Floods and Drought are some of the most catastrophic natural disasters for humanity, averaging 1 to 5 billion dollar of annually damage for flood events and 6 to 8 billion dollars respectively for drought events. To avoid this phenomena risk management science has grown in the last years and allows us to assess the risk and the possible benefits if some specific measures are implemented (e.g. mitigation / adaptation measures). A methodology for Non-Structural Measures (NSM) implementation in risk assessment has been developed for flood event management. Likewise, an uncertainty analysis has been done in order to identify the variation of the possible results in the risk assessment. An analysis has been done based on the Expected Annual Damage (EAD) to determine the optimal return period of design of a structural measure. A new indicator has been proposed based on this analysis: The Optimal Expected Annual Damage indicator (OEAD). In the present document the results of pluvial flood risk assessment are described. These results include structural and non-structural measures based on a developed methodology for Arenys de Munt basin, which belongs to the region of Catalonia in Spain. To include non-structural measures in risk assessment, mitigation coefficients where built in the methodology, and are described in the methodology. Also, steps for the optimization of their possible implementation are defined. This research shows that potential economic losses are decreasing with the construction of structural measures from approximately 6.6 M€ to 3 M€ (box culvert of €14Million), and in combination with the implementation of non-structural measures this could even decrease to 0.7 M€ if the non-structural measures are implemented (for 500 year return period event). Related potential casualties results decrease from approx. 11 casualties to 8 and even as low as 2 casualties respectively if non-structural measures are implemented (for 500 year return period). This, demonstrate that non-structural measures are a way to follow in the flood risk mitigation. For drought events, a new methodology has been developed in order to relate quantitative potential economic losses for rainfed crops with "Meteorological Drought". In the same, a method for the hazard (through the Palmer index) and vulnerability assessment was developed. The susceptibility of a particular crop due to a drought event was linked with a classification of the phenological stages according two seasons: the sowing and harvesting season. The case study was focus on the Llobregat basin, in which both, hydrometeorological and crop statistics data series were available. Results illustrate that the Llobregat basin has suffered at least 2 important periods of drought (2000/2001 and 2005/2006) during the length of the considered 16 year crop production record statistics. These periods of drought caused potential economic losses of approximately 40.13 M€ and 55.84 M€ in the geopolitical subdivision called "Comarcas" of the Llobregat basin. The related methodology, demonstrates coherence in the detection of "important" drought events, and in the quantification of individual potential losses per crop type, which shows that crops, like olives (classified in category woody crop type) are more resistant to drought than vegetables (tomato, lettuce chard etc.). Finally, in addition to the presented methodology the potential losses of crop efficiency curves are proposed, as indicators for agricultural drought risk assessment. / Les inundacions i les sequeres són alguns dels desastres més catastròfics per a la humanitat, promitjant anualment al voltant d'1 a 5 x 10³ milions de dòlars i 6 a 8 x 10³ milions de dòlars en pèrdues econòmiques respectivament. Per combatre aquests fenòmens, la ciència de la "gestió del riscs" ha anat desenvolupant al llarg dels últims anys, permetent-nos quantificar el risc i els possibles beneficis en el cas que algunes mesures siguin implementades (tals com mesures de mitigació/adaptació etc.). En el present document es presenta una metodologia per a la quantificació del risc considerant la implementació de mesures no-estructurals (NSM). Així mateix, es va desenvolupar una anàlisi d'incertesa per identificar les fonts de variància sobre els resultats en el càlcul del risc. Amb l'indicador EAD (Expected Annual Damage), es va realitzar una anàlisi per determinar el període de tornada òptima en el disseny de mesures estructurals, com a resultat del mateix, es proposa un nou indicador: l "Optimal Expected Annual Damage" (OEAD). En el present document s'exposen els resultats per a la quantificació del risc pluvial. Aquests resultats inclouen mesures estructurals i no-estructurals d'acord amb la metodologia desenvolupada per a la conca d'Arenys de Munt a Catalunya-Espanya. Per incloure en el càlcul del risc a les mesures no-estructurals, es van desenvolupar coeficients de mitigació els quals són explicats dins de la metodologia. Igualment, es defineixen els passos a seguir per a l'optimització en la implementació d'aquestes mesures. En aquesta investigació, s'il·lustra que les pèrdues potencials econòmiques disminueixen si una mesura estructural és implementada (canalització per Box Culvert de 14 M€), des de 6.6 M€ a 3 M€ (T=500 anys), i si s'implementen mesures no-estructurals en combinació amb la mesura estructural, les pèrdues potencials poden disminuir-se fins a 0.7 M€ per al període de tornada de 500 anys. Sobre les pèrdues potencials de vides humanes, la mitigació obtinguda segueix el mateix comportament que les pèrdues potencials econòmiques, disminuint des d'11 possibles víctimes a 8 amb la mesura estructural i a 2 en combinació amb la mesura no estructural. Pel fenomen de la sequera, es va desenvolupar una metodologia per relacionar la "Sequera Meteorològica" amb les pèrdues potencials econòmiques en cultius de secà. En la mateixa, es proposa un mètode per a la quantificació de la perillositat (mitjançant els índexs de Palmer) i la vulnerabilitat. La susceptibilitat d'un cultiu de secà a un esdeveniment de sequera (vulnerabilitat) es va relacionar fent una classificació d'acord a dos estats fenològics: l'època de sembra i de recol·lecció. El cas d'estudi es va enfocar a la conca del riu Llobregat-Espanya, de la qual es va disposar d'informació hidrometeorològica i de les estadístiques de producció de diferents tipus de cultius de secà. De l'anàlisi realitzada sobre la conca, es va observar que al llarg dels 16 anys d'estadístiques en els cultius, van ocórrer dos períodes importants de sequera (2000/2001 i 2005/2006). Aquests períodes de sequera van deixar respectivament pèrdues potencials econòmiques d'aproximadament 40.13 M€ i 55.84 M€ per a les comarques associades a la conca del riu Llobregat. La metodologia desenvolupada, demostra eficàcia en la detecció d'esdeveniments importants de sequera, així mateix, il·lustra una coherència en la quantificació de les pèrdues individuals en els tipus de cultiu, en les que cultius com l'oliva (classificat com a cultiu llenyós), demostra més resistència a la sequera respecte a altres cultius com l'enciam, tomàquets etc.. Finalment, com a complement a la metodologia desenvolupada, es proposa a les corbes de pèrdua d'eficiència de cultiu, com a indicadors per a la gestió del risc de sequeres en cultius de secà.

The presence of a reservoir and its construction generate a direct impact in the rivers and in the surrounding landscape. The effects of the existing reservoirs, plus the combination of these with power plants (that use river water for cooling) or with the effects of the Climate Change, can cause significant changes in the thermal behavior of the river and, consequently, in the inhabiting communities. Water temperature is one of the most important variables of limnology studies: changes in the vertical temperature profile of a system modify the density of water and hence the stratification patterns. Most of the physical, chemical and biological processes that take place in a reservoir are controlled by the hydrodynamic and thermal evolution. The water temperature is the protagonist of this thesis because it is the key factor in most of the physical, chemical and biological processes occurring in aquatic ecosystems. The hydrodynamic model of a reservoir has to provide information about its complexity, for example, water stratification, mixing processes and water velocities. The initial knowledge of the system hydrodynamics is also necessary to carry out studies of water quality. The hydrodynamic performance is critical in terms of suspended sediment transport, dissolved contaminants or biological processes. In summary, the study of the hydrodynamic evolution of a reservoir is useful to know the quality of the stored water. This thesis has also furthered the knowledge of the hydrodynamic and thermal behavior of reservoirs. First of all a field data has been gathered, showing the hydrodynamic and thermal behavior of two catalonian reservoirs: Ribarroja Reservoir (Ebro River) and Sau Reservoir (Ter River). Both reservoirs are similar but differ in morphology, hidrology, water level, management criteria, sediment transport or in the presence of invasive species. Besides experimentally studying Ribarroja and Sau reservoirs by taking field data, in both cases the study has been supported by 2D and 3D numerical modeling. Numerical models of reservoirs are a useful tool for studying the behavior of the reservoirs as well as for predicting water quality and for managing the dam. After studying the thermal and hydrodynamic behavior of the reservoirs, numerical models have been applied to determine the thermal evolution in the length and depth of the studied reservoirs. For doing this CE-QUAL-W2 (Cole & Wells, 2008) model has been used, presenting good data fit to the data field campaigns. Noting that the 2D simulation using CE-QUAL-W2 was not capturing the complex 3D hydrodynamicas of the Ebro-Segre Rivers confluence in the tail of Ribarroja reservoir, it has been studied using a 3D model. FreeFlow (Cea et al., 2008) is the 3D hydrodynamic model used in which, in the context of this thesis, a surface heat module has been added in order to compute the surface heat balance based on meteorological data. / Además de tener un gran impacto social, la presencia y la construcción de embalses genera un impacto directo en los ríos y sobre el paisaje sobre el cual fluyen. Los efectos de la presencia de embalses, además de la combinación de éstos con las centrales térmicas que utilizan el agua del río para refrigeración o los efectos del Cambio Climático pueden provocar cambios importantes en el comportamiento térmico del río y consecuentemente en las comunidades que de él dependen. La temperatura del agua es una de las variables más importantes desde el punto de vista de la limnología: los cambios en el perfil vertical de temperatura de un sistema modifican la densidad del agua y por lo tanto, los patrones de estratificación. La mayor parte de los procesos físicos, químicos y biológicos que tienen lugar en un embalse vienen controlados por la hidrodinámica y la evolución térmica. La temperatura del agua es la protagonista de la presente tesis por ser el factor clave en la mayoría de los procesos físicos, químicos y biológicos que tienen lugar en los ecosistemas acuáticos. El modelo hidrodinámico de un embalse debe proporcionar información acerca de esta complejidad, por ejemplo: la estratificación del agua, mezcla y velocidades. El conocimiento inicial de la hidrodinámica del sistema es necesario también para llevar a cabo estudios de la calidad del agua. El funcionamiento hidrodinámico es crítico en términos de transporte de sedimentos en suspensión, contaminantes disueltos o procesos biológicos. En resumen, el estudio de la evolución hidrodinámica de un embalse es útil para conocer la calidad del agua almacenada. En esta tesis doctoral se ha avanzado en el conocimiento de comportamiento hidrodinámico y térmico de los embalses. Para ello se ha realizado una primera campaña de obtención de datos de campo que muestra el comportamiento de dos embalses catalanes: el embalse de Ribarroja (en el río Ebro) y el embalse de Sau (en el río Ter). Ambos embalses son similares pero difieren en características morfológicas, hidrológicas, variación de nivel, criterios de gestión, aporte de sedimentos o presencia de especies invasoras. Además de estudiar los embalses de Ribarroja y Sau experimentalmente mediante la toma de datos de campo, en ambos casos el estudio se ha apoyado en la modelización numérica 2D y 3D. Los modelos numéricos orientados a la hidrodinámica de embalses son una herramienta útil tanto para el estudio del comportamiento de los embalses como para las predicciones y la gestión sostenible de los mismos. Después de estudiar el comportamiento térmico e hidrodinámico de los embalses, se han aplicado modelos numéricos para conocer la evolución térmica en la longitud y la profundidad de los embalses de estudio. Para ello se ha utilizado el modelo CE-QUAL-W2 (Cole & Wells, 2008) presentado un buen ajuste a los datos de las campañas de campo. Al notar que la simulación 2D mediante CE-QUAL-W2 resultaba demasiado simplificada para representar algunos de los fenómenos que tienen lugar en un embalse, como es el caso de la hidrodinámica de la cola del embalse de Ribarroja de Ebro (confluencia entre los ríos Segre y Ebro), se ha estudiado la zona mediante un modelo 3D. El modelo hidrodinámico 3D utilizado es el FreeFlow (Cea et al., 2008), al que en el contexto de esta tesis se le añadido un módulo que realiza el balance térmico superficial en función de los datos meteorológicos. / A més a més de tenir un gran impacte social, la presència i la construcció d'embassaments genera un impacte directe en els rius i sobre el paisatge sobre el qual flueixen. Els efectes de la presència d'embassaments, a més a més de la combinació d'aquests amb les centrals tèrmiques que utilitzen l'aigua del riu per a refrigeració o els efectes del Canvi Climàtic poden provocar canvis importants en el comportament tèrmic del riu i conseqüentment en les comunitats que d'ell depenen. La temperatura de l'aigua és una de les variables més importants des del punt de vista de la limnologia: els canvis en el perfil vertical de temperatura d'un sistema modifiquen la densitat de l'aigua i per tant, els patrons d'estratificació. La major part dels processos físics, químics i biològics que tenen lloc en un embassament vénen controlats per la hidrodinàmica i l'evolució tèrmica. La temperatura de l'aigua és la protagonista de la present tesi per ser el factor clau en la majoria dels processos físics, químics i biològics que tenen lloc en els ecosistemes aquàtics. El model hidrodinàmic d'un embassament ha de proporcionar informació sobre aquesta complexitat, per exemple: l'estratificació de l'aigua, mescla i velocitats. El coneixement de la hidrodinàmica inicial del sistema és necessari també per dur a terme estudis de la qualitat de l'aigua. El funcionament hidrodinàmic és crític en termes de transport de sediments en suspensió, contaminants dissolts o processos biològics. En resum, l'estudi de l'evolució hidrodinàmica d'un embassament és útil per conèixer la qualitat de l'aigua emmagatzemada. En aquesta tesi doctoral s'ha avançat en el coneixement del comportament hidrodinàmic i tèrmic dels embassaments. Per a això s'ha realitzat una primera campanya d'obtenció de dades de camp que mostra el comportament de dos embassaments catalans: l'embassament de Riba-roja (al riu Ebre) i l'embassament de Sau (al riu Ter). Tots dos embassaments són similars però difereixen en característiques morfològiques, hidrològiques, variació de nivell, criteris de gestió, aportació de sediments o presència d'espècies invasores. A més d'estudiar els embassaments de Riba-roja i Sau experimentalment mitjançant la presa de dades de camp, en ambdós casos l'estudi s'ha recolzat en la modelització numèrica 2D i 3D. Els models numèrics orientats a la hidrodinàmica d'embassaments són una eina útil tant per a l'estudi del comportament dels embassaments com per a les prediccions i la gestió sostenible dels mateixos. Després d'estudiar el comportament tèrmic i hidrodinàmic dels embassaments, s'han aplicat models numèrics per conèixer l'evolució tèrmica al llarg de la longitud i la profunditat dels embassaments d'estudi. Per a això s'ha utilitzat el model CE-QUAL-W2 (Cole & Wells, 2008) presentat un bon ajust a les dades de les campanyes de camp. En notar que la simulació 2D mitjançant CE-QUAL-W2 resultava massa simplificada per representar alguns dels fenòmens que tenen lloc en un embassament, com és el cas de la hidrodinàmica de la cua de l'embassament de Riba-roja d'Ebre (confluència entre els rius Segre i Ebre), s'ha estudiat la zona mitjançant un model 3D. El model hidrodinàmic 3D utilitzat és el FreeFlow (Cea et al., 2008), al qual en el context d'aquesta tesi se li afegit un mòdul que realitza el balanç tèrmic superficial en funció de les dades meteorològiques.

Els sistemes de reg localitzat són els que permeten assolir una major eficiència en l'ús de l'aigua. De totes maneres, la tecnologia del reg per si mateixa no garanteix aquest objectiu, a més cal un disseny i un maneig adequats a les característiques del sòl i de la planta.En aquesta tesis es tracta l'aplicació de models de simulació del moviment d'aigua al sòl com a eina per a ajudar en el disseny i maneig dels sistemes de reg localitzat.Una de les tasques que s'ha realitzat al llarg de la tesi es la d'implementar noves funcions en el model de simulació numèric SIMDAS (Ramírez de Cartagena i Sáinz, 1997). Aquest model no permetia considerar l'evaporació en sòl nu, la formació de la bassa en la superfície del sòl, ni la distribució d'aigua al sòl en una línea d'emissió continua. Tots aquests aspectes, que limitaven l'aplicació pràctica del model, han estat incorporats.La distribució dels continguts d'aigua al sòl obtinguts amb el model SIMDAS s'ha comparat amb els d'un altre model de simulació numèric, l'HYDRUS-2D (Simunek et al., 1999) i amb els de la solució analítica, vàlida en règim transitori, desenvolupada per Warrick (1974).Els resultats de SIMDAS han mostrat una alta correlació amb els d'HYDRUS-2D, especialment quan els temps de simulació han estat relativament curts, on el coeficient de determinació (R2) ha estat proper a 0.9. No es pot dir el mateix pel que fa a la solució de Warrick (1974) on els R2 han estat al voltant de 0.5.Els resultats d'aquests tres models també s'han comparat amb els de probes de camp realitzades endiferents tipus de sòl i sense presència de cultiu. Els resultats de la comparació han mostrat que els models SIMDAS i HYDRUS-2D prediuen la distribució d'aigua al sòl de forma similar. L'arrel de l'error quadràtic mig (RMSE), que va ser l'estadístic de comparació utilitzat, va estar comprés entre 0.02 y 0.05cm3/cm3 en ambdós casos. Cal indicar que quan els temps de simulació van ser importants, els errorscomesos amb el model SIMDAS van ser superiors als comesos amb HYDRUS-2D, fet que s'atribueix auna sobreestimació de l'evaporació en el model SIMDAS.Es destaca que les mesures del contingut d'aigua al sòl, preses a camp amb una sonda TDR, no han estat exemptes d'error. En les calibracions realitzades en relació al mètode gravimètric, els valors del RMSE van estar compresos entre 0.03 i 0.05 cm3/cm3.La simulació de la dinàmica de la bassa formada sota els emissors realitzada amb SIMDAS es vacomparar amb observacions experimentals i amb diverses solucions analítiques en règim permanent.L'evolució en el temps simulada pel model s'ajusta molt bé a les observacions realitzades. Pel que fa al radi màxim de la bassa calculat amb les solucions analítiques, aquest presenta importants diferencies amb el determinat amb SIMDAS i amb el que es va observar experimentalment. D'entre les solucions analítiques la de Wooding (1968) és una de les que prediu millor el radi màxim de la bassa. Tot i això aquesta solució, que s'utilitza correntment en el disseny agronòmic dels sistemes de reg per degoteig, ha donat valors del radi màxim inferiors als valors observats i simulats amb SIMDAS, fet que podria comportar un sobre dimensionament de la instal·lació de reg.Finalment també es va utilitzar el model HYDRUS-2D per tal de calibrar els paràmetres de les funcionshidràuliques del sòl a partir de mesures en continu del potencial i contingut d'aigua al sòl preses en una plantació de pomeres al llarg d'una campanya de reg.Aquest mètode invers va permetre ajustar els paràmetres de les funcions hidràuliques del sòlsatisfactòriament quan es va disposar de mesures simultànies del contingut d'aigua i del potencial, però no quan només va disposar de mesures de contingut d'aigua. / Los sistemas de riego localizado son los que permiten alcanzar una mayor eficiencia en el uso del agua.De todas maneras, la tecnología del riego por si misma no garantiza este objetivo, además son necesarios un diseño y un manejo adecuados a las características del suelo y de la planta.En esta tesis se trata la aplicación de los modelos de simulación del movimiento de agua en el suelo como herramienta para ayudar al diseño y manejo de los sistemas de riego localizado.Una de las tareas que se han realizado a lo largo de la tesis es la de implementar nuevas funciones en el modelo SIMDAS (Ramírez de Cartagena y Sáinz, 1997). Este modelo no permitía considerar laevaporación en un suelo sin cobertura vegetal, la formación del charco en la superficie del suelo, ni la distribución de agua en el suelo bajo una línea de emisión continua. Todos estos aspectos, que limitaban la aplicación práctica del modelo, han sido incorporados.La distribución de los contenidos de agua en el suelo obtenidos con el modelo SIMDAS se hancomparado con los de otro modelo de simulación numérico, HYDRUS-2D (Simunek et al., 1999) y conlos de la solución analítica, valida en régimen transitorio, desarrollada por Warrick (1974).Los resultados de SIMDAS han mostrado una alta correlación con los de HYDRUS-2D, especialmentecuando los tiempos de simulación han sido relativamente cortos, en cuyo caso el coeficiente de determinación (R2) fue cercano a 0.9. No puede decirse lo mismo en referencia a la solución de Warrick (1974) dado que los R2 fueron aproximadamente de 0.5.Los resultados de estos tres modelos también se compararon con los de las pruebas de campo realizadas en distintos tipos de suelo y sin presencia de cultivo. Los resultados de la comparación mostraron que los modelos SIMDAS y HYDRUS-2D predicen la distribución de agua en el suelo de forma similar. La raíz del error cuadrático medio (RMSE), que fue el estadístico de comparación utilizado, estuvo comprendidaentre 0.02 y 0.05 cm3/cm3 en ambos casos. Debe indicarse que cuando los tiempos de simulación fueron largos, los errores cometidos con el modelo SIMDAS fueron superiores a los cometidos con HYDRUS-2D, hecho que se atribuye a una sobreestimación de la evaporación en el modelo SIMDAS.Se destaca que las medidas del contenido de agua en el suelo, realizadas en campo con una sonda TDR, no estuvieron exentas de error. En las calibraciones realizadas en relación al método gravimétrico, los valores de la RMSE estuvieron comprendidos entre 0.03 y 0.05 cm3/cm3.La simulación de la dinámica del charco formado bajo los emisores realizada con SIMDAS se comparócon observaciones experimentales y con diversas soluciones analíticas en régimen permanente. Laevolución en el tiempo simulada por el modelo se ajusta muy bien a las observaciones realizadas. En lo que se refiere al valor del radio máximo del charco calculado con la soluciones analíticas, presenta diferencias importantes respecto a los valores calculados con SIMDAS y respecto a las observaciones experimentales. Entre las soluciones analíticas la de Wooding (1968) es la que mejor predice el radio máximo del charco. Aún así esta solución, que se utiliza corrientemente en el diseño agronómico de los sistemas de riego por goteo, dio valores del radio máximo inferiores a los observados y a los simulados con SIMDAS, hecho que podría comportar un sobredimensionamiento de la instalación de riego.Finalmente también se utilizó el modelo HYDRUS-2D para calibrar los parámetros de las funcioneshidráulicas del suelo a partir de medidas en continuo del potencial y del contenido de agua en el suelo tomadas en una plantación de manzanos a lo largo de una campaña de riego.Este método inverso permitió ajustar los parámetros de las funciones hidráulicas del suelosatisfactoriamente cuando se dispuso de medidas simultáneas del contenido de agua y del potencial, pero no cuando sólo se dispuso de medidas del contenido de agua.Una vez calibrado el modelo, este permitió predecir la evolución del estado hídrico del suelo a lo largo de la campaña de riego.Una vegada calibrat el model aquest va permetre predir l'evolució de l'estat hídric del sòl al llarg de la campanya de reg. / Microirrigation systems are those which allow achieving higher efficiency in water use. In any case,irrigation technology by itself doesn't guarantee this goal, besides a design and management according to soil and plant characteristics are required.In this thesis we treat the application of simulation models for soil water movement as a tool to help in the design and management of microirrigation systems.One of the tasks that we realised along the thesis was to implement new functions in the numericalsimulation model SIMDAS (Ramírez de Cartagena and Sáinz, 1997). This model could not take intoaccount evaporation into bare soil, formation of pounded area on soil surface, nor distribution of water beneath a continuous emission line. All these aspects, which limited practical application of the model has been incorporated.Distribution of soil water contents computed with SIMDAS model has been compared with the ones ofanother numerical model, HYDRUS-2D (Simunek et al., 1999) and with the ones of a time-dependentanalytical solution, developed by Warrick (1974).Results of SIMDAS show a high correlation with the results of HYDRUS-2D, especially when simulationtime was relatively short, in which case determination coefficient (R2) has been close to 0.9. The same could not be said in which concern Warrick's (1974) solution, as R2 has been around 0.5.The results of these three models have been also compared with the ones obtained from field experiences in different soil types uncultured.The results of the comparison have showed that SIMDAS and HYDRUS-2D models predict soil waterdistribution in a similar way. Root mean square error (RMSE), which was the statistical of comparison used, was included between 0.02 and 0.05 cm3/cm3 in both cases. We should note that, when simulation time was relatively long, RMSE was higher with SIMDAS that with HYDRUS-2D, this fact was attributed to an overestimation of the evaporation in SIMDAS model.We also should emphasize that the measurement of soil water content, take at field with TDR probe, was not error free. In calibrations realized comparing TDR measurement with gravimetric ones, RMSE values were included between 0.03 and 0.05 cm3/cm3.Simulation of the dynamics of pounded area under the emitter carried out with SIMDAS was comparedwith experimental observations and with different analytical solutions in permanent regime. Theevolution in time simulated by the model fits very well the observed values. In which concerns maximum radius of pounded area computed with the analytical solutions, this differs very much from both, SIMDAS and experimental results. Between analytical solutions, Wooding's (1968) predicts better pounded radius. Nevertheless this solution, which is extensively used in the design of microirrigation systems, gave values of maximum pounded radius under the observed ones and also under the simulated with SIMDAS, this fact could yield an over dimensioning of the irrigation system.Finally we also use HYDRUS-2D model to calibrate parameters of the hydraulic soil functions fromcontinuous measurements of potential and water content into the soil taken in an apple plantation alongthe irrigation campaign.This inverse method allowed fitting the parameters of the soil hydraulic functions satisfactorily when we had simultaneous measurements of soil water content and potential, but not when we only had soil water content measurements.Once the model was calibrated, it allows predicting soil water status along the irrigation campaign.

No description available.

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.

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 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.

Los sistemas de humedales construidos de flujo subsuperficial horizontal (HCFSS) constituyen una tecnología válida para la depuración de aguas residuales urbanas. Uno de los principales objetivos de estos sistemas es eliminar la materia orgánica, los sólidos y los nutrientes presentes en el agua residual decantada. La materia orgánica mineral contenida en el agua residual se compone de una mezcla compleja de sustancias de diferentes tamaño y composición química. En sistemas de tratamiento convencionales se ha demostrado que la istribución de tamaños de partículas del agua residual afluente puede afectar la eficiencia del tratamiento. Sin embargo, muy pocos estudios han sido llevados a cabo en HCFSS para determinar si los factores como la distribución de tamaño o características de la materia orgánica afectan la eficiencia del tratamiento. Por lo tanto, la hipótesis inicial de este trabajo está basada en la suposición de que en HCFSS, las características de la materia orgánica disuelta y particulada pueden afectar la eficiencia de eliminación de materia orgánica (DQO) y amonio. Los estudios realizados para probar esta hipótesis, fueron desarrollados utilizando pequeños contenedores experimentales poco profundos (0.27-0.3 m) con un área superficial de 0.54-0.77 m2. Estos sistemas fueron plantados con Phragmites australis y en la mayoría de los experimentos fueron alimentados de forma intermitente. El agua residual utilizada fue de dos tipos, sintética y agua residual urbana decantada. El agua residual sintética fue preparada con agua de grifo y compuesta de glucosa (materia orgánica fácilmente biodegradable), almidón (materia orgánica lentamente biodegradable) y nutrientes. En los capítulos 2 y 3 se hace una descripción sobre la eficiencia de los HCFSS experimentales. Estos sistemas tuvieron excelente eliminación de DQO con eficiencias entre 70 y 94% independiente del tipo de sustrato (glucosa o almidón) y de la carga orgánica superficial suministrada (5-6 g DQO/m2.d y 20-22 g DQO/m2.d). La eliminación de amonio en estos sistemas fue moderada, el sistema alimentado con glucosa tuvo mayor eficiencia (45-57%) con respecto al sistema alimentado con almidón (40-43%). La conductividad hidráulica fue menor en el sistema alimentado con glucosa, probablemente debido a un mayor crecimiento del biofilm.En los HCFSS que operaron con agua residual urbana decantada, la aplicación de un pretratamiento físico-químico no mejoró la concentración de DQO en el efluente comparado con el sistema que no recibió tratamiento físico-químico (82 vs 88%), pero redujo la turbiedad y la concentración de DQO en el afluente. La eliminación de amonio fue alta y similar en ambos sistemas con un rango entre 63 y 94%. La conductividad hidráulica fue mayor (28 m/d) en el sistema con agua residual tratada que en el sistema que no recibió tratamiento (20 m/d). Los resultados de este estudio sugieren que un pretratameinto físico-químico podría evitar la acumulación de sólidos en la zona de entrada de los HCFSS.El capítulo 5 describe un estudio diseñado para evaluar la eficiencia de eliminación en dos sistemas experimentales que operaron en forma intermitente y continua. Las tasas de eliminación de DQO fueron altas y similares en los dos sistemas con un valor promedio de 78%. La eliminación de amonio fue significativamente mas alta (P<0.05) en el sistema alimentado en intermitente comparado con el sistema alimentado en continuo (87 vs 69%).El capítulo 6 proporciona información sobre la cantidad y calidad de sólidos acumulados en el medio granular de 6 humedales construidos a escala comercial. Los resultados de este estudio indicaron que la mayor cantidad de sólidos fue depositada en la zona de entrada (3-57 kg/m2) con diferencia significativa para la zona de salida (2-16 kg/m2). Esta alta cantidad de sólidos acumulada en la zona de entrada fue variable y estuvo relacionada con la carga orgánica y de sólidos recibida (3.1-17.5 g DQO/m2.d; 2.6-10 g SST/m2.d). El contenido de materia orgánica de los sólidos acumulados fue bajo (20%) y de difícil biodegradación tanto en condiciones aeróbicas como anaeróbicas. Los valores de conductividad hidráulica en estos sistemas fueron bajos (0-4 m/d) cerca de la zona de entrada con respecto a la zona de salida (12-200 m/d).Por último, en el capítulo 7 se enumeran las principales conclusiones de cada uno de los aspectos estudiados y se mencionan algunas sugerencias para futuras investigaciones. / Subsurface-flow constructed wetlands (SSF CWs) constitute a proven technology for treatment of urban wastewater. One of the principal objectives of CW treatment is to remove organic matter, suspended solids and nutrients from the settled wastewater. The organic and mineral matter contained in urban wastewater is composed of a complexity of substances of different sizes and chemical compositions.In conventional treatment systems it has been demonstrated that the particle size-frequency distribution of the influent wastewater can affect treatment efficiency. However, very few studies have been conducted in SSF CW to determine whether factors such as the size-frequency distribution or organic matter characteristics affect treatment efficiency. Thus the initial hypothesis of this work is based on the supposition that in SSF CW systems, the characteristics of the dissolved and particulate organic matter can influence the removal of COD and ammonium of wastewater. The designed studies were conducted in small experimental SSF CW units that were shallow (0.27 and 0.3 m), and with a surface area of 0.54-0.77 m2. The SSF CWs were planted with Phragmites australis and in most of the studies the treatments received wastewater on an intermittent basis. Wastewater used in these studies was either synthetic or settled urban wastewater. The synthetic wastewater was prepared with tap water and composed of glucose (organic matter easily biodegradable), starch (organic matter slowly biodegradable) and nutrients. In Chapters 2 and 3, details are provided to illustrate that shallow SSF CW provided excellent removal of COD, with average removal rates ranging from 70 to 94% irrespective of the type of organic ubstrate (glucose vs starch) or organic loading rates (5-6 g COD/m2.d to 20-22 g COD/m2.d). The ammonium-N removal in these systems was moderate, with the glucose-fed SSF CW providing marginally better removal (45 to 57%) as compared to the starch-fed system (40 to 43%). The hydraulic conductivity was low in the system fed with glucose due to the presence of a greater growth of biofilm.In experimental SSF CW treating urban wastewater, the application of the physico-chemical pretreatment did not improve COD effluent concentrations as compared to the no-pretreatment control (82 vs 88%), but did reduce turbidity and COD concentration in the influent. The removal rates of ammonium-N were similar in both systems and ranged from 63 to 94%.The hydraulic conductivity was higher (28 m/d) in the system with treated wastewater as compared to the control (20 m/d). These results indicate that the pretreatment could possibly help to reduce pervasive solids accummulation in the inlet zone (Chapter 4).Chapter 5 describes a study designed to evaluate treatment efficiency in experimental SSF CW that were operated with either intermittent or continuous feeding. The COD removal rates were relatively high and merely identical in both systems, with an average value of 78%. Ammonium-N removal was significantly higher (P<0.05) in the intermittently fed system as compared to the continuously fed system (87 vs. 69%). The enhanced removal of COD and ammonium-N observed in the present studies were attributed to several factors including shallow wetland beds, macrophyte aboveground biomass, and more oxidizing conditions in the root zone.Chapter 6 provides survey-type information for six full-scale SSF CW. The data indicated that the greatest amount of solids were deposited within the inlet zone (3-57 kg/m2), with significantly less solids near the outlet (2-16 kg/m2). It was apparent that the amount of solids deposited near the inlet was highly variable and was correlated with respective loading rates (3.1-17.5 g COD/m2.d; 2.6-10 g TSS/m2.d). Analyses of the accumulated solids showed them to be approximately 20% organic matter, extremely recalcitrant and difficult to degrade under either aerobic or anaerobic conditions. Hydraulic conductivity values were significantly lower near the inlet zone (0-4 m/d) as compared to the outlet zone (12-200 m/d).Chapter 7 lists the main conclusions for each of the chapters and provides suggestions for future investigations.

El acuifero costero de la Plana de Castelló presenta unas características hidrogeoquimicas de gran complejidad, como consecuencia de la de la superposición de procesos tanto naturales como antrópicos, como son la intrusión marina, la contaminación de origen agrícola e industrial y la descarga de aguas sulfatadas desde los acuíferos triásicos de borde. De ellos, el que condiciona en mayor grado las características físico-químicas del agua subterranea es, sin duda, la intrusión marina, que es notable en la mitad meridional y en el extremo septentrional de la Plana. El más relevante proceso modificador asociado a la mezcla de agua dulce y agua salada es el intercambio iónico, que afecta principalmente al calcio y al sodio, y no tanto al magnesio, cuya aparente ganancia está relacionada con aportes de agua de recarga lateral subterranea desde los acuiferos triásicos de la Serra d'Espadà este mismo mecanismo es el responsable del aumento de sulfatos que se acompaña de aportes de litio, estroncio y boro. Las mayores concentraciones se encuentran en los alrededores de la población de Xilxes, donde parecen existir flujos locales intensos, probablemente asociados a altos estructurales del sustrato triásico. Se ha detectado la presencia de elementos minoritarios y traza en concentraciones apreciables. Estos elementos son boro, estroncio, litio, manganeso, hierro, bario,arsénico, selenio, vanadio, flúor, mercurio y cromo. Algunos de estos elementos tienen clara procedencia geoquímica pero otros pueden estar asociados a procesos contaminantes.