Ante un escenario donde el recurso agua es limitado y con una sociedad que la demanda cada vez con más garantías, la ingeniería es exigida a desarrollar técnicas y metodologías eficientes para asegurar que el vital líquido sea entregado en óptimas condiciones de calidad y cantidad a los usuarios domésticos, comerciales e industriales que conforman el conjunto de abonados de una ciudad. Cada tipo de usuario demanda el agua en diferentes escalas temporales y de cantidad, pero el conjunto de ellos consumiendo agua a la vez generan la demanda global de una ciudad. Los operadores de los sistemas de abastecimiento y distribución de agua potable están obligados a gestionar sus operaciones de tal manera que el conjunto de abonados cuente con el servicio en el momento que lo demanden. La experiencia que acumula el personal de operación se vuelve fundamental para que este objetivo se cumpla ya que son capaces de predecir con gran precisión las demandas futuras. En la búsqueda de predicciones con un fundamento matemático y estadístico sólido, hemos desarrollado este trabajo en el cual se han revisado las metodologías más destacadas que se han utilizado a lo largo de las últimas décadas par modelar y predecir la demanda de agua urbana en áreas densamente pobladas, encontrando que los modelos estocásticos del tipo ARIMA son la base de las principales metodologías. Sin embargo, encontramos también que los modelos existentes están desarrollados y pensados para ciudades en la cuales la demanda presenta un patrón con poca variabilidad derivada de patrones sociológicos y donde las componentes climáticas son poco relevantes. Esta variabilidad es generada por eventos puntuales que perturban el proceso de demanda y que cuando ocurren alteran los patrones repetitivos esperados. El presente trabajo de tesis tiene como principal objetivo proponer, analizar y comparar el desempeño con otras técnicas, de un modelo estocástico para la estimación a corto plazo de la demanda global de agua potable en sistemas de abastecimiento y distribución. / Espinoza Rodríguez, CA. (2010). Predicción a corto plazo de la demanda de agua urbana en áreas densamente pobladas [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8421 / Palancia

La modelación numérica del flujo de agua subterránea y del transporte de masa se está convirtiendo en un criterio de referencia en la actualidad para la evaluación de recursos hídricos y la protección del medio ambiente. Para que las predicciones de los modelos sean fiables, estos deben de estar lo más próximo a la realidad que sea posible. Esta proximidad se adquiere con los métodos inversos, que persiguen la integración de los parámetros medidos y de los estados del sistema observados en la caracterización del acuífero. Se han propuesto varios métodos para resolver el problema inverso en las últimas décadas que se discuten en la tesis. El punto principal de esta tesis es proponer dos métodos inversos estocásticos para la estimación de los parámetros del modelo, cuando estos no se puede describir con una distribución gausiana, por ejemplo, las conductividades hidráulicas mediante la integración de observaciones del estado del sistema, que, en general, tendrán una relación no lineal con los parámetros, por ejemplo, las alturas piezométricas. El primer método es el filtro de Kalman de conjuntos con transformación normal (NS-EnKF) construido sobre la base del filtro de Kalman de conjuntos estándar (EnKF). El EnKF es muy utilizado como una técnica de asimilación de datos en tiempo real debido a sus ventajas, como son la eficiencia y la capacidad de cómputo para evaluar la incertidumbre del modelo. Sin embargo, se sabe que este filtro sólo trabaja de manera óptima cuándo los parámetros del modelo y las variables de estado siguen distribuciones multigausianas. Para ampliar la aplicación del EnKF a vectores de estado no gausianos, tales como los de los acuíferos en formaciones fluvio-deltaicas, el NSEnKF propone aplicar una transformación gausiana univariada. El vector de estado aumentado formado por los parámetros del modelo y las variables de estado se transforman en variables con una distribución marginal gausiana. / Zhou ., H. (2011). Stochastic Inverse Methods to Identify non-Gaussian Model Parameters in Heterogeneous Aquifers [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/12267 / Palancia

Según fichero complementario. / Tavera, M. (2013). Metodología para la gestión y planificación de un sistema de agua potable con suministro intermitente: Aplicacion a la ciudad de Tegucigalpa (Honduras) [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/21067 / TESIS

La presente tesis doctoral tiene como objetivo investigar los efectos de la variabilidad de los factores de fusión que utiliza el método grado-día, en la modelación de la fusión de nieve y su repercusión en la modelación hidrológica en cuencas de alta montaña. Lo anterior, con la finalidad de proporcionar una alternativa parsimoniosa a la simulación de la fusión de nieve en la modelación hidrológica de este tipo de cuencas, cuya problemática principal es no contar con la información suficiente para aplicar otros modelos de fusión conceptualmente más completos, como los de balance de energía. Para llevar a cabo lo anterior, en esta tesis se han planteado tres conceptualizaciones matemáticas de modelos híbridos de fusión de nieve que se basan en el método clásico grado-día, pero que a diferencia de éste, consideran la variabilidad de los factores de fusión. Estas conceptualizaciones se han implementado en el modelo hidrológico distribuido conceptual con parámetros físicamente basados TETIS, para la modelación de los procesos del ciclo hidrológico. La variabilidad de los factores de fusión se introduce en los modelos híbridos a escala de celda mediante mapas de índices de radiación, los cuales son construidos tomando en cuenta la radiación global de onda corta con cielo despejado, las características morfológicas de la cuenca, la sombra de relieve y la época del año. Asimismo, se utilizan los mapas de factores de fusión determinados a partir de los aportes de energía para la fusión de nieve en función de la ocupación del suelo, obtenidos a partir de trabajos previos encontrados en la literatura científica. Por otro lado, se ha implementado la calibración automática de los parámetros usados por las conceptualizaciones matemáticas propuestas, utilizando el algoritmo de optimización Shuffled Complex Evolution (SCE-UA) desarrollado por la Universidad de Arizona, EE.UU. En la evaluación de los modelos híbridos de fusión implementados, se ha propuesto utilizar tres casos de estudio que son, las subcuencas de los ríos Carson y American de Sierra Nevada, EE. UU., y la cuenca pirenaica-mediterránea de Contraix ubicada en el interior del Parque Nacional de Aigüestortes en los pirineos catalanes España. Estas son cuencas geográficamente cerradas y presentan un régimen hidrológico completamente diferente, debido a su ubicación y a su elevación media. La evaluación ha consistido en analizar tanto los resultados obtenidos con variabilidad de los factores de fusión, a través de los modelos híbridos propuestos, como los obtenidos empleando factores de fusión homogéneos con la conceptualización clásica del método grado-día. En el caso de la modelación de caudales en los puntos de control ubicados en la desembocadura y en el interior de las subcuencas de Sierra Nevada, se ha observado que el efecto que introduce la variabilidad es mínimo. Así como también lo han demostrado las altas eficiencias conseguidas con todos los modelos analizados. Sin embargo, estas eficiencias conseguidas en la modelación de los caudales, no implica la correcta modelación de la nieve, específicamente de los procesos de acumulación y fusión por parte de los modelos implementados. En vista de lo anterior, se ha evaluado el efecto de la variabilidad de los factores de fusión en la modelación de la nieve, a través de la validación puntual y espacial de los resultados obtenidos en la modelación de las subcuencas de Sierra Nevada. Para esto, se utiliza información de las estaciones meteorológicas SNOTEL, de pértigas y de imágenes de satélite. En este caso, los modelos analizados mostraron un comportamiento totalmente diferente en la modelación de la nieve. Asimismo, se observa que el modelo híbrido que introduce la variabilidad, usando los mapas de índices de radiación, es el que mejores resultados proporciona en las validaciones realizadas. La evaluación de los modelos implementados también se ha realizado comparando los resultados analizados anteriormente con los obtenidos para estas mismas subcuencas por otros modelos hidrológicos que han participado en el Distributed Hydrologic Model Intercomparison Project-Phase 2 (DMIP2). Algunos de estos modelos emplean el balance de energía en la modelación de la nieve. En general, los resultados de esta comparación mostraron eficiencias de los modelos propuestos en esta tesis, muy similares a las conseguidas por los modelos del DMIP2 e incluso, en el caso de la modelación de la nieve, se superan las eficiencias de algunos de los modelos del DMIP2. En la última parte de esta tesis se evalúan dos de los modelos implementados utilizando la cuenca de Contraix, con una escala espacial de mayor precisión y una escala temporal de media hora. Estos modelos se han seleccionado en función de los resultados obtenidos en las subcuencas de Sierra Nevada y se han evaluado siguiendo el mismo procedimiento anterior. Lo anterior, con la finalidad de detectar inconsistencias en las conceptualizaciones analizadas producto del cambio de escala y validar los resultados conseguidos en las subcuencas de Sierra Nevada. Los resultados mostraron un comportamiento muy parecido con eficiencias en la modelación de los caudales nuevamente muy similares entre los modelos y con resultados en la modelación de la nieve influenciados por la variabilidad de los factores de fusión. Al igual que para las subcuencas anteriores, los mejores resultados en la cuenca de Contraix se han obtenido con el modelo híbrido que utiliza los mapas de índices de radiación. Finalmente, en esta tesis se demuestra que los resultados en la modelación de los procesos de acumulación y fusión de la nieve en cuencas de alta montaña, pueden mejorarse de manera significativa cuando se utiliza una conceptualización parsimoniosa que considere la variabilidad de los factores de fusión. Asimismo, la influencia de la variabilidad en la modelación de los caudales en la desembocadura de una cuenca, no aporta mayores ventajas que la conceptualización clásica del modelo grado-día. Es por todo ello, que en la selección del modelo a utilizar en estas zonas dependerá de la información disponible, así como el objetivo del modelo y de los resultados que se desee conseguir. / Orozco Medina, I. (2014). Modelación parsimoniosa y espacialmente distribuida de los procesos de acumulación y fusión de la nieve [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/36035 / TESIS

[ES] La evaluación de los recursos hídricos es una pieza clave para la solución sostenible de problemas que la sociedad enfrenta día con día relacionados con la disponibilidad del agua. Para distribuir los recursos disponibles en una región y gestionarlos correctamente, dada su distribución tanto espacial como temporalmente errática, es necesario primero cuantificarlos y posteriormente definir planes de actuación. Es así, que la evaluación de recursos hídricos es considerada como el punto de partida para la planificación y la gestión del agua, y la base para el análisis del impacto de fenómenos como las sequías y el cambio climático. Por todo lo anterior, la evaluación de recursos hídricos debe ser un instrumento confiable que dé fortaleza en la toma de decisiones; ya que, si la base no es lo suficientemente robusta, las decisiones tomadas a partir de ella tampoco serán fiables. El principal instrumento utilizado para la evaluación de recursos hídricos son los modelos hidrológicos, ya que permiten el análisis del ciclo del agua a escala de cuenca a través de expresiones matemáticas. La modelación hidrológica ha sido utilizada con otros propósitos además de la evaluación de recursos hídricos, el más recurrido: la predicción y control de crecidas, cuya metodología y estudios de casos son muy extensos en la literatura. No obstante, ante el problema de la evaluación de recursos hídricos, las referencias en la literatura suelen ser escasas y más aún, cuando los sistemas son complejos y han sufrido alteraciones de origen antrópico que modifican su estado natural invalidando la aplicación directa de los modelos hidrológicos para este fin. En esta investigación se analizan y proponen metodologías específicas para las diferentes casuísticas presentes en la evaluación de recursos hídricos: en sistemas naturales, sistemas regulados con altos índices de explotación y sistemas que presenten una fuerte influencia de la componente subterránea. La propuesta demanda el uso acoplado de modelos precipitación-escorrentía (MPE); por un lado, con un modelo de simulación de la gestión (MSG), y por el otro, con un modelo distribuido para la simulación de acuíferos. Este planteamiento permite cuantificar los recursos disponibles en la cuenca tomando en cuenta las interacciones que suceden entre los elementos del sistema, permitiendo que procesos como el de la restitución de caudales a régimen natural no sean estrictamente necesarios. Para su análisis fueron seleccionados tres casos de estudio representativos, uno por cada tipo de problema. Los sistemas no regulados están representados por nueve cuencas de cabecera distribuidas en el sistema de explotación del Duero y el Júcar, seleccionadas cuidadosamente en función sus características hidrológicas y la calidad de la información disponible. La propuesta desarrollada para los sistemas regulados se aplicó al sistema de explotación del Júcar caracterizado por presentar una gran capacidad de regulación y altos índices de explotación. Finalmente, uno de los casos más complejos donde la componente subterránea juega un papel fundamental en la evaluación de los recursos hídricos es la cabecera del Guadiana, donde hasta la actualidad se siguen sufriendo las consecuencias de una mala gestión y un total desconocimiento de las interacciones que suceden en el sistema. Como una de las aportaciones destacadas de esta investigación, se presenta el desarrollo de una aplicación informática para la calibración de MPE, compatible con las herramientas utilizadas en la evaluación de recursos hídricos en cualquiera de los casos presentados. En síntesis, esta tesis doctoral recoge una propuesta científico-técnica completa para enfrentar el problema de la evaluación de recursos hídricos a través de la modelación hidrológica, abordando todo el abanico de posibles problemáticas presentes en los sistemas de recursos hídricos. Además, propone un uso concatenado de técnicas informáticas que permiten aplicar las metodologías propuestas y los modelos de simulación implementados, todo esto incluido dentro de un Sistema Soporte a la Decisión (AQUATOOL). / [EN] Water resources assessment is a key to the sustainable solution of problems that society faces everyday related to water availability. In order to distribute the available resources in a region and manage them properly, given their erratic spatial and temporal distribution, it is necessary first to quantify them and then to define action plans. Hence, water resources assessment is considered as the starting point for water planning and management, and the basis for the analysis of the impact of phenomena such as droughts and climate change. For all these reasons, water resources assessment must be a reliable instrument that provides strength in decision-making. If the basis is not sufficiently robust, the decisions taken based on it will not be reliable either. The main approach to water resources assessment is through hydrological models, since they allow the analysis of the water cycle on a basin scale with mathematical expressions. Hydrological modeling has been used for other purposes besides water resources assessment, being the most commonly used forecasting and flood control, whose methodology and case studies are very extensive in the literature. Nevertheless, faced with the problem of water resources assessment, the literature references are often scarce and even more so when the systems are complex and have suffered alterations of anthropic origin that modify their natural state, invalidating the direct application of hydrological models for this purpose. This research analyses and proposes specific methodologies for the different case studies in water resources assessment: natural systems, regulated systems with high exploitation rates and systems with strong groundwater component influence. The proposal requests the coupled use of rainfall-runoff models (RRM). On one side, with a management simulation model, and on the other side with a distributed model for the simulation of aquifers. This approach allows quantifying the available resources in the basin by taking into account the interactions that occur between the elements of the system, allowing processes as that of the restitution of flows to natural regime are not strictly necessary. Three representative case studies were selected for analysis, one for each type of problem. The non-regulated systems are represented by nine headwater basins distributed in the Duero and Jucar exploitation system, carefully selected according to their hydrological characteristics and the quality of the available information. The proposal developed for the regulated systems was applied to the Júcar exploitation water system, which is characterized by a great capacity for regulation and high exploitation rates. Finally, one of the most complex cases where the groundwater component plays a key role in the evaluation of water resources is the headwaters of the Guadiana basin, where to this day the consequences of poor management and a total lack of knowledge of the interactions that occur in the system persist. a computer application for the calibration of RRM, compatible with the tools used in the water resources assessment in any of the cases presented. In summary, this PhD thesis includes a complete scientific-technical proposal to face the problem of water resources assessment through hydrological modelling, addressing the whole range of possible problems present in water resources systems. Furthermore, it proposes a combined use of computer techniques that allow the application of the proposed methodologies and the implemented simulation models, all this included within a Decision Support System (AQUATOOL). / [CA] L'avaluació dels recursos hídrics és una peça clau per a la solució sostenible de problemes que la societat afronta dia amb dia relacionats amb la disponibilitat de l'aigua. Per a distribuir els recursos disponibles en una regió i gestionar-los correctament, donada la seua distribució tant espacial com temporalment erràtica, és necessari primer quantificar-los i posteriorment definir plans d'actuació. És així, que l'avaluació de recursos hídrics és considerada com el punt de partida per a la planificació i la gestió de l'aigua, i la base per a l'anàlisi de l'impacte de fenòmens com les sequeres i el canvi climàtic. Per tot l'anterior, l'avaluació de recursos hídrics ha de ser un instrument confiable que done fortalesa en la presa de decisions; ja que, si la base no és prou robusta, les decisions preses a partir d'ella tampoc seran fiables. El principal instrument utilitzat per a l'avaluació de recursos hídrics són els models hidrològics, ja que permeten l'anàlisi del cicle de l'aigua a escala de conca a través d'expressions matemàtiques. La modelació hidrològica ha sigut utilitzada amb altres propòsits a més de l'avaluació de recursos hídrics, el més recorregut: la predicció i control de crescudes, la metodologia i estudis de casos de la qual són molt extensos en la literatura. No obstant això, davant del problema de l'avaluació de recursos hídrics, les referències en la literatura solen ser escasses i més encara, quan els sistemes són complexos i han patit alteracions d'origen antròpic que modifiquen el seu estat natural invalidant l'aplicació directa dels models hidrològics per a este fi. En esta investigació s'analitzen i proposen metodologies específiques per a les diferents casuístiques presents en l'avaluació de recursos hídrics: en sistemes naturals, en sistemes regulats amb alts índexs d'explotació i sistemes que presenten una forta influència de la component subterrània. La proposta demanda l'ús acoblat de models precipitació-escolament (MPE) ; d'una banda, amb un model de simulació de la gestió, i per l'altre, amb un model distribuït per a la simulació d'aqüífers. Este plantejament permet quantificar els recursos disponibles en la conca tenint en compte les interaccions que hi ha entre els elements del sistema, permetent que processos com el de la restitució de cabals a règim natural no siguen estrictament necessaris. Per a la seua anàlisi van ser seleccionats tres casos d'estudi representatius, u per cada tipus de problema. Els sistemes no regulats estan representats per nou conques de capçalera distribuïdes en el sistema d'explotació del Duero i el Xúquer, seleccionades cuidadosament en funció les seues característiques hidrològiques i la qualitat de la informació disponible. La proposta desenvolupada per als sistemes regulats es va aplicar al sistema d'explotació del Xúquer caracteritzat per presentar una gran capacitat de regulació i alts índexs d'explotació. Finalment, un dels casos més complexos on la component subterrània juga un paper fonamental en l'avaluació dels recursos hídrics és la capçalera del Guadiana, on fins a l'actualitat es continuen patint conseqüències degut a una mala gestió i un total desconeixement de les interaccions que es donen en el sistema. Com una de les aportacions destacades d'esta investigació, es presenta el desenvolupament d'una aplicació informàtica per a la calibració de MPE, compatible amb les ferramentes emprades en l'avaluació de recursos hídrics en qualsevol dels casos presentats. En síntesi, esta tesi doctoral arreplega una proposta cientificotècnica completa per a afrontar el problema de l'avaluació de recursos hídrics a través de la modelació hidrològica, abordant totes les possibles problemàtiques presents en els sistemes de recursos hídrics. A més, proposa un ús concatenat de tècniques informàtiques que permeten aplicar les metodologies proposades i els models de simulació implementats, tot açò inclòs dins d'un Sistema de Suport a la Decisió (AQUATOOL). / Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de México (CONACyT) y a la Secretaría de Innovación, Ciencia y Desarrollo Tecnológico del Estado de Michoacán (SICDET) por el financiamiento otorgado para la realización de mis estudios de doctorado. / García Romero, L. (2020). Propuesta y análisis de metodologías para la evaluación de recursos hídricos mediante modelos precipitación-escorrentía [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/153150 / TESIS

[ES] Las sequías provocan graves daños sociales, económicos y ambientales en extensas superficies debido a la disminución de los caudales que discurren por los cauces y a la reducción de los volúmenes embalsados. Se han realizado muchos esfuerzos para poder minimizar los impactos de estos fenómenos naturales y sin lugar a dudas, las medidas anticipadas son, o debieran ser, la mejor herramienta para retrasar o evitar la aparición de sequías hidrológicas en fases más severas y disminuir sus efectos. En las últimas dos décadas, los modelos climáticos estacionales han tenido una evolución importante, generando un gran volumen de información a escala global. A raíz del surgimiento de estos modelos y de su rápido crecimiento, se han realizado investigaciones en las que se evalúan las posibilidades de emplear sus pronósticos en diversos campos como en la gestión de los recursos hídricos. En esta investigación se ha abordado el uso de dichos pronósticos en la gestión de cuencas o sistemas de recursos hídricos. Como resultado, se propone una metodología para corregir el sesgo sistemático de los pronósticos climáticos estacionales de precipitación y temperatura. Por otra parte, se plantea una metodología para evaluar la capacidad predictiva de eventos de sequías meteorológicas e hidrológicas de modelos climáticos. La metodología propuesta se basa en la generación de un índice agregado único para evaluar los pronósticos a escala de cuenca, haciendo con ello que la decisión sobre la utilidad del modelo climático sea simple. Los resultados obtenidos demuestran que los modelos climáticos a escala estacional pueden tener una gran aplicación en la previsión de sequías tanto meteorológicas como hidrológicas. Al poder emplear los modelos climáticos para pronosticar estos eventos, se puede tener la capacidad de tomar medidas de mitigación de forma anticipada. Los pronósticos climáticos se evaluaron en la cuenca del río Júcar, donde mostraron tener mejor desempeño que las series condicionadas obtenidas con un modelo estocástico clásico. / [CA] Les sequeres provoquen greus danys socials, econòmics i ambientals en extenses superfícies a causa de la disminució dels cabals que discorren pels llits dels seus rius i a la reducció dels volums embassats. S'han realitzat molts esforços per a poder minimitzar els impactes d'estos fenòmens naturals i sense cap dubte, les mesures anticipades són, o deurien ser, la millor ferramenta per a retardar o evitar l'aparició de sequeres hidrològiques en fases més severes i disminuir els seus impactes. En les últimes dos dècades, els models climàtics estacionals han tingut una evolució important, generant un gran volum d'informació a escala global. Arran del sorgiment d'estos models i del seu ràpid creixement, s'han realitzat investigacions en les quals s'avaluen les possibilitats d'emprar els seus pronòstics en diversos marcs, com en la gestió dels recursos hídrics. En esta investigació s'ha abordat l'ús d'estos pronòstics en la gestió de conques o sistemes de recursos hídrics. Com a resultat, es proposa una metodologia per a corregir el biaix sistemàtic dels pronòstics climàtics estacionals de precipitació i temperatura. D'altra banda, es planteja una metodologia per a avaluar la capacitat predictiva d'esdeveniments de sequeres meteorològiques i hidrològiques de models climàtics. La metodologia proposada es basa en la generació d'un índex agregat únic per a avaluar els pronòstics a escala de conca, fent amb això que la decisió sobre la utilitat del model climàtic siga simple. Els resultats obtinguts demostren que els models climàtics a escala estacional poden tindre una gran aplicació en la previsió de sequeres tant meteorològiques com hidrològiques. Emprant els models climàtics per a pronosticar aquests esdeveniments, es pot tindre la capacitat de prendre mesures de mitigació de forma anticipada. Els pronòstics climàtics es van avaluar en la conca del riu Xúquer, on van mostrar tindre millor rendiment que les sèries condicionades obtingudes amb un model estocàstic clàssic. / [EN] Droughts produce severe social, economic and environmental damages over extensive areas due to water flow decrease in rivers and water volume reductions in reservoirs. Many efforts have been made to minimize the impacts of these natural phenomena and without doubt, early measures are, or should be, the best tool to delay or prevent the appearance of hydrological droughts in more severe phases and reduce their effects. In the last two decades, seasonal climate models have developed significantly, generating a large amount of information on a global scale. As a result of the emergence of these models and their rapid growth, a lot of researches have been conducted to assess their potential use of their forecasts in various fields such as water resources management. This research is focused on the use of such forecasts in basins management or water resource systems. As a result, a methodology is proposed to correct the systematic bias of seasonal climate forecasts of precipitation and temperature. Furthermore, a methodology is proposed to evaluate the predictive capacity of climate models for meteorological and hydrological drought events. The proposed methodology is based on the generation of a single aggregate index to evaluate forecasts at the basin scale, thus making the decision on the usefulness of the climate model simple. The results obtained show that climate models on a seasonal scale can have a great application in the forecast of both meteorological and hydrological droughts. The capacity to use climate models to predict these events can provide the ability to take mitigation measures in advance. The climate forecasts were evaluated in the Jucar River basin, where they showed better performance than the conditioned series obtained with a classical stochastic model. / Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de México (CONACYT) y a la Secretaría de Innovación, Ciencia y Desarrollo Tecnológico del Estado de Michoacán (SICDET), por el apoyo económico otorgado para la realización de mis estudios de doctorado. / Madrigal Barrera, JJ. (2020). Análisis de pronósticos climáticos para la previsión de sequías meteorológicas e hidrológicas [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/153151 / TESIS

Las metodologías de análisis de riesgos precisan cuantificar el riesgo, lo que en general implica estimar, para un determinado estado inicial del sistema presa-embalse, y para los diversos modos de fallo, tanto la probabilidad de los eventos de solicitación como la probabilidad condicional de la respuesta del sistema presa-embalse dado un determinado evento de solicitación, así como estimar las consecuencias sobre el medio, dada una determinada respuesta del sistema. Fraccionado así el problema, la presente tesis doctoral se centra en el estudio de la segunda de las probabilidades expuesta, es decir, en la cuantificación de la probabilidad condicional de la respuesta del sistema, dado un determinado evento de solicitación, y para el caso particular de presas de hormigón. En el contexto del análisis de riesgos, para obtener esta probabilidad se dispone de tres métodos: referencias históricas, emisión de probabilidades y, finalmente, técnicas de análisis basadas en fiabilidad. La cuestión de la estimación de las probabilidades de la respuesta de un sistema complejo como el sistema presa-embalse ha estado sujeta desde los inicios del análisis de riesgos a controversia y discusión por parte de la comunidad presística. Con este escenario de partida, se presenta en esta tesis doctoral una metodología para mejorar y dotar de mayor robustez a la estimación de la probabilidad condicional de la respuesta del sistema presa-embalse, para el caso de presas de hormigón, que incorpora el empleo de modelos de comportamiento complejos mediante técnicas de simulación numérica, sobre los cuales se aplican técnicas de fiabilidad de diversos niveles de exactitud, y, en particular, técnicas de fiabilidad Nivel 3, mediante simulaciones por el método de Monte Carlo. La variabilidad espacial y temporal de las variables (acciones y propiedades de los materiales) y la incertidumbre inherente a los mismos se considera mediante las correspondientes funciones de probabilidad. / Altarejos García, L. (2009). Contribución a la estimación de la probabilidad de fallo de presas de hormigón en el contexto del análisis de riesgos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/7350 / Palancia

La contaminación difusa por nitratos de las aguas subterráneas, la cual es principalmente originada por la agricultura, es una creciente preocupación en casi cualquier parte del mundo. Esto ha provocado el desarrollado de normativas; en Europa, en 1991 se estableció la Directiva de Nitratos y el año 2000 la Directiva Europea Marco del Agua (DMA). La DMA establece que las masas de agua deben alcanzar el buen estado en el año 2015, además reconoce el rol que la economía puede tener en alcanzar los objetivos ecológicos y ambientales. En este trabajo se presenta un modelo hidro-económico que sugiere la gestión óptima de fertilizantes para controlar la contaminación por nitratos de las agua subterráneas. El modelo holístico de optimización determina la distribución espacio-temporal de la tasa de aplicación de fertilizantes que maximiza los beneficios netos en la agricultura, limitada por los requerimientos de calidad en el agua subterránea en diferentes puntos de control. El modelo relaciona la aplicación de fertilizantes con las concentraciones de nitratos en el agua subterránea mediante el uso de modelos agronómicos, de simulación del flujo y transporte en el agua subterránea, con los cuales se generan soluciones unitarias que son integradas en matrices de respuesta (RM). Las RM dentro del modelo de gestión permiten simular la evolución de la concentración de nitratos en el agua subterránea mediante superposición en diferentes puntos de control a largo del tiempo, debido a la emisión de contaminantes en diferentes zonas distribuidas en el espacio y variables en el tiempo. Los beneficios de la agricultura se determinan a través de funciones de producción y el precio de los cultivos. El modelo desarrollado se aplicó a un acuífero sintético. Se obtuvo la aplicación óptima de fertilizantes para problemas con diferentes condiciones iniciales, horizontes de planeación y tiempos de recuperación. / Peña Haro, S. (2010). A hydro-economic modeling framework for optimal management of groundwater nitrate pollution from agriculture [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/7483 / Palancia

This dissertation cope with unsteady state flow in a dual porosity aquifer. In our theoretical mainframe, a naturally fractured porous media saturated by a monophasic fluid (i.e. water at normal temperature and pressure conditions) was considered. Therefore, a practical review has been oriented to the following topics: first, geostatistical tools used to simulate aquifer parameters, specially, its double porosity; later, the incorporation of matrix-fracture transfer functions inside the governing system equations for those complex aquifers. Afterwards, a methodology was implemented with the aim to simulate both singular characteristics mentioned before; indeed, the stochastic representation for the always uncertain fracture network and the estimation of the matrix-fracture transfer function coefficients. To check its performance, this new methodology was then applied to a series of synthetic cases available in the literature. Also, it was then tested in a real field project. This last test was carried out in a cretaceous confined aquifer within the limits of a future uranium mine district at Cerro Solo, Province of Chubut, Argentina. Finally, a discussion is included about the comparison of the different outcomes against the registered results examples, the analytical solutions for a simplified double porosity model and the normal pumping test interpretation done for the real case problem. Conclusions mainly emphasize the importance to include the dual porosity equations when the analysis should consider a suspicious aquifer with this nature and suggest going forward with a solute transport model development by analogous methodology. / La modelación del flujo en medios geológicos naturalmente fracturados depende principalmente de la composición estructural de la relación matriz-fractura y de la forma en que se aproxime el intercambio de fluido entre ambas fases. Las dos características mencionadas (composición estructural de la doble porosidad y la función de transferencia de flujo) incorporan el mayor grado de incertidumbre en la modelación de los estados transitorios generados por bombeo. Para poder mejorar la interpretación del ensayo de bombeo y con el objetivo último de obtener parámetros característicos confiables del acuífero (tales como la conductividad y el coeficiente de almacenamiento para ambas fases), la metodología propuesta en esta tesis aprovecha las herramientas que brinda la geoestadística para simular realizaciones de campos de fisuras cuyo ensamble permite a su vez estimar los parámetros de forma de la función de transferencia matriz-fisura (FTMF). En efecto, los métodos clásicos disponibles para interpretar resultados de ensayos de bombeo en acuíferos heterogéneos, en especial aquellos que se presentan naturalmente fracturados y con una compleja relación entre las dos componentes porosas, no contienen una vinculación directa entre la estructura interna de un acuífero con doble porosidad y los parámetros hidrogeológicos que definen el flujo a través de ella. Esto sólo se ha logrado con geometrías muy simples de la estructura matriz-fisura o con modelos estocásticos de la red de fisuras que luego requieren un gran esfuerzo computacional al simularlos con modelos hidrodinámicos. Lo que se presenta en este trabajo de tesis es una metodología sencilla y práctica para lograr mejorar la estimación de los parámetros de un ensayo de bombeo en este tipo de acuíferos confinados naturalmente fracturados, incorporando por primera vez la estructura y la proporción de las familias de fisuras en las ecuaciones de pozo a través de la estimación directa del factor de forma de la función de transferencia, incidiendo principalmente en las etapas tempranas del régimen transitorio del bombeo. Para verificar su funcionamiento, la metodología desarrollada fue puesta a prueba en algunos casos sintéticos orientados a la interpretación de ensayos de bombeo en régimen variable. Además, se aplicó dicha metodología a la interpretación de las características hidrodinámicas de un acuífero cretácico confinado del Distrito uranífero Cerro Solo, en la provincia de Chubut, Argentina. A partir de las aplicaciones mencionadas, se discuten los resultados obtenidos por comparación con los ejemplos tomados de la literatura presentando el contraste con soluciones analíticas desarrolladas para casos particulares de acuíferos con doble porosidad y con la re-interpretación de la evolución temporal de las depresiones observadas en el acuífero ensayado. En las conclusiones se destaca la importancia de la consideración de la doble porosidad en las ecuaciones de flujo, alentando a su aplicación concreta en la práctica de interpretación de los ensayos de bombeo con la metodología presentada en esta tesis y a proseguir su evolución en etapas de desarrollo vinculadas al transporte de solutos en este tipo de acuíferos complejos. / La modelación del flux en mitjans geològics naturalment fracturats depèn principalment de la composició estructural de la relació matriu-fractura i de la forma en què s'aproxime l'intercanvi de fluid entre ambdues fases. Les dues característiques esmentades (composició estructural de la doble porositat i la funció de transferència de flux) incorporen el major grau d'incertesa en la modelación dels estats transitoris generats per bombament. Per a poder millorar la interpretació de l'assaig de bombament i amb l'objectiu últim d'obtenir paràmetres característics confiables de l'aqüífer (tals com la conductivitat i el coeficient d'emmagatzematge per a ambdues fases), la metodologia proposada en aquesta tesi aprofita les eines que brinda la geoestadística per a simular realitzacions de camps de fissures que el seu assemble permet al seu torn estimar els paràmetres de forma de la funció de transferència matriu-fissura (FTMF). En efecte, els mètodes clàssics disponibles per a interpretar resultats d'assajos de bombament en aqüífers heterogenis, especialment aquells que es presenten naturalment fracturats i amb una complexa relació entre les dues components poroses, no contenen una vinculació directa entre l'estructura interna d'un aqüífer amb doble porositat i els paràmetres hidrogeológicos que defineixen el flux a través d'ella. Açò només s'ha aconseguit amb geometries molt simples de l'estructura matriu-fissura o amb models estocàstics de la xarxa de fissures que després requereixen un gran esforç computacional en simular-los amb models hidrodinàmics. El que es presenta en aquest treball de tesi és una metodologia senzilla i pràctica per a aconseguir millorar l'estimació dels paràmetres d'un assaig de bombament en aquest tipus d'aqüífers confinats naturalment fracturats, incorporant per primera vegada l'estructura i la proporció de les famílies de fissures en les equacions de pou a través de l'estimació directa del factor de forma de la funció de transferència, incidint principalment en les etapes primerenques del règim transitori del bombament. Per a verificar el seu funcionament, la metodologia desenvolupada va ser posada a prova en alguns casos sintètics orientats a la interpretació d'assajos de bombament en règim variable. A més, es va aplicar aquesta metodologia a la interpretació de les característiques hidrodinàmiques d'un aqüífer cretàcic confinat del Districte uranífero Cerro Solament, en la província de Chubut, Argentina. A partir de les aplicacions esmentades, es discuteixen els resultats obtinguts per comparació amb els exemples presos de la literatura presentant el contrast amb solucions analítiques desenvolupades per a casos particulars d'aqüífers amb doble porositat i amb la re-interpretació de l'evolució temporal de les depressions observades en l'aqüífer assajat. En les conclusions es destaca la importància de la consideració de la doble porositat en les equacions de flux, encoratjant a la seua aplicació concreta en la pràctica d'interpretació dels assajos de bombament amb la metodologia presentada en aquesta tesi i a prosseguir la seua evolució en etapes de desenvolupament vinculades al transport de soluts en aquest tipus d'aqüífers complexos. / Romanazzi, P. (2017). Modelación geoestadística de medios geológicos naturalmente fracturados [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/90580 / TESIS

It is expected that the potential water management conflicts will increase in the coming years due to the population growth, and the uncertainty about the availability of water resources under climate change conditions. For this reason, economic efficiency and equity must be considered in order to manage the available water resources at river basin scale with the aim of reducing the potential water scarcity impacts on society. Hydroeconomic models simultaneously analyse engineering, hydrology and economic aspects of water resources systems; allowing the characterization of real complex systems. So, these models could be useful in order to achieve the goal of reducing water scarcity impacts. Two Decision Support Systems have been developed within the hydroeconomic approach: SIMGAMS and OPTIGAMS. The simulation tool SIMGAMS allocates the available water resources considering priorities and system operating rules, carrying out an economic post-analysis of the water resources management. The optimization tool OPTIGAMS allocates the available water resources considering economic criteria. Both tools obtain either management results (storages, deliveries, etc.) or economic results (water scarcity cost and marginal resource opportunity cost). The economic functions of the users must be obtained to characterize the hydroeconomic models. For that, we have developed a tool within a multicriteria approach based on revealed preferences. This tool has been developed in collaboration with the University of Alcalá de Henares and University of Cordoba. Moreover, a method for get the economic function of irrigation water for citrus within the deficit irrigation approach has been developed and performed. It is needed to assess the economic impacts of the water scarcity conditions in order to design the portfolio of adaptation measures and evaluate their effectiveness. For this goal, a hydroeconomic analysis at river basin scale has been carried out either for the historical inflows or the future inflows under climate change conditions. The future climate change scenarios have been obtained through the precipitation and temperature time series coming from the EURO-CORDEX project, using the aggregate rainfall-runoff Temez model. As the irrigation agriculture is one of the most vulnerable sectors to the water scarcity, we have proposed a method to assess the economic impacts of droughts considering the availability of water resources and the volatility of the crop prices and carry out a risk analysis of the economic impacts on the irrigated agriculture at irrigation district scale. The method has 3 components: econometric models to assess the economic impacts (1), autoregressive inflow models to characterize the stochastic component of the inflows (2) and statistical models to simulate the operation of the system (3). This method allows evaluating the economic impacts of adaptation measures as the drought emergency wells. In this thesis, the potential of the economic instruments as adaptation measures to reduce the economic impacts of droughts has been analysed. In particular, we have designed and simulated the impacts of scarcity-based water pricing policies at river basin scale, dynamic urban tariffs considering the marginal value of water; and water markets. The case study is the Jucar river basin. The results demonstrate the potential and utility of the hydroeconomic models to analyse the management of the system; and the potential of applying economic instruments as adaptation measures to reduce the economic impacts of water scarcity scenarios. / Se prevé que en un futuro se agraven los conflictos en la gestión de los recursos hídricos, debido a que nos encontramos en un contexto de creciente demanda de recursos, motivado principalmente por el crecimiento de la población, y de alta incertidumbre en la disponibilidad futura de los recursos disponibles (fundamentalmente debido al cambio climático). Por ello, es necesario gestionar los recursos hídricos bajo la óptica de la eficiencia económica y equidad, tratando de minimizar los potenciales impactos de la escasez del recurso a la sociedad. En este objetivo los modelos hidroeconómicos pueden ser útiles, ya que analizan simultáneamente la hidrología, la ingeniería y la economía de la gestión del agua a escala de cuenca, permitiendo caracterizar mejor la complejidad de los sistemas de explotación. En esta línea se han desarrollado en esta investigación 2 herramientas bajo el enfoque de modelos hidroeconómicos: SIMGAMS y OPTIGAMS. SIMGAMS desarrolla modelos de simulación que gestionan el recurso basándose en prioridades y/o reglas de operación; realizando un post-análisis económico de la gestión realizada. Por otra parte, OPTIGAMS desarrolla modelos de optimización que gestionan el recurso con criterios económicos. Ambas herramientas permiten obtener tanto resultados de gestión (volúmenes, suministros, etc.) como económicos (costes de escasez y coste marginal de oportunidad del recurso). Para poder desarrollar modelos hidroeconómicos se hace necesario caracterizar económicamente los usos del agua. Para ello, se ha desarrollado una herramienta que permite obtener curvas de demanda con un enfoque multicriterio basado en preferencias reveladas. Este trabajo ha sido realizado en colaboración con la Universidad de Alcalá de Henares y la Universidad de Córdoba. Además, se ha desarrollado una metodología para obtener curvas de demanda para cítricos con la hipótesis de trabajo de riego deficitario. Para diseñar medidas para reducir los impactos económicos de la escasez es necesario evaluar sus impactos económicos. Para ello se ha llevado a cabo un análisis hidroeconómico a escala de cuenca tanto con los escenarios históricos de aportaciones como con escenarios futuros de cambio climático. Los escenarios futuros de cambio climático han sigo generados a partir de proyecciones futuras de precipitación y temperatura del proyecto EURO-CORDEX, usando un modelo lluvia-escorrentía agregado, el modelo de Témez. Para el análisis de los costes de escasez en el regadío (sector más vulnerable frente a la escasez), se propone una metodología de atribución de impactos (incluyendo explícitamente tanto la disponibilidad de recursos como la volatilidad de precios), junto con un análisis del riesgo de impacto económico a escala de comarca agraria en la agricultura de regadío. Esta metodología integra tres componentes: modelos econométricos de impacto económico, modelos autorregresivos (para caracterizar la componente estocástica de las aportaciones) y modelos de simulación del sistema. La metodología desarrollada permite evaluar el impacto económico de medidas que permitan reducir los impactos de los escenarios de escasez, como por ejemplo, pozos de sequías. En este trabajo se explora también el papel potencial de los instrumentos económicos como medida de gestión de la demanda, y su efecto en el impacto económico de las sequías. En concreto, se diseñan y simulan políticas de precios basadas en el valor marginal del agua a escala de cuenca, tarifas dinámicas urbanas que incluyen una componente del valor marginal, y mercados del agua. El caso de estudio es el sistema de explotación del río Júcar. Los resultados muestran la utilidad de los modelos hidroeconómicos desarrollados para analizar la gestión del sistema, y demuestran el potencial de aplicar los instrumentos económicos como medidas para disminuir los impactos económicos de situaciones de escasez del recurso hí / Es preveu que en un futur s'agreugen els conflictes en la gestió dels recursos hídrics, pel fet que ens trobem en un context de creixent demanda de recursos, motivat principalment pel creixement de la població, i d'alta incertesa en la disponibilitat futura dels recursos disponibles (fonamentalment a causa del canvi climàtic). Per això, és necessari gestionar els recursos hídrics baix l'òptica de l'eficiència econòmica i equitat, tractant de minimitzar els potencials impactes de l'escassesa del recurs a la societat. En aquest objectiu els models hidroeconòmics poden ser útils, ja que analitzen simultàniament la hidrologia, l'enginyeria i l'economia de la gestió de l'aigua a escala de conca, permetent caracteritzar millor la complexitat dels sistemes d'explotació. En aquesta línia s'han desenvolupat en aquesta investigació 2 ferramentes baix l'enfocament de models hidroeconòmics: SIMGAMS i OPTIGAMS. SIMGAMS desenvolupa models de simulació que gestionen el recurs basant-se en prioritats i / o regles d'operació; realitzant un post-anàlisi econòmic de la gestió realitzada. D'altra banda, OPTIGAMS desenvolupa models d'optimització que gestionen el recurs amb criteris econòmics exclusivament. Ambdues ferramentes permeten obtindre tant resultats de gestió (volums, subministraments, etc.) com econòmics (costos d'escassesa i cost marginal d'oportunitat del recurs). Per a poder desenvolupar models hidroeconòmics es fa necessari caracteritzar econòmicament els usos de l'aigua. Per a això, s'ha desenvolupat una ferramenta que permet obtindre corbes de demanda amb un enfocament multicriteri basat en preferències revelades. Aquest treball ha sigut realitzat en col·laboració amb la Universitat d'Alcalá d'Henares i la Universitat de Còrdova. A més, s'ha desenvolupat una metodologia per obtindre corbes de demanda per a cítrics amb la hipòtesi de treball de reg deficitari. Per dissenyar mesures per reduir els impactes econòmics de l'escassesa és necessari avaluar els seus impactes econòmics. Per a això s'ha dut a terme una anàlisi hidroeconòmic a escala de conca tant amb els escenaris històrics d'aportacions com amb escenaris futurs de canvi climàtic. Els escenaris futurs de canvi climàtic han sigut generats arran a projeccions futures de precipitació i temperatura del projecte EURO-CORDEX, usant un model pluja-escorrentia agregat, el model de Témez. Per a l'anàlisi dels costos d'escassesa al regadiu (sector més vulnerable davant de l'escassesa), es proposa una metodologia d'atribució d'impactes (incloent explícitament tant la disponibilitat de recursos com la volatilitat de preus), juntament amb una anàlisi del risc d'impacte econòmic a escala de comarca agrària en l'agricultura de regadiu. Aquesta metodologia integra tres components: models economètrics d'impacte econòmic, models autoregressius (per caracteritzar la component estocàstica de les aportacions) i models de simulació del sistema. La metodologia desenvolupada permet avaluar l'impacte econòmic de mesures que permeten reduir els impactes dels escenaris d'escassesa, com per exemple, pous de sequeres. En aquest treball s'explora també el paper potencial dels instruments econòmics com a mesura de gestió de la demanda, i el seu efecte en l'impacte econòmic de les sequeres. En concret, es dissenyen i simulen polítiques de preus basades en el valor marginal de l'aigua a escala de conca, tarifes dinàmiques urbanes que inclouen una component del valor marginal i mercats de l'aigua. El cas d'estudi és el sistema d'explotació del riu Xúquer. Els resultats mostren la utilitat dels models hidroeconòmics desenvolupats per analitzar la gestió del sistema i demostren el potencial d'aplicar els instruments econòmics com a mesures per disminuir els impactes econòmics de situacions d'escassetat del recurs hídric. / López Nicolás, AF. (2017). Métodos y herramientas de evaluación y diseño de instrumentos económicos para gestión de sequías y adaptacion al cambio climático [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/91143 / TESIS