En el marc actual, l'agricultura continua requerint importants volums d'aigua per tal desatisfer les seves necessitats i assolir els nivells de productivitat exigibles per a la pervivènciaeconòmica del sector. Però la competència exercida pel sector industrial i les zones urbanes,pel recurs escàs i limitat que és l'aigua, implica que cada dia sigui més difícil disposar d'unsubministrament amb garanties. La utilització d'aigües regenerades per a ús agrícola ajuda adisposar de l'aigua necessària i permet, també, alliberar un important volum d'aigua de majorqualitat per a altres usos. No obstant això, l'ús d'aigües regenerades presenta el greuinconvenient de les obturacions als diferents elements dels sistemes de reg localitzat. És peraquest motiu que en la present tesi doctoral s'estudia el comportament d'un sistema de reglocalitzat utilitzant aigües residuals tractades.Es varen realitzar dos assajos de reg amb aigües regenerades procedents de l'EDAR de Celrà(Girona). En el primer assaig, es va utilitzar efluent procedent del tractament secundari i en elsegon assaig, es va utilitzar efluent procedent del tractament terciari. Ambdós assajos vandurar 1000 hores i van emprar quatre sistemes de filtració i sis tipus d'emissors. El primersistema de filtració estava format per dos filtres de sorra de vint polzades, col·locats enparal·lel i omplerts amb 175 kg de sorra silícica disposada en una sola capa i, amb undiàmetre efectiu de 0.47 i 0.27 mm i un coeficient d'uniformitat de 2.41 i 2.89 per a l'assaigamb efluent secundari i terciari, respectivament. El segon sistema de filtració fou un filtre demalla de dues polzades i un nivell de filtració de 120 μm. El tercer sistema de filtració va seruna bateria de filtració consistent en dos filtres d'anelles de dues polzades col·locats enparal·lel i un nivell de filtració de 130 μm i, finalment, el quart sistema de filtració fou formatper la combinació en sèrie d'un filtre de malla i una bateria de filtres d'anelles com elsanteriorment descrits. Els emissors utilitzats foren sis de diferents característiques de disseny id'operació i tots ells disponibles comercialment.Es va observar que el filtre de sorra va ser l'únic que va reduir els sòlids en suspensió i laterbolesa dels dos efluents utilitzats. Amb el sistema de filtració combinat i en l'assaig ambefluent terciari, es va reduir sensiblement l'oxigen dissolt d'abans de filtrar. Pel que fa a laresta de paràmetres analitzats (conductivitat elèctrica, oxigen dissolt, pH, temperatura inombre de partícules) no es van veure afectats significativament al passar pels diferentssistemes de filtració.Els filtres que van presentar uns majors consums d'aigua durant els rentats van ser els desorra, seguit dels d'anelles i malla en ambdós efluents assajats. Tant els filtres de malla comels d'anelles van ser els que van presentar més requeriments de pressió durant els rentats pertal d'assolir rentats eficients. També es va observar que l'obturació dels filtres, mesurada coma l'índex de filtrabilitat de la relació de Boucher, va dependre del tipus de filtre i l'efluentutilitzat.Es va utilitzar l'anàlisi dimensional per tal de relacionar mitjançant expressions matemàtiquesl'obturació dels diferents sistemes de filtració amb les variables mesurades al llarg de l'assaig.Tot i que els ajustos amb una de les expressions desenvolupades en aquesta tesi i lesdesenvolupades en treballs precedents van ser bons, va quedar variabilitat per a explicar,degut potser, a la manca d'intensitat de mostreig en alguna variable o a la no mesura d'algunaaltra variable que hauria estat d'interès.Pel que fa a l'obturació dels laterals de reg, es va observar que el percentatge de cabal emèspels emissors era un bon indicador de l'obturació. No es van observar en cap dels assajosobstruccions físiques als laterals o als emissors, fet que queda avalat per les elevadesuniformitats de pressió aconseguides fins a l'últim moment de l'assaig. La posició al llarg dellateral i el tipus d'emissor utilitzat van ser factors determinants a l'hora de presentar obturacióparcial o complerta. Al final dels laterals, i sobretot amb els emissors UN i TO, va ser on esvan presentar la major part dels emissors completament obturats.Finalment, es va observar que la utilització d'un sistema SCADA va ser de gran ajuda per almonitoratge i control de l'estació de reg, permetent interactuar amb el sistema en continu idetectar fàcilment anomalies en l'operació que, sense aquest sistema, hagués estat molt mésdifícil d'observar. / En la situación actual, la agricultura continúa requiriendo importantes volúmenes de agua parasatisfacer las necesidades y llegar a los niveles de productividad exigibles para la pervivenciaeconómica del sector. Pero la competencia ejercida por el sector industrial y las zonasurbanas, por el recurso escaso y limitado que es el agua, implica que cada día sea más difícildisponer del suministro con garantías. La utilización de aguas regeneradas para uso agrícolaayuda a disponer del agua necesaria y permite también, liberar un importante volumen deagua de mayor calidad para otros usos. No obstante, el uso de aguas regeneradas presenta elgrave inconveniente de las obturaciones en los distintos elementos de los sistemas de riegolocalizado. Es por este motivo que en la presente tesis doctoral se estudia el comportamientode un sistema de riego localizado utilizando aguas residuales tratadas.Se realizaron dos ensayos de riego con aguas regeneradas procedentes de la EDAR de Celrà(Girona). En el primer ensayo se utilizó efluente procedente del tratamiento secundario,mientras que en el segundo ensayo se utilizó efluente procedente del tratamiento terciario. Losdos ensayos duraron 1000 horas y utilizaron cuatro sistemas de filtración y seis tipos deemisores. El primer sistema de filtración estaba formado por dos filtros de arena de veintepulgadas, colocados en paralelo y rellenados con 175 kg de arena silícica dispuesta en unasola capa y, con un diámetro efectivo de 0.47 y 0.27 mm y un coeficiente de uniformidad de2.41 y 2.89 para el ensayo con efluente secundario y terciario, respectivamente. El segundosistema de filtración fue un filtro de malla de dos pulgadas y un nivel de filtración de 120 μm.El tercer sistema de filtración fue una batería de filtración consistente en dos filtros de anillasde dos pulgadas colocados en paralelo y un nivel de filtración de 130 μm y, finalmente, elcuarto sistema de filtración estuvo formado por la combinación en serie de un filtro de malla yuna batería de filtros de anillas como los anteriormente descritos. Los emisores utilizadosfueron seis de distintas características de diseño y de operación y todos ellos disponiblescomercialmente.Se observó que el filtro de arena fue el único que redujo los sólidos en suspensión y laturbidez de los dos efluentes utilizados. Por lo que se refiere a los demás parámetrosanalizados (conductividad eléctrica, oxígeno disuelto, pH, temperatura y número departículas) no se vieron afectados significativamente al pasar por los distintos sistemas defiltración.Los filtros que presentaron unos mayores consumos de agua durante los lavados fueron los dearena, seguido de los de anillas y malla, con los dos efluentes ensayados. Tanto los filtros demalla como los de anillas fueron los que presentaron más requerimientos de presión durantelos lavados para conseguir lavados eficientes. También se observó que la obturación de losfiltros, medida como el índice de filtrabilidad de la relación de Boucher, dependió del tipo defiltro y el efluente utilizado.Se utilizó el análisis dimensional para relacionar mediante expresiones matemáticas laobturación de los diferentes sistemas de filtración con las variables medidas a lo largo delensayo. Aunque los ajustes con una de las expresiones desarrolladas en esta tesis y lasdesarrolladas en trabajos precedentes fueron buenos, quedó variabilidad por explicar, debidoquizás, a la baja intensidad de muestreo en alguna de las variables o a la falta de medición dealguna otra variable que habría sido de interés.Por lo que se refiere a la obturación de los laterales de riego, se observó que el porcentaje decaudal emitido por los emisores era un buen indicador de la obturación. No se observó enninguno de los ensayos obstrucciones físicas a los laterales o en los emisores, hecho quequeda avalado por las elevadas uniformidades de presión conseguidas hasta el últimomomento del ensayo. La posición a lo largo del lateral y el tipo de emisor utilizado fueronfactores determinantes a la hora de presentar obturación parcial o completa. Al final de loslaterales, y sobretodo con los emisores UN y TO, fue donde se presentó la mayor parte de losemisores completamente obturados.Finalmente, se observó que la utilización de un sistema SCADA fue de gran ayuda para lamonitorización y control de la estación de riego, permitiendo interactuar con el sistema encontinuo y detectar fácilmente anomalías en la operación que, sin este sistema, hubiera sidomucho más difícil de observar. / Agriculture currently requires a large volume of water to satisfy its needs and reach theproductivity levels necessary for the sector to survive economically. Water is a scarce andlimited resource and competition for it from the industrial sector and urban zones makes itmore and more difficult to guarantee the supply. Using regenerated water for agriculturemakes more water available so that high quality water can be used in other areas. However,using regenerated water has the serious disadvantage of clogging different components of themicroirrigation system. For this reason the present doctoral thesis analyses the behaviour of amicroirrigation system that uses treated wastewaters.Two irrigation trials with regenerated waters from the Celrà Wastewater Treatment Plant(Girona) were carried out. The first trial was conducted with secondary treatment effluent andthe second trial with tertiary treatment effluent. Both experiments lasted 1000 hours and usedfour filtration systems and six emitter typesThe first filtration system was formed by two sand filters of twenty inches, placed in paralleland filled with 175 kg of silicic sand in a single layer with an effective diameter of 0.47 and0.27 mm and uniformity coefficients of 2.41 and 2.89 for the trial with the secondary effluentand for the trial with tertiary effluent, respectively. The second filtration system was a screenfilter with a 120 μm filtration level. The third filtration system was a filtration batteryconsisting of two disc filters placed in parallel with a 130 μm filtration level. Finally, thefourth filtration system combined a screen filter and a battery of disc filters as previouslydescribed. Six emitters with different design and operation characteristics were used, all ofwhich are commercially availableThe sand filter was the only one that reduced the suspended solids and turbidity of the twoeffluents used. Using the combined filtration system with the tertiary effluent, the oxygendissolved before filtration was significantly reduced. The other analysed parameters (electricalconductivity, dissolved oxygen, pH, temperature and particle number) were not affectedsignificantly by the different filtration systems.During backwashing, and with the two effluents tested, sand filters consumed the most waterfollowed by disc and screen filters, which had the highest pressure requirements during thebackwashing for efficient filter washing. It was also observed that filter clogging, measured asthe filterability index of the Boucher relation, depended on the type of filter and effluent used.Dimensional analysis was used to relate the clogging of different filtration systems to thevariables measured during the trials by means of mathematical expressions. Although theadjustments with one of the expressions developed in this thesis as well as those developed inpreceding works were good, there was still variability to explain. This could be due to the lackof sampling intensity for some variables. It is also possible that some variables that may havebeen of interest were not measured.The percentage of the water volume emitted by drip emitters was a good indicator of cloggingof the irrigation laterals. Physical obstructions were not observed in any of the trials of theirrigation laterals or in the emitters, which was evidenced by the highly uniform pressurethroughout the trails. The position in the irrigation lateral and the type of emitter used weredetermining factors for partial or complete clogging. Most of the completely clogged emittersappeared at the end of the irrigation lateral, especially with UN and TO drip emitters.Finally, the SCADA system was a helpful tool for monitoring and controlling the irrigationstation. Continuous interaction was possible and operation malfunctions could be detectedmore easily.

Aquesta tesi centra els seus esforços en l'àmbit de la microfluídica, un camp relativament recent dins de la Mecànica de Fluids, amb un futur prometedor i amb un ritme d'investigació intens en les seves diferents especialitzacions. En aquest sentit, la tesi presenta dos aportacions científiques principals. Primer, aporta una eina numèrica d'elaboració pròpia per realitzar simulacions de fluxos reactius en microcanals. Eina que s'aplica satisfactòriament a la identificació dels principals processos de transport involucrats en la oxidació parcial del metà per a produir gas de síntesi, i a l'estudi de l'efecte que tenen alguns paràmetres d'operació en aquest procés reactiu. Segon, estén el coneixement dels fluxos multifàsics en microunions en T, estudiant experimentalment fluxos de dues fases amb fluids principalment miscibles i en condicions supercrítiques, que son portats al seu equilibri vapor-líquid. Durant aquest estudi, a més, reporta un succés inesperat que presenta futurs reptes en l'aplicació d'aquest tipus de fluxos multifàsics. / The present thesis focuses on microfluidics, a relatively recent field of Fluid Mechanics with promising expectations and with an intense scientific interest on its different areas. In this regard, the thesis aims to provide two main scientific contributions. First, it presents an in-house numerical tool to carry out simulations of reactive flows within microchannels. The tool is successfully applied to the identification of the main transport phenomena involved on the partial oxidation of methane to produce synthesis gas, and to the analysis of the effect of several operating parameters on this reactive process. Second, it extends the knowledge on multiphase flows in microfluidic T-junctions with an experimental study of two-phase flows of mixtures of potentially miscible fluids, in supercritical conditions and in vapour-liquid equilibrium. In this study it is also reported an unexpected phenomenon, which brings new challenges to the application of these kind of multiphase flows.

Geochemical and reactive transport modelling are essential tools in hydrogeology. They help to identify and assess geochemical processes occurring in applications such as groundwater contamination, water-rock interactions and geologic carbon sequestration. In this thesis we present methods for mixing and speciation calculations to be used for both interpretation of hydrochemical data and numerical modelling. The first method presented allows solving geochemical speciation using redundant information, while acknowledging errors in data. Traditional speciation algorithms use a fixed number of data and equilibrium assumptions to calculate the concentration of the species present in a chemical system. We demonstrate that using redundant data (i.e., data or assumptions that exceed the minimum required and therefore are not strictly necessary) can improve speciation results by reducing estimation errors. In fact, we show that speciation errors decrease when increasing the number of redundant data. The second method presented allows calculating mixing proportions of a number of end-members in a water sample from uncertain chemical data. Traditional methods for evaluating mixing ratios require the use of conservative tracers, which severely limits their applicability. The novelty of the method lies on the possibility of imposing equilibrium conditions on the mixture, while acknowledging kinetic reactions, which naturally leads to quantification of reactions. We applied the method to a freshwater-saltwater mixing problem in a set of samples collected by Sanz (2007), where we also characterized carbonate dissolution/precipitation and the production/consumption of CO2. These methods have been implemented in an Object-Oriented library called "CHEPROO++". This library can be used for hydrogeochemical calculations such as mixing waters linked to mass balance programs, which allows extending conservative transport simulators to solve reactive transport. One peculiarity of CHEPROO++ is the possibility of defining components decoupling constant activity species (CAS) such as, for example, pure equilibrium minerals or water (if the solution is sufficiently diluted). CHEPROO++ treats CAS as primary species. Decoupling CAS can be useful for speciation calculations because it allows reducing the system to be solved iteratively. To check if decoupling CAS is advantageous, we applied the speciation algorithm that decouples CAS to a reactive transport application. In particular we used this speciation algorithm for the chemical step of the Sequential Iteration Approach for reactive transport modelling. We compared the proposed algorithm with the traditional method, which does not decouple CAS, on a onedimensional domain where calcite is dissolving in equilibrium. Results show that decoupling CAS can decrease the number of iterations necessary for transport and chemistry calculations in case of equilibrium dissolution. / El transporte reactivo y la modelación geoquímica son herramientas necesarias en hidrogeología, porque ayudan a identificar y cuantificar procesos geoquímicos que ocurren en diferentes aplicaciones como contaminación de aguas subterráneas, interacción agua-roca y secuestro geológico de CO2. En estas tesis presentamos métodos para cálculos de mezcla y especiación para interpretación de datos hidrogeoquímicos y modelación numérica. El primer método que presentamos permite resolver la especiación geoquímica con información redundante, y permite definir errores en los datos. Los algoritmos tradicionales de especiación utilizan un número fijo de datos y condiciones de equilibrio para calcular las concentraciones de las especies de un sistema químico. Con este método, demostramos que el uso de datos redundantes (p.ej. datos o hipótesis que exceden el mínimo requerido, y por tanto no son estrictamente necesarios) puede mejorar los resultados de la especiación reduciendo los errores de estimación. De hecho, mostramos como los errores de especiación disminuyen aumentando el número de datos redundantes. El segundo método que presentamos permite calcular proporciones de mezcla de miembros extremo en una muestra a partir de datos químicos inciertos. Los métodos de mezcla tradicionales utilizan trazadores conservativos, y esto limita mucho sus aplicabilidad. La novedad de este método está en la posibilidad de imponer condiciones de equilibrio y considerar reacciones cinéticas, que naturalmente permiten cuantificar reacciones. Hemos aplicado el método a unas muestras representativas de mezcla entre agua dulce y agua salada tomadas por Sanz (2007), en las que también hemos caracterizado disolución/precipitación de carbonatos y producción/consumo de CO2. Estos métodos han sido implementados en una librería ("CHEPROO++") usando el paradigma de programación orientada a objetos. Este módulo se puede utilizar para cálculos hidrogeoquímicos como mezclas de agua si se acopla a programas de balance de masa, y también puede extender programas de transporte conservativo para resolver transporte reactivo. Una peculiaridad de CHEPROO++ es la posibilidad de definir componentes desacoplando las especies de actividad constante (CAS) como, por ejemplo, minerales puros en equilibrio o agua (si la solución está suficientemente diluida). CHEPROO++ considera CAS como especies primarias. El desacople de CAS puede ser útil para la especiación porque permite reducir el tamaño del sistema que se tiene que resolver iterativamente. Para comprobar que desacoplar CAS es una ventaja, hemos aplicado el algoritmo de especiación que desacopla CAS a una aplicación de transporte reactivo. En particular, lo hemos utilizado para el paso químico del Sequential Iteration Approach, uno de los algoritmos para transporte reactivo. Hemos comparado el algoritmo propuesto con el tradicional, que no desacopla CAS, en un dominio unidimensional donde la calcita está disolviendo en equilibrio. Los resultados muestran que desacoplar CAS puede ayudar a reducir el número de iteraciones necesarias para el transporte y para la química en el caso de disolución en equilibrio / El transport reactiu i la modelació geoquímica són eines necessàries en hidrogeologia, perquè ajuden a identificar i quantificar processos geoquímics que es donen en diferents aplicacions com contaminació d’aigües subterrànies, interacció aigua-roca i segrest geològic de CO2. En aquesta tesi presentem mètodes per a càlculs de mescla i especiació per interpretació de dades hidrogeoquímiques i modelació numèrica. El primer mètode que presentem permet resoldre la especiació geoquímica amb informació redundant, i permet definir errors en les dades. Els algoritmes tradicionals d’especiació utilitzen un nombre fix de dades i condicions d’equilibri per calcular les concentracions de les espècies d’un sistema químic. Amb aquest mètode, demostrem que l’ús de dades redundants (p. e. dades o hipòtesis que excedeixen el mínim requerit, i per tant no són estrictament necessàries) pot millorar els resultats de l’especiació reduint els errors d’estimació. De fet, ensenyem com els errors d’especiació disminueixen augmentant el nombre de dades redundants. El segon mètode que presentem permet calcular proporcions de mescla de membres extrem en una mostra a partir de dades químiques incertes. Els mètodes de mescla tradicionals utilitzen traçadors conservatius, i això limita molt la seva aplicabilitat. La novetat d’aquest mètode està en la possibilitat d’imposar condicions d’equilibri i considerar reaccions cinètiques, que naturalment permeten quantificar reaccions. Hem aplicat el mètode a unes mostres representatives de mescla entre aigua dolça i aigua salada preses per Sanz (2007), en què també hem caracteritzat dissolució / precipitació de carbonats i producció/consum de CO2. Aquests mètodes han estat implementats en una llibreria ("CHEPROO ++") utilitzant el paradigma de programació orientada a objectes. Aquest mòdul es pot utilitzar per càlculs hidrogeoquímics com mescles d’aigua si s’acobla a programes de balanç de massa, i també pot estendre programes de transport conservatiu per resoldre transport reactiu. Una peculiaritat de CHEPROO ++ és la possibilitat de definir components desacoblant les espècies d’activitat constant (CAS) com, per exemple, minerals purs en equilibri o aigua (si la solució és prou diluïda). CHEPROO ++ considera CAS com a espècies primàries. El desacoblament de CAS pot ser útil per a la especiació perquè permet reduir la mida del sistema que s’ha de resoldre iterativament. Per comprovar si desacoblar CAS és un avantatge, hem aplicat l’algoritme d’especiació que desacobla CAS a una aplicació de transport reactiu. En particular, l’hem utilitzat per al pas químic del Sequential Iteration Approach, un dels algoritmes per a transport reactiu. Hem comparat l’algoritme proposat amb el tradicional, que no desacobla CAS, en un domini unidimensional on la calcita està dissolent en equilibri. Els resultats mostren que desacoblar CAS pot ajudar a reduir el nombre d’iteracions necessàries per al transport i per a la química en el cas de dissolució en equilibri

The velocity fields inferred from the trajectories of Argo floats have proven to be a valuable tool for observing the major ocean currents. The velocity fields can be used to examine statistical properties at regional and global scales, and to describe regional and global circulation patterns at temporal scales that range from months to years. The first application has been the statistical study of ocean velocities, in particular the analysis of the Gaussian character of the velocity PDFs. The Argo-inferred velocities show to be adequate for this analysis as the inferred PDFs are comparable to previous results in the literature. We observe a deviation of the PDFs from Gaussianity, but yet we find no conclusive arguments to state that these PDFs are not Gaussian at a local scale. Our results emphasize the dependence of the resulting PDFs on the selection of both temporal and spatial sampling intervals which likely depend on the regional dynamics. In order to integrate relatively large temporal and spatial regions, a proper local normalization is previously required. This is a delicate process which, if incorrectly done, may lead to residual lateral and temporal inhomogeneities. We end up developing a simple model that shows to be quite useful at reproducing the velocity PDFs. The second application is an exhaustive study of the circulation of the equatorial Atlantic Ocean at several depths. It shows the great potential of the methodology, both to obtain the annual-mean ocean currents at several depths and to unveil the seasonal variations at the sea surface and 1000 dbar. In particular, we calculate monthly velocity fields which are quite different from the annual averaged fields. We have examined the intricate coupling of the surface winds and the surface currents. The intensity of the surface easterlies is associated to the annual latitudinal displacement of the ITCZ, in most of the Atlantic taking place between about 2ºN and 10ºN. A harmonic analysis also helps to understand the seasonal cycles both at surface and depth. The way the NECC grows in intensity across the Atlantic, from east to west, and the novel view of the NBC retroflection as the westernmost path for the recirculating nSEC, are two remarkable outputs. The five jets that appear in the annual-mean velocity field at 1000 dbar are the result of the composition of three alternating jets that reverse through the year while changing their latitudinal position. Two extra-equatorial jets, the NIEC and the SIEC, develop on both sides and flow opposite to the EIC. We show that some of these inversions are likely the result of westward propagating waves. The third, and final, application dealt with the surface and intermediate currents around Australia. The velocity data is complemented with the CTD data contained in the profiles and a novel method is developed to estimate the water transport in the intermediate layer. Our results confirm the existence of westward transport south of Tasmania and along the Great Australian Bight, from the Pacific Ocean to the Indian Ocean, through the Tasman Leakage. We obtain the first actual measurements of water transport, in rough agreement with previous model estimates: 3.8 ± 1.3 Sv with 39% contribution through eddy transport. We also show the existence of substantial mesoscale variability. This represents a confirmation of the existence of the Southern Ocean Supergyre, previously suggested by models and hypothesized from oceanographic cruise data. The dissertation is complemented with several appendices. In appendix A we propose that ocean velocities have a Gaussian distribution, which maximizes entropy. Appendix B presents some thoughts on the scientific method, which arose during the investigation process. Appendix C presents the basics of the harmonic analysis used in chapter 4. Finally, appendix D is found in a complementary CD, which contains a version of the basic scripts used during the research. / Els camps de velocitat inferits a partir de les trajectòries dels derivadors Argo poden ser emprats per examinar les propietats estadístiques a escala regional i global, i per descriure els patrons globals i regionals de circulació oceànica a escales temporals que van dels mesos als anys. La primera aplicació de les velocitats inferides és l’estudi estadístic de la distribució de les velocitats oceàniques, fent particular atenció al caràcter Gaussià de les Funcions de Densitat de Probabilitat (PDF). Malgrat s’observa una desviació respecte a la Gaussianitat en les PDF generades amb Argo, no trobem arguments conclusius per afirmar que les PDF no son Gaussianes. Els resultats presentats mostren la dependència en l’ajust de les PDF respecte de la integració espacio-temporal de les dades en el procés de normalització. Aquest és un procés delicat, que pot portar a la integració d’inhomogeneïtats temporals o espacials. Per acabar, desenvolupem un model senzill que, partint de la hipòtesi d’una distribució local Gaussiana permet, modificant les distribucions de les mitges i les desviacions estàndards locals, reproduir la PDF empírica obtinguda amb Argo. La segona aplicació és un estudi exhaustiu de la circulació de l’Oceà Atlàntic equatorial a diferents profunditats. Es mostra en particular la diferència en profunditat entre el que mostren els camps mitjos i el comportament estacional. Hem abordat l’intricat acoblament entre els vents superficials i les corrents de superfície. La intensitat dels vents de l’est està associada al desplaçament latitudinal de la ITCZ al llarg de l’any, que té lloc aproximadament entre 2ºS i 10ºN. L’anàlisi harmònica ajuda a comprendre el cicle estacional, tant a superfície com a 1000 dbar. També l’estudi del desenvolupament cap a l’oest de la NECC, així com la innovadora perspectiva sobre la NBC com el final de la recirculació de la nSEC són dos resultats remarcables. Els cinc jets que apareixen en el camp mig anual de velocitat zonal a 1000 dbar són en realitat el resultat de la composició de tres jets que canvien de direcció al llarg de l’any, canviant també lleugerament la seva ubicació latitudinal. Dos jets extra-equatorials, la NIEC i la SIEC, es desenvolupen a ambdós costats i flueixen en direcció oposada a la EIC. També hem mostrat, d’acord amb la literatura, com algunes d’aquestes inversions son probablement provocades per la propagació d’ones planetàries. La tercera i darrera aplicació versa sobre les velocitats superficials i a 1000 dbar al voltant d’Austràlia. Les dades de velocitat es complementen amb les dades de CTD contingudes als perfils per desenvolupar un mètode d’estimació de transporten les aigües intermèdies.. Els resultats mostren l’existència d’un transport cap a l’oest a 1000 dbar al sud de Tasmània, i a través de la Great Australian Bight, des de l’Oceà Pacífic fins a l’Oceà Índic, a través de l’anomenat Tasman Leakage. Els resultats representen les primeres mesures directes de transport d’aquesta transferència d’aigua, i es mostren d’acord amb les estimacions prèvies obtingudes de models, i suggereixen 3.8 ± 1.3 Sv. Es mostra també l’existència d’una variabilitat estacional considerable. Aquest estudi confirma l’existència del Southern Ocean Supergyre, que havia sigut prèviament hipotetitzat a partir de models i dades hidrogràfiques.’ La dissertació es complementa amb diversos apèndix. A l’apèndix A explorem el vincle entre les distribucions Gaussianes de de les velocitats oceàniques i la variació d’entropia. L’apèndix B presenta algunes reflexions sorgides durant el procés d’investigació, que transcendeixen la recerca i versen sobre la metodologia, intentant comprendre com les grans bases de dades afecten el mètode científic, allunyant-lo del mètode hipotètico-deductiu. L'apèndix C mostra els fonaments de l'anàlisi harmònica aplicada al capítol 4. Finalment, l’apèndix D, en forma de CD, conté una versió dels programes bàsics emprats en aquesta recerca.

El objetivo de esta tesis es avanzar en el conocimiento de tres aspectos críticos dentro del campo de la hidroecología: la clasificación hidrológica, la predicción de características hidrológicas y la valoración de la alteración hidrológica. En el Capítulo III se analizaron las implicaciones de clasificar redes fluviales utilizando diferentes procedimientos. Se han comparado clasificaciones basadas en series hidrológicas normalizadas y brutas aplicando dos aproximaciones de predicción de clases. En el Capitulo 4 se han comparado 3 clasificaciones que utilizan un procedimiento inductivo pero que están basadas en diferentes datos iniciales. La cuarta clasificación utiliza un procedimiento basado en criterio de experto. El Capítulo 5 compara la capacidad de 5 técnicas estadísticas y la aproximación de regresión regional para predecir características hidroecológicas a toda una red fluvial. En el Capítulo 6, se introduce y valora un procedimiento para evaluar la alteración hidrológica que incluye 5 diseños alternativos en función de la disponibilidad de datos. / The general objective of the thesis is to advance in the understanding and of three critical aspects within the hydroecological research: hydrological classification, hydrological prediction and assessment of hydrological alteration. In chapter III, the implication of different procedures to develop hydrological classifications was analyzed. Classifications were based on raw and normalized daily flow series and used two contrasting approaches to determine class membership to the river network. In chapter IV, three inductive classifications derived from different flow data and one expert-driven classification were developed and compared. Chapter V explored the ability of statistical models to predict different types of hydrological indices. 5 statistical techniques and the Regional Regression Approach were compared. In Chapter VI, we introduced and evaluated a protocol that provides 5 alternative designs to assess hydrologic alteration according to the availability of flow data: (1) Paired-Before-After-Control-Impact; (2) Before-After; (3) Control-Impact; (4) Hydrologic Classification and (5) Predicted Hydrologic Indices.

El origen y desarrollo de algunas de las culturas preindustriales más importantes del mundo se basó en la aplicación de estrategias sostenibles para la gestión de los recursos hidráulicos. La investigación en el siglo XX describió estas culturas bajo el epígrafe común de “sociedades hidráulicas”, olvidando en ocasiones la enorme diversidad de soluciones técnicas que aplicó cada cultura en su relación con el medio natural. Esta Tesis Doctoral pretende retomar el estudio de estas “sociedades” en los territorios americanos a partir del caso de Cusco, capital del Estado inca. Agua y forma urbana en la América precolombina: el caso del Cusco como centro del poder Inca busca poner en el contexto americano las determinantes y las actuaciones que hicieron de esta ciudad un hecho planeado, un caso que entronca con la larga tradición andina de trasformación del territorio vinculada a las sociedades agrarias extensivas, primero en la costa y luego en la sierra. La fundación del Cusco implicó la reorganización completa del medio natural en el valle del río Watanay. El conjunto de estrategias aplicadas en la gestión del agua marcaron la definición formal no solo de su Centro Representativo sino del gran aglomerado urbano que constituyó la capital del Tawantinsuyu. El sinnúmero de obras ejecutadas, si bien transformaron el valle, no pusieron en riesgo su equilibrio natural. Las labores de saneamiento de tierras, canalización de torrentes, y construcción de terrazas y asentamientos garantizaron de manera equilibrada con los recursos hídricos del valle, el sostenimiento del aparato de la capital del Estado inca. Sabemos que el caso del Cusco es ejemplo de un proceso cultural milenario. Para comprender las raíces de este fenómeno es necesario hacer un recorrido en la historia a través de los cambios naturales del valle del Cusco, sus primeros habitantes, las sociedades que lo habitaron antes de los incas y la aparición y expansión de éstos del nivel regional al continental. Profundizaremos en la reconstrucción del Centro Representativo del Cusco como ejemplo de sacralización a gran escala de un espacio, y como hecho vertebrador de la estrategia del agua a nivel de toda la cuenca. El diseño de dicho Centro creó un marco específico, ligado a lo sagrado, para los eventos naturales como expresiones de seres inmortalizados en la naturaleza. Manantes, rocas, ríos y montañas condicionaron las relaciones espaciales a todos los niveles; eran referentes, secuencias ceremoniales, límites y memoria. El caso del Cusco inca ilustra una forma de pensamiento que entendía el medio natural no solo como el contexto para el desarrollo de una actividad, sino como el propiciador en sí mismo de las actividades humanas: un ser con el se establecía comunicación a través de las expresiones físicas de la intervención humana, premisa bajo la que se estructuraría la vida a todos los niveles. El estudio sobre la gestión del agua en la América precolombina ha girado entorno al nivel tecnológico alcanzado por las sociedades preindustriales. Pero el éxito de esta empresa no radicó simplemente en una premisa tecnológica. A lo largo de este trabajo veremos cómo dicho avance fue fruto de un milenario contexto cultural; su cosmovisión permitió incorporar, a todos los niveles, patrones de comportamiento y organización basados en el entendimiento del medio como expresión de su propio ser. Sin esta “empatía” con el contexto natural, hubiera sido muy difícil que estos pueblos generaran respuestas que hoy podemos calificar de ingeniosas, responsables y respetuosas con el medio. El caso del Cusco es solo uno entre los muchos que pueden ser estudiados en el contexto Americano. Por esta razón, y a manera de reflexión final incorporamos a la discusión un breve repaso por diferentes culturas que, cada una en su propio y particular medio natural, supieron generar una verdadera simbiosis (hombre-obra-medio) y dieron respuesta a los retos de la naturaleza de manera ingeniosa y sofisticada / Origin and development of some of the world's most important pre-industrial cultures was based on the application of sustainable strategies for the management of water resources. Research in the 20th century described these cultures under the common heading of "hydraulic societies", occasionally forgetting the enormous diversity of technical solutions applied by every culture in its relationship with the natural environment. This dissertation aims to return to the study of these "societies" in American from the case of Cusco, capital of the Inca State. Agua y forma urbana en la América precolombina: el caso del Cusco como centro del poder Inca (Water and urban form in pre-Columbian America: the case of Cuzco as Center of Inca power) seeks to put in the American context determinants and actions that made this city a planned event, a case that connects with the long Andean tradition of transformation of the territory linked to extensive agrarian societies, first on the coast and then in the sierra. The foundation of Cusco involved the complete reorganization of the natural environment in the Valley of the river Watanay. The group of strategies applied for water management marked the formal definition not only of its Representative Center but also the great urban aggregate that constituted the capital of Tawantinsuyu. The number of executed works although transformed the Valley do not put at risk its natural balance. The work of land drainage, torrents channelling and construction of terraces and settlements guaranteed in a balanced way with the water resources of the Valley, the maintenance of the apparatus of the capital of the Inca State. We know that the case of Cusco is an example of a millennial cultural process. To understand the roots of this phenomenon it is necessary to make a journey in history through the natural changes of the Valley of Cusco, its first inhabitants, the societies that lived before the Incas and their emergence and expansion from regional to continental. We will go in depth in the reconstruction of the Representative Center of Cusco as an example of sacralisation of a space, and as a unifying fact of the strategy of water at the entire basin level. The design of the center created a specific framework, linked to the sacred, to natural events such as expressions of beings immortalized in nature. Springs, rocks, rivers and mountains influenced the spatial relationships at all levels; they were references, ceremonial sequences, limits, and memory. The case of Inca Cusco illustrates a way of thinking, understanding the natural environment not only as the context for the development of an activity, but as the facilitator in itself of human activities: a being with who it was possible to established communication through physical expressions of human intervention premise under which life at all levels would be structured. Study on water management of in pre-Columbian America has turned around to the technological level reached by pre-industrial societies. But the success of this enterprise did not simply rely on a technological premise. Throughout this dissertation, we will see how this progress was the result of a millennial cultural context; their world view allowed them to incorporate, at all levels, patterns of behaviour and organization based on the understanding of the environment as an expression of their own being. Without this "empathy" with the natural context, it would have been very difficult for these peoples to generate answers that today could be described as clever, responsible and respectful with the environment. The case of Cusco is only one among the many that can be studied in the American context. For this reason, a final reflection add to the discussion a brief review of different cultures which, each in its own particular natural environment, were able to generate a true symbiosis (human-work-environment) and responded to the challenges of nature of ingenious and sophisticated way.

El objetivo es la implementación de sistemas inteligentes para ajustar modelos hidrológicos, comparando las series temporales con redes neuronales, que permitan el aprendizaje y ajuste de parámetros para la obtención de modelos que realicen predicciones óptimas de alturas del río Paraná, en períodos de inundaciones. El interés radica en su aplicación en la provincia de Corrientes, Argentina, afectada por inundaciones que ocasionan pérdidas en la economía regional. Se realiza un análisis previo con series temporales que permite establecer las variables y factores que determinan las alturas hidrométricas, en períodos de inundación en la localidad de Corrientes. Posteriormente se presenta un pronóstico a corto plazo en períodos de crecidas, que predice las alturas hidrométricas a tres días implementando redes neuronales con función de penalización modificada. Se finaliza con un pronóstico a mediano plazo, para períodos de inundación, de alturas hidrométricas a siete días que se realiza con redes neuronales con diferentes arquitecturas. / The aim is the implementation of intelligent systems to adjust hydrological models comparing time series and neural networks which allow learning and setting parameters for models that make optimal predictions of the Paraná river heights in flood periods. The interest lies in its implementation in the province of Corrientes, Argentina, hit by floods causing losses in regional economy. We performed a time-series analysis to discover the variables and factors that influence the hydrometric height in flood periods in the town of Corrientes. Subsequently we present a short-term prediction for flood periods, which predicts the hydrometric heights three days in advance, using neural networks with a modified penalty function. Then we obtain a medium-term forecast for flood periods, seven days in advance, using neural networks with different architectures.

En esta tesis se propone y desarrolla una completa metodología de calibración de bases de datos de reanálisis de oleaje, en la que se que define el tratamiento de los datos disponibles más adecuado para la información que es necesario caracterizar, particularizado a cada caso concreto de diseño de una obra marítima.En una primera clasificación general se divide en calibraciones puntuales y espaciales. Las metodologías de calibración puntual se utilizan cuando existe información instrumental para calibrar los datos de reanálisis en una posición con un clima marítimo similar, en profundidades indefinidas, al de la localización de la obra en estudio. En cambio, se ha definido una metodología de calibración espacial para calibrar los datos de reanálisis en una zona, a partir de la información instrumental de otras zonas con diferentes climas marítimos al de la localización de la obra en estudio.Todas las metodologías de calibración han sido aplicadas al ámbito costero español, calibrando la base de datos de reanálisis SIMAR-44 (Organismo Público Puertos del Estado) con información instrumental (boyas y satélites). / This thesis proposes and develops a complete calibration methodology of wave hindcast databases, in which it is defined how to right process the available data for the information that it is necessary to characterize, as a function of the individual case of coastal structure design.In a first general classification, the methodology is composed by point-to-point and spatial calibration. The point-to-point calibration methodologies are used when there is instrumental data to calibrate hindcast data in a position where the wave climate is similar to the study location. Instead, we have defined a spatial calibration to calibrate the hincast data in an area, with instrumental data from other position that have different wave climate to the location under study.All calibration methodologies have been applied to the Spanish coastal area, it is calibrated the SIMAR-44 hindcast database (Spanish National Ports and Harbours Authority, OPPE) with instrumental data (buoys and satellites).

El control i supervisió de processos es basa generalment en la utilització de models. Models que han de ser tan acurats com sigui possible. Processos complexes com les xarxes de distribució d'aigua no escapen d'aquesta situació. Una bona gestió d'aquest element tan necessari i cada cop més escàs en les condicions adequades és una necessitat vital.Aquesta tesi ha estat realitzada amb la col·laboració de dos grups de recerca, un més orientat a l'aplicació -xarxes d'aigua- i l'altre ala metodologia -control i supervisió -. L'experiència d'ambdós grups va generar la necessitat de la calibració de models de xarxes per tal de poder realitzar bones simulacions, optimitzacions, supervisió, detecció de fuites, etc. L'objectiu principal d'aquesta tesi és desenvolupar una metodologia per aquesta calibració.L'originalitat d'aquest treball rau tan en l'abast del problema com les tècniques emprades. Una xarxa inclou elements diversos (nodes, dipòsits, canonades, vàlvules i bombes) i la calibració requereix l'estudi detallat de cada element així com l'aplicació a sistemes immensos. S'ha parat especial atenció a als tres passos principals de la calibració: estudi d'identificabilitat, macrocalibració i microcalibració. Cada un d'aquests passos requereix tècniques específiques. En aquesta tesi s'ha aplicat tècniques poc o gens conegudes en l'àmbit de les xarxes d'aigua.L'estudi d'identificabilitat s'ha desenvolupat per diferents escenaris, des del cas simple i il·lustratiu fins a xarxes reals i grans. Els experiments més simples es van fer amb xarxes lineals i estàtiques. En general les xarxes són no lineals i l'ús de més d'un instant en el temps en les mesures millora les condicions d'dentificabilitat. La metodologia proposada permet la determinació de la identificabilitat per xarxes en general (no lineals). L'eina obtinguda ajuda en el disseny dels problemes d'identificació fent servir informació topològica de la xarxa.Quan el model es genera, s'introdueixen grans errors. Aquests errors són detectats en un primer esforç de calibració, macrocalibració. Aquest procés es realitza manualment i l'objectiu d'aquesta tesi és donar suport a aquesta feina. La metodologia emprada pels experts s'ha analitzat. S'han fet servir algorismes específics per cada tipus d'error. Per tal de detectar errors en un conjunt gran d'elements s'han fet servir algorismes de classificació. Aquests algorismes permeten la generació de coneixement a partir d'experiments simulats i l'optimització de funcions de versemblança.La sintonia de paràmetres, es tractada com un problema d'optimització. La no convexitat del problema es determina en una caracterització acurada del problema. Aquesta no convexitat mostra els problemes que els optimitzadors locals tindran per resoldre'l. Les possibilitats d'alguns optimitzadors globals s'han explorat. El cost computacional dels optimitzadors globals, especialment quan les xarxes creixen, representa una gran limitació. El filtre de Kalman estès s'ha fet servir amb resultats prometedors.Els resultats d'aquesta tesi s'han presentat en tres congressos [Per-01a], [Per-01b], [Per-03] i s'està redactant un article per a revista abans de final d'any.Process control and supervision is based mainly in the use of models, which have to be as accurate as possible. Complex processes, like water distribution networks, fall into such a situation too. Water is a necessary element and its shortage in good conditions is a major problem. Therefore, a good management of water distribution is vital. / This thesis has been carried out with the collaboration of two research groups. One is more oriented to the application -water networks- and the other one is more oriented to the technology -control and supervision-. Experience of both groups has generated the necessity of calibration of water network models in order to be able to do good simulations, optimisations, supervisions, leak detections, etc. For this reason, the main objective of this thesis is to develop a closed methodology for the calibration process of water distribution network models.The originality of this work comes both from the magnitude of the problem and the techniques used. On the one hand, a water network includes different elements (nodes, reservoirs, pipes, valves, and pumps), and its calibration requires the study of those elements in detail. On the other hand it has to be applied to huge systems. Special attention has been paid to the three main parts of calibration: identifiability study, macrocalibration and microcalibration. Each of those steps needs specific techniques. Some of the techniques used in this thesis are little known or unknown at all in the water industry.The identifiability study has been developed for different case studies, ranging from simple, illustrating case to real huge networks. The simplest experiments were performed with linear and static networks. In general, networks are non-linear and the use of more than one time-step in the measurements provides better identifiability conditions. The methodology proposed allows the determination of the extended-period identifiability for general networks (non-linear). The obtained tool helps in the design of identification problems using topological information of the network.When the model is generated, large errors are introduced. These errors are detected in a first calibration effort, macrocalibration. This process is done manually and the objective in this thesis is to give support to such work. The methodology followed by the experts has been analysed. Specific algorithms have been used in this thesis for each kind of error. In order to detect errors in huge amount of elements classification algorithms have been used. Those algorithms allow the generation of knowledge from simulation experiments and optimisation of likelihood functions.The parameter tuning, microcalibration, is treated as an optimisation problem. The non-convexity of the problem is detected by a detailed characterisation. This non-convexity shows to be a problem for the local optimisers. The capabilities of some global optimisation algorithms have been explored. The computing cost for the global optimisers, especially when huge networks are identified, represents a major limitation. The Extended Kalman Filter has been used with promising results.Results of this thesis have been presented in three Conferences [Per-01a], [Per-01b], [Per-03] and a paper is will be finished before the end of the year.

En la actualidad, las decisiones en la ingeniería de costas y la gestión costera se apoyan, cada vez más, en los modelos numéricos predictivos de los procesos costeros, que por otra parte, se basan en modelos conceptuales simplificados que no reproducen de manera adecuada todos los procesos físicos relacionados en la dinámica costera. Buena parte de este problema se debe a la gran cantidad de incertidumbres que a día de hoy siguen existiendo en lo referente a la complejidad de la hidrodinámica, la transferencia de energía del oleaje a distintas escalas hidrodinámicas, la interacción de los flujos con el fondo marino y el transporte de sedimento y evolución del fondo resultantes. A pesar de esto y de su creciente demanda, raramente estos modelos se comparan (y validan) con datos de campo reales tomados en la zona de interés. Sin la adecuada calibración, la utilización de los resultados del modelado numérico de los procesos hidromorfodinámicos y de evolución costera a situaciones reales es, como mínimo, ambiguo y en ciertos casos podría ser hasta contraproducente. Para mejorar los planteamientos conceptuales de los modelos, es necesario realizar medidas de campo para mejorar el conocimiento de los procesos hidromorfodinámicos y que a su vez, sirvan para validar las predicciones numéricas. Dado que la mayor parte de los datos de campo disponibles se han tomado en playas en Estados Unidos, su utilidad para calibrar modelos en playas de otras partes del mundo es limitada. Para cubrir esta carencia, recientemente se han realizado importantes esfuerzos de investigación en este campo en Europa. En ésta tesis se presentan tres campañas de campo a nivel Europeo encaminadas, por una parte, a mejorar el conocimiento de los procesos físicos hidrodinámicos (Delta'93 y Delta'96 en el Delta del Ebro), y por otra, a la obtención de información esencial para la simulación numérica de los procesos morfodinámicos (Egmond, Holanda). El análisis de los datos obtenidos de las campañas Delta'93 y Delta'96 se ha centrado en la separación de las distintas escalas hidrodinámicas presentes en la zona cercana a la costa, la cuantificación de la transferencia de energía del oleaje a dichas escalas, la caracterización de la estructura vertical de las corrientes inducidas por la rotura del oleaje, la fricción con el fondo y la evolución batimétrica resultante. Los datos obtenidos de la campaña de Egmond se han utilizado para la calibración y validación del campo de oleaje, corrientes inducidas por la rotura y la evolución del perfil de playa predichas por un modelo hidromorfodinámico desarrollado en el LIM-UPC.