Tesis por compendio / [ES] La emisión de gases de efecto invernadero de manera desmesurada, ha generado la degradación de la capa de ozono, provocando variaciones en los procesos ambientales que afectan a los organismos vivientes en el planeta Tierra. En los últimos años debido al cambio climático, los seres humanos buscamos enfatizar en el cuidado del medio ambiente y la preservación de los recursos naturales. Por lo que, en la mayoría de los casos, el avance tecnológico se enfoca en alcanzar las metas de desarrollo sostenible planteadas por la Organización de las Naciones Unidas (ONU). El mundo del agua no queda atrás, al tener que utilizar equipos energéticamente cada vez más consuntivos para suplir la demanda hídrica, se determina que existe una relación entre la emisión de GEI y el consumo de agua. Existen numerosos estudios que demuestran que, al optimizar las redes de distribución de agua: 1) se reduce la cantidad de energía requerida en las redes de agua; 2) se reduce la emisión de GEI; 3) se aumenta el tiempo de vida útil de una red de abastecimiento; 4) se mejora el aprovechamiento del agua; 5) se logra disminuir el coste relacionado con la operación, entre otros. El desarrollo del objetivo de esta tesis conllevó consigo la creación de tres (3) artículos científicos publicados en revistas JCR de alto impacto, con lo que se consiguió: 1)Contextualización del estudio, estableciendo las diferencias existentes en los sistemas de distribución de agua desde el punto de vista de la sostenibilidad. 2)Optimización de redes de riego en busca de un sistema híbrido que persiga una configuración de utilización nula de energía neta. 3)La aplicación y la optimización de una red de abastecimiento aislada que suple la demanda urbana, turística y paisajística. En el capítulo 2 se muestran distintos métodos de optimización de redes mediante la modelación, calibración y análisis hidráulicos donde varios estudios presentan tecnologías y herramientas que permiten estimar la cantidad de energía utilizada por el uso del agua en suministros de distintas envergaduras, exponiendo datos de las redes como son volumen inyectado, presión de abastecimiento, energía suministrada, regulación de los sistemas, entre otros. La revisión del estado del arte pone de manifiesto que tras la instalación de PAT se logra tener una recuperación energética desde un valor nulo hasta conseguir 0.042 kWh/m3. De igual manera se pudo estimar que tras la instalación de PFV para suministrar energía en las estaciones de bombeo se logra una reducción anual en la emisión de GEI de 16571 tCO2. A su vez, se pudo determinar que, tras la modificación en la operación del sistema, se consigue modificar el consumo inicial anual de 11651 a 2100 MWh. En el capítulo 3, se propone una metodología de optimización que muestra cómo se puede realizar la optimización de una red de riego real ubicada en Aspe (Alicante, España). Esta metodología emplea el método de optimización de "simulated annealing", tanto para conocer la mejor ubicación para instalar sistema micro hidroeléctricos como definir la regulación. El estudio muestra alternativas que alcanzan una reducción anual de emisión de GEI de hasta 2838 tCO2, y, de igual manera, se aprecia la posibilidad anual de vender hasta 283 MWh al sistema de abastecimiento de energía local. La metodología propuesta, asimismo fue aplicada en un sistema de abastecimiento de una ciudad aislada (Bahamas), mostrado en el capítulo 4. Se puede apreciar que al realizar modificación en la regulación del sistema se puede reducir el consumo energético anual de una estación de bombeo en un 32% y una reducción de la emisión de GEI en un 40%, esto se consiguió tras realizar un método de optimización basado en la búsqueda de los mejores puntos de funcionamiento de las bombas. / [CA] L'emissió de gasos d'efecte d'hivernacle de manera desmesurada, ha generat la degradació de la capa d'ozó, provocant variacions en els processos ambientals que afecten els organismes vivents en el planeta Terra. En els últims anys a causa del canvi climàtic, els éssers humans busquem emfatitzar en la cura del medi ambient i la preservació dels recursos naturals. Pel que, en la majoria dels casos, l'avanç tecnològic s'enfoca a aconseguir les metes de desenvolupament sostenible plantejades per l'Organització de les Nacions Unides (ONU). El món de l'aigua no queda arrere, en haver d'utilitzar equips energèticament cada vegada més consumptius per a suplir la demanda hídrica, es determina que existeix una relació entre l'emissió de *GEI i el consum d'aigua. Existeixen nombrosos estudis que demostren que, en optimitzar les xarxes de distribució d'aigua: 1) es redueix la quantitat d'energia requerida en les xarxes d'aigua; 2) es redueix l'emissió de *GEI; 3) s'augmenta el temps de vida útil d'una xarxa de proveïment; 4) es millora l'aprofitament de l'aigua; 5) s'aconsegueix disminuir el cost relacionat amb l'operació, entre altres. El desenvolupament de l'objectiu d'aquesta tesi va comportar amb si la creació de tres (3) articles científics publicats en revistes *JCR d'alt impacte, amb el que es va aconseguir: 1)Contextualització de l'estudi, establint les diferències existents en els sistemes de distribució d'aigua des del punt de vista de la sostenibilitat. 2)Optimització de xarxes de reg a la recerca d'un sistema híbrid que perseguisca una configuració d'utilització nul·la d'energia neta. 3)L'aplicació i l'optimització d'una xarxa de proveïment aïllada que supleix la demanda urbana, turística i paisatgística. En el capítol 2 es mostren diferents mètodes d'optimització de xarxes mitjançant el modelatge, calibratge i anàlisis hidràuliques on diversos estudis presenten tecnologies i eines que permeten estimar la quantitat d'energia utilitzada per l'ús de l'aigua en subministraments de diferents envergadures, exposant dades de les xarxes com són volum injectat, pressió de proveïment, energia subministrada, regulació dels sistemes, entre altres. La revisió de l'estat de l'art posa de manifest que després de la instal·lació de *PAT s'aconsegueix tindre una recuperació energètica des d'un valor nul fins a aconseguir 0.042 kWh/m³. D'igual manera es va poder estimar que després de la instal·lació de *PFV per a subministrar energia en les estacions de bombament s'aconsegueix una reducció anual en l'emissió de *GEI de 16571 *tCO2. Al seu torn, es va poder determinar que, després de la modificació en l'operació del sistema, s'aconsegueix modificar el consum inicial anual de 11651 a 2100 *MWh. En el capítol 3, es proposa una metodologia d'optimització que mostra com es pot realitzar l'optimització d'una xarxa de reg real situada a Aspe (Alacant, Espanya). Aquesta metodologia empra el mètode d'optimització de "*simulated *annealing", tant per a conéixer la millor ubicació per a instal·lar sistema micro hidroelèctrics com definir la regulació. L'estudi mostra alternatives que aconsegueixen una reducció anual d'emissió de *GEI de fins a 2838 *tCO2, i, d'igual manera, s'aprecia la possibilitat anual de vendre fins a 283 *MWh al sistema de proveïment d'energia local. La metodologia proposada, així mateix va ser aplicada en un sistema de proveïment d'una ciutat aïllada (Bahames), mostrat en el capítol 4. Es pot apreciar que en realitzar modificació en la regulació del sistema es pot reduir el consum energètic anual d'una estació de bombament en un 32% i una reducció de l'emissió de *GEI en un 40%, això es va aconseguir després de realitzar un mètode d'optimització basat en la cerca dels millors punts de funcionament de les bombes. / [EN] The disproportionate emission of greenhouse gases has led to the degradation of the ozone layer, causing variations in environmental processes that affect living organisms on planet Earth. In recent years, due to climate change, human beings seek to emphasize the care of the environment and the preservation of natural resources. Therefore, in most cases, technological progress is focused on achieving the sustainable development goals set by the United Nations (UN). The world of water is not left behind, as it is necessary to use more and more energy-consuming equipment to meet the demand for water, and it has been determined that there is a relationship between GHG emissions and water consumption. There are numerous studies that show that, by optimizing water distribution networks: 1) the amount of energy required in water networks is reduced; 2) GHG emissions are reduced; 3) the useful life of a supply network is increased; 4) the use of water is improved; 5) the cost related to operation is reduced, among others. The development of the objective of this thesis entailed the creation of three (3) scientific articles published in high impact JCR journals, thus achieving: 1)Contextualization of the study, establishing the existing differences in water distribution systems from the point of view of sustainability. 2)Optimization of irrigation networks in search of a hybrid system that pursues a configuration of zero net energy use. 3)The application and optimization of an isolated supply network that meets urban, tourist and landscape demand. Chapter 2 shows different methods of network optimization through modeling, calibration and hydraulic analysis where several studies present technologies and tools that allow estimating the amount of energy used by the use of water in supplies of different sizes, exposing network data such as volume injected, supply pressure, energy supplied, regulation of the systems, among others. The review of the state of the art shows that after the installation of PAT it is possible to have an energy recovery from a null value to 0.042 kWh/m3. Likewise, it was estimated that after the installation of PFV to supply energy to the pumping stations, an annual reduction in GHG emissions of 16571 tCO2 was achieved. At the same time, it was determined that, after the modification in the operation of the system, it was possible to modify the initial annual consumption from 11651 to 2100 MWh. In Chapter 3, an optimization methodology is proposed that shows how the optimization of a real irrigation network located in Aspe (Alicante, Spain) can be carried out. This methodology uses the "simulated annealing" optimization method, both to know the best location to install micro hydroelectric systems and to define the regulation. The study shows alternatives that achieve an annual GHG emission reduction of up to 2838 tCO2, and, likewise, the annual possibility of selling up to 283 MWh to the local energy supply system. The proposed methodology was also applied in a supply system of an isolated city (Bahamas), shown in Chapter 4. It can be seen that by modifying the regulation of the system, the annual energy consumption of a pumping station can be reduced by 32% and GHG emissions can be reduced by 40%, this was achieved after performing an optimization method based on the search for the best operating points of the pumps. / Fundings: Grant PID2020-114781RA-I00 funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033 / Mercedes García, ÁV. (2023). Metodología de análisis para la mejora de los indicadores de sostenibilidad en las redes de distribución presurizadas mediante el uso de sistemas híbridos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192475 / Compendio

[EN] Due to the rise of energy prices, the energy cost of pumping represents most of the total operation cost in water distribution systems. In addition, energy price varies according to the tariff structure. For these reasons, optimal real-time control of the pumping stations and the valve operation settings is required in order to minimize energy costs while controlling pressure in the network. To achieve this objective it is necessary to define an optimization model that results in a reliable operation scenario. Moreover, simulation of hydraulic models allows tracking the daily operation schedule of the water supply network. Its integration into a SCADA system is a valuable tool to aid the making of decisions. For this aim, the mathematical model must be calibrated, and regularly updated. Finally, to perform optimal control in real-time, it is necessary to define a demand forecast model to know in advance the state of the network for the following 24 hours. This thesis exposes a methodology for optimal real-time operation of a hydraulic network based on the development of a platform that allows the integration of hydraulic simulation models, forecast models and optimization algorithms in SCADA systems. With the aim of performing the most adjusted model to actual scenarios, a demand forecast model has been developed based on historical patterns obtained from the SCADA system. Finally, an optimization module has been developed to minimize the energy costs of pumping systems, which basically consists of two blocks. In the first block, the goal is to optimize the operating regime of pumps using a linear programming model to minimize the operating costs while maintaining the water levels in tanks within a threshold range. In the second block, once optimal pump operation is set, setting of pressure reducing valves is optimized in order to satisfy the total expected demand within the system's restrictions of maximum and minimum pressure, according to the pump operation. An important contribution of this thesis has been the replacement of the hydraulic model by an equivalent model based on parallelized architecture neural network (ANN), which significantly reduces the computation time, a very important aspect when a system for real-time optimization is implemented. The proposed methodology has been applied to the water supply network of Valencia and its metropolitan area, taking into account current energy tariff structure. Results prove the effectiveness of the proposed model in the search for feasible operation strategies, to be applied to a real distribution system with two water pumping stations, several tanks, and various regulation valves remotely operated. Many of the physical components of the system have been replaced by using ANN architecture, without affecting the pressure constraints at critical points. The achieved energy saving highlights the importance of applying optimization models as a mean of improving system energy efficiency. / [ES] Con el aumento de precios de la energía, el coste de la energía eléctrica utilizada por los sistemas de bombeo representa la mayor parte del coste total de la operación en los sistemas de distribución de agua. Por esta razón, y porque los precios de la energía son variables hora a hora, es necesario un control óptimo en tiempo real del régimen de operación de las estaciones de bombeo y el régimen de regulación de las válvulas, con el fin de minimizar los costes energéticos y al mismo tiempo controlar las presiones en la red. Para alcanzar este objetivo es necesario definir un modelo de optimización que dé como resultado un escenario de operación viable. Por otra parte, los modelos de simulación hidráulica permiten realizar el seguimiento del régimen de operación diaria de una red de abastecimiento de agua, y su integración en un sistema SCADA constituyen una herramienta de valiosa ayuda para la toma de decisiones. Para ello el modelo matemático deberá estar calibrado y permanentemente actualizado. Finalmente para llevar a cabo un control óptimo en tiempo real es necesario definir un modelo de previsión de demanda que permita anticipar el estado de la red para las próximas 24 horas. La presente tesis presenta una metodología de operación óptima en tiempo real de una red hidráulica basada en el desarrollo de una plataforma que permite la integración de modelos de simulación, los modelos de predicción y los algoritmos de optimización con los sistemas SCADA. Con vistas a realizar una optimización en tiempo real lo más ajustada a la realidad se ha adoptado un modelo de previsión de demanda basado en patrones históricos procedentes de los datos de consumos obtenidos a través del propio sistema SCADA. Finalmente se ha desarrollado un módulo de optimización para minimizar los costes energéticos del sistema de bombeo, el cual, consta básicamente de dos bloques. En el primer bloque el objetivo ha sido optimizar el régimen de operación de las bombas mediante un modelo por programación lineal con el objetivo de minimizar los costes de operación manteniendo los niveles en los depósitos dentro del rango prefijado. En el segundo bloque, una vez definido el estado de operación de las bombas, se han optimizado las consignas de las válvulas de regulación, consideradas como válvulas reductoras de presión, con tal de satisfacer la demanda total prevista cumpliendo las restricciones de presión máxima y mínima del sistema, de acuerdo con la operación de las bombas. Como una aportación importante de la tesis, a la hora de realizar las simulaciones hidráulicas de las diferentes soluciones propuestas por el optimizador, se ha sustituido el simulador hidráulico por un modelo equivalente basado en una arquitectura de red neuronal paralelizada (ANN), el cual permite reducir significativamente el tiempo de cálculo, aspecto de gran importancia cuando se trata de implantar un sistema de optimización en tiempo real. La metodología propuesta ha sido aplicada sobre la red a abastecimiento de agua a Valencia y su área metropolitana, considerando los bloques de tarifas eléctricas vigentes para el caso de estudio. La tesis doctoral presenta unos resultados que prueban la efectividad del modelo propuesto en la búsqueda de estrategias de operación viables para ser aplicado sobre un sistema de distribución de agua real compuesta por dos estaciones de bombeo, varios depósitos, y diversas válvulas de regulación motorizadas, en la que se han podido omitir muchos de los componentes físicos del sistema mediante el uso de una arquitectura ANN, pero sin perder de vista los puntos críticos donde se han establecido las restricciones del presión. La reducción del consumo eléctrico alcanzado, pone de manifiesto la importancia del modelo de optimización como instrumento de mejora de la eficiencia energética del sistema. / [CA] Amb l'augment de preus de l'energia, el cost de l'energia elèctrica utilitzada pels sistemes de bombament representa la major part del cost total de l'operació en els sistemes de distribució d'aigua. Per esta raó, i perquè els preus de l'energia són variables hora a hora, és necessari un control òptim en temps real del règim d'operació de les estacions de bombament i el règim de regulació de les vàlvules, a fi de minimitzar els costos energètics i al mateix temps controlar les pressions en la xarxa. Per a aconseguir este objectiu és necessari definir un model d'optimització que done com resultat un escenari d'operació viable. D'altra banda, els models de simulació hidràulica permeten realitzar el seguiment del règim d'operació diària d'una xarxa d'abastiment d'aigua, i la seua integració en un sistema SCADA contituyen una ferramenta de valuosa ajuda per a la presa de decisions. Per això el model matemàtic haurà d'estar calibrat i permanentment actualitzat. Finalment per a dur a terme un control òptim en temps real és necessari definir un model de previsió de la demanda que permeta anticipar l'estat de la xarxa per a les pròximes 24 hores. La present tesi presenta una metodologia d'operació òptima en temps real d'una xarxa hidràulica basada en el desenrotllament d'una plataforma que permet la integració de models de simulació, els models de predicció i els algoritmes d'optimització amb els sistemes SCADA. Amb vista a realitzar una optimització en temps real el més ajustada a la realitat s'ha adoptat un model de previsió de demanda basat en patrons històrics procedents de les dades de consums obtinguts a través del propi sistema SCADA. Finalment s'ha desenvolupat un mòdul d'optimització per minimitzar els costos energètics del sistema de bombament, el qual, consta bàsicament de dos blocs. En el primer bloc l'objectiu ha estat optimitzar el règim d'operació de les bombes mitjançant un model per programació lineal amb l'objectiu de minimitzar els costos d'operació mantenint els nivells en els dipòsits dins del rang prefixat. En el segon bloc, un cop definit l'estat d'operació de les bombes, s'han optimitzat les consignes de les vàlvules de regulació, considerades com vàlvules reductores de pressió, per tal de satisfer la demanda total prevista complint les restriccions de pressió màxima i mínima del sistema, d'acord amb l'operació de les bombes. Com una aportació important de la tesi, a l'hora de realitzar les simulacions hidràuliques de les diferents solucions proposades per l'optimitzador, s'ha substituït el simulador hidràulic per un model equivalent basat en una arquitectura de xarxa neuronal paralelizada (ANN), el qual permet reduir significativament el temps de càlcul, aspecte de gran importància quan es tracta d'implantar un sistema d'optimització en temps real. La metodologia proposada ha sigut aplicada sobre la xarxa a abastiment d'aigua a València i la seua àrea metropolitana, considerant els blocs de tarifes elèctriques vigents per al cas d'estudi. La tesi doctoral presenta uns resultats que proven l'efectivitat del model proposat en la busca d'estratègies d'operació viables per a ser aplicat sobre un sistema de distribució d'aigua real composta per dos estacions de bombament, uns quants depòsits, i diverses vàlvules de regulació motoritzades, en la que s'han pogut ometre molts dels components físics del sistema per mitjà de l'ús d'una arquitectura ANN, però sense perdre de vista els punts crítics on s'han establit les restriccions del pressió. La reducció del consum elèctric aconseguit, posa de manifest la importància del model d'optimització com a instrument de millora de l'eficiència energètica del sistema. / Bou Soler, V. (2016). Optimización en tiempo real del modo de operación de un abastecimiento de agua mediante técnicas metaheurísticas. Aplicación a la RED de suministro a Valencia y su área metropolitana [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62692

Tesis por compendio / [EN] New European policies established in the Blueprint (EC, 2012) propose the use of water accounting for the allocation and reservation of water resources. This course correction contrasts with the calculation of water balances that has been used since the last century in Spain for this purpose. According to the European Commission (EC, 2015) the difference between the two approaches is the inclusion of the economic component. This argument is indisputable, but it would also add that both "asset accounts" and the physical supply and use tables require a type of information that had not been considered until now. In view of this new challenge, the use of hydrological and water resources management models is essential. This thesis aims to implement a methodology for the transition between water balances and water accounting considering the special characteristics of the Mediterranean basin (with a high degree of regulation and the use of unconventional resources). In the same line, it raises the need for the definition of an indicator to assess the performance of a water resources system taking into consideration the origin of the water resources as a measure of the degree of stress suffered by the systems. This thesis is presented by publications and seeks to address the methodologies and indicators used to date in the planning and management of water resources. First, the state of the art is analyzed in the first publication of the thesis, as detailed in Annex 1. The second publication, analyzes the key elements for formulating water balances that will determine, to a large extent, results obtained, as detailed in Annex 2. The third publication, in Annex 3, tries to explain how in those basins where the use of water resources is close, or even higher, to their availability, the use of balances based solely on variables such as rainfall and temperature are not sufficient. And due to the high regulation of water resources they should also include the results of water management models. This approach contrasts with the proposals made by the countries of northern Europe focused mainly on hydrological models. In order to address the water accounting approach a pilot case located in the Andalusian Mediterranean basins was analysed. This work is presented in the fourth publication, reproduced in Annex 4. This initial analysis has served to highlight the need to develop a complementary software that allows unify the results of hydrological and water management models for calculating water accounts. The development of this software, which has been called AQUACCOUNTS, and its application to a general case with all the detail required in water resources planning has been published in the fifth article presented in Annex 5, taking the Júcar River Basin as a case study. From these results, a classification of water exploitation systems was carried out according to their degree of stress. These results were compared with the ones in Annex 2 which proposes the use of the indicator of exploitable water resources and which has been obtained with the traditional water balances approach. Finally, Annex 6 includes the last publication of this thesis focused on the effects of climate change in the Po River Basin (Italy) by using water accounting. This work has served to identify those key elements within the simulation models and opens the door to improve them within the approach proposed by the SEEA-W. This thesis aims to collaborate with those responsible for European policies in water resource planning for the application of those methodologies and tools appropriate to each territory. / [ES] Las nuevas políticas europeas establecidas en el Blueprint (EC, 2012) proponen el uso de la contabilidad del agua para la asignación y reserva de los recursos. Esta corrección del rumbo (cambio de paradigma) contrasta con el cálculo de balances que se ha venido utilizando desde el siglo pasado en España para dicho fin. Según la Comisión Europea (EC, 2015) la diferencia entre ambos planteamientos se halla en la inclusión de la componente económica. Este argumento es indiscutible, pero habría que añadir además que tanto las "asset accounts" como las tablas físicas de uso y suministro requieren un tipo de información que hasta ahora no se había considerado. A la vista de este nuevo reto, el uso de los modelos hidrológicos y de gestión de los recursos hídricos se hace imprescindible. Con esta tesis se pretende llevar a cabo una metodología que permita la transición entre los balances hídricos y las cuentas del agua teniendo en cuenta las especiales características de las cuencas mediterráneas (con un elevado grado de regulación y el uso de recursos no convencionales). En esta misma línea se plantea la definición de un indicador que trate de discutir el comportamiento conjunto de un sistema de recursos hídricos y que tenga en consideración el origen de los recursos empleados como medida del grado de estrés de los sistemas. Esta tesis se presenta por compendio de publicaciones y trata de abordar las metodologías e indicadores utilizados hasta la fecha en la planificación y gestión de los recursos hídricos. En primer lugar se analiza el estado del arte que constituye la primera publicación de la tesis, tal y como se detalla en el Anexo 1. La segunda publicación, analiza los elementos clave para la formulación de balances que determinarán, en gran medida, los resultados obtenidos, tal y como se detalla en el Anexo 2. La tercera publicación, en el Anexo 3, trata de explicar cómo en las cuencas donde el aprovechamiento de los recursos es cercano o incluso superior a su disponibilidad, el uso de los balances basados únicamente en variables como la precipitación y la temperatura no son suficientes, sino que debido a la alta regulación de los recursos debe recurrirse además a los modelos de gestión. Este planteamiento contrasta con las propuestas planteadas por los países del norte de Europa centrados principalmente en los modelos hidrológicos. Para abordar el tema se ha partido de un caso piloto localizado en las cuencas mediterráneas andaluzas. Este trabajo se presenta en la cuarta publicación, que se reproduce en el Anexo 4. A partir de este análisis inicial, se vio la necesidad de desarrollar un software complementario que permitiese unificar tanto la información de partida como los resultados de los modelos hidrológicos y de gestión para el cálculo de la contabilidad del agua. El desarrollo de este software, que ha sido denominado AQUACCOUNTS, y su aplicación a un caso general con todo el detalle requerido en planificación se ha publicado en el quinto artículo que se presenta en el Anexo 5, siendo la Demarcación Hidrográfica del Júcar el caso de estudio. A partir de los resultados obtenidos se ha llevado a cabo una clasificación de los sistemas de explotación según su grado de desarrollo comparándose con los resultados obtenidos en el Anexo 2 que propone el uso del indicador de recursos explotables y que se ha obtenido con las metodologías tradicionales de balances. Por último, el Anexo 6 recoge la última publicación de esta tesis en la que se analizan los efectos del cambio climático en la cuenca del río Po (Italia) mediante el uso de la contabilidad del agua. Este trabajo ha servido para identificar aquellos elementos clave dentro de los modelos de simulación y abre las puertas a una mejora de los mismos dentro del enfoque planteado por el SEEA-W. Esta tesis pretende colaborar con los responsables de las políticas europeas en materia de planificación para la apl / [CA] Les noves polítiques europees establides en el Blueprint (EC, 2012) proposen l'ús de la comptabilitat de l'aigua per a l'assignació i reserva dels recursos hídrics. Esta correcció del rumb (o canvi de paradigma) contrasta amb el càlcul de balanços que s'ha utilitzat des del segle passat a Espanya per a aquesta finalitat. Segons la Comissió Europea (EC, 2015) la diferència entre ambdós plantejaments es troba en la inclusió de la component econòmica. Este argument és indiscutible, però caldria afegir a més que tant les "asset accounts" com les taules físiques d'ús i subministrament requerixen un tipus d'informació que fins ara no s'havia considerat. A la vista d'este nou repte, l'ús dels models hidrològics i de gestió dels recursos hídrics es fa imprescindible. Amb esta tesi es pretén dur a terme una metodologia que permeta la transició entre els balanços hídrics i els comptes de l'aigua tenint en compte les especials característiques de les conques mediterrànies (amb un elevat grau de regulació i l'ús de recursos no convencionals). En esta mateixa línia es planteja la definició d'un indicador que tracte de discutir el comportament conjunt d'un sistema de recursos hídrics i que tinga en consideració l'origen dels recursos empleats com a mesura del grau d'estrés dels sistemes. Esta tesi es presenta per compendi de publicacions i tracta d'abordar les metodologies i indicadors utilitzats fins a la data en la planificació i gestió dels recursos hídrics. En primer lloc s'analitza l'estat de l'art que constituïx la primera publicació de la tesi, tal com es detalla en l'Annex 1. La segona publicació, analitza els elements clau per a la formulació de balanços que determinaran, en gran manera, els resultats obtinguts, tal com es detalla en l'Annex 2. La tercera publicació, en l'Annex 3, tracta d'explicar com en les conques on l'aprofitament dels recursos és pròxim o inclús superior a la seua disponibilitat, l'ús dels balanços basats únicament en variables com la precipitació i la temperatura no són suficients, sinó que a causa de l'alta regulació dels recursos ha de recórrer-se a més als models de gestió. Este plantejament contrasta amb les propostes plantejades pels països del nord d'Europa centrats principalment en el models hidrològics. Per a abordar el tema s'ha partit d'un cas pilot localitzat en les conques mediterrànies andaluses. Este treball es presenta en la quarta publicació, que es reproduïx en l'Annex 4. A partir d'aquest anàlisi inicial, es va veure la necessitat de desenrotllar una ferramenta complementaria que permetera unificar tant la informació de partida com els resultats dels models hidrològics i de gestió per al càlcul de la comptabilitat de l'aigua. El desenrotllament d'esta ferramenta, que ha sigut denominat AQUACCOUNTS, i la seua aplicació a un cas general amb tot el detall requerit en planificació s'ha publicat en el quint article que es presenta en l'Annex 5, sent la Demarcació Hidrogràfica del Xúquer el cas d'estudi. A partir dels resultats obtinguts s'ha dut a terme una classificació dels sistemes d'explotació segons el seu grau de desenrotllament comparant-se amb els resultats obtinguts en l'Annex 2 que proposa l'ús de l'indicador de recursos explotables i que s'ha obtingut amb les metodologies tradicionals de balanços. Finalment, l'Annex 6 arreplega l'última publicació d'esta tesi en què s'analitzen els efectes del canvi climàtic en la conca del riu Po (Itàlia) per mitjà de l'ús de la comptabilitat de l'aigua. Este treball ha servit per a identificar aquells elements clau dins dels models de simulació i obri les portes a una millora dels mateixos dins de l'enfocament plantejat pel SEEA-W. Esta tesi pretén col·laborar amb els responsables de les polítiques europees en matèria de planificació per a l'aplicació d'aquelles metodologies i ferramentes més adequades a cada territori. / Pedro Monzonís, M. (2016). Assessment of water exploitation indexes based on water accounting [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/71677 / Compendio

[EN] The urban water cycle, from source to its return to the natural environment, consumes energy. Each stage of the cycle (collection, treatment, transportation, distribution, use, treatment and discharge into the natural environment) has a specific need for energy (kWh / m3). This value depends on the circumstances of each case: the availability and quality of raw water, topography, etc. This thesis is particularly concerned with one of these stages, the transport of pressurized water, essential in any water supply system, whether urban or irrigation. This type of transport (as an alternative to natural, free surface) not only preserves better water quality. It also allows the rationalization of its use, making possible to meet the growing water demand by the population. However, the energy used to move the pressurized water is remarkable, hence the importance of developing strategies to minimize it. This scenario demands to be much more efficient in the use of both water and energy, as according to the current trend, the population will keep growing and the resources decreasing. It is crucial, therefore, to minimize the negative impacts of transporting pressurized water which requires the study and improvement of the efficiency of these systems from a global perspective. The growing concern about the current situation has led to numerous studies on the reduction of both energy and water consumption in distribution systems. Most of them have been aimed at improving specific parts of these systems, such as increasing efficiency of pumping stations, decreasing the friction in pipes, reducing leakage or energy recovery. This paper tries to be a guide and compendium of these previous studies, grouping them into a protocol for analysing and improving the system from a general perspective. Therefore it is proposed a process for improving the efficiency that can be standardized and become a methodology to be applied for any water supply utility. This method is applicable to any system, regardless of its use (irrigation or urban) and their topography (flat or irregular networks). The process is divided into four stages: diagnosis, analysis of the system (audits), evaluation of the possible actions and decision-making (cost-benefit analysis). The starting point is the diagnosis which establishes benchmarks for the energy efficiency evaluation. In this stage is defined a realistic minimum energy consumption taking into account the particularities of each system, such as available raw water sources, service standards required, topographical features and network configuration. Comparing the actual consumption with the minimum required by the same system, it can be estimated the margin of improvement. Once made the diagnosis, a depth study is required for the water and energy flows. Different tools have been developed throughout this work that perform both the water and energy audit. These audits provide with a precise view of the major inefficiencies in the system. In order to reduce them, it has been established a set of actions. To do so, it has been conducted an analysis and review of the several structural and operational measures that can contribute to the improvement of the energy efficiency in the transport of pressurized water. / [ES] El ciclo urbano del agua, desde la fuente hasta su retorno al medio natural, consume energía. Cada etapa del ciclo (captación, tratamiento, transporte, distribución, utilización, depuración y vertido al medio natural) tiene una necesidad específica de energía (kWh/m3). Este valor depende de las circunstancias de cada caso: de la disponibilidad y calidad del agua en origen, de la topografía del terreno, etc. Esta tesis se ocupa particularmente de una de esas etapas, del transporte de agua a presión, fundamental en cualquier suministro de agua, bien sea urbano o de riego. Este tipo de transporte (como alternativa al natural, en lámina libre) no sólo preserva mejor la calidad del agua. También posibilita la racionalización de su uso, lo que permite satisfacer la creciente exigencia de demanda de agua por parte de la población. Sin embargo, la energía utilizada para mover el agua a presión, es notable, de ahí la importancia de desarrollar estrategias que permitan minimizarla. El presente escenario exige ser mucho más eficientes en el uso de estos dos bienes: agua y energía, si tal como indica la tendencia actual, la población sigue creciendo y los recursos disponibles menguando. Es crucial, por tanto, minimizar los impactos negativos del transporte de agua a presión, lo que requiere el estudio y la mejora de la eficiencia de estos sistemas, desde una perspectiva global. La creciente preocupación por la situación actual ha propiciado numerosos estudios sobre la reducción tanto del consumo de energía como de agua en los sistemas de distribución. La mayoría de ellos orientados a mejorar partes concretas de estos sistemas, como el aumento de eficiencia de los grupos de presión, la disminución de fricción en las tuberías, la reducción de fugas o la recuperación de energía. El presente trabajo trata de ser una guía y compendio de estos estudios precedentes, agrupándolos dentro de un protocolo de actuación que permita analizar y mejorar el sistema desde una óptica general. Se propone, por tanto, un proceso de mejora de la eficiencia que pueda ser estandarizado y convertirse en una metodología a seguir por cualquier suministro de agua. Un procedimiento que sea aplicable a todo sistema, independientemente de su uso (riego o urbano) y sea cuál sea su topografía (redes planas o muy irregulares). Este proceso se divide en cuatro etapas: diagnóstico, análisis del sistema (auditorías), evaluación de acciones, y toma de decisiones (análisis coste-beneficio). El punto de partida es el diagnóstico. Éste establece referencias para la evaluación de la eficiencia energética, mediante la definición de consumos mínimos realistas de energía que tengan en cuenta las particularidades de cada sistema, tales como fuentes de agua disponibles, estándares de servicio requeridos, características topográficas y configuración de la red. Comparando el consumo actual con el mínimo requerido por ese mismo sistema, puede estimarse el margen de mejora existente. Realizado el diagnóstico, se requiere un estudio en profundidad de los flujos de agua y de energía. Se han desarrollado a lo largo del presente trabajo herramientas que permiten realizar tanto la auditoría hídrica como la energética. Éstas aportarán una visión precisa de las principales ineficiencias del sistema. Con el objetivo de minimizarlas, se ha establecido un catálogo de acciones que permite reducirlas. Para ello, se ha realizado un análisis y revisión de las diferentes medidas estructurales y operacionales que pueden contribuir a mejorar la eficiencia energética en el transporte de agua a presión. / [CA] El cicle urbà de l'aigua, des de la font fins al seu retorn al medi natural, consumeix energia. Cada etapa del cicle (captació, tractament, transport, distribució, utilització, depuració i abocament al medi natural) té una necessitat específica d'energia (kWh/m3). Aquest valor depén de les circumstàncies de cada cas: de la disponibilitat i qualitat de l'aigua en origen, de la topografia del terreny, etc. Aquesta tesi s'ocupa particularment d'una d'eixes etapes, del transport d'aigua a pressió, fonamental en qualsevol subministrament d'aigua, bé siga urbà o de reg. Aquest tipus de transport (com a alternativa al natural, en làmina lliure) no sols preserva millor la qualitat de l'aigua. També possibilita la racionalització del seu ús, la qual cosa permet satisfer la creixent exigència de demanda d'aigua per part de la població. No obstant això, l'energia utilitzada per a moure l'aigua a pressió, és notable, d'ací la importància de desenvolupar estratègies que permeten minimitzar-la. El present escenari exigeix ser molt més eficients en l'ús d'estos dos béns: aigua i energia, si tal com indica la tendència actual, la població continua creixent i els recursos disponibles minvant. És crucial, per tant, minimitzar els impactes negatius del transport d'aigua a pressió, la qual cosa requereix l'estudi i la millora de l'eficiència d'aquests sistemes, des d'una perspectiva global. La creixent preocupació per la situació actual ha propiciat nombrosos estudis sobre la reducció tant del consum d'energia com d'aigua en els sistemes de distribució. La majoria d'ells orientats a millorar parts concretes d'aquests sistemes, com l'augment d'eficiència dels grups de pressió, la disminució de fricció en les canonades, la reducció de fugues o la recuperació d'energia. El present treball tracta de ser una guia i compendi d'aquests estudis precedents, agrupant-los dins d'un protocol d'actuació que permeta analitzar i millorar el sistema des d'una òptica general. Es proposa, per tant, un procés de millora de l'eficiència que puga ser estandarditzat i convertir-se en una metodologia que es puga seguir per qualsevol subministrament d'aigua. Un procediment que siga aplicable a tots els sistemes, independentment del seu ús (reg o urbà) i siga quina siga la seua topografia (xarxes planes o molt irregulars). Aquest procés es divideix en quatre etapes: diagnòstic, anàlisi del sistema (auditories), avaluació d'accions, i presa de decisions (anàlisi cost-benefici). El punt de partida és el diagnòstic. Aquest estableix referències per a l'avaluació de l'eficiència energètica, per mitjà de la definició de consums mínims realistes d'energia que tinguen en compte les particularitats de cada sistema, com ara fonts d'aigua disponibles, estàndards de servici requerits, característiques topogràfiques i configuració de la xarxa. Comparant el consum actual amb el mínim requerit per eixe mateix sistema, pot estimar-se el marge de millora existent. Realitzat el diagnòstic, es requereix un estudi en profunditat dels fluxos d'aigua i d'energia. S'han desenvolupat al llarg del present treball ferramentes que permeten realitzar tant l'auditoria hídrica com l'energètica. Aquestes aportaran una visió precisa de les principals ineficiències del sistema. Amb l'objectiu de minimitzar-les, s'ha establit un catàleg d'accions que permet reduir-les. Per a això, s'ha realitzat una anàlisi i revisió de les diferents mesures estructurals i operacionals que poden contribuir a millorar l'eficiència energètica en el transport d'aigua a pressió. / Gómez Sellés, E. (2016). Caracterización y mejora de la eficiencia energética del transporte de agua a presión [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/72637

Tesis por compendio / Técnicas de cultivo para adaptar la viticultura mediterránea al cambio climático La viticultura mediterránea se está viendo afectada por el cambio climático, lo que amenaza la tipicidad del vino y, por tanto, la sostenibilidad de la vitivinicultura. Los principales factores que se prevé que afecten al cultivo de la vid son la escasez de agua, los incrementos térmicos y el aumento de la concentración de dióxido de carbono en el aire, lo que influirá en la vid: i) adelantando su fenología, disociando así la maduración tecnológica y fenólica de la uva y ii) incrementando las necesidades hídricas del viñedo. Éste trabajo pretende evaluar los efectos de diferentes técnicas de cultivo para la adaptación de la viticultura mediterránea al cambio climático. Se realizaron tres experimentos en Valencia (España) estudiando los efectos de: 1) el riego deficitario controlado; 2) la arquitectura de los sistemas de conducción y 3) el manejo del dosel vegetal. Las principales respuestas evaluadas fueron la eficiencia en el uso del agua de los viñedos (EUA) y la composición de la uva. El experimento 1 se llevó a cabo durante tres campañas en un viñedo de Moscatel de Alejandría/161-49C regado por goteo con el objetivo de definir la estrategia de riego más sostenible para uva blanca en el levante español. Para ello, se ensayaron cuatro tratamientos: (i) Testigo, regado al 100% de la evapotranspiración del cultivo (ETc) durante toda la campaña; (ii) riego deficitario sostenido (SDI), regado al 50% del Testigo; (iii) déficit temprano (ED), donde se restringió el riego antes del envero, seguido de un 100% de ETc; y (iv) déficit tardío (LD), regado como el Testigo hasta el envero y posteriormente al 25% de la ETc hasta la vendimia. La producción en el ED y el LD se redujo en un 25 y 15% respectivamente en comparación a la del Testigo, mientras que la producción del SDI no difirió significativamente del Testigo ni de los tratamientos de ED y LD. Todos los tratamientos con riego deficitario mostraron efectos acumulativos en la productividad de las cepas como consecuencia de la reducción del número de racimos por sarmiento y del tamaño del racimo debido al menor tamaño de la baya. El experimento 2 pone de manifiesto que la respuesta a la minimización de la radiación interceptada por el dosel vegetal es dependiente de la variedad y que reducir la carga de radiación en viñedos de clima mediterráneo podría tener efectos positivos en la EUA de la vid. La efectividad de la técnica de LLR parece depender de sus efectos sobre la relación área foliar/producción y el estado hídrico de la vid, la capacidad fotosintética compensatoria de la variedad y de las condiciones ambientales. Por consiguiente, en viñedos de baja vigorosidad, una defoliación severa puede no ser aconsejable para adaptar las variedades Bobal y Tempranillo al calentamiento global debido a los efectos perjudiciales sobre la calidad del vino tinto. Por el contrario, los resultados de los experimentos de riego deficitario y de orientación de las filas de espaldera proporcionan nuevos hallazgos en la EUA como posibles técnicas para paliar la escasez de agua en el viñedo. Por lo tanto, las técnicas de campo estudiadas resultan eficaces en adaptar la viticultura mediterránea al cambio climático en cuanto al estrés hídrico. Sin embargo, sus efectos en términos de mitigación del estrés térmico no fueron del todo positivos. Por tanto, es necesario realizar más investigaciones para determinar la viabilidad de emplear otras prácticas de campo, distintas al LLR, para equilibrar la madurez glúcida y fenólica de la uva. / Field practices for adapting Mediterranean viticulture to climate change Mediterranean viticulture is being affected by climate change, which threatens wine typicity and, therefore, the whole viticulture sustainability. The main factors expected to affect grapevine cultivation are water scarcity, warm air temperature and the increase in the air carbon dioxide concentration, and impact of these factors will be mainly the: i) advancing of grapevine phenology, thereby decoupling berry technological and phenolic composition and ii) increasing vine water requirements. This PhD Thesis aimed at evaluating the effects of different field practices to adapt Mediterranean grapevine cultivation to climate change. Three experiments were performed in Valencia (Spain) to assess the effects of 1) regulated deficit irrigation; 2) training systems architecture and; 3) canopy management. The main responses evaluated were vineyard water-use efficiency (WUE) and grape composition. Experiment 1 was undertaken for three seasons in a drip-irrigated, cv. Muscat of Alexandria/161-49C vineyard to define the most sustainable irrigation strategy for white winegrapes in eastern Spain. For this, four treatments were tested: (i) Control, irrigated at 100% of estimated crop evapotranspiration (ETc) for the entire season; (ii) sustained deficit irrigation (SDI), irrigated at 50% of Control; (iii) early deficit (ED), where pre-veraison irrigation was withheld, followed by 100% ETc; and (iv) late deficit (LD), irrigated as in the Control until veraison and thereafter at 25% ETc until harvest. Results showed that yield in ED and LD was reduced 25 and 15%, respectively, compared to that of the Control, while yield under SDI did not differ significantly from that of the Control and was similar to that of the ED and LD treatments. All the deficit irrigation treatments had some carry-over effects on vine performance due to a significant decrease in shoot fruitfulness and in cluster mass due to smaller berries. Experiment 2 highlights that the response to the minimizing of the radiation load intercepted by the canopy is cultivar-dependent and that decreasing the radiation load in the Mediterranean vineyards could have positive effects on the whole vine's WUE. The effectiveness of the LLR technique seemed to depend on its final impacts on leaf area-to-fruit ratio and vine water status, the cultivar's photosynthetic compensation capacity and the environmental conditions. Therefore, under low vigour vine conditions, severe defoliation might not be advisable for adapting Bobal and Tempranillo to global warming due to the detrimental effects on red wine quality. On the contrary, the results of deficit irrigation and row orientation experiments provided novel insights on WUE as possible techniques to alleviate vineyard water scarcity. Therefore, the field practices studied are effective in adapting Mediterranean viticulture to climate change in terms of water stress. On the other hand, the impacts of the studied techniques in terms of thermal stress alleviation were not fully positive. Hence, further research is needed to determine the possibility of using other field practices, besides LLR, to couple berry sugars and phenolic maturity. / Tècniques de cultiu per adaptar la viticultura mediterrània al canvi climàtic La viticultura mediterrània s'està veient afectada pel canvi climàtic, el que amenaça la tipicitat del vi i, per tant, la sostenibilitat de la vitivinicultura. Els principals factors que es preveu que afecten el cultiu de la vinya són l'escassetat d'aigua, els increments tèrmics i l'augment de la concentració de diòxid de carboni en l'aire, el que influirà en la vinya: i) avançant la seva fenologia, dissociant així la maduració tecnològica i fenòlica del raïm i ii) incrementant les necessitats hídriques de la vinya. Aquest treball pretén avaluar els efectes de diferents tècniques de cultiu per a l'adaptació de la viticultura mediterrània al canvi climàtic. Es van realitzar tres experiments a València (Espanya) estudiant els efectes de: 1) el reg deficitari controlat; 2) l'arquitectura dels sistemes de conducció i 3) el maneig del dosser vegetal. Les principals respostes avaluades van ser l'eficiència en l'ús de l'aigua de la vinya (EUA) i la composició del raïm. L'experiment 1 es va dur a terme durant tres campanyes en una vinya de Moscatell d'Alexandria/161-49C regat per goteig amb l'objectiu de definir l'estratègia de reg més sostenible per al raïm blanc en el llevant espanyol. A tal efecte, es van assajar quatre tractaments: (i) Control, regat al 100% de l'evapotranspiració del cultiu (ETc) durant tota la campanya; (ii) reg deficitari sostingut (SDI), regat al 50% del Contol; (iii) dèficit primerenc (ED), on es va restringir el reg abans del verol, seguit d'un 100% d'ETc; i (iv) dèficit tardà (LD), regat com el Control fins al verol i posteriorment al 25% de l'ETc fins a la verema. La producció en l'ED i el LD es va reduir en un 25 i 15% respectivament en comparació a la del Control, mentre que la producció del SDI no va diferir significativament del Control ni dels tractaments d'ED i LD. Tots els tractaments amb reg deficitari mostraren efectes acumulatius en la productivitat dels ceps, com a conseqüència de la reducció del nombre de raïms per sarment i del tamany del pomell a causa de la menor grandària de la baia. L'experiment 2 posa de manifest que la resposta a la minimització de la radiació interceptada pel dosser vegetal és dependent de la varietat i que reduir la càrrega de radiació en ceps de clima mediterrani podria tindre efectes positius en l'EUA de la vinya. L'efectivitat de la tècnica de LLR pareix dependre dels seus efectes sobre la relació àrea foliar/producció i l'estat hídric de la vinya, de la capacitat fotosintètica compensatòria de la varietat i de les condicions ambientals. Per consegüent, en vinyes de baixa vigorositat, una defoliació severa pot no ser recomanable per a adaptar les varietats Boval i Ull de llebre al calfament global, tenint en compte els efectes perjudicials sobre la qualitat del vi negre. Per contra, els resultats dels experiments de reg deficitari i d'orientació de les files d'espatlera proporcionen noves troballes en l'EUA com a possibles tècniques per pal·liar l'escassetat d'aigua a la vinya. Per tant, les tècniques de camp estudiades resulten eficaces a adaptar la viticultura mediterrània al canvi climàtic pel que fa a l'estrés hídric. No obstant, els seus efectes en termes de mitigació de l'estrés tèrmic no van ser del tot positius. Per tant, cal realitzar més investigacions per a determinar la viabilitat d'emprar altres pràctiques de camp, distintes al LLR, per a equilibrar la maduresa glúcida i fenòlica del raïm. / Buesa Pueyo, I. (2018). Field practices for adapting Mediterranean viticulture to climate change [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/107365 / Compendio

[ES] En muchas regiones del mundo, como es el caso del área mediterránea, los retos asociados a la gestión del agua no son nuevos; sin embargo, el cambio climático podría intensificarlos hasta desencadenar una situación sin precedentes. Pese a la incertidumbre inherente al fenómeno, a menuda definida como "profunda" debido a la imposibilidad de cuantificarla adecuadamente, actualmente parece claro que la inacción no constituye una alternativa responsable a medio o largo plazo. No obstante, y aunque en los últimos años la literatura científica ha desarrollado diversas aproximaciones para el diseño de estrategias de adaptación en sistemas de recursos hídricos, a día de hoy no existe un enfoque universalmente aceptado para abordar el problema. En general, los métodos existentes pueden incluirse en dos grupos bien diferenciados: los que se dirigen a caracterización de impactos ("top-down") y los que optan por identificar las vulnerabilidades del sistema ("bottom-up"). Aunque tradicionalmente el enfoque "top-down" basado en los resultados de los modelos climáticos ha sido el más empleado, a día de hoy numerosos autores han señalado la relativa falta de éxito de este enfoque a efectos de la toma de decisiones. Por su parte, el enfoque "bottom-up", en su vertiente participativa, posee la indudable ventaja de implicar a los principales actores desde las etapas más tempranas del proceso de diseño de la estrategia, lo que puede resultar de vital importancia para su efectividad. Sin embargo, y en último término, este enfoque requeriría de los resultados del enfoque "top-down" para asignar probabilidades a los escenarios en los que el sistema resulta vulnerable. Por todo ello, algunos autores han abogado por la integración de ambos enfoques como la aproximación más completa al problema, que ha sido la adoptada en la presente tesis. Para ello, en primer lugar se ha procedido a caracterizar los impactos del cambio climático en las sequías y aportaciones futuras, a través del enfoque "top-down" tradicional. Posteriormente, se ha identificado la función de respuesta del sistema frente al clima, mediante la generación de escenarios climáticos (enfoque "bottom-up"). Asimismo, se ha recurrido a un enfoque "bottom-up" participativo para que los principales actores a escala de cuenca adaptasen los escenarios socioeconómicos globales al contexto local, previesen la posible evolución del sector agrícola y definiesen potenciales medidas de adaptación. Por último, la información resultante de ambos enfoques (aportaciones futuras en el caso del enfoque "top-down" y medidas de adaptación, en el caso del enfoque "bottom-up") se ha integrado en un modelo hidroeconómico, a fin de seleccionar el programa de medidas de adaptación más adecuado para cada escenario climático. La metodología descrita ha sido aplicada al sistema de explotación del río Júcar, con fuerte regulación y frágil equilibrio entre los recursos disponibles y la demanda. En estas circunstancias, es previsible que el cambio climático actúe agravando los problemas existentes. De los resultados obtenidos, destaca la variabilidad espacial de los impactos en la cuenca, siendo mayor el incremento de temperatura y la disminución de la precipitación en cabecera que en la zona más próxima a la costa. Además, se observa un incremento generalizado de la intensidad, magnitud y duración de las sequías meteorológicas e hidrológicas en la cuenca. En cuanto a las medidas de adaptación identificadas, los actores mostraron su preferencia por la modernización de regadíos, los recursos no convencionales (reutilización y desalación) y la gobernanza del agua. Por último, los resultados obtenidos mediante el modelo hidroeconómico muestran que, para la mayor parte de los escenarios climáticos considerados, las medidas seleccionadas permiten reducir sustancialmente el déficit medio anual del sistema. / [CA] En moltes regions del món, com es el cas de l'àrea mediterrània, els reptes associats a la gestió de l'aigua no son nous; tot i això, el canvi climàtic podria intensificar-los fins desencadenar una situació sense precedents. A pesar de la incertesa inherent al fenomen, sovint definida com "profunda" per la impossibilitat de quantificar-la adequadament, a dia d'avui sembla clar que la inacció no constitueix una alternativa responsable a mitjà o a llarg termini. No obstant, a pesar que en els últims anys la literatura científica ha desenvolupat diverses aproximacions pel disseny d'estratègies d'adaptació en sistemes de recursos hídrics, a dia d'avui no existeix un enfocament universalment acceptat per abordar el problema. En general, els mètodes existents poden incloure's en dos grups ben diferenciats: els que es dirigeixen a caracterització d'impactes ("top-down") i els que opten per identificar les vulnerabilitats del sistema ("bottom-up"). Encara que tradicionalment l'enfocament "top-down"; basat en els resultats dels models climàtics ha sigut el més empleat, actualment nombrosos autors han assenyalat la relativa falta d'èxit d'aquest enfocament a l'efecte de la presa de decisions. Per la seua banda, l'enfocament "bottom-up", en el seu vessant participatiu, posseeix l'indubtable avantatge d'implicar als principals actors des de les etapes més primerenques del procés de disseny de l'estratègia, la qual cosa pot resultar de vital importància per a la seua efectivitat. No obstant això, i en últim terme, aquest enfocament requeriria dels resultats de l'enfocament "top-down"; per assignar probabilitats als escenaris en què el sistema resulta vulnerable. Per tot això, alguns autors han advocat per la integració d'ambdós enfocaments com l'aproximació més completa al problema, que ha sigut l'adoptada en la present tesi. Per tal de fer-ho, en primer lloc s'ha procedit a caracteritzar els impactes del canvi climàtic en les sequeres i aportacions futures, a través de l'enfocament "top-down" tradicional. Posteriorment, s'ha identificat la funció de resposta del sistema enfront del clima, per mitjà de la generació d'escenaris climàtics "bottom-up". A més, s'ha recorregut a un enfocament "bottom-up" participatiu perquè els principals actors a escala de conca adaptaren els escenaris socioeconòmics globals al context local, preveren la possible evolució del sector agrícola i definiren potencials mesures d'adaptació. Finalment, la informació resultant d'ambdós enfocaments (aportacions futures en el cas de l'enfocament "top-down" i mesures d'adaptació, en el cas de l'enfocament "bottom-up" s'ha integrat en un model hidroeconòmic a fi de seleccionar el programa de mesures d'adaptació més adequat per a cada escenari climàtic. La metodologia descrita ha sigut aplicada al sistema d'explotació del riu Xúquer, amb una forta regulació i un fràgil equilibri entre els recursos disponibles i la demanda. En aquestes circumstàncies, es previsible que el canvi climàtic augmente la gravetat dels problemes existents. Dels resultats obtinguts, destaca la variabilitat espacial dels impactes del canvi climàtic en la conca hidrogràfica, sent major l'increment de temperatura i la disminució de la precipitació en la seua capçalera respecte a la zona més pròxima a la costa. A més, s'observa un increment generalitzat en la intensitat, magnitud i duració de les sequeres meteorològiques e hidrològiques de la conca. Pel que respecta a les mesures d'adaptació identificades, els actors van mostrar la seua preferència pela governança de l'aigua. En últim lloc, els resultats obtinguts mitjançant el model hidroeconòmic indiquen que, per a la major part dels escenaris climàtics considerats, les mesures d'adaptació permeten reduir substancialment el dèficit mig anual del sistema. / [EN] In many regions of the world, such as the Mediterranean area, the challenges related to water management are not new; however, climate change could act as an amplification factor and trigger an unprecedented situation. In spite of the phenomenon uncertainty (often acknowledged as "deep uncertainty" due to the impossibility of its quantification), inaction is no longer accepted as a suitable option in the mid/long term. In recent times, scientific literature has proposed several approaches to design adaptation strategies for water resources systems. However, none of them is universally regarded as the best way to tackle the problem. In general, current methods could be classified within two different groups: impact-oriented approaches (also known as "top-down") and vulnerability-oriented or "bottom-up" approaches. Although the use of "top-down" approaches has been traditionally preferential, in recent times many authors have pointed out their relative lack of success when it comes to decision making. On the other hand, participative "bottom-up" approaches have the advantage of involving the stakeholders from the early stages of the strategy development, which could be of capital importance for the strategy's success. However, the "bottom-up" approach would ultimately require the supplementary use of the results of a "top-down" approach, in order to assign probabilities to the scenarios in which the system is vulnerable. Because of the shortcomings of both methods, some authors have advocated their integration as the most complete approach to tackle climate change adaptation. This mixed "bottom-up"/"top-down" approach has been selected for the present thesis. In first place, the impacts of climate change on future inflows and droughts have been characterized using a traditional "top-down" approach. Subsequently, the response function of the system has been identified through scenario generation ("bottom-up" approach). In addition, the "bottom-up" approach has been selected to involve the main stakeholders at the basin scale, in order to adapt the global socioeconomic scenarios to the local context, to foresee the potential evolution of the agricultural sector and to define suitable adaptation measures. Finally, the information obtained through both approaches (future inflows from the "top-down" approach and adaptation measures from the "bottom-up" approach) has been integrated in a hydroeconomic model, which is able to select the most suitable program of adaptation measures for each climate scenario. This methodology has been applied to the Jucar basin, a highly regulated basin where a frail equilibrium between the available water resources and the demands already exists. Under those considerations, climate change is expected to emphasize the current problems. According to the results, it is important to highlight the spatial variability of climate change impacts in the basin. Concretely, temperature increase and precipitation decrease would be higher in the basin headwaters than in the coastal area. In addition, both meteorological and hydrological droughts show a general increase of their intensity, magnitude and duration. In relation to adaptation measures, the stakeholders preferred the change from gravity to drip irrigation, the use of non-conventional water resources (water reuse and desalination) and measures related to water governance. Finally, the results obtained from the hydroeconomic model show that, for the majority of the considered climate scenarios, the selected measures allow to reduce significantly the average annual deficit of the system. / Al proyecto del Plan Nacional IMPADAPT (CGL2013-48424-C2-1-R) y a la ayuda FPI concedida (BES-2014-070490) por el Ministerio español de Economía, Industria y Competitividad, por haberme provisto de los fondos necesarios para realizar esta investigación. Asimismo, a todos los que habéis formado parte del proyecto, en especial a Mar Ortega Reig, Corentin Girard, Carles Sanchís Ibor, Marta García Mollá y Alberto García Prats. / Marcos García, P. (2019). Sistema de ayuda a la decisión para la adaptación y gestión de sistemas de recursos hídricos en un contexto de alta incertidumbre. Aplicación a la cuenca del Júcar [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/125702

Tesis por compendio / [ES] Los Pavimentos Permeables (PP) son una técnica de los denominados Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible (SUDS). A diferencia de otras técnicas de este tipo, proporciona una superficie dura transitable a la vez que gestiona las aguas pluviales superficiales, siendo sus propiedades hidráulicas fundamentales para su rendimiento como SUDS. Esta tesis explora el rendimiento hidráulico de los PP, basándose en el modelo hidrológico-hidráulico de PP proporcionado en el ampliamente utilizado Storm Water Management Model (SWMM). La tesis se presenta en un formato de tres artículos. Así, tras una aproximación a la pregunta general de investigación dada en el primer capítulo introductorio, el segundo capítulo del documento analiza qué parámetros son los más influyentes y cuáles son despreciables en el modelo, proporcionando un análisis de sensibilidad general. El siguiente capítulo explora la relación entre el modelo de PP de SWMM y el modelo de número de curva (CN), ampliamente utilizado, en lo que respecta a la escorrentía deducida por ambos modelos en función de la permeabilidad del pavimento. En el cuarto capítulo se analiza la respuesta del PP en condiciones experimentales controladas y se compara con el modelo de PP dado en SWMM. Tras una discusión general de los resultados en el quinto capítulo, se ofrecen unas conclusiones generales en el último. La tesis profundiza en el conocimiento del comportamiento hidráulico de los PP para ayudar a profesionales e investigadores en su caracterización. / [CA] Els Paviments Permeables (PP) són una tècnica dels denominats Sistemes Urbans de Drenatge Sostenible (SUDS). A diferència d'altres tècniques d'aquest tipus, proporciona una superfície dura transitable alhora que gestiona les aigües pluvials superficials, sent les seues propietats hidràuliques fonamentals per al seu rendiment com SUDS. Aquesta tesi explora el rendiment hidràulic dels PP, basant-se en el model hidrològic-hidràulic de PP proporcionat en l'àmpliament utilitzat Storm Water Management Model (SWMM). La tesi es presenta en un format de tres articles. Així, després d'una aproximació a la pregunta general d'investigació donada en el primer capítol introductori, el segon capítol del document analitza quins paràmetres són els més influents i quins són menyspreables en el model, proporcionant una anàlisi de sensibilitat general. El següent capítol explora la relació entre el model de PP de SWMM i el model de número de corba (CN), àmpliament utilitzat, pel que fa a l'escolament deduït per tots dos models en funció de la variable permeabilitat del paviment. En el quart capítol s'analitza la resposta del PP en condicions experimentals controlades i es compara amb el model de PP donat en SWMM. Després d'una discussió general dels resultats en el cinqué capítol, s'ofereixen unes conclusions generals en l'últim. La tesi aprofundix en el coneixement del comportament hidràulic dels PP per a ajudar a professionals i investigadors en la seua caracterització. / [EN] Permeable Pavements (PP) are a Sustainable Urban Drainage System (SUDS) technique. Unlike other such techniques, it provides a transitable hard surface while managing surface stormwater, being its hydraulic properties fundamental for its performance as a SUDS. This dissertation explores the hydraulic performance of PPs, based on the hydrologic-hydraulic model of PP provided in the widely used Storm Water Management Model (SWMM). The dissertation is presented in a \textit{three-paper} format. Accordingly, after an approach to the general research question given in the first introductory chapter, the second chapter of the document analyses which parameters are the most influential and which are negligible in the model by providing a general sensitivity analysis. The next chapter explores the relation between the PP model from SWMM and the widely used Curve Number (CN) model regarding runoff generated by both models and examines the relationship between both approaches based on the pavement permeability variable. The fourth chapter analyses the PP response under controlled experimental conditions and compares it with the PP model given in SWMM. After a general discussion of the results in the fifth chapter, general conclusions are given in the last chapter. The dissertation deepens the understanding of the hydraulic behaviour of PPs to help practitioners and researchers with its characterisation. / Madrazo Uribeetxebarria, E. (2023). Modelling the Hydraulic Response of Permeable Pavements: a Numerical and Experimental Approach for Model Comparison and Sensitivity Analysis to Design Parameters [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/196085 / Compendio

[ES] El Reino de Arabia Saudí está experimentando un importante crecimiento económico, industrial, comercial y demográfico. Este crecimiento, a su vez, provoca un aumento de la demanda de agua en la región. Además del crecimiento demográfico, también la industrialización y la modernización han ejercido una presión cada vez mayor sobre las infraestructuras hídricas del país. Urge aumentar la disponibilidad de agua para satisfacer la demanda prevista y mantener la seguridad y fiabilidad de los sistemas hídricos. Por lo tanto, es imperativo encontrar soluciones que mejoren la eficiencia del sistema hídrico del país. Un elemento clave en este esfuerzo es comprender y clasificar cómo se consume el agua con sus microcomponentes dentro de varios segmentos. La tesis recopila conocimientos precisos sobre las pautas y tendencias del consumo municipal de agua para comprender mejor los patrones de consumo y los comportamientos de los consumidores, así como desarrollar estimaciones e hipótesis preliminares. De este modo, se impulsará el modelo de demanda de agua municipal en el país para que sea capaz de hacer frente a diferentes escenarios y limitaciones. El desarrollo del modelo municipal de demanda de agua ha mostrado la necesidad de disponer de datos estadísticos y de facturación del agua fiables. Éstos constituyen el punto de partida de la previsión y deben estar disponibles con una resolución suficientemente alta. El modelo aquí presentado proporciona un marco para que nuevos desarrollos futuros. Los resultados del análisis también determinarán los factores y categorías utilizados en el modelo. El modelo se centra en la demanda de agua no residencial. No obstante, se incluyen previsiones separadas para la categoría residencial a fin de permitir la extrapolación de los resultados y el análisis top-down para un enfoque más preciso de las previsiones y, también, para una mejor comprensión general de los comportamientos de consumo de agua de la población. / [CA] El Regne de l'Aràbia Saudita està experimentant un important creixement econòmic, industrial, comercial i demogràfic. Aquest creixement, al seu torn, provoca un augment de la demanda d'aigua a la regió. A més del creixement demogràfic, també la industrialització i la modernització han exercit una pressió cada vegada major sobre les infraestructures hídriques del país. Urgeix augmentar la disponibilitat d'aigua per a satisfer la demanda prevista i mantindre la seguretat i fiabilitat dels sistemes hídrics. Per tant, és imperatiu trobar solucions que milloren l'eficiència del sistema hídric del país. Un element clau en aquest esforç és comprendre i classificar com es consumeix l'aigua amb els seus microcomponents dins de diversos segments. La tesi recopila coneixements precisos sobre les pautes i tendències del consum municipal d'aigua per a comprendre millor els patrons de consum i els comportaments dels consumidors, així com desenvolupar estimacions i hipòtesis preliminars. D'aquesta manera, s'impulsarà el model de demanda d'aigua municipal al país perquè siga capaç de fer front a diferents escenaris i limitacions. El desenvolupament del model municipal de demanda d'aigua ha mostrat la necessitat de disposar de dades estadístiques i de facturació de l'aigua fiables. Aquests constitueixen el punt de partida de la previsió i han d'estar disponibles amb una resolució prou alta. El model ací presentat proporciona un marc perquè nous desenvolupaments futurs. Els resultats de l'anàlisi també determinaran els factors i categories utilitzats en el model. El model se centra en la demanda d'aigua no residencial. No obstant això, s'inclouen previsions separades per a la categoria residencial a fi de permetre l'extrapolació dels resultats i l'anàlisi *top-*down per a un enfocament més precís de les previsions i, també, per a una millor comprensió general dels comportaments de consum d'aigua de la població. / [EN] The Kingdom of Saudi Arabia is undergoing substantial economic, industrial, commercial, and population growth. This growth, in turn, leads to increased water demand in the region. In addition to population growth, industrialization and modernization have placed increasing pressure on KSA's water infrastructure. There is an urgent need to increase the water capacity to meet the projected demand and maintain the water systems' security and reliability. Therefore, it is imperative to find solutions that improve the efficiency of the Kingdom's water system. A key element in this effort is understanding and classifying how water is consumed with its micro-components within various segments. The thesis aims to collect precise knowledge about municipal water consumption patterns and trends to understand water consumption patterns and consumer behaviours better and develop preliminary estimates and assumptions. This will drive the municipal water demand model in KSA to be capable of dealing with different scenarios and constraints. The development of the municipal water demand model highlighted the need for reliable statistical and water billing data. These form the starting point of the forecast and need to be available at a high enough resolution. The model provides a framework for the required data to be built on further. The analysis results will also determine the drivers and categories used in the model. The model focuses on the non-Residential water demand. Still, separate forecasts are included for the residential category to enable the extrapolation of the results and downward analysis for a more accurate and cost-effective bottom-up approach to forecasting and an overall better understanding of the population's water consumption behaviours. / Alhudaithi, M. (2023). A Sectorial Analysis of Municipal Water Consumption and Management in Saudi Arabia [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/201553

Tesis por compendio / [ES] La contaminación del agua representa un desafío ambiental crítico a nivel global y en la Unión Europea (UE), particularmente en la región mediterránea de España. El crecimiento poblacional, la demanda creciente de alimentos y combustibles, junto con el cambio climático, intensifican la contaminación por nutrientes en los cuerpos de agua. Esta contaminación amenaza la calidad del agua y los ecosistemas acuáticos, así como la salud humana. La complejidad de las vías de transporte de nutrientes hace que su monitoreo y mitigación sean complicados. Se requieren modelos integrales que vinculen procesos y relaciones de causa y efecto para controlar eficazmente la contaminación. En la región mediterránea, como la Demarcación Hidrográfica del Júcar (DHJ), la interacción entre agua superficial y subterránea es clave, pero los modelos tradicionales presentan limitaciones. Esta tesis aborda estos desafíos al caracterizar la contribución de nutrientes a las masas de agua superficiales de la DHJ, evaluar medidas de reducción de la contaminación, considerando el cambio climático a largo plazo y aplicar técnicas de aprendizaje supervisado para predecir la concentración de nitratos. El acoplamiento de modelos hidrológicos y de calidad del agua, junto con el aprendizaje automático, ofrece una comprensión profunda y valiosa de los factores detrás de la contaminación por nutrientes y proporciona una base sólida para la toma de decisiones y la gestión sostenible del agua en la DHJ y regiones similares. Esta tesis fue estructurada como un compendio de tres artículos que abarcan estos desafíos. El primer artículo profundiza en la compleja interacción entre las aguas superficiales y las subterráneas en las cuencas de la DHJ, centrándose en la dinámica de la contaminación por nitratos. Los resultados muestran una correlación directa entre las concentraciones de nitratos en ríos y acuíferos a lo largo del eje principal de los ríos Júcar y Turia, lo cual destaca el papel fundamental de las aportaciones de agua subterránea en la contribución a los niveles de nitratos de los ríos. Además, el estudio identifica regiones aguas abajo con actividades agrícolas y urbanas intensificadas como focos de contaminación por nitratos. El segundo artículo aborda la vulnerabilidad de la calidad de las aguas superficiales al cambio climático y escenarios de reducción de la contaminación difusa y puntual en las cuencas de la DHJ a largo plazo. Los resultados indican que, en los escenarios de cambio climático, se espera que aumenten significativamente las masas de agua con un mal estado de amonio, fósforo y DBO5, y en menor proporción las masas en mal estado de nitratos. En concreto, las concentraciones medias de amonio y fósforo podrían duplicarse durante los meses de bajo caudal. Para mantener la calidad actual del agua, se requieren reducciones sustanciales de al menos el 25% de la contaminación difusa por nitratos y del 50% de las cargas puntuales de amonio, fósforo y DBO5. El tercer artículo presenta un enfoque innovador para simular la concentración de nitratos en masas de agua superficiales mediante modelos de aprendizaje automático. Aprovechando los métodos de selección de características y los algoritmos random forest (RF) y eXtreme Gradient Boosting (XGBoost), el estudio logró una gran precisión en la predicción de la concentración de nitratos. Estos modelos analizaron 19 variables de entrada, que abarcan factores ecológicos, hidrológicos y ambientales, junto con datos de concentración de nitratos procedentes de estaciones de aforo de la calidad de las aguas superficiales. En particular, la investigación destaco que la localización desempeña un papel dominante, explicando el 87% de la variabilidad de los nitratos en relación con la concentración de nitrógeno y fósforo. Esta investigación destaco el potencial del aprendizaje automático en la predicción de la calidad del agua y la evaluación de riesgos. / [CA] La contaminació de l'aigua representa un desafiament ambiental crític a nivell global i a la Unió Europea (UE), particularment a la regió mediterrània d'Espanya. El creixement poblacional, la demanda creixent d'aliments i combustibles, juntament amb el canvi climàtic, intensifiquen la contaminació per nutrients en els cossos d'aigua. Aquesta contaminació amenaça la qualitat de l'aigua i els ecosistemes aquàtics, així com la salut humana. La complexitat de les vies de transport de nutrients fa que el seu monitoratge i mitigació siguin complicats. Es requereixen models integrals que vinculin processos i relacions de causa i efecte per a controlar eficaçment la contaminació. A la regió mediterrània, com la Demarcació Hidrogràfica del Xúquer (DHJ), la interacció entre aigua superficial i subterrània és clau, però els models tradicionals presenten limitacions. Aquesta tesi aborda aquests desafiaments en caracteritzar la contribució de nutrients a les masses d'aigua superficials de la DHJ, avaluar mesures de reducció de la contaminació, considerant el canvi climàtic a llarg termini i aplicar tècniques d'aprenentatge supervisat per a predir la concentració de nitrats. L'acoblament de models hidrològics i de qualitat de l'aigua, juntament amb l'aprenentatge automàtic, ofereix una comprensió profunda i valuosa dels factors darrere de la contaminació per nutrients i proporciona una base sòlida per a la presa de decisions i la gestió sostenible de l'aigua en la DHJ i regions similars. Aquesta tesi va ser estructurada com un compendi de tres articles que abasten aquests desafiaments. El primer article aprofundeix en la complexa interacció entre les aigües superficials i les subterrànies en les conques de la DHJ, centrant-se en la dinàmica de la contaminació per nitrats. Els resultats mostren una correlació directa entre les concentracions de nitrats en rius i aqüífers al llarg de l'eix principal dels rius Xúquer i Túria, la qual cosa destaca el paper fonamental de les aportacions d'aigua subterrània en la contribució als nivells de nitrats dels rius. A més, l'estudi identifica regions aigües avall amb activitats agrícoles i urbanes intensificades com a focus de contaminació per nitrats. El segon article aborda la vulnerabilitat de la qualitat de les aigües superficials al canvi climàtic i escenaris de reducció de la contaminació difusa i puntual en les conques de la DHJ a llarg termini. Els resultats indiquen que, en els escenaris de canvi climàtic, s'espera que augmentin significativament les masses d'aigua amb un mal estat d'amoni, fòsfor i DBO5, i en menor proporció les masses en mal estat de nitrats. En concret, les concentracions mitjanes d'amoni i fòsfor podrien duplicar-se durant els mesos de baix cabal. Per a mantenir la qualitat actual de l'aigua, es requereixen reduccions substancials d'almenys el 25% de la contaminació difusa per nitrats i del 50% de les càrregues puntuals d'amoni, fòsfor i DBO5. El tercer article presenta un enfocament innovador per a simular la concentració de nitrats en masses d'aigua superficials mitjançant models d'aprenentatge automàtic. Aprofitant els mètodes de selecció de característiques i els algorismes random forest (RF) i extremi Gradient Boosting (XGBoost), l'estudi va aconseguir una gran precisió en la predicció de la concentració de nitrats. Aquests models van analitzar 19 variables d'entrada, que abasten factors ecològics, hidrològics i ambientals, juntament amb dades de concentració de nitrats procedents d'estacions d'aforament de la qualitat de les aigües superficials. En particular, la recerca destaco que la localització exerceix un paper dominant, explicant el 87% de la variabilitat dels nitrats en relació amb la concentració de nitrogen i fòsfor. Aquesta recerca destaco el potencial de l'aprenentatge automàtic en la predicció de la qualitat de l'aigua i l'avaluació de riscos. / [EN] Water pollution poses a critical environmental challenge globally and in the European Union (EU), particularly in the Mediterranean region of Spain. Population growth, increasing demand for food and fuels, coupled with climate change, intensify nutrient pollution in water bodies. This pollution threatens water quality, aquatic ecosystems, and human health. The complexity of nutrient transport pathways makes monitoring and mitigation challenging. Comprehensive models that link processes and cause-and-effect relationships are required to effectively control pollution. In the Mediterranean region, such as the Júcar River Basin District (RBD), the interaction between surface and groundwater is crucial, but traditional models have limitations. This thesis addresses these challenges by characterising the contribution of nutrients to surface waters in the Júcar RBD, evaluating pollution reduction measures considering long-term climate change, and applying supervised learning techniques to predict nitrate concentrations. The coupling of hydrological and water quality models, along with machine learning, provides a deep and valuable understanding of the factors behind nutrient pollution and establishes a solid foundation for decision-making and sustainable water management in the Júcar RBD and similar regions. This thesis is structured as a compendium of three articles that encompass these challenges. The first article delves into the complex interaction between surface and groundwater in the Júcar RBD basins, focusing on nitrate pollution dynamics.The results reveal a direct linear correlation between nitrate concentrations in rivers and aquifers along the main axes of the Júcar and Turia rivers, highlighting the fundamental role of groundwater contributions to river nitrate levels. Additionally, the study identifies downstream regions with intensified agricultural and urban activities as nitrate pollution hotspots. This research not only identifies pollution sources but also offers a means to predict nitrate concentrations and assess the effectiveness of pollution prevention measures. The second article addresses the vulnerability of surface water quality to climate change and long-term diffuse and point source pollution reduction scenarios in the Júcar RBD basins. In a region where nutrient concentrations are of particular concern, the study investigates how changing climatic conditions, including rising temperatures and altered precipitation patterns, affect nitrate, ammonium, phosphorus, and biochemical oxygen demand (BOD5) levels. The results indicate that under climate change scenarios, significantly more water bodies are expected to be in poor condition for ammonium, phosphorus, and BOD5, and to a lesser extent, nitrate. Specifically, average concentrations of ammonium and phosphorus could double during low-flow months. To maintain current water quality, substantial reductions of at least 25% in diffuse nitrate pollution and 50% in point source loads of ammonium, phosphorus, and BOD5 are required. This research underscores the importance of water quality management strategies. The third article introduces an innovative approach to simulate nitrate concentrations in surface water bodies using machine learning models. Leveraging feature selection methods and artificial intelligence algorithms, including random forest (RF) and eXtreme Gradient Boosting (XGBoost), the study achieved high precision in predicting nitrate concentrations. These models analysed 19 input variables spanning ecological, hydrological, and environmental factors, along with nitrate concentration data from surface water quality gauging stations. In particular, the research highlighted the dominant role of location, explaining 87% of nitrate variability in relation to nitrogen and phosphorus concentration. This research showcased the potential of machine learning in water quality prediction and risk assessment. / We appreciate the help provided by the Júcar River Basin District Authority (CHJ), who gathered field data. The first author’s research was partially funded by a PhD scholarship from the food research stream of the programme “Colombia Científica—Pasaporte a la Ciencia”, granted by the Colombian Institute for Educational Technical Studies Abroad (Instituto Colombiano de Crédito Educativo y Estudios Técnicos en el Exterior, ICETEX). The authors thank the Spanish Research Agency (AEI) for the financial support to RESPHIRA project (PID2019-106322RB- 100)/AEI/10.13039/501100011033. The contributors gratefully acknowledge funding for open access charge: CRUE-Universitat Politècnica de València / Dorado Guerra, DY. (2024). Modelización integrada con aprendizaje automático para evaluar la contaminación por nutrientes en las masas de agua actual y bajo el efecto del cambio climático. Aplicación a la Demarcación Hidrográfica del Júcar [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202898 / Compendio

Tesis por compendio / [ES] La disponibilidad de recursos hídricos a nivel mundial ha disminuido significativamente. Entre los principales agentes que han provocado esta situación se encuentran el cambio climático, la contaminación ambiental, las actividades humanas y las fallas en las estructuras hidráulicas, entre otros. Cada vez es más complicado acceder a fuentes apropiadas que cumplan con la calidad y cantidad del recurso. A pesar de ello, la pérdida de agua debida a fugas en sistemas de distribución presurizados todavía maneja valores considerables, con pérdidas significativas a nivel mundial. Teniendo en cuenta que la necesidad de agua es cada vez mayor, se deben implementar proyectos sostenibles que permitan optimizar al máximo la disponibilidad y el uso del recurso. El objetivo principal de esta tesis es desarrollar una propuesta metodológica, que permita estimar las curvas características de las bombas que trabajan como turbinas (PATs) a partir del número específico de la máquina y en función de la velocidad de giro, desarrollando las leyes modificadas de semejanza. El cumplimiento de los objetivos de esta tesis es a través de la elaboración de tres artículos publicados, que permitieron: (i) Realizar la contextualización respecto al estado del arte en PATs con énfasis en las metodologías de obtención de la predicción del comportamiento en las mismas tales como la realización de modelos numéricos con CFDs; (ii) Proponer una nueva estrategia para desarrollar un modelo matemático para bombas que funcionan como turbinas (PATs), considerando las leyes de afinidad modificadas; (iii) Ejecutar la modelación numérica a través del paquete de código libre OpenFOAM de una bomba que trabaja como turbina y , (iv)Validar los resultados , tanto de la aplicación de las nuevas expresiones y de la modelación numérica, a través de la comparación con resultados experimentales obtenidos de los ensayos realizados a una PATs. En el Articulo 1, que corresponde a la Fase de Contextualización, se realizó una investigación en la literatura técnica sobre PATs: Características, aplicaciones y diferentes estrategias utilizadas para comprender el comportamiento del flujo. Dentro de estas estrategias, se encuentra la simulación numérica del fenómeno con paquetes CFD (Dinámica Fluido Computacional). Se analizaron 56 casos donde se estudian diferentes tipos de máquinas: axiales, mixtas y radiales bajo operación con velocidad de giro fija y velocidad de giro variable. En función de esta información se calculó el error entre la modelación numérica y los resultados experimentales; y se verificaron las principales características de las modelaciones tales como paquete CFD utilizado, modelos de cierre, tipo de mallado, etc. En el Artículo 2, que corresponde a la primera parte de la Fase del Procedimiento Analítico, se propuso un análisis con diez expresiones generales (polinómicas y exponenciales), considerando las variables más significativas. En función de este análisis se obtuvieron nuevas expresiones para obtener las curvas características de las PATs. Estas expresiones se verificaron y compararon con 15 máquinas diferentes, que se probaron variando su velocidad de rotación y su velocidad específica. En la segunda parte de la Fase del Procedimiento Analítico, se realizó una simulación numérica con el paquete CFD OpenFOAM de una PATs que ha sido ensayada en el instituto CERIS de Portugal. Por medio de los resultados experimentales se logró validar tanto las nuevas expresiones propuestas en el Artículo 2 así como la modelación numérica. En el Artículo 3 se presenta el desarrollo de esta metodología. / [CA] La disponibilitat de recursos hídrics a nivell mundial ha disminuït significativament. Entre els principals agents que han provocat aquesta situació es troben el canvi climàtic, la contaminació ambiental, les activitats humanes i les falles en les estructures hidràuliques, entre altres. Cada vegada és més complicat accedir a fonts apropiades que complisquen amb la qualitat i quantitat del recurs. Malgrat això, la pèrdua d'aigua deguda a fugides en sistemes de distribució pressuritzats encara maneja valors considerables, amb pèrdues significatives a nivell mundial. Tenint en compte que la necessitat d'aigua és cada vegada major, s'han d'implementar projectes sostenibles que permeten optimitzar al màxim la disponibilitat i l'ús del recurs. L'objectiu principal d'aquesta tesi és desenvolupar una proposta metodològica, que permeta estimar les corbes característiques de les bombes que treballen com a turbines (PATs) a partir del número específic de la màquina i en funció de la velocitat de gir, desenvolupant les lleis modificades de semblança. El compliment dels objectius d'aquesta tesi és a través de l'elaboració de tres articles publicats, que van permetre: (i) Realitzar la contextualització respecte a l'estat de l'art en PATs amb èmfasi en les metodologies d'obtenció de la predicció del comportament en les mateixes com ara la realització de models numèrics amb CFDs; (ii) Proposar una nova estratègia per a desenvolupar un model matemàtic per a bombes que funcionen com a turbines (PATs), considerant les lleis d'afinitat modificades; (iii) Executar el modelatge numèric a través del paquet de codi lliure OpenFOAM d'una bomba que treballa com a turbina i , (iv)Validar els resultats , tant de l'aplicació de les noves expressions i del modelatge numèric, a través de la comparació amb resultats experimentals obtinguts dels assajos realitzats a una PATs. En l'Articule 1 , que correspon a la Fase de Contextualització, es va realitzar una investigació en la literatura tècnica sobre PATs: Característiques, aplicacions i diferents estratègies utilitzades per a comprendre el comportament del flux. Dins d'aquestes estratègies, es troba la simulació numèrica del fenomen amb paquets CFD (Dinàmica Fluid Computacional). Es van analitzar 56 casos on s'estudien diferents tipus de màquines: axials, mixtes i radials sota operació amb velocitat de gir fixa i velocitat de gir variable. En funció d'aquesta informació es va calcular l'error entre el modelatge numèric i els resultats experimentals; i es van verificar les principals característiques. dels modelatges com ara paquet CFD utilitzat, models de tancament,tipus d'emmallat, etc. En l'Article 2, que correspon a la primera part de la Fase del Procediment Analític, es va proposar una anàlisi amb deu expressions generals (polinòmiques i exponencials), considerant les variables més significatives. En funció d'aquesta anàlisi es van obtindre noves expressions per a obtindre les corbes característiques de les PATs. Aquestes expressions es van verificar i van comparar amb 15 màquines diferents, que es van provar variant la seua velocitat de rotació i la seua velocitat específica. En la segona part de la Fase del Procediment Analític, es va realitzar una simulació numèrica amb el paquet CFD OpenFOAM d'una PATs que ha sigut assajada en l'institut CERIS de Portugal. Per mitjà dels resultats experimentals es va aconseguir validar tant les noves expressions proposades en l'Article 2 així com el modelatge numèric. En l'Article 3 es presenta el desenvolupament d'aquesta metodologia. / [EN] The availability of water resources worldwide has decreased significantly. Among the main agents that have caused this situation are climate change, environmental pollution, human activities, and failures in hydraulic structures, among others. It is becoming increasingly difficult to access appropriate sources that meet the quality and quantity of the resource. Despite this, water loss due to leaks in pressurized distribution systems still manages considerable values, with significant losses worldwide. Considering that the need for water is increasing, sustainable projects should be implemented to optimize the availability and use of the resource to the maximum. The main objective of this thesis is to develop a methodological proposal that allows estimating the characteristic curves of pumps that work as turbines (PATs) from the specific number of the machine and, depending on the rotation speed, developing the modified laws of similarity. The fulfillment of the objectives of this thesis is through the elaboration of three published articles, which allowed: (i) To carry out the contextualization regarding the state of the art in PATs with emphasis on the methodologies of obtaining the prediction of the behavior in them such as the realization of numerical models with CFDs; (ii) To propose a new strategy to develop a mathematical model for pumps that work as turbines (PATs), considering the modified affinity laws; (iii) To execute the numerical modeling through the OpenFOAM free code package of a pump that works as a turbine and, (iv) Validate the results, both of the application of the new expressions and the numerical modeling, through the comparison with experimental results obtained from the tests carried out to a PATs. In Article 1, corresponding to the Contextualization Phase, an investigation was carried out in the technical literature on PATs: Characteristics, applications, and different strategies used to understand the flow behavior. The numerical simulation of the phenomenon with CFD (Computational Fluid Dynamics) packages is found within these strategies. 56 cases were analyzed where different types of machines were studied: axial, mixed, and radial under operation with fixed rotational speed and variable rotational speed. Based on this information, the error between the numerical modeling and the experimental results was calculated; and the main characteristics of the modeling were verified, such as the CFD package used, closure models, type of meshing, etc. In Article 2, which corresponds to the first part of the Phase of the Analytical Procedure, an analysis was proposed with ten general expressions (polynomial and exponential), considering the most significant variables. Based on this analysis, new expressions were obtained to obtain the characteristic curves of the PATs. These expressions were verified and compared with 15 different machines, which were tested by varying their rotation and specific speeds. In the second part of the Analytical Procedure Phase, a numerical simulation was performed with the OpenFOAM CFD package of a PATs that has been tested at the CERIS Institute in Portugal. The experimental results made it possible to validate both the new expressions proposed in Article 2 and the numerical modeling. The development of this methodology is presented in Article 3. / Plua Aguirre, FA. (2024). Metodología de análisis para la mejora de la predicción de las curvas características de bombas trabajando como turbina operando a velocidad variable [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/203125 / Compendio