El agua es un recurso escaso que, como tal, debe ser gestionado de manera eficiente. Así, uno de los propósitos de dicha gestión debiera ser la reducción de pérdidas de agua y la mejora del funcionamiento del abastecimiento. Para ello, es necesario crear un marco de trabajo basado en un conocimiento profundo de la redes de distribución. En los casos reales, llegar a este conocimiento es una tarea compleja debido a que estos sistemas pueden estar formados por miles de nodos de consumo, interconectados entre sí también por miles de tuberías y sus correspondientes elementos de alimentación. La mayoría de las veces, esas redes no son el producto de un solo proceso de diseño, sino la consecuencia de años de historia que han dado respuesta a demandas de agua continuamente crecientes con el tiempo. La división de la red en lo que denominaremos clusters de abastecimiento, permite la obtención del conocimiento hidráulico adecuado para planificar y operar las tareas de gestión oportunas, que garanticen el abastecimiento al consumidor final. Esta partición divide las redes de distribución en pequeñas sub-redes, que son virtualmente independientes y están alimentadas por un número prefijado de fuentes. Esta tesis propone un marco de trabajo adecuado en el establecimiento de vías eficientes tanto para dividir la red de abastecimiento en sectores, como para desarrollar nuevas actividades de gestión, aprovechando esta estructura dividida. La propuesta de desarrollo de cada una de estas tareas será mediante el uso de métodos kernel y sistemas multi-agente. El spectral clustering y el aprendizaje semi-supervisado se mostrarán como métodos con buen comportamiento en el paradigma de encontrar una red sectorizada que necesite usar el número mínimo de válvulas de corte. No obstante, sus algoritmos se vuelven lentos (a veces infactibles) dividiendo una red de abastecimiento grande. / Herrera Fernández, AM. (2011). Improving water network management by efficient division into supply clusters [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/11233

Las fugas en los sistemas de distribución de agua están provocadas por todos aquellos fallos en las tuberías, accesorios o tanques de almacenamiento que provocan una pérdida de agua. La cantidad de agua que se pierde por fugas en las redes de distribución de agua potable representa para los gestores de las empresas de abastecimiento uno de los mayores desafíos a los que deben enfrentarse, no solamente por el coste del agua que se pierde, sino porque esa agua lleva implícita una serie de costes adicionales, e incluso conlleva impactos en la sociedad y el medio ambiente. Las decisiones tomadas por la compañía para la gestión de las fugas, tienen efecto no sólo en la propia compañía, sino también en la sociedad y en el medio que la rodea. Por ello, estas decisiones deberían estar basadas en un ejercicio de toma de decisión que incluya un mayor número de criterios, además de los meramente técnicos y económicos que normalmente suelen ser tomados en cuenta en una evaluación de proyectos. La toma de decisiones respecto a la política de gestión de fugas a ejecutar en una empresa representa un reto para los gestores, en vista de la complejidad que ello implica. Si el problema se observa desde el punto de vista económico, es posible que la opción que se tome esté encaminada a reparar solo las fugas evidentes o reportadas, ya que la inversión que se debe realizar para detectar y reparar suele ser mayor que el valor del agua recuperada, tomando en cuenta que en la gran mayoría de los casos, la tasa de recuperación o la tarifa cobrada al abonado no llega a cubrir siquiera los costes variables. Sin embargo, en vista de que se trata de un servicio público del cual todos somos usuarios, y que además las decisiones tomadas por la compañía tienen un impacto más allá de la empresa, se recomienda considerar una serie de criterios, adicionales a los aspectos técnicos y económicos, para que la decisión que se tome sea lo más acertada para la compañía y su entorno. / Delgado Galván, XV. (2011). Aplicación del método de jerarquías analíticas (AHP) a la gestión de pérdidas de agua en redes de abastecimiento [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/11238

La calidad del agua para el consumo humano es uno de los temas vigentes por parte de los gestores de los sistemas de abastecimiento y de centros de investigación en el entorno de la hidráulica urbana. Este aspecto es abordado desde distintos puntos de vista, motivado por las consecuencias que implica el consumo de agua contaminada; por tratarse de la protección de la salud pública, es indispensable tener mayor conocimiento en todas las formas en las que es vulnerable el agua potable. Las redes de distribución de agua, como toda obra de ingeniería presentan una vida útil, en la mayoría de las poblaciones urbanas se tienen instalaciones que han cumplido con ella y como consecuencia de circunstancias adversas se pueden ir incrementando los problemas físicos en las conducciones con el paso del tiempo. Entre otros factores identificados en esta problemática se encuentra el fenómeno de la intrusión patógena. En este trabajo se analiza la intrusión como un evento relacionado directamente con las fugas de agua en las conducciones. Este tipo de intrusión se produce cuando las condiciones de presión son adversas en la instalación. Así pues, la situación de las fugas se considera un factor determinante en el rendimiento hidráulico de la red, y además puede representar un riesgo para la calidad del agua en el suministro y por ende para la salud pública. La metodología planteada se ha basado en reproducir los eventos adversos que generan intrusión. El interés de realizar estos trabajos es debido a que en la mayoría de las investigaciones se plantean que la cuantificación de los volúmenes de intrusión es un factor fundamental para el control en la gestión de este tipo de adversidades. En este sentido se realizaron modelos físicos y numéricos en CFD, creando escenarios presentes en las redes de distribución. Se ha realizado la representación física y numérica de las condiciones más adversas para la generación de la intrusión en este aspecto. De esta forma se abordaron los casos en donde los eventos pueden ser más agresivos con la calidad del agua. Finalmente, al tener las herramientas numéricas validadas se pueden reproducir escenarios puntuales donde la vulnerabilidad de la red este comprometida y con ello tener mayor conocimiento de las posibles situaciones que podrían darse durante eventos imprevistos o por cuestiones de gestión en la distribución debida al abastecimiento intermitente. / Mora Rodríguez, JDJ. (2011). Modelación de la intrusión patógena a través de fallos y su implicación en la red de distribución de agua [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/11239

En general los ecosistemas vegetales se caracterizan por la fuerte interrelación que establecen con su entorno, el agua, el suelo, la atmósfera y otros ecosistemas. Cuando estos se ven sometidos a restricciones abióticas, deben recurrir a diversas estrategias y adaptaciones morfológicas para evadir, tolerar o resistir el estrés desarrollado por dicha perturbación, optando además, por establecer asociaciones con otras especies conformando comunidades que usan el recurso funcionalmente. Dichas asociaciones se denominan Grupos Funcionales de Vegetación. Los ecosistemas vegetales que residen en zonas áridas y semiáridas no son la excepción. En dichos ambientes, la vegetación se ve restringida principalmente por la disponibilidad de agua para llevar a cabo sus funciones vitales, siendo el estrés por luz y nutrientes despreciable en magnitud. Dichos ecosistemas presentan estructuras, características y dinámicas muy complejas. De un lado, necesitan el agua proveniente de la atmósfera y de la humedad en el suelo, pero de otro lado modulan los flujos que se dan entre el suelo y la atmósfera, estableciéndose una dinámica de retroalimentación entre el suelo, la vegetación y la atmósfera. Desde hace muchas décadas se ha recurrido a la modelización como la herramienta para comprender el entorno que nos rodea. Hoy en día, existen varias formas de modelar la vegetación como un ente inmerso dentro del ciclo hidrológico. Una primera, aproximación y quizás la que cobra más fuerza, es la modelización de la vegetación como un ente estático en el tiempo que aporta vapor de agua a través de la transpiración. La vegetación se asume como un factor que dependerá de la fenología adaptada a cultivos donde la fase de desarrollo y muerte son conocidas de antemano. Los modelos físicamente basados han sido desarrollados principalmente para la simulación de los principales procesos fisiológicos de la vegetación a escala regional y global, dando especial relieve al balance de energía y los flujos de CO2 con el fin de evaluar el cambio climático (Arora & Boer 2005;White et al. 2000). / Quevedo Tejada, DI. (2010). Desarrollo de un modelo conceptual dinámico suelo-vegetación para zonas áridas y semiáridas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/11516

Los efectos de escala espacial son un tema de relevancia en Hidrología dada la necesidad de vincular las disparidades de escala entre los procesos, las observaciones y las modelaciones. La existencia de procesos dominantes a diferentes escalas, el funcionamiento no lineal de los sistemas hidrológicos y la fuerte variabilidad espacio-temporal son los principales factores que controlan los problemas de escala y condicionan los métodos de escalado. La generación de conocimiento relacionado con este tema es importante para mejorar la comprensión y representación de los procesos hidrológicos. En la primera parte de esta tesis se estudia el problema de la agregación espacial de parámetros hidrológicos, la importancia de la organización espacial para la formulación de una separación de escalas espaciales utilizando el concepto de área elemental representativa (REA) y su relación con la definición de un tamaño de celda óptimo para la modelación hidrológica distribuida. Para dicho análisis se ha utilizado la conceptualización del proceso de infiltración del modelo hidrológico distribuido (TETIS) y se han desarrollado experimentos sintéticos utilizando campos de parámetros correlacionados espacialmente. Los resultados de los experimentos numéricos mostraron que al escalar los parámetros efectivos de la microescala a la mesoescala, sus valores dependen en las variables de entrada, variables de estado y la heterogeneidad de los parámetros en la microescala. Las simulaciones han demostrado que la varianza de los parámetros efectivos estimados en la mesoescala disminuye cuando aumenta el ratio entre el tamaño de celda en la mesoescala y la longitud de correlación. Esta propiedad es fundamental para identificar un tamaño de celda con las características de REA y que minimice la propagación de la incertidumbre de los parámetros. / Barrios Peña, MI. (2011). ESTUDIO DEL EFECTO DE ESCALA ESPACIAL EN UN MODELO HIDROLÓGICO DISTRIBUIDO [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/14180

El crecimiento urbanístico ha propiciado un aumento de la demanda de agua de los usuarios de un abastecimiento. Frecuentemente, debido principalmente a la falta de inversión, este crecimiento no ha ido acompañado de una adecuación de la infraestructura hidráulica. Esta situación ha mermado progresivamente la capacidad de la red y ello ha favorecido un uso extendido de depósitos atmosféricos interpuestos entre la red general y la propia instalación interior de los edificios, que no solo la protegen de variaciones repentinas de los caudales demandados sino que, además, protegen a los usuarios frente a hipotéticos cortes de suministro. A pesar de estas ventajas el almacenamiento de agua en estos depósitos introduce en el sistema graves inconvenientes asociados principalmente a la garantía de la salubridad del agua, y otros asociados a la reducción de la eficiencia energética del suministro. Estos inconvenientes tienen suficiente envergadura para reducir, e incluso anular, las ventajas asociadas al uso de depósitos. Por tanto, resulta conveniente plantear estrategias que permitan una eliminación progresiva de los mismos. En cualquier caso, la eliminación de los depósitos parte por garantizar un correcto funcionamiento y protección de la red general de abastecimiento. En esta línea, el conocimiento de las exigencias hidráulicas, tanto en régimen permanente como en régimen transitorio, a las que se va a someter a la red general de distribución, asociadas a los esquemas de suministro más usuales adoptados en la instalación interior, adquiere un ineludible protagonismo. En previsión de una instalación generalizada de grupos de presión en las instalaciones interiores, resulta conveniente analizar pormenorizadamente los efectos transitorios generados por este tipo de elementos, en aras de proteger la instalación interior, y el tramo de la red general ubicado en las proximidades de ésta. / Soriano Olivares, J. (2012). Influencia de las instalaciones de suministro de agua de edificios sobre el comportamiento hidráulico en régimen permanente y transitorio de la red general de distribución [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/14673

La necesidad de hacer eficientes y económicamente viables las grandes inversiones relacionadas con la construcción y el mantenimiento de las redes de abastecimiento de agua, hace que se preste especial atención al diseño de este tipo de redes. Concebir soluciones económicamente optimizadas y que garanticen un adecuado funcionamiento de los sistemas de distribución de agua (SDA), tomando en cuenta la fiabilidad de la red para ofrecer sus servicios, incluso ante posibles condiciones de fallo, es uno de los grandes retos que han tenido desde hace muchos años varios hombres y mujeres de ciencias que han trabajado el tema. Se impone obtener los mayores beneficios con los menores costes. En el diseño óptimo de sistemas de distribución de agua, como muchos otros problemas de optimización, los objetivos a optimizar están frecuentemente en conflicto unos con otros. Ante este hecho, más conveniente que encontrar una única solución, es elaborar un conjunto de soluciones que representen el mejor compromiso posible entre todos los objetivos involucrados. En los últimos 15 años, varios investigadores se han desviado de las técnicas tradicionales de optimización basadas en la programación lineal y no lineal, para dirigirse hacia la implementación de Algoritmos Evolutivos. En esta investigación se proponen soluciones para el diseño óptimo de SDA basadas en el empleo de una generalización del algoritmo Particle Swarm Optimization (PSO) orientada a la inteligencia artificial distribuida tomando como base a los sistemas multi-agente (MA). El algoritmo final propuesto recibió la denominación de Agent Swarm Optimization (ASO) El algoritmo ASO se aprovecha de las ventajas de la computación paralela y distribuida para hacer interactuar diversas poblaciones de agentes que pueden tener comportamientos diferentes. Su versatilidad da origen a su principal fortaleza: la introducción de agentes con reglas de comportamiento específicas para la mejor solución de un problema, que problema, que trabajan de manera conjunta con algoritmos evolutivos de carácter general como PSO, Algoritmos Genéticos, Ant Colony Optimization, etcétera. / Montalvo Arango, I. (2011). Diseño óptimo de sistemas de distribución de agua mediante Agent Swarm Optimization [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/14858

El presente trabajo destaca la simulación numérica como herramienta capaz de reproducir y predecir los principales procesos que producen y mantienen los ecosistemas de llanuras de inundación. Para ello, la dinámica del flujo, la actividad geomorfológica, la sedimentación y la captura de nutrientes de la llanura de inundación, son evaluadas experimentalmente. Seguidamente, los datos experimentales son incluidos en un modelo numérico para desarrollar una herramienta completa de simulación capaz de predecir la dinámica del flujo, la actividad geomorfológica, la sedimentación, el aporte de nutrientes del río a la llanura de inundación así como la captación de los mismos. El estudio se desarrolla en un segmento del río Ebro (NE España), representativo de su tramo medio meandriforme. El estudio emplea un modelo numérico bidimensional (2D), basado en las ecuaciones 2D de las aguas poco profundas y calculado a partir del método de los volúmenes finitos. La calibración del modelo se basa en medidas experimentales realizadas en la llanura de inundación bajo dos caudales estacionarios. La validación del modelo se llevó a cabo comparando los resultados numéricos con las medidas experimentales de nivel de agua y extensión del área inundada realizadas durante los cinco eventos de riada ocurridos en el año 2007 (79+13 % área; 0.27+0.05m nivel de agua). Las simulaciones fueron utilizadas para analizar la dinámica actual de inundación de la llanura así como su actividad geomorfológica. Como resultado, se obtuvo que el presente régimen de caudales y sobretodo la estructura morfológica de la llanura, no resulta suficiente para generar una actividad geomorfológica tal que mantenga el mosaico cambiante de hábitats característico de los ecosistemas de llanura de inundación. La nueva formulación que describe la retención de nutrientes se ha desarrollado mediante la utilización de los datos experimentales, en condiciones de flujo controladas, semi-controladas y en el propio río Ebro. / González Sanchis, MDC. (2012). Flooding dynamics and nutrient retention in the middle Ebro floodplain: experimental assessment and numerical modeling [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/15242

En la última década, un tema que se ha colocado a la vanguardia en la Hidrología es la necesidad de no continuar asumiendo la hipótesis de estacionaridad en el estudio de las componentes del Ciclo Hidrológico. Esto ante las evidencias en la intensificación de las actividades humanas, los forzamientos de la variabilidad climática natural y el cambio climático. De hecho en la comunidad científica existe un consenso en cuanto a que la hipótesis de estacionaridad en el Ciclo Hidrológico se encuentra comprometida. Así, ante el colapso de esta hipótesis que ha sido la piedra angular en el análisis de frecuencia de crecidas, diversos investigadores se han pronunciado en el sentido de la apremiante necesidad de proponer ideas y métodos alternativos adecuados para enfrentar la tarea del diseño hidrológico en un contexto de cambios de origen climático y antropogénico. Es por ello ante el cambio de paradigma de no continuar asumiendo un mundo estacionario que este trabajo tiene como objetivo el tratar de contribuir al estudio del análisis de frecuencia de crecidas bajo condiciones de no estacionaridad. Para ello, hemos hecho intervenir los efectos de variabilidad climática y de cambios inducidos por el hombre a través de los embalses. Nuestro interés de aplicación se enfoca particularmente en los regímenes de crecidas en ríos de la España peninsular. El estudio comienza con una revisión bibliográfica de dos temas: la influencia de los fenómenos de macroescala en las variables hidrológicas y el estado actual del análisis de frecuencia de crecidas. Posteriormente, se presenta la descripción de la zona de estudio y un análisis exploratorio de la información, donde se identifican los tipos de regímenes de crecidas dominantes en las estaciones de aforo de estudio y se introduce un índice de embalse propuesto para identificar el impacto de los embalses en aquellos sitios bajo régimen alterado. El análisis mostró el importante peso que ejercen las precipitaciones invernales en los regímenes de crecidas en un importante porcentaje de las estaciones de aforo, permitiéndonos vislumbrar el potencial de los patrones de variabilidad de baja frecuencia (los cuales están asociados a estas precipitaciones) como covariables en la modelación estadística de las crecidas. En la segunda parte de esta tesis, se comprueba la hipótesis de estacionaridad en los regímenes de crecidas a diferentes escalas de tiempo a través de diversos test estadísticos. Se observó que las series temporales de crecidas presentan importantes desviaciones del supuesto de estacionaridad. Así mismo, en este análisis se identificó el importante papel que los patrones de variabilidad de baja frecuencia y los embalses juegan en explicar los cambios observados en los momentos estadísticos de las series de crecidas (media y varianza). En la tercera parte, se estudia la teleconexión entre el régimen de crecidas y los patrones de variabilidad de baja frecuencia desde dos enfoques: análisis de correlación y análisis wavelet. Los resultados obtenidos mostraron que la variabilidad interanual de los regímenes de crecidas en la España peninsular está fuertemente influenciada por lo patrones de baja frecuencia de la AO, la NAO y la MO, mientras que una menor influencia es la que se identificó con la WeMO la cual se identificó fundamentalmente con estaciones de aforo en la cabecera de la confederación del Ebro y la región Norte. En el ámbito de las frecuencias se pudo corroborar también que las variaciones climáticas / López De La Cruz, J. (2013). Análisis estadístico y modelación del régimen de las crecidas en ríos de la España peninsular en un contexto no estacionario [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/33298

A large portion of Earth¿s terrestrial surface is subject to arid climatic water stress. As in these regions the hydrological cycle and the vegetation dynamics are tightly interconnected, a coupled modeling of these two systems is needed to fully reproduce the ecosystems¿ behavior over time and to predict possible future responses to climate change. In this thesis, the performance of three parsimonious dynamic vegetation models, suitable for inclusion in an operational ecohydrological model, are tested in a semi-arid Aleppo pine forest area in the south-east of Spain. The first model considered, HORAS (Quevedo & Francés, 2008), simulates growth as a function of plant transpiration (T), evaluating environmental restraints through the transpiration-reference evapotranspiration ratio. The state variable related to vegetation is R, relative foliar biomass, which is equivalent to FAO crop coefficient (Allen et al., 1998), but not fixed in time. The HORAS model was then abandoned because of its unsatisfactory results, probably due to a poor simulation of evaporation and transpiration processes. As for the other two models, WUE-model and LUE-model, the state variable is the leaf biomass (Bl, kg dry mass m-2 vegetation cover). Both models simulate gross primary production (GPP), in the first case as a function of transpiration and water use efficiency (WUE), in the second case as a function of absorbed photosynthetically active radiation (APAR) and light use efficiency (LUE). Net primary production (NPP) is then calculated taking into account respiration. The modelling is focused particularly on simulating foliar biomass, which is obtained from NPP through an allocation equation based on the maximum leaf area index (LAI) sustainable by the system, and considering turnover. An analysis of the information offered by MODIS EVI, NDVI, and LAI products was also performed, in order to investigate vegetation dynamics in the study site and to select the best indices to be used as observational verification for models. MODIS EVI is reported in literature (Huete et al., 2002) to be highly correlated with leaf biomass. In accordance with the phenological cycle timing described for the Aleppo pine in similar climates (Muñoz et al., 2003), the EVI showed maximum values in spring and minimum values in winter. Similar results were found applying the aforementioned WUE- and LUE- models to the study area. Contrasting simulated LAI with the EVI series, the correlation coefficients rWUE = 0.45 and rLUE = 0.57 were found for the WUE-model and LUE-model respectively. Concerning NDVI, its own definition links this index to the ¿greenness¿ of the target, so that it appears highly linked to chlorophyll content and vegetation condition, but only indirectly related to LAI. Photosynthetic pigment concentrations are reported to be sensitive to water stress in Aleppo pine (Baquedano and Castillo, 2006) so, to compare the models¿ results with NDVI, the simulated LAI was corrected by plant water-stress. The resulting correlation coefficients were rWUE = 0.62 and rLUE = 0.59. Lastly, MODIS LAI and ET were found to be unreliable in the study area because very low compared to field data and to values reported in literature (e.g. Molina & del Campo, 2012) for the same species in similar climatic conditions. The performance of both WUE- and LUE- models in this semi-arid region is found to be reasonable. However, the LUE-model presents the advantages of a better performance, the possibility to be used in a wider range of climates and to have been extensively tested in literature. / Pasquato, M. (2013). Comparison of parsimonious dynamic vegetation modelling approaches for semiarid climates [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/34326