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.

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.

La influència de les àrees de muntanya en la generació de recursos hídrics, la geomorfologia del sistema fluvial i les avingudes de caràcter catastròfic és determinant. No obstant això, històricament el coneixement científic dels rius de sorra de plana ha estat superior que el dels rius de grava i de muntanya. Diverses investigacions han posat de manifest que els models hidràulics, de transport de sediment i geomorfològics desenvolupats per als primers no són directament extrapolables a aquests darrers.Un problema cabdal en Hidràulica fluvial és el de la resistència de la llera a l'avanç del flux, doncs la seva determinació és requisit per a la resolució d'infinitat de problemes que es plantegen a l'esmentada disciplina. En la present Tesi han estat avaluats (és a dir, ajustats, verificats i comparats) una sèrie de models de resistència al flux per a rius de muntanya i de grava. Ha estat analitzat, també, l'efecte que sobre la capacitat predictiva de les equacions té l'ajustament per subconjunts, definits aquests per intervals de diferents variables de control, com són la sumersió relativa del flux, el pendent de la llera o l'índex de mobilitat del sediment.Els models avaluats han estat dividits en dos grans grups: a) els que consideren el factor de fricció de Darcy-Weisbach (f) com a variable dependent i b) aquells que prenen el cabal del flux (Q) o la seva velocitat mitjana (v) com a variables resposta i que no inclouen coeficient de resistència explícitament com a variable explicativa. Com a principal resultat ha estat obtingut un conjunt d'equacions, dels dos grups esmentats anteriorment, que compten amb una capacitat de predicció superior a la de les fórmules derivades fins a l'actualitat per altres autors. Aquesta superioritat predictiva es fonamenta en la creació d'una base de dades d'ajustament integrada per un nombre de dades sensiblement superior i que, a més, representa un interval més ampli de les variables explicatives. / La influencia de las áreas de montaña en la generación de recursos hídricos, la geomorfología del sistema fluvial y las avenidas de carácter catastrófico es determinante. Sin embargo, históricamente el conocimiento científico acerca de los ríos de arena de llanura ha sido superior que sobre los ríos de grava y de montaña. Diversas investigaciones han puesto de manifiesto que los modelos hidráulicos, de transporte de sedimento y geomorfológicos desarrollados para los primeros no son directamente extrapolables a estos últimos.Un problema medular en Hidráulica fluvial es el de la resistencia del cauce al avance del flujo, pues su determinación es requisito para la resolución de infinidad de problemas planteados en el seno de la citada disciplina. En la presente tesis se han evaluado (es decir, ajustado, verificado y comparado) una serie de modelos de resistencia al flujo para ríos de montaña y de grava. Se ha analizado, asimismo, el efecto que sobre la capacidad predictiva de las ecuaciones tiene su ajuste por subconjuntos, definidos éstos por intervalos de diferentes variables de control, como son la sumersión relativa del flujo, la pendiente del cauce o el índice de movilidad del sedimento.Los modelos evaluados se dividen en dos grandes grupos: a) los que toman el factor de fricción de Darcy-Weisbach (f) como variable dependiente y b) aquellos que adoptan el caudal del flujo (Q) o su velocidad media (v) como variables respuesta y que no incluyen coeficiente de resistencia explícitamente como variable explicativa. Como principal resultado se ha obtenido un conjunto de ecuaciones, de los dos grupos anteriormente citados, que cuentan con una capacidad de predicción superior a la de las fórmulas derivadas hasta la actualidad por otros investigadores. Tal superioridad predictiva se fundamenta en la creación de una base de datos de ajuste integrada por un número de datos sensiblemente superior y que, además, representa un rango más amplio de las variables explicativas. / Mountain areas exert a vital influence on the generation of water resources, the geomorphology of the fluvial system and catastrophic floods. However, historically there has been more scientific knowledge about sand-bed rivers on the plain than about gravel-bed and mountain rivers. A range of research has shown that hydraulic, sediment transport and geomorphologic models developed for the former cannot be directly extrapolated to the latter.A fundamental problem in fluvial hydraulics is that of the flow resistance of the channel, the determination of which is a requisite for the resolution of an infinity of problems in the abovementioned discipline. In this thesis, a series of flow resistance models for mountain and gravel-bed rivers have been evaluated (that is, adjusted, verified and compared). The effect on the predictive capacity of the equations has been analysed for its adjustments to subsets, these being defined by the ranges of different control variables, such as relative submergence of the flow, the slope of the channel or the mobility index of the sediment.The models evaluated are divided into two large groups: a) those that take the Darcy-Weisbach (f) friction factor as a dependent variable and b) those that adopt the flow discharge(Q) or average velocity (v) as response variables and that do not explicitly include the resistance coefficient as an explicative variable. The principal result obtained is a set of equations from the two above-mentioned groups, with a higher prediction capacity than the formulas derived to date by other authors. Such predictive superiority is based on the creation of an adjustment database made up of a significantly higher number of data and that also represents a wider range of the explicative variables.

En la zona costera mediterránea se llevan a cabo una gran cantidad de actividades socioeconómicas. En estas áreas los eventos meteorológicos son un factor importante para su manejo y gestión. Esto ha generado la necesidad de mejorar el conocimiento y la predicción de eventos como las tormentas de oleaje. Por ello, se ha planteado como objetivo principal de esta tesis la caracterización y simulación numérica de tormentas de oleaje.La generación del oleaje es el resultado del sistema acoplado océano - atmósfera. Esta interface y los flujos de momentum entre ambas capas ha sido de interés y ha generado una gran cantidad de investigaciones. Un avance importante ha sido el desarrollo de los modelos de tercera generación de oleaje, capaces de predecir espectros de oleaje a partir de campos de viento. Estos modelos que constituyen la base de esta tesis, consideran el aporte de energía por el viento, la disipación e interacciones no lineales entre ondas.Para este trabajo se han utilizado los modelos WAM y SWAN junto con mediciones de oleaje en la costa catalana. Para forzar los modelos se han utilizado campos de vientos de los modelos atmosféricos MASS ARPEGE. Se han utilizado también datos de viento de estaciones meteorológicas costeras.El viento y oleaje en la franja costera catalana están caracterizados principalmente por componentes del este, noroeste y del sur. Para el caso de tormentas con impacto en la costa, las del este son las más intensas, pero las tormentas del Noroeste pueden generar condiciones de riesgo para la navegación.Se han descrito tormentas características de la costa catalana, considerando su dirección, duración, e intensidad. De manera paralela se han analizado mas detalladamente dos eventos particulares que se registraron en Noviembre 2001 y Marzo-Abril 2002. Ambas tormentas presentaron oleaje de componente principal del este y una cantidad importante de espectros bimodales. Esta característica no se había estudiado a detalle con anterioridad y se debe al oleaje swell del este y a la rotación de los vientos en la costa catalana para volverse del noroeste generando localmente un sistema de oleaje en esta dirección. Debido a esto, la anchura espectral se comporto de manera opuesta a la esperada, pero mostró ser un indicador de la complejidad del estado del mar por lo que se propone que sea utilizada en la estimación del coeficiente de arrastre.Se han utilizado los modelos de oleaje en diferentes situaciones: en un dominio idealizado, en los eventos de Noviembre y Marzo - Abril y durante el invierno 2002 -2003. Los resultados muestran diferencias entre modelos en tiempo y espacio. Utilizando el parámetro integrado de Hs el SWAN mostró un mejor comportamiento para la detección de tormentas. Sin embargo el espectro del WAM mostró en la mayoría de los casos aproximarse mas al espectro medido. Una parte de los errores registrados en los modelos durante las tormentas, se debieron a la mala simulación de la bimodalidad la cual a su vez se debe a una mala resolución espacial y temporal tanto de los modelos de viento como de oleaje. La correcta definición espacial de las islas en el mediterráneo mostró ser poco significante para la validación de las predicciones en la zona costera catalana.Finalmente debemos decir que a pesar de que este trabajo ha avanzado en el conocimiento del oleaje en la costa catalana y el comportamiento de los modelos, este solo es el principio y se debe de dar continuidad a este esfuerzo. Una manera (indispensable) es mejorando las observaciones disponibles e incluir medidas espaciales (satélite, por ejemplo) para la mejor descripción y validación de los modelos. / Many socio-economic activities take place on the Mediterranean coast. Meteorological events are an important factor for the proper management and administration of these activities in this area.This has inspired an improvement of knowledge and forecasting of environmental phenomena such as wave storms. Thus, the main objective of this dissertation is the characterisation and numerical simulation of wave storms.The generation of wind waves are the result of the coupled system which connects the air and the ocean. This layer, and its fluxes, have been of great interest and generated a large amount of research. The development of third generation wave models has been an important step. Such models are able to reproduce directional wave spectra from wind fields taking into consideration wind energy input, dissipation and non-linear interactions. These models are the basis of this dissertation.For this work, we have used the WAM and SWAN models, together with the wind and wave measures on the Catalan coast. The forcing winds came from the MASS and ARPEGE atmospheric models.The wind and waves on the Catalan coast are characterised by an east, northwest and south component. For coastal damage, the storms from the east cause the most severe coastal damage while the northwest storm can create risky conditions for navigation.Typical storms on the Catalan coast are described, taking into account the direction, duration, and significant wave height. Additionally, it was studied in detail two severe storms that were measured during November 2001 and March-April 2002. Both storms presented a mean eastern wave component, however, a large amount of bimodal spectra were found. This feature had not been studied before at this area and it is produced due to the wind rotation (to northwest) at the coast because of the orography. This produces a different behaviour of the spectral width than expected, but such a parameter was an indicator of the complexity of the sea state and thus it is proposed to apply it in the drag coefficient estimation.The wave models were applied under different situations: idealised domain, November 2001 and March-April storms and during a winter period. The results show differences between models in time and space. When considering significan wave height, the SWAN model showed a better behaviour for storm detection. However, the spectral shape was better predicted by WAM. Part of the errors were due to the bad simulation of bimodal features, and at the same time, this was produced by the coarse time and spatial resolution of wind and wave models.Finally we have to outline that this work is an advance in the knowledge of waves on the Catalan coast and the behaviour of the models. However, this is only the beginning and an effort should be made for the continuos development and improvement on this topic. A good start is by increasing the wind and wave measurements available including spatial measures, such as satellite, for the better description and model validation.

L'objectiu d'aquesta tesi ha estat la caracterització de la resposta de les bandes en els números de manera d'alta. Tres experiments separats van ser executats per crear un conjunt de dades de resposta model per a matiners relació de massa realista baixes, i la determinació de les característiques deixant de bandes flexibles sotmesos a vibracions multimode. Es van utilitzar un conjunt de models verticals. Dues bandes llargues 3m van ser fabricats per a aquesta finalitat. Les bandes es classifiquen d'acord a la relació de massa, un model tenia una relació de massa de 2,7, i l'altre tenia relació de massa menor de 1,1. Els models van ser provats en un flux uniforme, amb una velocitat de fins a 2 m / s. Respostes tant en línia i de flux creuat es van mesurar utilitzant calibradors de tensió, i les dades es converteixen en desplaçaments. L'alta relació de pujada massiva indica oscil·lacions fins a quart manera. La resposta de baixa proporció de pujada massiva es va limitar a segon mode de flux creuat. Les contribucions modals es van determinar i es va observar la presència simultània de múltiples maneres en múltiples freqüències. Coeficients de resistència obtinguts van indicar similitud amb l'oscil·lació de flux transversal, amb valors d'arribar a 2,5 per al cilindre de relació de massa baixa. La resposta d'un tub vertical flexible en el deixant d'un cilindre rígid es va determinar utilitzant diferent distància de la cilindros. / El objetivo de esta tesis ha sido la caracterización de la respuesta de las bandas en los números de modo de alta. Tres experimentos separados fueron ejecutados para crear un conjunto de datos de respuesta modelo para madrugadores relación de masa realista bajas, y la determinación de las características estela de bandas flexibles sometidos a vibraciones multimodo. Se utilizaron un conjunto de modelos verticales. Dos bandas largas 3m fueron fabricados. Las bandas se clasifican de acuerdo a la relación de masa, un modelo tenía una relación de masa de 2,7, y el otro tenía relación de masa menor de 1,1. Los modelos fueron probados en un flujo uniforme, con una velocidad de hasta 2 m / s. Respuestas tanto en línea y de flujo cruzado se midieron usando calibradores de tensión, y los datos se convierten en desplazamientos. La alta relación de subida masiva indica oscilaciones hasta cuarto modo. La respuesta de baja proporción de subida masiva se limitó a segundo modo de flujo cruzado. Las contribuciones modales se determinaron y se observó la presencia simultánea de múltiples modos en múltiples frecuencias. Coeficientes de resistencia obtenidos indicaron similitud con la oscilación de flujo transversal, con valores de llegar a 2,5 para el cilindro de relación de masa baja. La respuesta de un tubo vertical flexible en la estela de un cilindro rígido se determinó usando diferente distancias. / The objective of this thesis was the characterization of the response of risers at high mode numbers. Three separate experiments were executed to create a set of model response data for realistically low mass ratio risers, and the determination of wake characteristics of flexible risers undergoing multi-mode vibrations. A set of riser models were used. Two 3m long risers were fabricated for this purpose. The risers were categorized according to the mass ratio, one model had a mass ratio of 2.7, and the other had lower mass ratio of 1.1. The models were tested in a uniform flow, with speeds up to 2m/s. Both in-line and cross-flow responses were measured using strain gages, and data was converted to displacements. The high mass ratio riser indicated oscillations up to 4th mode. The low mass ratio riser response was limited to 2nd mode in cross-flow. The modal contributions were determined and simultaneous presence of multiple modes at multiple frequencies were observed. Drag coefficients obtained indicated similarity with the cross-flow oscillation, with values reaching 2.5 for the low mass ratio cylinder. The response of a flexible riser in the wake of a rigid cylinder was determined using different separation distance from the leading cylinder. Significant similarities to those of an isolated flexible cylinder were observed, in form of response regimes at each structural mode of oscillation, with contribution from adjacent modes.

Tradicionalmente la construcción de aliviaderos escalonados en presas de hormigón compactado con rodillo (HCR) se caracteriza por la presencia de muretes guías que imponen un ancho constante a lo largo del aliviadero y que conducen el flujo desde la coronación hasta el pie. Dichos cajeros son construidos con encofrados trepantes específicos, utilizando hormigón vibrado y suponen una unidad de obra de costes y tiempos de ejecución significativos. En la literatura especializada se puede encontrar una amplia descripción del comportamiento hidráulico de rápidas escalonadas con cajeros laterales. Más recientemente se han encontrado algunos ejemplos de diseño de aliviaderos escalonados sin cajeros laterales. En este contexto, surge el proyecto ALIVESCA que ha sido el marco de la presente tesis doctoral. El proyecto ALIVESCA, y por tanto esta tesis, se iniciaron con el principal objetivo de caracterizar el comportamiento hidráulico de aliviaderos escalonados sin cajeros laterales en presas de HCR. El proyecto se plantea en base al estudio en modelo físico. El modelo ubicado en los laboratorios del Instituto Flumen, opera bajo la semejanza de Froude. Se construyó representando un aliviadero prototipo de altura de presa de 75 m, altura de escalón de 1.20 m, pendiente 0.8 y un paramento de ancho de 45 m, (escala 1:15). Los resultados del estudio se presentan en tres fases: la puesta a punto de la instalación experimental, el análisis del comportamiento hidráulico en ausencia de cajeros, y la definición de criterios de diseño de aliviaderos escalonados sin cajeros laterales. En la primera parte, se determina que el comportamiento del modelo es bidimensional, y que no existe un efecto de la rugosidad del modelo en la distribución lateral del caudal. Asimismo, se estudia la necesidad de un muro de acompañamiento del flujo en cabecera, cuya longitud se establece igual a la de una pila sobre la coronación de la presa (del orden de unos 10 m). Adicionalmente, como mayor aportación de esta fase de investigación, se define la existencia de dos zonas: una zona (cercana al eje de vertido) a lo largo del aliviadero donde el caudal específico se mantiene constante e igual al de vertido, es decir, su comportamiento es análogo al caso de la existencia de cajeros laterales, y una segunda zona afectada por la ausencia de los mismos. La coexistencia de estas dos regiones depende del caudal específico de vertido y del ancho del aliviadero. En la segunda parte, referente al comportamiento hidráulico del aliviadero sin cajeros, se analiza el efecto de su ausencia en la expansión lateral de la lámina de agua que se produce y, por tanto, en la disminución del caudal específico a lo largo y ancho de la rápida escalonada. Se determina que las variables que condicionan la expansión del flujo son: el caudal específico de vertido y la posición (altura) considerada. En base a ello, se propone un ajuste para predecir la distribución lateral del caudal en función de estas variables. En cuanto a la caracterización del flujo en la expansión lateral de la lámina de agua, se compara el comportamiento de diferentes variables hidráulicas en esta zona respecto del comportamiento que tiene lugar en la zona que no se ve afectada por la ausencia de cajeros. Las variables analizadas son: concentración media de aire, calado equivalente, campos de velocidad, concentración de aire y presión. Finalmente, se definen los criterios para el diseño de aliviaderos escalonados sin cajeros laterales en presas de hormigón compactado con rodillo y se plantean soluciones a la recogida al pie del aliviadero. Mención adicional merece la comparación de los resultados experimentales con los datos obtenidos del modelo numérico en 3D. El modelo numérico se basa en el método SPH y fue elaborado dentro del proyecto ALIVESCA por parte del Centro de Estudios Hidrográficos del CEDEX. / Traditionally the construction of stepped spillways in roller compacted concrete dams (RCC) is characterized by the presence of sidewalls that imposes a constant width along the spillway and guides the flow from the crest to the toe. These sidewalls are built using vibrated concrete with a special climbing formwork, and therefore, imply significant time and cost of execution. In the specialized literature there is a comprehensive description of the hydraulic behavior of stepped chutes with sidewalls. More recently few examples of stepped spillways designed without sidewalls have been found. In this context arises the ALIVESCA project that has been the framework of the present thesis. The ALIVESCA project, and consequently this thesis, started with the main objective of characterizing the hydraulic behavior of stepped spillways without sidewalls in RCC dams. The main experimental project is based on the physical model study. The model located in Flumen Institute's laboratories, operates under the Froude similarity. It was constructed representing a 75 m dam height, 1.20 m step height, 0.8 slope and 45 m dam width (scale 1:15). The results of the study are presented in three phases: the initial phase of the experimental setup, the analysis phase with the aim of characterizing the hydraulic behavior the absence of sidewalls, and finally, a design criteria phase of stepped spillways without sidewalls. In the first part, the two-dimensional behavior of the model is determined, as well as, that there is no effect of the model roughness on the lateral distribution of flow. Also, the need of a guiding wall at the dam crest is studied; the length of this element corresponds to that of a pile on the crest of the dam (approximately 10 m). Moreover, an important contribution of this research phase was the definition of two areas: an area along the spillways (near the discharge axis) where the specific discharge remains constant and equal to the specific discharge at the entrance, i.e. the behavior of this area is analogous to the case with sidewalls, and a second area affected by the absence sidewalls. The coexistence of these two regions depends on the specific discharge and the spillway width. In the second part, the hydraulic behavior of the spillway without sidewalls is analyzed, as well as, the decrease of the specific discharge along and across the chute due to the flow lateral expansion. The variables that determine such decrease are: the specific discharge at the entrance and the position (height) considered. Thus, an adjustment is proposed to predict the flow distribution in terms of these variables. Regarding the flow characterization in absence of sidewalls, a comparison between behavior of this area and the not affected area is presented. The analyzed variables are: mean air concentration, equivalent water depth, velocity, air concentration and pressure fields. Finally, the design criteria of stepped spillways without sidewalls in RCC dams are defined, and collection solutions at the spillway toe are proposed. Additionally, the experimental results are compared with the data simulations of a 3D numerical model. The numerical model is based on SPH method and was developed within the ALIVESCA project by the Centro de Estudios Hidrográficos del CEDEX. / Tradicionalment la construcció de sobreeixidors esglaonats en preses de formigó compactat amb corró es caracteritza per la presència de murets guia que imposen un ample constant al llarg del sobreeixidor i que condueixen el flux des de la coronació fins al peu de presa. Aquests caixers es construeixen amb encofrats trepants específics, utilitzant formigó vibrat i per tant suposen una unitat d'obra de costos i temps d'execució significatius. A la literatura especialitzada es pot trobar una àmplia descripció del comportament hidràulic de ràpides esglaonades amb murets laterals. Més recentment s'han localitzat alguns exemples de disseny de sobreeixidors esglaonats sense aquests. En aquest context sorgeix el projecte ALIVESCA que ha estat el marc de la present tesi doctoral. El projecte ALIVESCA, i per tant aquesta tesi, es van iniciar amb el principal objectiu de caracteritzar el comportament hidràulic de sobreeixidors esglaonats sense murets laterals en preses de formigó compactat amb corró. El projecte es plantejà sobre la base de l'estudi en model físic. El model situat als laboratoris de l'Institut Flumen, opera sota la semblança de Froude. Es va construir representant un sobreeixidor prototip d'altura de presa de 75 m, altura de graó d'1.20 m, pendent 0.8 i un parament de ample de 45 m, (escala 1:15). Els resultats de l'estudi es presenten en tres fases: la posta a punt de la instal·lació experimental, el anàlisi del comportament hidràulic en absència de murets, i la definició de criteris de disseny de sobreeixidors esglaonats sense caixers laterals. En la primera part, es determina que el comportament del model és bidimensional, i que no existeix un efecte de la rugositat del model en la distribució lateral del cabal. Igualment, s'estudia la necessitat d'un mur d'acompanyament del flux en capçalera, la longitud de la qual s'estableix igual a la d'una pila sobre la coronació de la presa (de l'ordre d'uns 10 m). Addicionalment, com a major aportació d'aquesta fase de recerca, es defineix l'existència de dues zones: una (propera a l'eix de vessament) al llarg del sobreeixidor en què el cabal específic es manté constant i igual al de vessament, és a dir, el seu comportament és anàleg al cas de l'existència de caixers laterals, i una segona zona afectada per la seva absència. La coexistència d'aquestes dues regions depèn del cabal específic de vessament i de l'ample del sobreeixidor. En la segona part, referent al comportament hidràulic del sobreeixidor sense caixers laterals, s'analitza l'efecte de la seva absència en l'expansió lateral de la làmina d'aigua que es produeix i, per tant, en la disminució del cabal específic al llarg de la ràpida esglaonada. Es determina que les variables que condicionen l'expansió del flux són: el cabal específic de vessament i la posició (altura) considerada. Així, es proposa un ajust per predir la distribució lateral del cabal en funció d'aquestes variables. Quant a la caracterització del flux en l'expansió lateral de la làmina d'aigua, es compara el comportament de diferents variables hidràuliques en aquesta zona respecte del comportament que té lloc a la zona que no es veu afectada per l'absència de caixers. Les variables analitzades són: concentració mitjana d'aire, calat equivalent, camps de velocitat, concentració d'aire i pressió. Finalment, es defineixen els criteris per al disseny de sobreeixidors esglaonats sense caixers laterals en preses de formigó compactat amb corró i es plantegen solucions per la recollida al peu del sobreeixidor. La comparació dels resultats experimentals amb les dades obtingudes del model numèric en 3D mereix una menció addicional. El model numèric es basa en el mètode SPH i va ser elaborat dins del projecte ALIVESCA per part del Centro de Estudios Hidrográficos del CEDEX.

The main objective of this thesis is to determine the possibility to install in the Port of Palma a redistribution centre of Ro-Ro Cargo in the Occidental Mediterranean, and that needs to analyze different partial objectives, that are important for the main objective. - Determination of the different bilateral commercial fluxes between the different coastal countries. - Localization of the production and reception sources that intervene on the bilateral exchange, or of third countries that use those ports to develop their merchant activities. - Analysis of the nowadays short sea shipping routes for Ro-Ro Ships, evaluating the type of ship and her average occupation. - Analysis of the optimization of the existing routes, with new proposals explained on this thesis. - Describe and evaluate the nowadays and projected facilities in the Port of Palma. - Determine the viability of the project with an evaluation methodology proposed by the author, according to the study scenario and based on the partial objectives explained before. As an initial hypothesis we should evaluate the strategic situation that the Port of Palma has on the analysis context, because it is located between the existing routes. In the light of the analysis of all the parameters referred before, the final objective of the thesis is to evaluate, as an alternative of the Occidental Mediterranean Short Sea Shipping, the establishment of a new Hub Port in Palma. We tried to analyze the possibilities of the Port of Palma to become a HUB future port in the hard market of the Short Sea Shipping Lines. On the present paper we tried to analyze the different factors that could affect the situation of a redistribution centre of cargo, considering as positives: - Geographical situation. - Facility of landfalls. - Availability of berths. - Appropriate port facilities. - Complementary developed services. - Touristic centre on a global level. - Possibility to expand the infrastructures in a mid-term period. - Great occupation, great profitability for the shipping companies. - Development of the Magreb countries. As negative aspects, we could find: - Deficit on the development on the Short Sea Shipping Lines. - Very low activity of the Spanish shipping companies on the Short Sea Shipping Lines. - A HUB Port is not a priority for the Port Authority. - Higher trip cost, because of the duration of the layovers. - Longer distance, growth of the combustible costs. - Increase of the speed to maintain the rotation. - Higher crew costs, because of the increase of the occupation. As a result of our analysis we consider that Palma could have, according to its conditions, a pioneer Hub Port for Ro-Ro cargo on the Occidental Mediterranean, advantage that we should use according to the limited development opportunities that has the Port of Palma. / El objetivo principal de la presente tesis es determinar la posibilidad de instalar en el puerto de Palma un centro de redistribución de carga rodada en el Mediterráneo Occidental, para ello es necesario llegar a analizar distintos objetivos parciales imprescindibles para el objetivo principal. - La determinación de los flujos comerciales bilaterales entre los distintos países que componen la cuenca. - Localización de las fuentes de producción o recepción que intervienen en el intercambio bilateral, o de terceros países, que utilizan estos puertos para desarrollar su actividad mercantil. - Análisis de las actuales líneas de corta distancia para buques de carga rodada, valorando el tipo de buque y su ocupación media. - Análisis de optimización de las rutas ya existentes, con nuevas propuestas presentadas en las presente tesis. - Describir y evaluar las infraestructuras actuales y proyectadas en el puerto de Palma. - Determinar la viabilidad del proyecto, mediante una metodología de valoración propuesta por el autor, adecuada al escenario de estudio y basándose en los objetivos parciales indicados anteriormente. Como hipótesis inicial debemos valorar la situación estratégica que el puerto de Palma tiene en el contexto del análisis, ya que se encuentra a medio camino y centrado en las rutas ya existentes. Basándonos en el análisis de todos los parámetros referenciados anteriormente el objetivo final de la presente tesis es valorar, como alternativa al transporte de corta distancia en el Mediterráneo Occidental, la instalación de un puerto Hub en Palma. Durante la elaboración del presente trabajo hemos intentado analizar las posibilidades de que el Puerto de Palma se pueda convertir en un futuro puerto HUB en el duro mercado de las líneas de corta distancia. En el transcurso del trabajo hemos intentado analizar distintos factores que podrían afectar a la instalación de un centro de redistribución de cargas, considerando como positivas: Situación geográfica, facilidad de recalada, disponibilidad de atraques, infraestructuras portuarias adecuadas, servicios complementarios desarrollados, centro turístico a nivel mundial, posibilidad a medio plazo de ampliación de infraestructuras, mayor ocupación, mayor rentabilidad para las navieras, desarrollo de los países del Magreb. En el anverso podríamos considerar: Déficit en el desarrollo de líneas S.S.S., escasa actividad de empresas españolas en líneas de corta distancia, no entrar en las prioridades de la Autoridad Portuaria el desarrollo de un puerto HUB, mayor coste del trayecto, por duración de las escalas, mayor distancia, incremento del coste de combustible, aumento de la velocidad para mantener rotaciones, costes de tripulación mayores al aumentar la ocupación. A raíz de nuestro análisis consideramos que Palma podría albergar, dadas sus condiciones, un puerto HUB para carga rodada pionero en el Mediterráneo Occidental, ventaja que deberíamos aprovechar dadas las escasas oportunidades de desarrollo que tiene el Puerto de Palma. Se deben de citar entre los potenciales factores positivos, la casi inexistencia de flujos comerciales entre países del Magreb, los cuales podrían crecer, mediante la utilización del puerto de Palma como hub intermedio.

ABSRACTThis thesis focuses on the monitoring, fault detection and diagnosis of Wastewater Treatment Plants (WWTP), which are important fields of research for a wide range of engineering disciplines. The main objective is to evaluate and apply a novel artificial intelligent methodology based on situation assessment for monitoring and diagnosis of Sequencing Batch Reactor (SBR) operation. To this end, Multivariate Statistical Process Control (MSPC) in combination with Case-Based Reasoning (CBR) methodology was developed, which was evaluated on three different SBR (pilot and lab-scales) plants and validated on BSM1 plant layout. / ENEsta tesis se enfoca en la monitorización, detección de defectos y diagnosis de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales (Wastewater Treatment Plants - WWTP), el cual son importantes campos de investigación par un amplio rango de disciplinas en Ingeniería.El objetivo principal es evaluar y aplicar una metodología novel de inteligencia artificial basada en evaluación, monitorización y diagnosis de la operación de Reactores de secuencia por lotes (Sequencing Batch Reactor -SBR). Para lograr este fin, se desarrolla una metodología que combina Control de Procesos Multivariable (Multivariate Statistical Process Control -MSPC) con Razonamiento Basado en Casos (Case-Based Reasoning -CBR)., el cual se evalúa en tres diferentes plantas SBR y se valida en una planta BSM1.

Esta tesis doctoral se ha dedicado al estudio de la hidrodinámica asociada a los procesos de resonancia en dominios semi-encerrados. El esfuerzo fundamental se ha centrado en la caracterización de los elementos forzadores, las características no lineales del forzamiento y de la respuesta de los puertos, la transitoriedad del fenómeno y de la incidencia sobre la respuesta del potencial acoplamiento de la respuesta de recintos adyacentes. Es decir, la generación, la no linealidad, la transitoriedad y el acoplamiento geométrico. Los objetivos planteados son tres: 1) ampliar el conocimiento sobre el fenómeno; 2) mejorar la capacidad para reproducir el fenómeno a través de la aplicación de un modelo en elemento finito basado en las ecuaciones modificadas de Boussinesq Nwogu (1993), Liu & Woo (2004); 3) integrar toda la investigación, técnicas y herramientas elaboradas en una metodología capaz de mejorar sustancialmente la aproximación que se hace hoy en día al problema. Para ello, se hace uso de una metodología que integra la aproximación teórica para caracterizar las oscilaciones de baja frecuencia existentes en los registros instrumentales de oleaje tomando información de medidas en el campo, se plantea una exhaustiva campaña de modelado físico en laboratorio para diferentes características de oscilación resonante no lineal y acoplamiento geométrico, y finalmente se valida el modelo numérico con las series temporales obtenidas en laboratorio y con dos situaciones resonantes reales tomando series reales de onda larga atmosférica y onda larga vinculada a grupos de oleaje, encontrando excelentes correlaciones. / This Thesis is dedicated to study the hydrodynamic processes associated to the harbour resonance phenomena. The study was focused to the characterization of the transient, non-linear, and coupled effects associated to the forcing mechanisms and to the response of the oscillations outside and inside the harbour facilities. The aim of this thesis was divided into tree main branches: 1) increase the harbour resonance phenomena knowledge; 2) improve the capacity to reproduce the phenomena through the implementation of an advanced finite-element numerical model, based on the modified Boussinesq equations Nwogu (1993), Liu & Woo (2004); and 3) Integrate the different techniques and tools into a methodology, able to improve the approximation of any future harbour resonance study. For these, first a spectral analysis has been developed to characterize the infragravity waves at the entrance of short wave field data, second an extensive laboratory campaign was proposed for different degrees of non-linearity and coupled resonance oscillations, and third the numerical model was validated with the laboratory data, as well as data measured in two real harbours, for both atmospheric long wave and bound long wave acting as forcing mechanism, obtaining excellent correlations.

Ha estat desenvolupat i calibrat un model de simulació dels recursos hídrics per a zones de regadiu aplicat a la zona dels canals d’Urgell drenada pel riu Corb, que comprèn una extensió de 378 km2 i representa el 43% del total de la zona regada. El model desenvolupat es pot classificar com un model matemàtic determinístic quasidistribuït de simulació contínua a escala diària amb 38 paràmetres. El domini estudiat es divideix en onze zones en funció del seu comportament hidrològic, la procedència de les aigües de reg, el tipus de reg o si són zones de secà o incultivades, a les quals s’apliquen balanços hídrics diaris. En la present tesi es proposa una metodologia per a l’estimació del calendari de reg superficial, que permet obtenir la distribució temporal de les dotacions de reg diàries, i una metodologia per a l’estimació de la precipitació efectiva. El model ha estat calibrat amb base al cabal registrat al riu Corb durant el període 2000-2002. L’esmentat model permet de simular el cabal a escala anual amb un error mitjà de solament el 3,6% respecte al registrat, a nivell mensual amb una predicció acceptable i a escala diària amb una predicció més baixa. L’error de tancament del balanç hídric global anual és baix (el -5,8% respecte les entrades), la fracció consumida mitjana anual és del 64% i la fracció de retorn del 35%. Sense reutilització, la fracció de retorn seria del 42%, la qual cosa indica que el grau de reutilització de l’aigua és del 7%. Per a les zones regades del domini del Corb, tant a nivell anual com per a l’època de regs, la reutilització representa el 18% de l’aigua subministrada pels canals per a reg en parcel·la, de la qual el 14% prové dels desguassos i el 4% d’extraccions de bombeig. A nivell quantitatiu la reutilització representa un volum de 38,4 hm3 anuals per al domini del Corb i de 69 hm3 anuals per a tota la zona regada. A nivell de la xarxa de transport i per a l’època de regs, l’eficiència de conducció mitjana fou del 90,5%, l’eficiència de distribució del 90% i l’eficiència del sistema del 82%. Algun dels indicadors de maneig mitjans corresponents al conjunt dels canals d’Urgell es detallen a continuació. La dotació per superfície regada és de 8800 m3/ha, el subministrament relatiu d’aigua anual és d’1,5, el subministrament relatiu de reg anual en origen dels canals és d’1,7 i d’1,3 en origen de les parcel·les. Els ingressos per superfície regada són aproximadament de 3000 Є/ha, el valor estimat de la venda de la producció respecte el volum d’aigua de reg subministrada pels canals en origen de les parcel·les de reg és de 0,44 Є/m3, respecte el volum en origen dels canals de 0,34 Є/m3 i respecte el volum anterior més la precipitació efectiva de 0,28 Є/m3. La fracció consumida obtinguda en els balanços a nivell de sòl fou major a les zones regades a pressió (amb valors de 0,9), mentre que a les zones regades per superfície oscil·là entre 0,57 (en sòls amb baixa capacitat de retenció d’aigua) i 0,65 (en sòls amb major capacitat de retenció). La fracció de retorn de les zones amb reg a pressió varià entre 0,06 i 0,1, mentre que a les zones regades per superfície fou de 0,35 en sòls profunds i de 0,43 en sòls amb baixa capacitat de retenció d’aigua. És d’interès assenyalar que no es va produir a penes dèficit hídric a les zones regades i que només se’n va produir al secà. La simulació de la modernització del regadiu dels canals d’Urgell, transformant-se el reg per gravetat a reg a pressió, comportaria una disminució del volum servit en origen dels canals de reg de 89 hm3. L’esmentada xifra, però, no ha d’interpretar-se erròniament com la quantitat d’aigua que s’estalviaria com a conseqüència de la modernització. En aquest sentit, cal tenir en compte que la modernització del regadiu comportaria l’augment de la fracció consumida d’un 10% i la disminució dels retorns en la mateixa quantitat, amb la qual cosa la quantitat d’aigua disponible aigües avall disminuiria de 22 hm3. De l’anterior es conclou la importància d’analitzar globalment els recursos disponibles i no només l’estalvi d’aigua en el subministrament en origen del sistema. / Se ha desarrollado y calibrado un modelo de simulación de los recursos hídricos para zonas regables aplicado a la zona de los canales de Urgell drenada por el río Corb, que abarca una superficie de 378 km2 y representa el 43% del total de la zona regable. El modelo desarrollado se puede clasificar como un modelo matemático determinístico cuasidistribuido de simulación continua a escala diaria con 38 parámetros. El dominio estudiado se divide en once zonas en función del comportamiento hidrológico, la procedencia de las aguas de riego, el tipo de riego o si son zonas de secano o incultivadas, a las cuales se aplican balances hídricos diarios. En la presente tesis se propone una metodología para la estimación del calendario de riego superficial, que permite obtener la distribución temporal de las dotaciones de riego diarias, y una metodología para la estimación de la precipitación efectiva. El modelo se ha calibrado con base en el caudal registrado en el río Corb durante el periodo 2000- 2002. Dicho modelo permite simular el caudal a escala anual con un error medio de solamente el 3,6% respecto al registro, a nivel mensual con una predicción aceptable y a escala diaria con una predicción más baja. El error de cierre del balance hídrico global anual es bajo (el -5,8% respecto a las entradas), la fracción consumida media anual es del 64% y la fracción de retorno del 35%. Si no hubiera reutilización, la fracción de retorno sería del 42%, lo que indica que el grado de reutilización del agua es del 7%. Para las zonas regadas del dominio del Corb, tanto al nivel anual como para la época de riego, la reutilización representa el 18% del agua suministrada por los canales para riego en parcela, de la cual el 14% proviene de los desagües y el 4% de extracciones de bombeo. A nivel cuantitativo la reutilización representa un volumen de 38,4 hm3 anuales para el dominio del Corb y de 69 hm3 anuales para toda la zona regable. Al nivel de la red de transporte y para la época de riego la eficiencia de conducción media resultó del 90,5%, la eficiencia de distribución del 90% y la eficiencia del sistema del 82%. Algunos de los indicadores de manejo medios correspondientes al conjunto de los canales de Urgell se especifican a continuación. La dotación por superficie regada es de 8800 m3/ha, el suministro relativo de agua anual es de 1,5, el suministro relativo de riego anual en origen de los canales es de 1,7 y de 1,3 en origen de las parcelas. Los ingresos por superficie regada son aproximadamente de 3000 Є/ha, el valor estimado de la venta de la producción respecto al volumen de agua de riego suministrada por los canales en origen de las parcelas de riego es de 0,44 Є/m3, respecto al volumen en origen de los canales es de 0,34 Є/m3 y respecto al volumen anterior más la precipitación efectiva es de 0,28 Є/m3. La fracción consumida obtenida en los balances al nivel de suelo resultó mayor en las zonas regadas a presión (con valores de 0,9) mientras que en las zonas regadas por superficie osciló entre 0,57 (para suelos con baja capacidad de retención de agua) y 0,65 (en suelos con mayor capacidad de retención). La fracción de retorno en las zonas con riego a presión varió entre 0,06 y 0,1, mientras que en las zonas regadas por superficie fue de 0,35 para suelos profundos y de 0,43 para suelos someros. Es de interés señalar que no se produjo apenas déficit hídrico en las zonas regadas y, además, sólo se presentó en secano. La simulación de la modernización del regadío de los canales de Urgell, transformando el riego por gravedad en riego a presión, conllevaría una disminución del volumen servido en origen de los canales de riego de 89 hm3. Dicha cifra no debe interpretarse erróneamente como la cantidad de agua que se ahorraría como consecuencia de la modernización. En este sentido, debe tenerse en cuenta que la modernización del regadío conllevaría el aumento de la fracción consumida en un 10% y la disminución de los retornos en la misma cifra, con lo que la cantidad de agua disponible aguas abajo disminuiría en 22 hm3. De ello se desprende la importancia de analizar globalmente los recursos disponibles y no sólo el ahorro en el suministro en origen del sistema / A simulation model of water resources for irrigation lands has been developed and calibrated. The study area is the river Corb basin, in the irrigated area of the Urgell canals, with 378 km2, the 43% of the total irrigated area. The developed model can be classified as a quasi distributed deterministic mathematical model, of continuous simulation at daily level with 38 parameters. It is divided in eleven different sub areas according to their hydrologic performance, source of irrigation water, irrigation system or whether they are non irrigated or non-agricultural lands. Daily water balances are applied to the mentioned sub areas. In the PhD a methodology for the estimation of the irrigation calendars is proposed for surface irrigation in order to get a time distribution of the duty daily irrigation, as well as a methodology for the effective precipitation estimation. The model has been calibrated according to the Corb river registered flows for the period 2000-2002, and allows simulating them at a yearly scale with an average error of only 3.6% from the registered ones, at a monthly level with an acceptable prediction, and at a daily scale with not as good prediction. The yearly global balance closing error is low (-5.8% from the entrances), the average yearly depletion fraction is of 64% and the return fraction of 35%. Without reuse the return fraction would be 42%, showing that the water reuse degree is 7%. For the Corb domain irrigated areas, and both yearly level and irrigation period, reuse performs the 18% of the water delivered by canals for farm irrigation, from which 14% comes from drainages and 4% from pumping extractions. At a quantitative level reuse involves a volume of 38.4 hm3 per year for the Corb domain and of 69 hm3 per year for the whole irrigated area. At a network transport level and for the irrigation period, the mean conveyance efficiency was of 90.5%, the distribution efficiency of 90% and the system efficiency of 82%. Some of the whole Urgell canals mean performance indicators are listed below. The annual irrigation water supply per unit irrigated area is of 8800 m3/ha, the annual relative water supply is of 1.5, the annual relative irrigation supply in canals origin is of 1.7 and of 1.3 in field furnished. The output per unit of irrigated area is about 3000 Є/ha, the estimated value of the agricultural production per unit irrigation supplied by canals on field origin is of 0.44 Є/m3, of 0.34 Є/m3 regarding to the canals origin unit irrigation supply, and of 0.28 Є/m3 for the previous volume plus the effective precipitation. The depleted fraction from the balances at a soil level was greater in the sub-areas with pressure irrigation (with values of 0.9) while in the sub-areas with surface irrigation ranged between 0.57 (low water retention capacity soils) and 0.65 (greater water retention capacity soils). The return fraction of the pressure irrigated areas ranged between 0.06 and 0.1, while for the surface irrigated areas was of 0.35 in deep soils and of 0.43 in soils with low capacity of water retention. It is interesting to point out that deficit irrigation was hardly produced in the irrigated areas, taking place only in non irrigated ones. The simulation of the modernization of the Urgell canals irrigated area, transforming surface irrigation into pressure irrigation, would involve a decrease of the volume supplied in origin of 89 hm3. This amount must not be wrongly interpreted as saved water due to the modernization. In this way, irrigation modernization would lead to a 10% increase of the depleted fraction and a decrease of the return fraction in the same amount, thus the available downstream would decrease 22 hm3. This highlights the importance of analyzing the available water resources globally and not only the saved water in the supply system origin.