[ES] La escasez de agua es un problema cada vez más recurrente para la agricultura de regadío en las regiones mediterráneas, siendo la sequía hidrológica uno de los problemas que afecta la disponibilidad de agua. Por lo tanto, es necesario establecer alternativas técnicas y económico-financieras que permitan a los regantes enfrentar este problema desde una visión amplia de la gestión del agua para uso agrícola a nivel de cuenca. Estas alternativas deben incluir instrumentos de planificación hidrológica, que permitan analizar el impacto de la sequía y determinar las medidas a implementar cuando el recurso hídrico disponible no sea suficiente para satisfacer las demandas de agua. Uno de los instrumentos económicos y financieros para la gestión del riesgo agroclimático que se ha implementado con éxito y que cada día cobra más fuerza es el de los seguros agrícolas, más específicamente, el seguro indexado. Esta investigación pretende contribuir a mitigar el impacto de la escasez de agua en comunidades de regantes situadas en cuencas altamente reguladas, como el sistema de explotación del río Júcar, mediante el diseño de un nuevo esquema de seguro indexado por sequía hidrológica, basado en índices totalmente alineados con los procedimientos de gestión de la sequía a nivel de cuenca. El proceso de diseño del seguro comprende 3 etapas. En la primera se evalúa económicamente el impacto de la sequía para establecer una indemnización unitaria, elemento base para el diseño del seguro. La segunda etapa consiste en establecer un índice por sequía hidrológica que tenga un alto grado de correlación con las pérdidas productivas y económicas en las comunidades de regantes y reduzca los problemas de riesgo moral, selección adversa y riesgo base que se presentan en este tipo de seguros indexados. En este caso, se diseñaron y evaluaron tres índices de sequía hidrológica (IEECHJ, ISH1, ISH2), siendo el indicador principal el índice de estado de escasez IEECHJ de la Unidad Territorial UTE del Júcar, establecido en el plan especial de sequía de la Demarcación Hidrográfica del Júcar PES (2018). Finalmente, en la tercera etapa se busca establecer los principales parámetros económicos del seguro: la indemnización recibida, el máximo valor indemnizable y el valor de la prima pura a pagar que se incluirán en los diferentes tipos de contrato. El seguro es evaluado simulando su operación como si estuviera en funcionamiento. Se utilizan indicadores económicos-financieros para comparar los beneficios para la comunidad de regantes con o sin contrato. Los indicadores utilizados son la desviación estándar, el error cuadrático medio, el índice de siniestralidad y el riesgo base, los cuales están en función del margen bruto del cultivo. Para analizar la gestión del recurso hídrico en la cuenca y determinar escenarios de escasez que pueden declarar un siniestro o pago de indemnización del seguro, se utilizó un modelo de gestión de cuencas que tiene en cuenta las reglas de gestión del sistema. Al incluir los indicadores financieros en la evaluación del seguro, se determina que la mejor opción en el diseño es tomar el IEECHJ=0.20 sin franquicia deducible como disparador. Esto minimiza la semivarianza y la desviación estándar del margen bruto y permite obtener valores más altos del margen bruto mínimo en comparación con la opción de no implementar el seguro. El seguro por sequía hidrológica contribuye a llenar el vacío existente en los planes de seguro tradicionales para cultivos bajo riego y ofrece cobertura adicional a los agricultores en condiciones de sequía y escasez de agua. Además, este diseño logra comprender la complejidad de la interacción de los subsistemas de aportaciones, demandas y reglas de operación del recurso hídrico a nivel de cuenca, siendo esta la contribución principal de esta investigación. / [CA] L'escassetat d'aigua és un problema cada vegada més recurrent per a l'agricultura de regadiu a les regions mediterrànies, sent la sequera hidrològica un dels problemes que afecta la disponibilitat d'aigua. Per tant, és necessari establir alternatives tècniques i economicofinanceres que permeten als regants enfrontar aquest problema des d'una visió àmplia de la gestió de l'aigua per a ús agrícola a nivell de conca. Aquestes alternatives han d'incloure instruments de planificació hidrològica, que permeten analitzar l'impacte de la sequera i determinar les mesures a implementar quan el recurs hídric disponible no siga suficient per a satisfer les demandes d'aigua. Un dels instruments econòmics i financers per a la gestió del risc agroclimàtic que s'ha implementat amb èxit i que cada dia cobra més força és el de les assegurances agrícoles, més específicament, el segur indexat. Així, aquesta investigació pretén contribuir a mitigar l'impacte de l'escassetat d'aigua en comunitats de regants situades en conques altament regulades, com el sistema d'explotació del va riure Xúquer, mitjançant el disseny d'un nou esquema de segur indexat per sequera hidrològica, basat en índexs totalment alineats amb els procediments de gestió de la sequera a nivell de conca. El procés de disseny del segur comprén 3 etapes. En la primera, s'avalua econòmicament l'impacte de la sequera per a establir una indemnització unitària, element base per al disseny de l'assegurança. Posteriorment, la segona etapa consisteix a establir un índex per sequera hidrològica que tinga un alt grau de correlació amb les pèrdues productives i econòmiques en les comunitats de regants i reduïsca els problemes de risc moral, selecció adversa i risc base que es presenten en aquesta mena d'assegurances indexades. En aquest cas, es van dissenyar i van avaluar tres índexs d'estat d'escassetat (IEECHJ, ISH1, ISH2), sent l'indicador principal l'índex IEECHJ de la Unitat Territorial del Xúquer UTE, establit en el pla especial de sequera de la Demarcació Hidrogràfica del Xúquer PES (2018). Finalment, en la tercera etapa es busca establir els principals paràmetres econòmics de l'assegurança: la indemnització rebuda, el màxim valor indemnitzable i el valor de la prima a pagar que s'inclouran en els diferents tipus de contracte. El segur és avaluat simulant la seua operació com si estiguera en funcionament. S'utilitzen indicadors econòmics-financers per a comparar els beneficis per a la comunitat de regants amb o sense contracte. Els indicadors utilitzats són la desviació estàndard, l'error quadràtic mitjà, l'índex de sinistralitat i el risc base, els quals estan en funció del marge brut del cultiu. Per a analitzar la gestió del recurs hídric en la conca i determinar escenaris d'escassetat que poden declarar un sinistre o pagament d'indemnització del segur, es va utilitzar un model de gestió de conques que té en compte les regles de gestió del sistema. En incloure els indicadors financers en l'avaluació del segur, es determina que la millor opció en el disseny és prendre el IEECHJ=0.20 sense franquícia deduïble com disparador. Això minimitza la semivariància i la desviació estàndard del marge brut i permet obtindre valors més alts del marge brut mínim en comparació amb l'opció de no implementar l'assegurança. L'assegurança per sequera hidrològica contribueix a omplir el buit existent en els plans de segur tradicionals per a cultius sota reg i ofereix cobertura addicional als agricultors en condicions de sequera i escassetat d'aigua. A més, aquest disseny aconsegueix comprendre la complexitat de la interacció dels subsistemes d'aportacions, demandes i regles d'operació del recurs hídric a nivell de conca, sent aquesta la contribució principal d'aquesta investigació. / [EN] Water scarcity is an increasingly recurring problem for irrigated agriculture in the Mediterranean region, with hydrological droughts affecting water availability. Therefore, it is necessary to establish technical and economic-financial alternatives that allow irrigators to face this problem from a broad vision of water management for agricultural use at the basin level. These alternatives should include hydrological planning tools that allow the analysis of the effects of drought and the determination of the measures to be implemented when the available water resources cannot meet the water demand. One of the economic and financial instruments for managing agro-climatic risks that has been successfully implemented and is gaining more strength every day is agricultural insurance, specifically indexed insurance. This research aims to contribute to the mitigation of the effects of water scarcity in irrigation communities located in highly regulated basins, such as the Júcar river exploitation system, through the design of a new insurance scheme indexed by hydrological drought, based on indices fully aligned with drought management procedures at the basin level. The insurance design process consists of three stages. First, the impact of drought is economically evaluated to determine a unit compensation, which is the basis for the insurance design. The second stage is to establish a hydrological drought index that is highly correlated with productive and economic losses in irrigation communities and reduces moral hazard problems, adverse selection, and baseline risks problems inherent in this type of indexed insurance. In this case, three indices of scarcity status (IEECHJ, ISH1, ISH2) were designed and evaluated, the main indicator being the IEECHJ index of the Júcar UTE Territorial Unit, established in the Special Drought Plan of the Júcar River Basin PES (2018). Finally, the third stage aims to establish the main economic parameters of the insurance: the compensation received, the maximum compensable value, and the value of the premium rate to be included in the different types of contracts. The insurance is evaluated by simulating of its operation as if it were in process. Economic-financial indicators are used to compare the benefits to the community of irrigators with and without a contract. The indicators used are standard deviation, mean root-square loss, loss ratio, and base risk, which are based on the gross margin of the crop. The water resources simulation model that considers system management rules was used to analyze water resource management in the basin and to determine scarcity scenarios that could trigger a claim or insurance indemnity payment. By including financial indicators in the insurance assessment, it is determined that the best option in the design is to consider as a trigger the IEECHJ=0.20 without a deductible franchise, since the semi-variance and standard deviation of the gross margin are minimized, and higher values of the minimum gross margin are obtained compared to the option of not implementing insurance. Hydrological drought insurance contributes to fill the gap in traditional insurance schemes for irrigated crops and provides additional coverage to farmers in times of drought and water scarcity. In addition, this design manages to understand the complexity of the interaction of the subsystems of contributions, demands and operating rules of the water resource at the basin level, which is the main contribution of this research. / Valenzuela Mahecha, MA. (2023). Diseño de esquema de seguros agrícolas para mitigación del riesgo de sequías hidrológicas mediante modelos hidroeconómicos a escala de cuenca [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/198184

[ES] Esta investigación contribuye al avance de la modelación sustitutiva como una técnica poderosa en el campo de la simulación computacional que ofrece numerosas ventajas para resolver eficientemente problemas complejos. En particular, este estudio destaca el papel crucial de la modelación sustitutiva en la gestión de aguas subterráneas. El impacto del cambio climático es un enfoque central, y el primer estudio tiene como objetivo construir modelos de datos sustitutivos para evaluar los efectos del cambio climático en los recursos de aguas subterráneas, también en el futuro. El estudio implica la comparación entre métodos estadísticos y diferentes tipos de Redes Neuronales Artificiales (ANN). La eficacia de los modelos sustitutivos se demostró en el norte de la Toscana (Italia), pero puede extenderse fácilmente a cualquier área de interés. El método estadístico adoptado implica analizar datos históricos de precipitación y temperatura junto con niveles de agua registrados en pozos de monitoreo. Inicialmente, el estudio explora posibles correlaciones entre índices meteorológicos e índices de agua subterránea; si se identifica una correlación, se emplea un análisis de regresión lineal. Estas relaciones establecidas se utilizan luego para estimar los futuros niveles de agua subterránea en función de las proyecciones de precipitación y temperatura obtenidas de un conjunto de Modelos Climáticos Regionales, bajo dos Trayectorias de Concentración Representativa: RCP4.5 y RCP8.5. Posteriormente, se implementaron tres modelos distintos de Inteligencia Artificial (AI), AutoRegressive No Lineal con Entradas Exógenas (NARX), Memoria a Largo y Corto Plazo (LSTM) y Red Neuronal Convolucional (CNN) para evaluar el impacto del cambio climático en los recursos de aguas subterráneas para el mismo caso de estudio. Específicamente, estos modelos fueron entrenados utilizando directamente datos históricos de precipitación y temperatura como entrada para proporcionar niveles de agua subterránea como salida. Después de la fase de entrenamiento, los modelos de IA desarrollados se utilizaron para prever los futuros niveles de agua subterránea utilizando las mismas proyecciones de precipitación y temperatura y escenarios climáticos descritos anteriormente. Los resultados resal-taron diferentes salidas entre los modelos utilizados en este trabajo. Sin embargo, la mayoría de ellos predice una disminución en los niveles de agua subterránea como resultado de futuras variaciones en la precipitación y temperatura. Notablemente, el modelo LSTM emerge como el enfoque más prometedor para predecir futuros niveles de agua subterránea. Dentro del mismo campo, se desarrolló una ANN con la capacidad de simular las condiciones de agua subterránea en la cuenca cerrada de Konya, Turquía, uno de los sitios piloto investigados como parte del proyecto InTheMED. Este modelo sirve como herramienta para examinar los impactos potenciales del cambio climático y las políticas agrícolas en los recursos de agua subterránea dentro de la región. El objetivo final de esta aplicación es proporcionar una herramienta fácil de usar, basada en la red neuronal entrenada. La simplicidad inherente del modelo sustitutivo, con una interfaz directa y resultados fáciles de entender, juega un papel crucial en los procesos de toma de decisiones. En cuanto al transporte de contaminantes, se implementó una ANN para resolver diferentes problemas directos e inversos. El problema directo trata sobre la evaluación de concentraciones en pozos de monitoreo, mientras que el probl-ma inverso implica la identificación de fuentes de contaminantes y su historial de liberación. Demostró eficiencia al abordar problemas de transporte tanto directos como inversos, ofreciendo resultados confiables con una carga computacional reducida. El estudio también aborda el desafío de la interpretabilidad de las ANNs y el llamado "problema de generalización" a través de las Redes Neuronales Informadas por la Física (PINNs) / [CA] Aquesta investigació contribueix a l'avanç de la modelació substitutiva com una tècnica potent en el camp de la simulació computacional que ofereix nombroses avantatges per a resoldre eficientment problemes complexos. En particular, aquest estudi destaca el paper crucial de la modelació substitutiva en la gestió d'aigües subterrànies. L'impacte del canvi climàtic és un enfocament central, i el primer estudi té com a objectiu construir models de dades substitutius per avaluar els efectes del canvi climàtic en els recursos d'aigües subterrànies, també en el futur. L'estudi implica la comparació entre mètodes estadístics i diferents tipus de Xarxes Neuronals Artificials (ANN). L'eficàcia dels models substitutius es va demostrar al nord de la Toscana (Itàlia), però pot estendre's fàcilment a qualsevol àrea d'interès. El mètode estadístic adoptat implica analitzar dades històriques de precipitació i temperatura juntament amb nivells d'aigua registrats en pous de monitorització. Inicialment, l'estudi explora possibles correlacions entre índexs meteorològics i índexs d'aigua subterrània; si s'identifica una correlació, s'emplea una anàlisi de regressió lineal. Aquestes relacions establertes s'utilitzen després per estimar els futurs nivells d'aigua subterrània en funció de les projeccions de precipitació i temperatura obtingudes d'un conjunt de Models Climàtics Regionals, sota dues Trajectòries de Concentració Representativa: RCP4.5 i RCP8.5. Posteriorment, es van implementar tres models diferents d'Intel·ligència Artificial (IA), AutoRegressive No Lineal amb Entrades Exògenes (NARX), Memòria a Llarg i Curt Terme (LSTM) i Xarxa Neuronal Convolucional (CNN) per avaluar l'impacte del canvi climàtic en els recursos d'aigües subterrànies per al mateix cas d'estudi. Específicament, aquests models van ser entrenats utilitzant directament dades històriques de precipitació i temperatura com a entrada per proporcionar nivells d'aigua subterrània com a sortida. Després de la fase d'entrenament, els models d'IA desenvolupats es van utilitzar per predir els futurs nivells d'aigua subterrània utilitzant les mateixes projeccions de precipitació i temperatura i escenaris climàtics descrits anteriorment. Els resultats van destacar diferents sortides entre els models utilitzats en aquest treball. No obstant això, la majoria d'ells preveu una disminució en els nivells d'aigua subterrània com a resultat de futures variacions en la precipitació i temperatura. Notablement, el model LSTM emergeix com l'enfocament més prometedor per predir futurs nivells d'aigua subterrània. Dins del mateix camp, es va desenvolupar una ANN amb la capacitat de simular les condicions d'aigua subterrània a la conca tancada de Konya, Turquia, un dels llocs pilot investigats com a part del projecte InTheMED. Aquest model serveix com a eina per examinar els impactes potencials del canvi climàtic i les polítiques agrícoles en els recursos d'aigua subterrània dins de la regió. L'objectiu final d'aquesta aplicació és proporcionar una eina fàcil d'usar, basada en la xarxa neuronal entrenada. La simplicitat inherent del model substitutiu, amb una interfície directa i resultats fàcils d'entendre, juga un paper crucial en els processos de presa de decisions. Pel que fa al transport de contaminants, es va implementar una ANN per resoldre diferents problemes directes i inversos. El problema directe tracta sobre l'avaluació de concentracions en pous de monitorització, mentre que el problema invers implica la identificació de fonts de contaminants i el seu historial de lliberació. Va demostrar eficiència en abordar problemes de transport tant directes com inversos, oferint resultats fiables amb una càrrega computacional reduïda. L'estudi també aborda el repte de la interpretabilitat de les ANNs i el denominat "problema de generalització" a través de les Xarxes Neuronals Informades per la Física (PINNs). / [EN] This research contributes to the advancement of surrogate modelling as a powerful technique in the field of computational simulation that offers numerous advantages for solving complex problems efficiently. In particular, this study emphasizes the pivotal role of surrogate modeling in groundwater management. By integrating key factors like climate change and leveraging machine learning, particularly neural networks, the research facilitates more informed decision-making, significantly reducing the computational cost of complex numerical models. The impact of climate change is a central focus and the first study aims to construct surrogate data-driven models for evaluating climate change effects on groundwater resources, also in the future. The study involves a comparison between statistical methods and different types of artificial neural networks (ANNs). The effectiveness of surrogate models was demonstrated in Northern Tuscany (Italy) but can easily extend to any area of interest. The adopted statistical method involves analyzing historical precipitation and temperature data along with groundwater levels recorded in monitoring wells. Initially, the study explores potential correlations between meteorological and groundwater indices; if a correlation is identified, a linear regression analysis is employed to establish relationships between them. These established relationships are then used to estimate future groundwater levels based on projected precipitation and temperature obtained from an ensemble of Regional Climate Models, under two Representative Concentration Pathways, namely RCP4.5 and RCP8.5. Then, three distinct Artificial Intelligence (AI) models, Nonlinear AutoRegressive with eXogenous inputs (NARX), Long-Short Term Memory (LSTM) and Convolutional Neural Network (CNN) were implemented to evaluate the impact of cli-mate change on groundwater resources for the same case study. Specifically, these models were trained using directly historical precipitation and temperature data as input to provide groundwater levels as output. Following the training phase, the developed AI models were utilized to forecast future groundwater levels using the same precipitation and temperature projections and climate scenarios described above. The results highlighted different outputs among the models used in this work. However, most of them predict a decrease in groundwater levels as a result of future variations in precipitation and temperature. The study also presents the strengths and weaknesses of each model. Notably, the LSTM model emerges as the most promising approach to predict future groundwater levels. Within the same field, an ANN was developed with the capability to simulate groundwater conditions in the Konya closed basin, Turkey, one of the pilot sites investigated as part of the InTheMED project. This model serves as a tool for examining the potential impacts of climate change and agricultural policies on groundwater resources within the region. The final goal of this application, is to provide a user-friendly tool, based on the trained neural network. The inherent simplicity of the surrogate model, with a straightforward interface and results that are simple to understand, plays a crucial role in decision-making processes. Shifting to pollutant transport, an ANN was implemented to solve different direct and inverse problems. The direct problem deals with the evaluation of concentrations in monitoring wells, while the inverse problem involves the identification of contaminant sources and their release history. It demonstrated efficiency in addressing both direct and inverse transport problems, offering reliable results with reduced computational burden. The study also addresses the interpretability challenge of ANNs and the so called "generalization problem" through Physics-Informed Neural Networks (PINNs reducing the gap between data-driven modeling and physics-based interpretations. / Secci, D. (2024). Surrogate models, physics-informed neural networks and climate change [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/205793

Made available in DSpace on 2011-03-23T21:19:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Item created via OAI harvest from source: http://www.bdtd.ufpa.br/tde_oai/oai2.php on 2011-03-23T21:19:39Z (GMT). Item's OAI Record identifier: oai:bdtd.ufpa.br:293 / This Thesis presents the civil engineering works for implementation of drainage and sanitation facilities in the area of influence of the Una canal, in the city of Belém, in the State of Pará, Brazil, involving the installation of drainage, water and sewer nets as well as road construction. This project, known as Project Una, involves an area of 3.644 ha, corresponding to approximately 21% of the continental area of city, with great part of its surface below flood level, that is, up to 3,60 m above sea level. The stratigrafy of the project area is composed basically of a thick superficial layer of very soft organic clay, that in some cases may reach over 60 m deep, overling intercalation of medium to compact sand layers and medium to hard silty clay layers. Besides the construction difficulties in soils of this nature, this work presents the many problems to resolved, as the resettlement of families of risk areas, that is, families that are living on the bed of channels, hindering the draining of the served waters and pluvial waters; the compensations of shaky residences for the works; the lack of physical space for the setting up of the works; the instability of the slopes of the marginal road of channels; the difficulties of management in the of face the extensive encircle of the area; the relationships with the community, tumultuated in some moments and, mainly, the priority of some areas, in detriment of other, for the execution of the works, in the face of available resources. Based in technical reports, projects and the author's personal experiences the thesis makes a description of the project in its several aspects, as well, makes a critical review of it, under the civil engineering’s point of view, involving planning and executions aspects of the works, with the purpose of building and setting up of the knowledge, that promote the improvement in future development in the similar projects. / Apresenta a implantação de obras de civis e de saneamento no Projeto de Recuperação das Baixadas de Belém -Bacia do Una, na cidade de Belém, no estado do Pará, que envolve obras de macrodrenagem, microdrenagem, redes de água, redes de esgoto e sistema viário. Também chamado de Projeto Una ou simplesmente de Projeto de Macrodrenagem, alcança uma área de 3.644 ha , correspondente a, aproximadamente, 21% da área continental e 7,20% da área total do município de Belém, desenvolve-se na Bacia do Una, situada em área de baixada, com grande parte de suas terras abaixo da cota de alagamento, isto é, até 3,60 m acima do nível do mar, apresenta uma camada espessa de argila orgânica, na maioria das vezes, superficial, atingindo em alguns lugares a grandes profundidades, inadequada, portanto para o suporte de fundações, estando as camadas de solos mais resistentes a profundidades variáveis, atingindo, em certas áreas, até 60 metros. Além das dificuldades de construção em solos dessa natureza, esta obra apresenta inúmeros condicionantes, como o remanejamento de famílias de áreas de risco, isto é, famílias que residem sobre o leito de canais, dificultando o escoamento das águas servidas e pluviais; as indenizações de residências abaladas pelas obras; a falta de espaço físico para a implantação das obras; a ruptura dos taludes das marginais de canais; as dificuldades de gerenciamento face a extensa abrangência da área; as relações com a comunidade, tumultuadas em alguns momentos e, principalmente, a priorização de algumas áreas, em detrimento de outras, para a execução das obras, face os recursos disponíveis. Fundamentado em relatórios técnicos, projetos, pesquisa de campo e experiências pessoais do autor, a dissertação faz uma descrição do projeto em seus diversos aspectos, bem como promove revisão critica do mesmo sob a ótica da engenharia civil, envolvendo aspectos de planejamento e execução de obras, com o objetivo de construir e divulgar ensinamentos que promovam a otimização, no desenvolvimento de obras semelhantes.

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No entanto, a confecção destes mapas requer um método de interpolação que melhor represente as características pluviométricas em locais não amostrados para posterior análise quantitativa do comportamento da precipitação. Para tanto, foram realizados análises exploratórias descritivas amostral e espacial como requisito de estacionaridade do método de interpolação geoestatístico, ajuste e validação do modelo teórico que se adéque ao variograma de precipitação anual. Após a confecção do mapa de isoietas pelo método de Krigagem Ordinária (sem tendência) e Krigagem Universal (com tendência) foi realizado o cálculo do volume precipitado na região hidrográfica pelo método dos contornos. A dinâmica espacial da precipitação foi realizada com base na análise da estatística descritiva, mapa de isoietas, mapa hipsométrico, Índice de Irregularidade Meteorológica (IMM) e Coeficiente de Variação. A dinâmica temporal foi analisada pela distribuição dos totais anuais de precipitação volumétrica para cada sub-bacia da RHTA, pelo Índice de Anomalia Padronizada, na variação interanual de precipitação e teste de tendência e magnitude representados respectivamente pelo Teste de Mann Kendall e Sen’s. Os resultados correlacionados com as anomalias meteorológicas do Oceano Atlântico (Dipolo) e Pacífico (ENOS) indicam o comportamento da precipitação bastante heterogêneo e com grande variabilidade temporal principalmente na sub-bacia Tocantins-Alto (TOA) (14%). Diminuição da amplitude pluviométrica, em anos de anomalia meteorológica intensa ocasionando um incremento de precipitação ao sul das sub-bacias TOA e ARA e diminuição da precipitação na sub-bacia TOB, em eventos de El Niño. Não se pode comprovar pelo teste de Mann Kendall que há uma tendência estatisticamente significativa no volume precipitado na RHTA, mas o estimador Sen’s dá indícios de queda na precipitação na sub-bacia TOA (-1,24 Km³/ano) e Araguaia (ARA) (-1,13 Km³/ano) e aumento da precipitação na sub-bacia do Tocantins Baixo (TOB) (0,53 Km³/ano) e para a RHTA (-1,5 Km³/ano). Assim a variabilidade espacial e temporal nas sub-bacias está intimamente relacionada aos eventos de anomalia meteorológica, na qual, a sua ação ocorre de maneira irregular ao longo da área de estudo e pode influenciar as diversas atividades sócio-econômicas na RHTA de acordo com sua magnitude e área de ocorrência. / The analysis of the rainfall behavior in a watershed is fundamental for engineering and management of the hydric resources. The Tocantins-Araguaia Basin (TAB) for your recent occupation and economic potentialities, earns prominence in the national scenery. This work evaluates the spatial-temporal dynamics of the annual precipitation in this region quantitatively during a period of 30 years of data. The dynamics of rainfall can be analyzed by the calculation of the mean precipitation in a given area, by composing isohyets maps of annual precipitation. However, the confection of these maps require one interpolation method what better please represent the rainfall characteristics in places not shown for posterior please analyze quantitative of the behaviour of the rainfall. For much, went realized descriptive exploratory analyses sample and spatial how requisition of stationarity of the interpolation method geostatistics, fill and validation of the theoretical model what he embed to the variograma of annual rainfall. The confection of isohyets maps for the method of ordinary kriging (no drift) and Universal Kriging (drift) went afterwards realized the calculation of the precipitate volume in the hydrographic region for the method of the contours. The spatial dynamics of the precipitation was realized with base in the analysis of descriptive statistics, isohyets maps, map hypsometric, Meteorological Irregularity (MI) and Coefficient Variation. Temporal dynamics was analyzed by the distribution of the total annual of volumetric precipitation for every secondary basin of the TAB, Standarized Anomaly, in the variation interanual of precipitation and trend test and magnitude represented respectively by Mann Kendall Test and Sen's. Interrelated upshots with the meteorological anomalies of the Atlantic Ocean (Dipole) and Pacific (ENOS) indicate the behaviour of the enough precipitation heterogeneous and with big variability principally in the under subbasin Tocantins Alto (TOA) (14%.) Diminution of the pluviometric amplitude, in years of intense meteorological anomaly causing a precipitation increment to the south of the under basins TOA and Araguaia (ARA) and diminution of the precipitation to the north of the secondary subbasin Tocantins Baixo (TOB), in El Niño events. One cannot prove for Mann Kendall test precipitate in the TAB, has an trend significative statistically in the volume but the estimated Sen's gives clues of fall in the precipitation in the sub-basin TOA (-1,24 km³/year) and Araguaia (ARA) (-1,13 km³/year) and increase of the precipitation in the under basin TOB (0,53 Km³/year) and for the TAB (-1,5 km³/year). So spatial and temporal variability in the under basins is intimately reported to the events of meteorological anomaly, in which your action occurs of irregular way to the long of the area to study and lop influence the socioeconomic different activities in the TAB in accordance with your magnitude and area of occurrence.

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No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_ModeloGerenciamentoAgua.pdf: 11144827 bytes, checksum: 1729da6214c18fcd59e89f3ba710e78e (MD5) Previous issue date: 2016-02 / Este trabalho trata de um modelo para gerenciamento de usos múltiplos da água, visando minimizar conflitos de uso, relacionados com a operação de sistemas de reservatórios em aproveitamentos hidrelétricos de bacias hidrográficas. O modelo SOUMA – “Sistema de Otimização de Usos Múltiplos da Água”, que consiste em um modelo estocástico de otimização baseado em programação não linear, foi desenvolvido e estruturado em GAMS (General Algebraic Modeling System) com o emprego do solver MINOS. O SOUMA compõe-se de dois módulos auxiliares. O primeiro é um módulo de previsão de níveis de água, que consiste em um modelo estocástico do tipo ARIMA (Auto Regressive Integrated Moving Average). O segundo é um módulo de previsão de vazões, que é um modelo estocástico chuva-vazão, do tipo RNA. O modelo ARIMA na calibração e na validação apresentou R² médio acima de 0,93 e RMSE abaixo de 0,08, capturando de forma satisfatória o comportamento das séries níveis d’água. O modelo chuva-vazão que foi empregado na composição da vazão afluente ao reservatório, com a utilização de arquitetura RNA, apresentou R² médio de 0,954 e RMSE médio de 0,098. O modelo SOUMA foi aplicado à bacia do rio Tapajós para o futuro Aproveitamento Hidro Energético – AHE São Luiz do Tapajós, Itaituba, PA. Foram criados seis cenários que serviram de parâmetros na otimização e minoração dos conflitos. Vazões afluentes ao reservatório foram obtidas e simuladas, para os cenários hidrológicos seco, médio e úmido e para os cenários climáticos El Niño, Neutro e La Niña. Para geração de energia e profundidade de navegação, considerando as afluências dos cenários hidrológicos seco, médio e úmido, o SOUMA evidenciou, em relação aos níveis de referência dos cenários de navegação baixo, médio e alto, a ocorrência de profundidades abaixo da mínima, para gerações médias abaixo de 2.411 MW, 2.939 MW e 3.586 MW, respectivamente. Para geração de energia e capacidade de carga transportada, considerando as afluências dos cenários hidrológicos seco, médio e úmido, o SOUMA demonstrou, em relação aos níveis de referência dos cenários de navegação baixo, médio e alto, que gerações médias acima de 2.869 MW, 3.508 MW e 4.740 MW, respectivamente, não geram ganhos de capacidade de carga transportada e que gerações médias abaixo de 1.344 MW, 1.622 MW 2.056 MW, respectivamente, inviabilizam o transporte de carga. Para geração de energia e cota de inundação, considerando as afluências dos cenários hidrológicos seco, médio e úmido, o SOUMA mostrou, em relação aos níveis de referência dos cenários de controle de inundação baixo, médio e alto, a ocorrência de inundações a jusante, para gerações médias acima de 4.978 MW, 6.057 MW e 7.390 MW, respectivamente. Retiradas consuntivas são significativas apenas no período de junho a outubro. Considerando a média das demandas consuntivas mensais (145 m³/s), para afluências do cenário hidrológico seco, médio e úmido, o SOUMA evidenciou uma perda mensal na geração de energia elétrica de 50 MW, 47 MW e 44 MW, respectivamente. Os resultados aferidos evidenciam que os modelos desenvolvidos são ferramentas de fundamental importância à otimização operacional de sistemas de reservatórios com usos múltiplos, permitindo a otimização de gerações e de defluências em AHE, em períodos de cheia e de estiagem e de grandes demandas energéticas, com a manutenção de condições de navegabilidade em trechos a jusante de barramentos, através de simulações operacionais sustentáveis que minoram conflitos de uso. / This work deals with a model for management of multiple uses of water, for the mitigation of conflicts of use related to the operation of reservoir systems in hydroelectric power plant of water catchment area. The model SOUMA – "system optimization of multiple uses of water", which consists of a stochastic optimization model based on nonlinear programming, was developed and structured in GAMS (General Algebraic Modeling System) with the use of solver MINOS. The SOUMA is composed of two modules. The first is a module for forecasting of water levels, which consists of a stochastic model of type ARIMA (Auto Regressive Integrated Moving Average). The second is a module for forecasting of streamflow, which is a stochastic model of rainfall-streamflow the RNA type. The ARIMA model calibration and validation presented average R² above 0.93 and RMSE below 0.08, capturing in a satisfactory manner the behavior of water levels. The rain-flow model that was used in the composition of influent flow to the reservoir, with the use of RNA architecture, presented average R² 0.954 and of 0.098 RMSE. The SOUMA model was applied to Tapajós River basin for the future hydroelectric power plant of São Luiz do Tapajós, Itaituba, PA. Six scenarios were created to be used as parameters in optimizing and mitigation of conflicts. The reservoir tributaries streamflow were obtained and simulated for dry, medium and moist hydrological scenarios and for El Niño, La Niña and Neutral climatic scenarios. For the power generation and navigation depth uses, considering the tributaries streamflow of the dry, medium and moist hydrological scenarios, the SOUMA showed, in relation to the reference levels of the low, medium and high navigation scenarios, the occurrence of depths below the minimum, for generations averages below 2,411 MW, 2,939 MW and 3,586 MW, respectively. For power generation and cargo capacity, considering the tributaries streamflow of the dry, medium and moist hydrological scenarios, the SOUMA showed, in relation to the low, medium and high reference levels of the navigation scenarios, that generations averages above 2,869 MW, 3,508 MW and 4,740 MW, respectively, do not generate earnings of cargo capacity and that medium generations below 1,344 MW, 2,056 MW and 1,622 MW, respectively, make the river transport of cargo infeasible. For power generation and flood dimension, considering the tributaries streamflow of the dry, medium and moist hydrological scenarios, the SOUMA showed, in relation the reference levels low, medium and high of the flood control, the occurrence of floods downstream to generations above average 4,978 MW, 6,057 MW and 7,390 MW, respectively. Consumptive withdrawals are meaningful only in the period from June to October. Considering the monthly average consumptive demands (145 m ³/s), to tributaries streamflow of the dry, medium and moist hydrological scenarios, the SOUMA showed a monthly loss in power generation of 50 MW, 47 MW and 44 MW, respectively. The measured results show that the models developed are important tools to operational optimization of reservoir systems with multiple uses, allowing the optimization of generations and defluente flow in the hydroelectric power plant of water catchment area, in periods of flood and drought and large energy demands, with maintenance of navigation conditions downstream from dams, through sustainable operational simulations that minimize usage conflicts.

[pt] A Equação da Difusividade Hidráulica Não-Linear (EDHN) modela o escoamento monofásico de fluidos em meios porosos levando em conta a variação das propriedades da rocha e do fluido presente no interior de seus poros. Normalmente, a solução adimensional da linha-fonte pD(rD, tD) para escoamento de líquidos é encontrada por meio do uso da transformada de Laplace ou transformação de Boltzmann, o qual, o perfil transiente de pressões em coordenadas cartesianas é descrito pela função erro complementar erfc(xD, yD, tD) e, em coordenadas cilíndricas pela função integral exponencial Ei(rD, tD). Este trabalho propõe a solução analítica pelo método de expansão assíntotica de primeira ordem em séries, para solução de alguns problemas de escoamento de petróleo em meios porosos com permeabilidade dependente da pressão de poros e termo fonte. A solução geral será implementada no software Matlab (marca registrada) e a calibração do modelo matemático será realizada comparandose a solução obtida neste trabalho com a solução calculada por meio de um simulador de fluxo óleo em meios porosos denominado IMEX (marca registrada) , amplamente usado na indústria de petróleo e em pesquisas científicas e que usa o método de diferenças finitas. A solução geral da equação diferencial é dada pela soma da solução para escoamento de líquidos com permeabilidade constante e o termo de primeira ordem da expansão assintótica, composto pela não linearidade devido à variação de permeabilidade. O efeito da variação instantânea de permeabilidade em função da pressão de poros é claramente demonstrado nos gráficos diagnósticos e especializados apresentados. / [en] The Nonlinear Hydraulic Diffusivity Equation (NHDE) models the singlephase flow of fluids in porous media considering the variation in the properties of the rock and the fluid present inside its pores. Normally, the dimensionless linear solution for the flow of oil is performed using the Laplace and Fourier transform or Boltzmann transformation and provides the unsteady pressure profile in Cartesian coordinates given by complementary error function erfc(xD, yD, tD) and in cylindrical coordinates described by the exponential integral function Ei(rD, tD). This work develops a new analytical model based on an integro-differential solution to predict the formation mechanical damage caused by the permeability loss during the well-reservoir life-cycle for several oil flow problems. The appropriate Green s function (GF) to solve NHDE for each well-reservoir setting approached in this thesis is used. The general solution is implemented in the Matlab (trademark) and the mathematical model calibration will be carried out by comparing the solution obtained in this work to the porous media finite difference oil flow simulator named IMEX (trademark). The general solution of the NHDE is computed by the sum of the linear solution (constant permeability) and the first order term of the asymptotic series expansion, composed of the nonlinear effect of the permeability loss. The instantaneous permeability loss effect is clearly noticed in the diagnostic and specialized plots.

La realización de nuevas infraestructuras para la mejora de la eficiencia global del riego, deben de venir acompañadas de una gestión adecuada, ya que sin ésta no se justifican las grandes inversiones acometidas. Para optimizar el uso de todos los insumos que participan en el riego, agua, energía y fertilizantes, se necesita realizar un seguimiento de todos los procesos en que están implicados, con el fin de detectar los puntos débiles de la gestión y mejorarlos. Dada la gran cantidad de información requerida para ello, resulta recomendable desarrollar un Sistema de Soporte a la toma de Decisiones (DSS). Puesto que la mayoría de la información utilizada es de carácter espacial, los Sistemas de Información Geográfica (SIG) se muestran como la herramienta de trabajo más idónea para ello. En el trabajo desarrollado se describe la metodología seguida para la elaboración de un DSS orientado a la gestión del riego en redes a presión, denominado HuraGIS (Herramientas para el Uso Racional del Agua con el soporte de un GIS). Con este fin se ha diseñado primeramente un modelo de datos relacional, vinculado al propio tiempo con la información espacial. Para su implementación, se han desarrollado una serie de módulos que permiten la captura y edición de los datos, así como su depuración. Otros módulos de la aplicación HuraGIS permiten simular todos los procesos agronómicos del riego. Además, con el fin de reproducir los procesos hidráulicos se ha integrado el módulo de cálculo de EPANET. Finalmente, como herramientas de optimización se han incorporado librerías de programación lineal y de optimización heurística, como son los Algoritmos Genéticos. La metodología desarrollada se ha aplicado a un caso real de estudio, la Comunidad de Regantes de Senyera (Valencia). Para ello se tomaron los datos necesarios en campo y se introdujeron en la aplicación HuraGIS. En una primera fase se realizó un diagnóstico sobre la gestión llevada a cabo durante la campaña de riegos de 2006, media / Jiménez Bello, MÁ. (2008). Integración de los procesos agronómicos e hidráulicos del riego a presión en un entorno SIG para la gestión eficiente de comunidades de regantes [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/4101

Advances in information technology in the past two decades have seen innovations in the field of domestic and industrial computing that led to a paradigm shift in the management and operation of urban water systems by water utility companies. The traditional public management policy that focused on ensuring a minimum quality of service regardless of the costs associated with the processes of catchment, treatment and distribution of water, in many cases even unknown, have evolved towards more efficient cost sensitive models. These new wholly or partly public funded management systems improve not only the quality of service offered to users, but also optimize resources by reducing the cost and causing the minimum environmental impact. The new challenges raised by the European Water Framework1 Directive by imposing cost recovery to improve water efficiency and environmental sustainability have led to a significant change at all levels of water management. Consequently, new priorities have been established in terms of infrastructure management that require the reduction of water losses and the improvement of the water efficiency in urban networks for human consumption. Likewise, in a broader context which includes the water--energy binomial, it is also desirable to improve the energy efficiency and carbon emissions of these systems. Today, network sectoring is the most commonly used strategy to improve management and increase network performance. It basically consists of dividing the network into several smaller hydraulic sectors, where water inlets and outlets are perfectly controlled. This simplifies the task of carrying out periodic water balances in each of the sectors, and allows water loss volume to be assessed for a given period of time. As configuring network sectors is not a trivial task, it is therefore important to have appropriate tools to perform the task efficiently and effectively. Mathematical models can play an important role as decision support tools to help water managers assess the performance of water network distribution systems. This thesis aims to address the current problems of managing urban water networks by combining new information-processing technologies with innovative network modelling techniques. It intends to facilitate the system diagnosis and extend the use of models on the decision-making process to provide better solutions to the management of urban water networks. For this purpose a software extension that works on a geographic information system (GIS) has been developed. It integrates: the hydraulic and water quality simulation program EPANET 2, innovative tools for model analysis and diagnostic, automatic tools for sectoring and computing tools to conduct water balances in the sectors using actual measurements. The work demonstrates the compatibility and complementarity of GIS and hydraulic models as technologies that can be used to support the assessment and diagnosis of water distribution networks. Considering that the majority of information linked to the network system has some geographic reference, it is not surprising that GIS has become a popular tool for dealing with such information. At the same time, the integration of mathematical modelling and simulation tools, offers the GIS a new dimension in the realm of hydraulic study of water networks. Furthermore, if this specific integration is provided with new features aimed not only to facilitate the model building, but also to assist the user in decision-making using powerful algorithms based on the application of the graph theory, the result is a powerful up-to-date analytical tool, which opens up new possibilities in the field of management and efficient operation of urban water supply systems. / Bartolín Ayala, HJ. (2013). Confección de modelos de redes de distribución de agua desde un Sig y desarrollo de herramientas de apoyo a la toma de decisiones [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/33152

Tesis por compendio / [EN] Anaerobic MBRs (AnMBRs) can provide the desired step towards sustainable wastewater treatment, broadening the range of application of anaerobic biotechnology to low-strength wastewaters (e.g. urban ones) or extreme environmental conditions (e.g. low operating temperatures). This alternative technology gathers the advantages of anaerobic treatment processes (e.g. low energy demand stemming from no aeration and energy recovery through methane production) jointly with the benefits of membrane technology (e.g. high quality effluent, and reduced space requirements). It is important to highlight that AnMBR may offer the possibility of operation in energy neutral or even being a net energy producer due to biogas generation. Other aspects that must be taken into account in AnMBR are the quality and nutrient recovery potential of the effluent and the low amount of sludge generated, which are of vital importance when assessing the environmental impact of a wastewater treatment plant (WWTP). The main aim of this Ph.D. thesis is to assess the economic and environmental sustainability of AnMBR technology for urban wastewater treatment at ambient temperature. Specifically, this thesis focusses on the following aspects: (1) development of a detailed and comprehensive plant-wide energy model for assessing the energy demand of different wastewater treatment systems at both steady- and unsteady-state conditions; (2) proposal of a design methodology for AnMBR technology and identification of optimal AnMBR-based configurations by applying an overall life cycle cost (LCC) analysis; (3) life cycle assessment (LCA) of AnMBR-based technology at different temperatures; and (4) evaluation of the overall sustainability (economic and environmental) of AnMBR for urban wastewater treatment. In this research work, a plant-wide energy model coupled to the extended version of the plant-wide mathematical model BNRM2 is proposed. The proposed energy model was used for assessing the energy performance of different wastewater treatment processes. In order to propose a guidelines for designing AnMBR at full-scale and to identify optimal AnMBR-based configurations, the proposed energy model and LCC were used. LCA was used to assess the environmental performance of AnMBR-based technology at different temperatures. An overall sustainability (economic and environmental) assessment was conducted for: (a) assessing the implications of design and operating decisions by including sensitivity and uncertainty analysis and navigating trade-offs across environmental and economic criteria.; and (b) comparing AnMBR to aerobic-based technologies for urban wastewater treatment. This Ph.D. thesis is enclosed in a national research project funded by the Spanish Ministry of Science and Innovation entitled "Using membrane technology for the energetic recovery of wastewater organic matter and the minimisation of the sludge produced" (MICINN project CTM2008-06809-C02-01/02). To obtain representative results that could be extrapolated to full-scale plants, this research work was carried out in an AnMBR system featuring industrial-scale hollow-fibre membrane units that was operated using effluent from the pre-treatment of the Carraixet WWTP (Valencia, Spain). / [ES] El reactor anaerobio de membranas sumergidas (AnMBR) puede proporcionar el paso deseado hacia un tratamiento sostenible del agua residual, ampliando la aplicabilidad de la biotecnología anaerobia al tratamiento de aguas residuales de baja carga (ej. agua residual urbana) o a condiciones medioambientales extremas (ej. bajas temperaturas de operación). Esta tecnología combina las ventajas de los procesos de tratamiento anaerobio (baja demanda energética gracias a la ausencia de aireación y a la recuperación energética a través de la producción de metano) con los beneficios de la tecnología de membranas (ej. efluente de alta calidad y reducidas necesidades de espacio). Cabe destacar que la tecnología AnMBR permite la posibilidad del autoabastecimiento energético del sistema debido a la generación de biogás. Otros aspectos que se deben considerar en el sistema AnMBR son el potencial de recuperación de nutrientes, la calidad del efluente generado y la baja cantidad de fangos producidos, siendo todos ellos de vital importancia cuando se evalúa el impacto medioambiental de una planta de tratamiento de aguas residuales urbanas. El objetivo principal de esta tesis doctoral es evaluar la sostenibilidad económica y medioambiental de la tecnología AnMBR para el tratamiento de aguas residuales urbanas a temperatura ambiente. Concretamente, esta tesis se centra en las siguientes tareas: (1) desarrollo de un modelo de energía detallado y completo que permita evaluar la demanda energética global de diferentes sistemas de tratamiento de aguas residuales tanto en régimen estacionario como en transitorio; (2) propuesta de una metodología de diseño e identificación de configuraciones óptimas para la implementación de la tecnología AnMBR, aplicando para ello un análisis del coste de ciclo de vida (CCV); (3) análisis del ciclo de vida (ACV) de la tecnología AnMBR a diferentes temperaturas; y (4) evaluación global de la sostenibilidad (económica y medioambiental) de la tecnología AnMBR para el tratamiento de aguas residuales urbanas. En este trabajo de investigación se propone un modelo de energía acoplado a la versión extendida del modelo matemático BNRM2. El modelo de energía propuesto se usó para evaluar la eficiencia energía de diferentes procesos de tratamiento de aguas residuales urbanas. Con el fin de proponer unas directrices para el diseño de AnMBR a escala industrial e identificar las configuraciones óptimas para la implementación de dicha tecnología, se aplicaron tanto el modelo de energía propuesto como un análisis CCV. El ACV se usó para evaluar la viabilidad medioambiental de la tecnología AnMBR a diferentes temperaturas. En este trabajo se llevó a cabo una evaluación global de la sostenibilidad (económica y medioambiental) de la tecnología AnMBR para: (a) evaluar las implicaciones que conllevan ciertas decisiones durante el diseño y operación de dicha tecnología mediante un análisis de sensibilidad e incertidumbre, y examinar las contrapartidas en función de criterios económicos y medioambientales; y (b) comparar la tecnología AnMBR con tecnologías basadas en procesos aerobios para el tratamiento de aguas residuales urbanas. Esta tesis doctoral está integrada en un proyecto nacional de investigación, subvencionado por el Ministerio de Ciencia e Innovación (MICINN), con título "Modelación de la aplicación de la tecnología de membranas para la valorización energética de la materia orgánica del agua residual y la minimización de los fangos producidos" (MICINN, proyecto CTM2008-06809-C02-01/02). Para obtener resultados representativos que puedan ser extrapolados a plantas reales, esta tesis doctoral se ha llevado a cabo utilizando un sistema AnMBR que incorpora módulos comerciales de membrana de fibra hueca. Además, esta planta es alimentada con el efluente del pre-tratamiento de la EDAR del Barranco del Carraixet (Valencia, España). / [CA] El reactor anaerobi de membranes submergides (AnMBR) pot proporcionar el pas desitjat cap a un tractament d'aigües residuals sostenible, i suposa una extensió en l'aplicabilitat de la biotecnologia anaeròbia al tractament d'aigües residuals amb baixa càrrega (p.e. aigua residual urbana) o a condicions mediambientals extremes (p.e. baixes temperatures d'operació). Aquesta tecnologia alternativa reuneix els avantatges dels processos de tractament anaerobi (baixa demanda d'energia per l'estalvi de l'aireig i possibilitat de recuperació energètica per la producció de metà), conjuntament amb els beneficis de l'ús de de la tecnologia de membranes (p.e efluent d'alta qualitat, i reduïdes necessitats d'espai). Cal destacar que la tecnologia AnMBR permet la possibilitat de l'autoabastiment energètic del sistema degut a la generació de biogàs. Altres aspectes que s'han de considerar en el sistema AnMBR són el potencial de recuperació de nutrients, la qualitat de l'efluent i la baixa quantitat de fang generat, tots ells de vital importància quan s'avalua l'impacte mediambiental d'una planta de tractament d'aigües residuals urbanes. L'objectiu principal d'aquesta tesi doctoral és avaluar la sostenibilitat econòmica i mediambiental de la tecnologia AnMBR per al tractament d'aigües residuals urbanes a temperatura ambient. Concretament, aquesta tesi se centra en les tasques següents: (1) desenrotllament d'un detallat i complet model d'energia per al conjunt de la planta a fi d'avaluar la demanda d'energia de diferents sistemes de tractament d'aigües residuals tant en règim estacionari com en transitori; (2) proposta d'una metodologia de disseny i identificació de les configuracions òptimes de la tecnologia AnMBR mitjançant l'aplicació una anàlisi del cost de tot el cicle de vida (CCV) ; (3) anàlisi del cicle de vida (ACV) de la tecnologia AnMBR a diferents temperatures; i (4) avaluació global de la sostenibilitat (econòmica i mediambiental) de la tecnologia AnMBR per al tractament d'aigües residuals urbanes. En aquest treball d'investigació es proposa un model d'energia a nivell de tota la planta acoblat a la versió estesa del model matemàtic BNRM2. El model d'energia proposat s'ha utilitzat per a avaluar l'eficiència energètica de diferents processos de tractament d'aigües residuals urbanes. A fi de proposar unes directrius per al disseny d'AnMBR a escala industrial i identificar les configuracions òptimes de la tecnologia AnMBR, s'ha aplicat tant el model d'energia proposat, com el cost del cicle de vida (CCV). L'anàlisi del cicle de vida (ACV) s'ha utilitzat per a avaluar el rendiment mediambiental de la tecnologia AnMBR a diferents temperatures. En aquest treball s'ha dut a terme una avaluació global de la sostenibilitat (econòmica i mediambiental) de la tecnologia AnMBR per a: (a) avaluar les implicacions de les decisions de disseny i operació per mitjà d'una anàlisi de sensibilitat i incertesa i examinar les contrapartides en funció de criteris econòmics i mediambientals; i (b) comparar la tecnologia AnMBR amb tecnologies basades en processos aerobis per al tractament d'aigües residuals urbanes. Aquesta tesi doctoral està integrada en un projecte nacional d'investigació, subvencionat pel Ministerio de Ciencia e Innovación (MICINN), amb títol "Modelación de la aplicación de la tecnología de membranas para la valorización energética de la materia orgánica del agua residual y la minimización de los fangos producidos" (MICINN, projecte CTM2008-06809-C02-01/02). Per a obtenir resultats representatius que puguen ser extrapolats a plantes reals, aquesta tesi doctoral s'ha dut a terme utilitzant un sistema AnMBR que incorpora mòduls comercials de membrana de fibra buida. A més, aquesta planta és alimentada amb l'efluent del pretractament de l'EDAR del Barranc del Carraixet (València, Espanya). / Pretel Jolis, R. (2015). Environmental and economic sustainability of submerged anaerobic membrane bioreactors treating urban wastewater [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/58864 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales / Compendio

Tesis por compendio / [ES] Las grandes presas, así como los diques de protección, son infraestructuras críticas cuyo fallo puede conllevar importantes consecuencias económicas y sociales. Tradicionalmente, la gestión del riesgo y la definición de estrategias de adaptación en la toma de decisiones han asumido la invariabilidad de las condiciones climáticas, incluida la persistencia de patrones históricos de variabilidad natural y la frecuencia de eventos extremos. Sin embargo, se espera que el cambio climático afecte de forma importante a los sistemas hídricos y comprometa la seguridad de las presas, lo que puede acarrear posibles impactos negativos en términos de costes económicos, sociales y ambientales. Los propietarios y operadores de presas deben por tanto adaptar sus estrategias de gestión y adaptación a medio y largo plazo a los nuevos escenarios climáticos. En la presente tesis se ha desarrollado una metodología integral para incorporar los impactos del cambio climático en la gestión de la seguridad de presas y en el apoyo a la toma de decisiones. El objetivo es plantear estrategias de adaptación que incorporen la variabilidad de los futuros riesgos, así como la incertidumbre asociada a los nuevos escenarios climáticos. El impacto del cambio climático en la seguridad de presas se ha estructurado utilizando modelos de riesgo y mediante una revisión bibliográfica interdisciplinaria sobre sus potenciales efectos. Esto ha permitido establecer un enfoque dependiente del tiempo que incorpore la evolución futura del riesgo, para lo cual se ha definido un nuevo indicador que evalúa cuantitativamente la eficiencia a largo plazo de las medidas de reducción de riesgo. Además, para integrar la incertidumbre de los escenarios futuros en la toma de decisiones, la metodología propone una estrategia robusta que permite establecer secuencias optimizadas de implementación de medidas correctoras para la adaptación al cambio climático. A pesar de las dificultades para asignar probabilidades a eventos específicos, esta metodología permite un análisis sistemático y objetivo, reduciendo considerablemente la subjetividad. Esta metodología se ha aplicado al caso real de una presa española susceptible a los efectos del cambio climático. El análisis se centra en el escenario hidrológico, donde las avenidas son la principal carga a la que está sometida la presa. Respecto de análisis previos de la presa, los resultados obtenidos proporcionan nueva y valiosa información sobre la evolución de los riesgos futuros y sobre cómo abordarlos. En general, se espera un aumento del riesgo con el tiempo; esto ha llevado a plantear nuevas medidas de adaptación que no están justificadas en la situación actual. Esta es la primera aplicación documentada de un análisis exhaustivo de los impactos del cambio climático sobre el riesgo de rotura de una presa que sirve como marco de referencia para la definición de estrategias de adaptación a largo plazo y la evaluación de su eficiencia. / [CAT] Les grans preses, així com els dics de protecció, són infraestructures crítiques que si fallen poden produir importants conseqüències econòmiques i socials. Tradicionalment, la gestió del risc i la definició d'estratègies d'adaptació en la presa de decisions han assumit la invariabilitat de les condicions climàtiques, inclosa la persistència de patrons històrics de variabilitat natural i la probabilitat d'esdeveniments extrems. No obstant això, s'espera que el canvi climàtic afecte de manera important als sistemes hídrics i comprometi la seguretat de les preses, la qual cosa pot implicar possibles impactes negatius en termes de costos econòmics, socials i ambientals. Els propietaris i operadors de preses deuen per tant adaptar les seues estratègies de gestió i adaptació a mitjà i llarg termini als nous escenaris climàtics. En la present tesi s'ha desenvolupat una metodologia integral per a incorporar els impactes del canvi climàtic en la gestió de la seguretat de preses i en el suport a la presa de decisions. L'objectiu és plantejar estratègies d'adaptació que incorporen la variabilitat dels futurs riscos, així com la incertesa associada als nous escenaris climàtics. L'impacte del canvi climàtic en la seguretat de preses s'ha estructurat utilitzant models de risc i mitjançant una revisió bibliogràfica interdisciplinària sobre els seus potencials efectes. Això ha permès establir un enfocament dependent del temps que incorpori l'evolució futura del risc, per a això s'ha definit un nou indicador que avalua quantitativament l'eficiència a llarg termini de les mesures de reducció de risc. A més, per a integrar la incertesa dels escenaris futurs en la presa de decisions, la metodologia proposa una estratègia robusta que permet establir seqüències optimitzades d'implementació de mesures correctores per a l'adaptació al canvi climàtic. A pesar de les dificultats per a assignar probabilitats a esdeveniments específics, esta metodologia permet una anàlisi sistemàtica i objectiva, reduint considerablement la subjectivitat. Aquesta metodologia s'ha aplicat al cas real d'una presa espanyola susceptible a l'efecte del canvi climàtic. L'anàlisi se centra en l'escenari hidrològic, on les avingudes són la principal càrrega a la qual està sotmesa la presa. Respecte d'anàlisis prèvies de la presa, els resultats obtinguts proporcionen nova i valuosa informació sobre l'evolució dels riscos futurs i sobre com abordar-los. En general, s'espera un augment del risc amb el temps; això ha portat a plantejar noves mesures d'adaptació que no estarien justificades en la situació actual. Aquesta és la primera aplicació documentada d'una anàlisi exhaustiva dels impactes del canvi climàtic sobre el risc de trencament d'una presa que serveix com a marc de referència per a la definició d'estratègies d'adaptació a llarg termini i l'avaluació de la seua eficiencia. / [EN] Large dams as well as protective dikes and levees are critical infrastructures whose failure has major economic and social consequences. Risk assessment approaches and decision-making strategies have traditionally assumed the stationarity of climatic conditions, including the persistence of historical patterns of natural variability and the likelihood of extreme events. However, climate change has a major impact on the world's water systems and is endangering dam safety, leading to potentially damaging impacts in terms of economic, social and environmental costs. Owners and operators of dams must adapt their mid- and long-term management and adaptation strategies to new climate scenarios. This thesis proposes a comprehensive approach to incorporate climate change impacts on dam safety management and decision-making support. The goal is to design adaptation strategies that incorporate the non-stationarity of future risks as well as the uncertainties associated with new climate scenarios. Based on an interdisciplinary review of the state-of-the-art research on its potential effects, the global impact of climate change on dam safety is structured using risk models. This allows a time-dependent approach to be established to consider the potential evolution of risk with time. Consequently, a new indicator is defined to support the quantitative assessment of the long-term efficiency of risk reduction measures. Additionally, in order to integrate the uncertainty of future scenarios, the approach is enhanced with a robust decision-making strategy that helps establish the consensus sequence of measures to be implemented for climate change adaptation. Despite the difficulties to allocate probabilities to specific events, such framework allows for a systematic and objective analysis, reducing considerably the subjectivity. Such a methodology is applied to a real case study of a Spanish dam subjected to the effects of climate change. The analysis focus on hydrological scenarios, where floods are the main load to which the dam is subjected. The results provide valuable new information with respect to the previously existing analysis of the dam regarding the evolution of future risks and how to cope with it. In general, risks are expected to increase with time and, as a result, new adaptation measures that are not justifiable for the present situation are recommended. This is the first documented application of a comprehensive analysis of climate change impacts on dam failure risk and serves as a reference benchmark for the definition of long-term adaptation strategies and the evaluation of their efficiency. / Fluixá Sanmartín, J. (2020). Adaptation strategies of dam safety management to new climate change scenarios informed by risk indicators [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/157634 / Compendio