type of water bodies. To validate this model, it has been applied to two coastal lagoons of different nature: Victoria Marsh in the North of Spain and Albufera of Valencia in the Mediterranean Costs, and has shown to be able to reproduce the trends of the chlorophyll-a and other substances concentrations in both media.

El Campo de Cartagena constituye un caso paradigmático en el que se pueden observar importantes modificaciones hidrológicas y ambientales relacionadas con el uso intensivo de aguas subterráneas para regadío en zonas semiáridas del Mediterráneo. En el último siglo, esta zona históricamente desértica se ha convertido en una de las áreas agrícolas más productivas del país. El desarrollo agrícola se ha basado en el uso de las aguas subterráneas, con la perforación de captaciones cada vez más profundas en el acuífero multicapa. El gran número de sondeos ranurados en todos los tramos permeables atravesados, ha permitido la conexión artificial entre los distintos acuíferos. De forma paralela se producía un aumento de la recarga por retorno de riego con la consiguiente subida de los niveles piezométricos en el acuífero superior, lo que ha dado lugar a un caudal permanente en el curso bajo de la red hidrográfica, al que se suman parte del agua de rechazo de desaladoras de agua subterránea, confluyendo todo ello en la laguna del Mar Menor. En este contexto, la comprensión de la compleja evolución del sistema hídrico es un reto científico de primer orden. La investigación realizada se ha centrado en tres aspectos principales. El primero ha supuesto una importante tarea bibliográfica de recopilación de todo tipo de información acerca de la evolución temporal de los acuíferos, que ha podido ser parcialmente reconstituida. Se ha evidenciado la inversión de los gradientes hidráulicos verticales entre los tres primeros tramos acuíferos, con una bajada de los niveles de más de 500 m en el acuífero más profundo. Una revisión del inventario de los sondeos mostró que las asignaciones del acuífero de procedencia de las aguas de cada sondeo en muchos son casos erróneas. Este aspecto ha motivado el desarrollo de una metodología basada en el aprendizaje automático (Random Forest) para identificar el acuífero de origen de muestras de agua subterránea a partir de los análisis disponibles de elementos mayoritarios. El modelo efectuado ha alcanzado una exactitud del 95% y se han clasificado 107 muestras de origen desconocido. El segundo eje de investigación estuvo motivado por la dificultad de actualizar el balance hídrico del sistema acuífero, donde el incierto retorno de riego se suma a la infiltración de la precipitación como fuente de recarga del acuífero superficial. Se emplearon trazadores ambientales (14C, 13C, 2H, 18O, 3H), combinados con perfiles de temperatura de alta resolución en sondeos. Se han evidenciado procesos de mezcla a escala local (interior del sondeo) y regional (dentro de los acuíferos). Se han obtenido tasas de recarga en el denominado periodo de pre-antropización de 17 mm/año en las zonas más elevadas, e inferiores a 10 mm/año en la zona de llanura. Como respuesta al desarrollo de la actividad agrícola en la llanura, la tasa actual de recarga se ha cifrado en 210 mm/año, según los resultados de los trazadores empleados. El tercer eje de investigación ha consistido en la cuantificación de la descarga submarina de agua subterránea (SGD) hacia la laguna del Mar Menor mediante la aplicación de isótopos del radón (222Rn) y radio (223Ra, 224Ra). Estas medidas se han combinado con una modelización hidrodinámica de la laguna para comprender el impacto de las aportaciones de esos trazadores a través de la red de superficie. Han sido localizadas las zonas de influencia de la pluma de radionúclidos de la rambla, las principales zonas de SGD y los rechazos de salmueras. Los balances de masa en dos campañas realizadas en época de verano e invierno han proporcionado flujos de SGD de 7.2 a 15.9 108 m3.año-1 (222Rn), 21.9 a 44.7 108 m3.año-1 (224Ra) y 6.9 108 m3.año-1 (223Ra, en invierno), mientras la descarga de agua subterránea dulce originada por el acuífero ha sido evaluada en un 1% de las SGD totales. Finalmente, cabe destacar que los métodos implementados en esta investigación en el caso del Campo de Cartagena pueden ser extrapolados a otros ámbitos mediterráneos donde la explotación del agua subterránea sigue una evolución comparable, continua y aparentemente inexorable. / The Campo de Cartagena area in the Murcia region (SE Spain) is an emblematic case and an extreme illustration of the hydrological and environmental changes caused by the intensive use of groundwater for agriculture in semiarid Mediterranean areas. This area, historically a desert, it now represents one the most productive agricultural areas of the country. In the absence of surface water, the agricultural development was based on the use of groundwater from the underlying multi-layer aquifer system, leading to the overexploitation of the deeper layers, while irrigation return flow and the subsequent increased recharge rates caused the increase of water table levels in the unconfined aquifer. A large number of boreholes are screened in several aquifers and allow an artificial connection between different groundwater masses. The water table increase in the shallow aquifer, together with the release of brines from private groundwater desalination plants, induced a permanent surface flow of water to the main outlet of the system, the Mar Menor lagoon. In this context, understanding the complex evolution of the whole system and how the hydric balance is affected is a hard task. Three main aspects are treated in this dissertation. The first one represented a wide bibliographic task in order to collect nearly all information on the evolution of the aquifers. The evolution along one century of the multi-layer aquifer system could be partly reconstituted, highlighting the inversion of the vertical hydraulic gradient between the upper aquifers and the decrease of water table levels by more than 500 m in the last century for the deepest aquifer level. An inventory revision of tubewells showed that some previous studies misinterpreted the piezometric and geochemical time-series by mistaking aquifer corresponding to each tubewell. A method was therefore developed based on a supervised classification method, the Random Forest (RF) machine learning technique, to identify the layer from where groundwater samples were extracted. The classification reached accuracy over 95%. 107 groundwater samples of unknown origin and featuring a complete set of variables could be classified. The second research axis was motivated by the difficulty to update the hydric balance of the multi-layer aquifer when irrigation return flow represents an additional source of recharge, added to the limited rainfall infiltration. Environmental tracers (14C, 13C, 2H, 18O, 3H) were combined to high-resolution temperature loggings to investigate the long-term evolution of recharge in the Campo de Cartagena aquifer system once identified in situ the depth of origin of groundwater. Mixing processes were evidenced at local (inside boreholes) and regional scale (inside the aquifers). Both pre-anthropization and post-anthropization samples were identified and mean residence times were calculated. Before the development of agriculture, recharge varied from 17 mm.a-1 in the mountain ranges to 6 mm.a-1 in the plain. In response to the increase of agricultural activity, recharge fluxes to the plain were amplified and nowadays reach up to 210 mm.a-1 The third research axis consisted in quantifying submarine groundwater discharge (SGD) and deciphering the influence of the different water sources on the Mar Menor. A radon (222Rn) and radium (223Ra, 224Ra) survey was combined with the hydrodynamic modeling of the lagoon. The areas of influence of the plume of radionuclides from the river were identified, the main areas of SGD were located and a location for a submarine emissary was proposed. Mass balances in winter and summer seasons provided yearly SGD fluxes of water of 7.2-15.9 108 m3.a-1 (222Rn), 21.9-44.7 108 m3.a-1 (224Ra) and 6.9 108 m3.a-1 (223Ra, measured in winter only) while fresh submarine groundwater discharge from the aquifer was about 1% of total SGD. These results present a wide interest that is not limited to the Murcia region or the Campo de Cartagena aquifer. The methods developed in this thesis might also be used in other Mediterranean sites where groundwater exploitation seems to follow a continuous and inevitable increase.

This thesis aims to develop a predictive control for irrigation canals to improve the management of water resources. Water is necessary for life and it is a scarce good that we need for drinking, in the agriculture, etc. At the same time, it can constitute a serious threat in particular areas due to the difficulty to grow foods by the increasing of prolonged droughts. The agriculture holds an important part of the food chain and the water resources for agriculture are important, the problem is the water transport systems present low efficiencies in practice. The yield agriculture has to be optimized, because the goal of an operational water manager is to deliver the water to the irrigation sites accurately and efficiently. To improve the efficiency of the water transport systems is necessary to invest in automating the operation of irrigation canals. In order to fulfill these objectives, we define an overall control diagrams scheme in chapter 5 which splits the management of the canal control in different blocks. The management of a canal start from setting the demand delivery accurately taking into account the crops necessities during an irrigation cycle and establishing the gate trajectories for controlling the canal in each time step. In an ideal case, the system would be controlled but some factors which could deviated the desired state for the canal from the real canal state, as for instance, a disturbance introduced into the canal. In that circumstances, it would be necessary to introduce in our overall control diagram, other algorithms which could aid the watermaster to restore the desired state of the canal. These algorithms, developed and tested for us, are the CSI and GoRoSoBo algorithms. The first one defines a powerful tool in the management of a canal. The Watermaster establishes the gates positions and fixes the desired water level at checkpoints to fulfill a scheduled demand. In that sense, when someone introduce a disturbance into the canal perturbs the water level at checkpoints, so the scheduled deliveries cannot fulfilled by the watermaster. In such case, the water level measurements at these checkpoints could be sent to the CSI algorithms which calculates the real extracted flow and the current canal state along the canal, that is, the water level and velocity in all cross-sections of the canal. This task is performed by the CSI algorithm which has been designed in this thesis and tested in numerous numerical examples (chapter 7) and experimentally in a laboratory canal of the Technical University of Catalonia (chapter 8). The last one is the essential tool in the management of a canal, that is, a control algorithm operating in real-time. The GoRoSoBo algorithm (Gómez, Rodellar, Soler, Bonet) is a feedback control algorithm which calculates the optimum gates trajectories for a predictive horizon taking into account the current canal state obtained by CSI as well as the scheduled demands and the previous gate trajectories. GoRoSoBo has been designed in this thesis and tested in several numerical examples (chapter 10) as the Test-Case proposed by the ASCE Task Committee on Canal Automation Algorithms (chapter 11). In that sense, we propose a centralized control performance to manage the canal control. In addition to these two main contributions, many other smaller developments, minor results and practical recommendations for irrigation canal automation are presented throughout this thesis. / Aquesta tesi té com a objectiu principal desenvolupar un control predictiu per a canals de reg i d'aquesta manera fer una aportació a la gestió dels recursos hídrics. L'aigua és un bé escàs i necessari per a la vida. És un recurs que fem un ús habitual d'ell, per consum propi, a la industria, com a font d'energia, a la agricultura.... .Un recurs tan preuat en zones amb escassetat per sequeres prologades constitueix un problema important, ja que afecta al desenvolupament de la zona. Concretament al sector de la agricultura pot provocar una davallada dels cultius i la incapacitat de cobrir les necessitats de la zona. L'agricultura és una part important de la cadena alimentària i els recursos hídrics per a l'agricultura són imprescindibles. Un greu problema a la agricultura son els baixos rendiments dels cultius moltes vegades relacionats amb sistemes de transport d'aigua poc eficients. La gestió dels recursos hídrics ha de ser optimitzada per obtenir rendiments competitius, ja que l'objectiu d'un gestor d'aigua és lliurar l'aigua de reg amb precisió i eficiència. Per millorar l'eficiència dels sistemes de transport d'aigua és necessari invertir en l'automatització dels canals de reg. Per complir aquests objectius, es defineix un esquema general de control al capítol 5, que divideix la gestió del control de canal en diferents blocs. La gestió d'un canal de reg s'inicia amb la programació de les demandes hídriques dels agricultors tenint en compte les necessitats dels diferents cultius durant un cicle de reg. Amb aquesta informació el watermaster tindria que establir les trajectòries de comporta o les accions de control per lliurar les demanades hídriques requerides als diferents punts del canal. En un cas ideal, el sistema seria controlat però a la realitat alguns factors externs podrien desviar l'estat desitjat del real, com per exemple extraccions de cabal desconeguts. En aquest cas, caldria introduir en el nostre diagrama general de control, altres algoritmes que podrien ajudar al WaterMaster a restablir l'estat desitjat. Aquests algoritmes, desenvolupats i testejats per nosaltres, són els algoritmes CSI i GoRoSoBo. CSI defineix una poderosa eina en la gestió d'un canal. El Watermaster estableix les posicions de les comportes i fixa el nivell d'aigua desitjat per complir amb les demandes hídriques programades en diferent punts del canal. En aquest sentit, quan algú introdueix una pertorbació altera el nivells de l'aigua al llarg del canal modificant els lliuraments programats inicialment de tal manera que no es podrien complir. En aquest cas, les mesures dels nivells d'aigua en diferents punts de control podrien ser enviats al algoritme CSI que tenint en compte aquest informació, les trajectòries de comporta i les demandes previstes calcularia el caudal real extret per les estructures de control i l'estat hidrodinàmic del canal, és a dir, el nivell de l'aigua i la velocitat en totes les seccions del canal. Aquesta tasca es duu a terme mitjançant l'algorisme CSI que ha estat dissenyat en aquesta tesi i provat en nombrosos exemples numèrics (capítol 7) i experimentalment en un canal de laboratori de la Universitat Politècnica de Catalunya (capítol 8). L'altre algorisme (GoRoSoBo) és l'eina essencial en la gestió d'un canal, és a dir, un algoritme de control que opera en temps real. GoRoSoBo (Gómez, Rodellar, Soler, Bonet) és un algorisme de control de retroalimentació (feedback) que calcula les trajectòries de comporta òptimes per un horitzó de predicció tenint en compte l'estat hidrodinàmic del canal en el moment actual i els caudals reals d'extracció obtinguts per CSI, així com les demandes programades i les trajectòries de comporta anteriors. GoRoSoBo ha estat dissenyat en aquesta tesi i provat en diversos exemples numèrics (capítol 10), així com als casos de prova proposats pel ASCE (Clemmens et a., 1998) (capítol 11) amb resultats excel·lents

Στην έρευνα αναλύεται η νοθεία και το λαθρεμπόριο κατά τη διακίνηση των πετρελαιοειδών, πως οι επιπτώσεις επηρεάζουν τα έσοδα του ελληνικού δημοσίου και τα συμφέροντα του ιδιωτικού τομέα. Πως αντιλαμβάνονται τη διαφθορά αυτή οι πολίτες χρήστες των πετρελαιοειδών και οι εταιρείες διακίνησης τους και τέλος τρόποι για την εξυγίανση του φαινομένου αυτού. / -

La determinació de cabals ecològics en rius regulats s'ha convertit en un dels principals problemes a tenir en compte en l'ordenació i gestió de recursos hídrics als països desenvolupats de l'àmbit mediterrani. Existeixen nombroses metodologies per a la determinació de cabals ecològics, però per a la seva correcta aplicació normalment requereixen d'una extensa base de dades amb registres complets de cabals (moltes vegades inexistents, sobretot en conques no instrumentades) i/o de un treball de camp per aconseguir-los que de vegades pot ser molt exigent en temps i costos associats, especialment en l'ordenació de recursos hídrics de grans conques. En la present memòria es pretén avançar en el coneixement de dos dels principals problemes que envolten el concepte i determinació del cabals ecològics. En primer lloc, la recerca de una metodologia que pugui arribar a ser de general acceptació, a través de l'anàlisi del Mètode del Cabal Bàsic. Així, s'han avaluat els principals aspectes del mètode en termes d'objectivitat, senzillesa, universalitat i fonamentació científica, contrastant els resultats obtinguts des d'un punt de vista hidrològic i hidràulic. En segon lloc, es busca l'aplicació d'aquesta metodologia d'una forma extensiva a la Conca Hidrogràfica de l'Ebre, incloent situacions on no es tinguin estacions d'aforament ni un altre tipus de dades de camp. Per a això, s'ha realitzat primer una regionalització de la conca en zones homogènies, identificant en cada una d'elles les principals variables relacionades amb el Cabal Bàsic i obtenint equacions de predicció del mateix. Finalment, s'han examinat alguns models i/o eines que han donat bons resultats en la predicció i modelització de variables (en concret les xarxes neuronals artificials), per veure la seva possible validesa en l'estimació del Cabal Bàsic. / La determinación de caudales ecológicos en ríos regulados se ha convertido en uno de los principales problemas a tener en cuenta en la ordenación y gestión de recursos hídricos en los países desarrollados del ámbito mediterráneo. Existen numerosas metodologías para la determinación de caudales ecológicos, pero para su correcta aplicación normalmente requieren de una extensa base de datos con registros completos de caudales (muchas veces inexistentes, sobre todo en cuencas no instrumentadas) y/o de un trabajo de campo para conseguirlos que a veces puede ser muy exigente en tiempo y costes asociados, especialmente en la ordenación de recursos hídricos de grandescuencas. En la presente memoria se pretende avanzar en el conocimiento de dos de los principales problemas que rodean el concepto y determinación de los caudales ecológicos. En primer lugar, la búsqueda de una metodología que pueda llegar a ser de general aceptación, a través del análisis del Método del Caudal Básico. Así, se han evaluado los principales aspectos del método en términos de objetividad, sencillez, universalidad y fundamentación científica, contrastando los resultados obtenidos desde un punto de vista hidrológico e hidráulico. En segundo lugar, se busca la aplicación de esta metodología de una forma extensiva a la Cuenca Hidrográfica del Ebro, incluyendo situaciones donde no se tengan estaciones de aforo ni otro tipo de datos de campo. Para ello, se ha realizado primero una regionalización de la cuenca en zonas homogéneas, identificando en cada una de ellas las principales variables relacionadas con el Caudal Básico y obteniendo ecuaciones de predicción del mismo. Por último, se han examinado algunos modelos y/o herramientas que han dado buenos resultados en la predicción y modelización de variables (en concreto las redes neuronales artificiales), para ver su posible validez en la estimación del Caudal Básico. / Environmental flow determination in regulated rivers has become a major issue for watershed management in Mediterranean developed countries. There are many existing methodologies for environmental flows determination, but they usually require accurate hydrological long-term flow records, which sometimes are unavailable (ungauged catchments), and/or extensive field measurement campaigns, which can be very costly especially when managing water resources in large basins. The aim of this memory is to advance in the knowledge of two of the main problems related to the concept and determination of environmental flows. First, the search for a worldwide accepted technique to establish environmental flows, through the analysis of the Basic Flow Methodology. So, the main aspects of this methodology concerning objectivity, simplicity, universality and scientific bases have been evaluated. Results were also tested for hydraulic and hydrological significance. Second, the operational application of this methodology to the Ebro River basin, including river reaches without gauging stations or another type of field data. A previous regionalization of the watershed in homogenous zones was made, identifying the main variables related to the Basic Flow in each zone and obtaining separated equations for environmental flow prediction. Finally, some models and/or tools which have shown good results in the prediction and modelling of variables (in particular the artificial neuronal networks) have been examined, to test their possible application in Basic Flow estimation.

To test the applicability of atmospheric chloride deposition balance and soil water balance in the estimation of aquifer recharge , the chosen area is Vall Baixa de I'Ebre. This is a coastal area of semi-arid climate, which is located to the northeast of the Iberian peninsula, between Tortosa and Morella, where field experimentation has been carried out. The aquifer is hydrodynamically complex. It comprises the Plana de La Galera, between the rivers Ebro and La Senia, and part of Els Ports de Beseit-Tortosa, a high mountainous carbonate mass if. The average annual rainfall is 550 mm.yr-1 in the Plana de La Gal er-a and 1100 m m .yr-1 in the Ports de Beseit-Tortosa . To refine the results obtained us ing these two methods a conceptual model of functioning based on geologicalhydrogeological information has been defined with the support of hydrogeochim ical and isotopic environmental water techniques, consideri ng and eva luating the effect of surface runoff originating in the mountainous area . From the definition of the conceptual hydrogeological mode I and the global study of the hydrological functioning of the Ports de Beseit- Tortosa massif, beyond of the study area (NW slope, Matarrafia River basin), and the SE s lope, Plana de La Galera, it has been possible to estimate the occasional average annual surface runoff, approximately 105 ± 20 mm .yr-1 in the 15 years of data. Multi-annual average recharge in the period of data after the soil water balance in the Plana de La Galera varies between 215 and 240 m m .yr-1, standard deviation varying between 20 and 25 m m .yr-1 , accord ing to the sub-zone, and is 500 ± 60mm .yr-1 on the Ports de Beseit-Tortosa. The balance of atmospheric chloride deposition in the Plana de La Galera provides values of the multi-annual average recharge of130-175 mm.yr-1 with as tandard deviation of35-70 mm.yr-1 and 315-365m m .ayr-1 in the Ports de Beseit- Tortosa with a standard deviation of 150-160 mm .yr-1. The coefficients of variation are around 0.1 for the soil water balance and around 0.35 for the atmospheric chloride deposition balance. With this coefficient of variation the values obtained by the soil water balance are with in the expected range of annual average recharge produced according to the atmospheric chloride deposition balance. The dispersion of the ratio the annual recharge to annual precipitation is typical of semi-arid climates , with an average threshold of rainfall required for recharge to occur between 240-300 mm .yr-1 on the Plana de La Gal era and between 56-108 m m .yr-1 for the Ports de Beseit-Tortosa , indicating a greater capacity for recharge in the Ports in dry years. The annual and monthly distribution of recharge is concentrated in October, December, January and May, with peaks that show that recharge occurs due to extraordinary events of precipitation , being the 1% of the ra ins of greater magnitude which produce 70% of the recharge. The inputs to the system are estimated to be 285 hm3.yr-1. This is the sum of the recharge by precipitation, by surface runoff and as irrigation return flows . The outputs by pumping and groundwater discharges to the Ebro River and the Mediterranean Sea in the coastline of the Plana de ,l\lcanar have been estimated between 120-320 hm3.yr-1.These lasts discharges are very difficult to quantify, but their range comprise the estimated range of recharge. / Para ensayar Ia aplicabilidad del método de balance de Ia deposición atmosférica de ion cloruro y del balance de agua en el suelo con el código Visual Balan para Ia estimación de Ia recarga media multianual se ha elegido el área de Ia Vall Baixa de I'Ebre. Se trata de un área costera de clima mediterráneo semiárido emplazada al noreste de Ia península Ibérica, entre Tortosa y Morella. El sistema acuífero es hidrodinámicamente complejo. Comprende Ia Plana de La Galera, entre los ríos Ebro y La Sénia, y parte de los Ports de Beseit-Tortosa , un elevado macizo montañoso carbonático. La precipitación media anual es de 550 mm .a-1 en Ia Plana de La Gal era y 11 00 mm .a-1 en los Ports de Beseit-Tortosa. Para refinar los resultados obtenidos mediante esos dos métodos se ha definido un modelo conceptual de funcionamiento a partir de Ia información geológica-hidrogeológica y con el apoyo de técnicas hiodrogeoquímicas e isotópicas ambientales del agua, considerando y evaluando el efecto que tiene Ia escorrentía superficial que s e produce en Ia zona montañosa. A partir de Ia definición del modelo hidrogeológico conceptual y del estudio global del funcionamiento hidrológico del macizo de los Ports de Beseit-Tortosa en todo su ámbito geográfico e hidrogeológico , mas alía de Ia zona del estudio (vertiente NW, cuenca del rio Matarraña) y vertiente SE, Plana de La Galera, ha sido posible hacer una estimación de Ia escorrentía superficial ocasional media que se produce obteniendo una magnitud de 105 ± 20 mm .a-1 en un periodo de 15 años de datos. La recarga media anual en el periodo de datos según el balance de agua en el suelo en Ia Plana de La Galera varia entre 215 y 240 mm .a-1, con una desviación estándar entre 20 y 25 mm .a-1, según Ia sub-zona, yes de 500 ± 60 mm .a-1 en los Ports de Beseit-Tortosa. El balance de Ia deposición atmosférica de ion cloruro en Ia Plana de La Galera proporciona valores de Ia recarga media multianual de 130-175mm .a-1 con una desviación estándar de 35-70 mm .a-1 yen los Ports de Beseit-Tortosa de 315-36 mm .a-1 con una desviación estándar de 150-160mm .a-1. Los coeficientes de variación se sitúan en torno al 0,1 para el balance de agua en el suelo yal 0,35 con el balance de Ia deposición atmosférica de ion cloruro. Con este coeficiente de variación los valores obtenidos por el balance de agua en el suelo están dentro del rango esperable de recarga media anual producida según el balance de Ia deposición de cloruros. La relación recarga-pluviometría es típica de climas semiáridos, con un umbral media de pluviometría para que exista recarga de 240-300 mm.a-1 en Ia Plana de La Galera y entre 56-108 mm.a-1 para los Ports de Beseit-Tortosa, lo que muestra una capacidad mayor de recarga en colas altas en años secos. La distribución anual y mensual de Ia recarga se concentra en los meses de octubre, diciembre, enero y mayo con máximos que reflejan que Ia ocurrencia de recarga se produce, en buena parte, debido a eventos de precipitación extraordinarios; el1% de las lluvias diarias de mayor magnitud produce el 70% de Ia recarga. Las entradas al sistema se estiman en unos 285 hm3.a-1 que es Ia suma de Ia recarga por precipitación, Ia recarga por escorrentía superficial y los retornos de riego. Las salidas por bornbeo y las descargas s subterráneas, tanto al margen derecho del rio Ebro como al Mar Mediterráneo en Ia franja literal de Ia Plana de Alcanar, han sido estimadas entre 120-320 hm3.a-1, estas últimas muy difíciles de cuantificar, pero que enmarcan bien Ia evaluación de Ia recarga.