Tesis por compendio / The new legal regulations derived from climate change dictate that hydraulic structures must be designed to handle flood events associated with return periods up to 10,000 years. This obviously involves adapting the existing infrastructure to meet such requirements. In order to avoid risks in the restitution of the flow discharged to rivers, such as bank overflows or streambed erosion and scour processes, hydraulic design must be supported by reliable tools capable of reproducing the behavior of hydraulic structures. In the work presented herein, a fully three-dimensional CFD model to reproduce the behavior of different types of air-water flow in hydraulic structures is presented. The flow is assumed to be turbulent, isotropic and incompressible. Several RANS turbulence models are tested and structured rectangular meshes are employed to discretize the analyzed domain. The presence of two fluids is modeled using different VOF approaches and simulations are run using the PIMPLE algorithm. The model is implemented using the open-source platform OpenFOAM and its performance is compared to the commercial code FLOW-3D. The analysis is conducted separately on two different parts of hydraulic structures, namely: the spillway and the stilling basin. Additionally, a case of practical application, where the model reproduces the flow of a real-life case, is also presented in order to prove the suitability of the model to actual design cases. Mesh independence and model validation using experimental data are checked in the results of all the case studies. The sensitivity of the presented model to certain parameters is extensively discussed using different indicator variables. Among these parameters are turbulence closure, discretization scheme, surface tracking approach, CFD code or boundary conditions. Pros and contras of each of them are addressed. The analyzed turbulence models are the Standard k ¿ ¿, the Realizable k ¿ ¿, the RNG k ¿ ¿, and the SST k ¿ ¿. The discretization schemes under study are: a first-order upwind method, the second-order limited Van Leer method, and a second-order limited central difference method. The VOF approaches analyzed are the Partial VOF, as implemented in OpenFOAM, and the TruVOF, as implemented in FLOW-3D. In most cases, the Standard k ¿ ¿ model provides the most accurate estimations of water free surface profiles, although the rest of variables, with few exceptions, are better predicted by the RNG k ¿ ¿. The latter model generally requires slightly longer computation times. The SST k ¿ ¿ reproduces correctly the phenomena under study, although it generally turned out to be less accurate than its k ¿ ¿ counterparts. As regards the comparison among VOF approaches and codes, it is impossible to determine which one performs best. E.g. OpenFOAM, using the Partial VOF, managed to reproduce the in- ternal hydraulic jump structure and all derived variables better than FLOW-3D, using the TruVOF, although the latter seems to capture better the momentum transfer and so all derived variables. In the case of flow in stepped spillways, OpenFOAM captures better the velocity profiles, although FLOW-3D is more accurate when estimating the water free surface profile. It is worth remark- ing that not even their response to certain model parameters is comparable. E.g. FLOW-3D is significantly less sensitive to mesh refinement than OpenFOAM. Given the result accuracy achieved in all cases, the proposed model is fully applicable to more complex design cases, where stilling basins, stepped spillways and hydraulic structures in general must be investigated. / Las nuevas disposiciones legales derivadas del cambio climático dictaminan que las estructuras hidráulicas sean capaces de funcionar correctamente con eventos de inundación asociados a periodos de retorno de hasta 10,000 años. Esto, obviamente, implica adaptar la infraestructura existente para satisfacer dichos requerimientos. A fin de evitar riesgos en la restitución de los caudales vertidos al río, como desbordamientos o procesos erosivos y de socavación, el diseño hidráulico ha de sustentarse en herramientas fiables capaces de reproducir el comportamiento de las estructuras hidráulicas. En este trabajo, se presenta un modelo numérico CFD completamente tridimensional para reproducir el comportamiento de diferentes tipos de flujo aire-agua en estructuras hidráulicas. Se asume que el flujo es turbulento, isotrópico e incompresible. Diversos modelos de turbulencia RANS son contrastados y se emplean mallas estructuradas rectanuglares para discretizar el dominio analizado. La presencia de dos fluidos es modelada utilizando diferentes enfoques VOF y las simulaciones son ejecutadas empleando el algoritmo PIMPLE. El modelo es implementado mediante la plataforma de código abierto OpenFOAM y su respuesta es comparada con la del modelo comercial FLOW-3D. El análisis se lleva a cabo sobre dos partes diferentes de una estructura hidráulica, a saber, el aliviadero y el cuenco amortiguador, de forma separada. Además, un caso de aplicación práctica, donde el modelo reproduce el flujo en una estructura real, es presentado también a fin de probar la adecuación del modelo a casos de diseño aplicado. Se comprueban la independencia de la malla y la validación con datos experimentales de los resultados de todos los casos de estudio. La sensibilidad del modelo presentado a ciertos parámetros es analizada de forma exhaustiva empleando diferentes variables indicadoras. Los pros y contras de cada uno de éstos son planteados. Los modelos de turbulencia analizados son el Standard k-epsilon, el Realizable k-epsilon, el RNG k-epsilon y el SST k-omega. Los esquemas de discretización estudiados son: un método de primer orden upwind, uno de Van Leer de segundo orden y un esquema de segundo orden limitado de diferencias centradas. Los enfoques VOF analizados son el Partial VOF, implementado en OpenFOAM, y el TruVOF, implementado en FLOW-3D. En la mayoría de casos, el modelo k-epsilon aporta las estimaciones más precisas de perfiles de lámina libre de agua, pese a que el resto de variables, con alguna excepción, son mejor predichas por el RNG k-epsilon. Este modelo generalmente requiere mayores tiempos de cálculo. El k-omega reproduce correctamente los fenómenos bajo estudio, pese a que su precisión es generalmente más baja que la de los modelos k-epsilon. En lo que respecta a la comparación entre enfoques VOF y códigos, es imposible determinar cuál es el mejor. Por ejemplo, OpenFOAM, empleando el Partial VOF, logra reproducir la estructura interna del resalto hidráulico y todas las variables derivadas mejor que FLOW-3D, empleando el TruVOF, a pesar de que este último parece capturar mejor la transferencia de cantidad de movimiento y, por tanto, todas las variables derivadas. En el caso del flujo en aliviaderos escalonados, OpenFOAM captura mejor los perfiles de velocidad, pese a que FLOW-3D es más preciso en la estimación de los perfiles de lámina libre de agua. Conviene recalcar que ni tan sólo su respuesta a ciertos parámetros del modelo es comparable. Por ejemplo, FLOW-3D es significativamente menos sensible al refinado de malla que OpenFOAM. A la luz de la precisión de los resultados obtenidos en todos los casos, el modelo propuesto es completamente aplicable a casos de diseño más complejos, donde cuencos amortiguadores, aliviaderos escalonados y estructuras hidráulicas en general han de ser investigadas. / Les noves disposicions legals derivades del canvi climàtic dictaminen que cal que les estructures hidràuliques siguen capaces de funcionar correctament amb esdeveniments d'inundació associats a períodes de retorn de fins a 10,000 anys. Això, òbviament, implica adaptar la infraestrctura existent per satisfer aquests requeriments. A fi d'evitar riscs en la restitució dels cabals vessats al riu, com desbordaments o processos erosius i de socavació, el disseny hidràulic ha de recolzar-se en ferramentes fiables capaces de reproduir el comportament de les estructures hidràuliques. En aquest treball, es prsenta un model numèric CFD completament tridimensional per a reproduir el comportament de diferents tipus de flux aire-aigua en estructures hidràuliques. S'assumeix que el flux és turbulent, isotròpic i incompressible. Diferents models de turbulència RANS són contrastats i s'empren malles estructurades rectangulars per discretitzar el domini analitzat. La presència de dos fluids és modelada utilitzant diferents enfocaments VOF i les simulacions són executades emprant l'algorisme PIMPLE. El model és implementat mitjançant la plataforma de codi obert OpenFOAM i la seua resposta és comparada amb la del codi comercial FLOW-3D. L'anàlisi es du a terme sobre les diferents parts d'una estructura hidràulica, a saber, sobreeixidors esgraonats i vas esmorteïdor, de forma separada. A més, un cas d'aplicació pràctica, on el model reprodueix el flux a una estructura real, és presentat també a fi de provar l'adequació del model a casos de disseny aplicat. Es comproven la independència de la malla i la validació amb dades experimentals dels resultats de tots els casos d'estudi. La sensibilitat del model presentat a certs paràmetres és analitzada de forma exhaustiva emprant diferents variables indicadores. Els pros i contres de cadascun d'aquests són plantejats. Els models de turbulència analitzats són l'Standard k-epsilon, el Realizable k-epsilon, el RNG k-epsilon i l'SST k-omega. Els esquemes de discretització estudiats són: un mètode de primer ordre upwind, un de Van Leer de segon ordre i un esquema de segon ordre limitat de diferències centrades. Els enfocaments VOF analitzats són el Partial VOF, implementat en OpenFOAM, i el TruVOF, implementat en FLOW-3D. En la majoria de casos, el model Standard k-epsilon aporta les estimacions més precises de perfils de làmina lliure d'aigua, tot i que la resta de variables, amb alguna excepció, són millor predites pel RNG k-epsilon. Aquest model generalment requereix majors temps de càlcul. El k-omega reprodueix correctament els fenòmens sota estudi, tot i que la seua precisió és generalment més baixa que la dels models k-epsilon. Pel que fa la comparació entre enfocaments VOF i codis, és impossible determinar quin és el millor. Per exemple, OpenFOAM, emprant el Partial VOF, aconsegueix reproduir l'estructura interna del ressalt hidràulic i totes les variables derivades millor que FLOW-3D, emprant el TruVOF, tot i que aquest últim pareix capturar millor la transferència de quantitat de moviment i, per tant, totes les variables derivades. En el cas del flux en sobreeixidors esgraonats, OpenFOAM captura millor els perfils de velocitat, tot i que FLOW-3D és més precís en estimar els perfils de làmina lliure d'aigua. Cal deixar palès que ni tan sols la seua resposta a certs paràmetres del model és comparable. Per exemple, FLOW-3D és significativament menys sensible al refinament de malla que OpenFOAM. En base a la precisió dels resultats obtinguts en tots els casos, el model proposat és completament aplicable a casos de disseny més complexos, on vassos esmorteïdors, sobreeixidors esgraonats i estructures hidràuliques en general han de ser investigades. / Bayón Barrachina, A. (2017). Numerical analysis of air-water flows in hydraulic structures using computational fluid dynamics (CFD) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/90440 / Compendio

Tesis por compendio / [ES] Los sistemas de drenaje urbano, también conocidos como sistemas de alcantarillado, tienen el propósito de drenar tanto las aguas lluvias como las aguas residuales de nuestras ciudades. Estos sistemas son una de las diferentes infraestructuras civiles que permiten el correcto funcionamiento de las ciudades actuales. Los sistemas de alcantarillados pluviales se encargan de mover las aguas lluvias que caen en la ciudad en forma segura y en un tiempo razonable, sin permitir inundaciones, hacia los cuerpos receptores naturales localizados aguas abajo. Los sistemas de alcantarillado sanitario, por otra parte, tienen el objetivo de recolectar las aguas servidas, de origen domiciliario, industrial y comercial, y trasportarlas en forma segura hacia una planta de tratamiento de aguas residuales antes de enviarlas en forma definitiva hacia un cuerpo receptor o hacia un sistema de reuso, en caso de que este exista. Ambos tipos de alcantarillado, pero particularmente los sanitarios, tienen un profundo impacto sobre la salud pública con implicaciones sobre la viabilidad de una ciudad. La infraestructura de drenaje urbano existente plantea nuevos retos a la ingeniería hidráulica urbana. Por un lado, los sistemas de drenaje de aguas lluvias, además de verse sometidos a problemas de envejecimiento con deterioros de materiales y asentamientos de suelos, se están enfrentando a serios problemas causados por el Cambio Climático. En muchas ciudades este fenómeno está implicando cambios radicales en la hidrología urbana; en muchas ciudades las intensidades y frecuencias de los eventos de lluvia están aumentando con lo cual los sistemas existentes, que fueron diseñados para hidrologías diferentes, se quedan sin capacidad aumentando la frecuencia de las inundaciones urbanas con sus consecuencias sobre la seguridad y salud humana. Por otro lado, los sistemas sanitarios también presentan retos a la ingeniería por problemas de aumento de la densidad poblacional de las ciudades, la falta de resiliencia ante eventos externos como sismos, y a problemas de calidad de agua en los cuerpos receptores al interior de las zonas urbanas, en las aguas freáticas y las corrientes naturales de agua. Estos sistemas también se ven afectados por el deterioro de los materiales y los problemas de asentamiento de los suelos. Ahora, un problema diferente es la no existencia de sistemas de drenaje urbano en muchas ciudades de nuestro mundo, particularmente en aquellas localizadas en países en vías de desarrollo. En la gran mayoría de esos casos, esa falta de alcantarillados es causada por el alto costo de esa infraestructura cuya construcción hace inviable para los gobiernos locales. Además, el crecimiento de las zonas urbanas en esos países agrava el problema. No solamente la infraestructura necesaria se hace más grande y compleja, sino que aumentan los problemas de salud pública asociados con la falta de sanidad ambiental. Por consiguiente, el reto para la ingeniería hidráulica urbana moderna es lograr un mayor acceso a ese servicio esencial. Una de las formas de resolverlo es bajando los costos de construcción y operación de los sistemas de drenaje, haciéndolos financieramente viables a la vez que se mantienen su resiliencia y seguridad. De esta manera se ayudará a cumplir con el Objetivo de Desarrollo Sostenible No. 6 Agua Limpia y Saneamiento. Teniendo en cuenta lo anterior, el objetivo de esta tesis fue proponer una metodología que llevara al diseño de mínimo costo de redes de alcantarillado convencionales, manteniendo su resiliencia y facilidad de operación, a la vez que se cumplieran todas las restricciones hidráulicas, constructivas y de operación que, de acuerdo con la experiencia empírica internacional, son las apropiadas para garantizar un correcto comportamiento del sistema de drenaje. El diseño optimizado de una red de alcantarillado está compuesto por dos partes mutuamente dependientes: la selección del árbol y el diseño hidráulico. En esta tesis se resolvieron / [CA] Els sistemes de drenatge urbà, també coneguts com a sistemes de clavegueram, tenen el propòsit de drenar tant les aigües pluges com les aigües residuals de les nostres ciutats. Aquests sistemes són una de les diferents infraestructures civils que permeten el correcte funcionament de les ciutats actuals. Els sistemes de claveguerams pluvials s'encarreguen de moure les aigües pluges que cauen a la ciutat en forma segura i en un temps raonable, sense permetre inundacions, cap als cossos receptors naturals localitzats aigües avall. Els sistemes de clavegueram sanitari, d'altra banda, tenen l'objectiu de recol·lectar les aigües servides, d'origen domiciliari, industrial i comercial, i transportar-les en forma segura cap a una planta de tractament d'aigües residuals abans d'enviar-les en forma definitiva cap a un cos receptor o cap a un sistema de reuse, en cas que aquest existisca. Tots dos tipus de clavegueram, però particularment els sanitaris, tenen un profund impacte sobre la salut pública amb implicacions sobre la viabilitat d'una ciutat. La infraestructura de drenatge urbà existent planteja nous reptes a l'enginyeria hidràulica urbana. D'una banda, els sistemes de drenatge d'aigües pluges, a més de veure's sotmesos a problemes d'envelliment amb deterioracions de materials i assentaments de sòls, s'estan enfrontant a seriosos problemes causats pel Canvi Climàtic. En moltes ciutats aquest fenomen està implicant canvis radicals en la hidrologia urbana; en moltes ciutats les intensitats i freqüències dels esdeveniments de pluja estan augmentant amb la qual cosa els sistemes existents, que van ser dissenyats per a hidrologies diferents, es queden sense capacitat augmentant la freqüència de les inundacions urbanes amb les seues conseqüències sobre la seguretat i salut humana. D'altra banda, els sistemes sanitaris també presenten reptes a l'enginyeria per problemes d'augment de la densitat poblacional de les ciutats, la falta de resiliència davant esdeveniments externs com a sismes, i a problemes de qualitat d'aigua en els cossos receptors a l'interior de les zones urbanes, en les aigües freàtiques i els corrents naturals d'aigua. Aquests sistemes també es veuen afectats per la deterioració dels materials i els problemes d'assentament dels sòls. Ara, un problema diferent és la no existència de sistemes de drenatge urbà en moltes ciutats del nostre món, particularment en aquelles localitzades en països en vies de desenvolupament. En la gran majoria d'aqueixos casos, aqueixa falta de claveguerams és causada per l'alt cost d'aqueixa infraestructura la construcció de la qual fa inviable per als governs locals. A més, el creixement de les zones urbanes en aqueixos països agreuja el problema. No solament la infraestructura necessària es fa més gran i complexa, sinó que augmenten els problemes de salut pública associats amb la falta de sanitat ambiental. Per consegüent, el repte per a l'enginyeria hidràulica urbana moderna és aconseguir un major accés a aqueix servei essencial. Una de les maneres de resoldre-ho és baixant els costos de construcció i operació dels sistemes de drenatge, fent-los financerament viables alhora que es mantenen la seua resiliència i seguretat. D'aquesta manera s'ajudarà a complir amb l'Objectiu de Desenvolupament Sostenible No. 6 Aigua Neta i Sanejament. Tenint en compte l'anterior, l'objectiu d'aquesta tesi va ser proposar una metodologia que portara al disseny de mínim cost de xarxes de clavegueram convencionals, mantenint la seua resiliència i facilitat d'operació, alhora que es compliren totes les restriccions hidràuliques, constructives i d'operació que, d'acord amb l'experiència empírica internacional, són les apropiades per a garantir un correcte comportament del sistema de drenatge. El disseny optimitzat d'una xarxa de clavegueram està compost per dues parts mútuament dependents: la selecció de l'arbre i el disseny hidràulic. En aquesta tesi es van resoldre els dos problemes en forma separada des del punt / [EN] Urban drainage systems, also known as sewer systems, have the purpose of draining both rainwater and wastewater from our cities. These systems are one of the different civil infrastructures that allow the proper functioning of modern cities. Stormwater systems are responsible for moving the rainwater that falls in the city safely and in a reasonable time, without allowing flooding, to the natural receiving bodies located downstream. On the other hand, wastewater systems are designed to collect sewage from domestic, industrial, and commercial sources and transport it safely to a wastewater treatment plant before sending it definitively to a receiving body or to a reuse system, if available. Both types of sewer systems, but particularly wastewater systems, have an extensive impact on public health with implications for the viability of a city. The existing urban drainage infrastructure presents new challenges to urban hydraulic engineering. On the one hand, stormwater systems, in addition to being subjected to aging problems with deterioration of materials and soil settlement, are facing serious problems caused by climate change. In many cities this phenomenon is implying radical changes in urban hydrology; intensities and frequencies of rainfall events are increasing so that the existing systems, which were designed for different hydrological conditions, are running out of capacity, increasing the frequency of urban flooding with its consequences on safety and human health. On the other hand, wastewater systems also present engineering challenges due to problems of increasing population density in cities, lack of resilience to external events such as earthquakes, and water quality problems in receiving waters within urban areas, in groundwater, and natural water currents. These systems are also affected by the deterioration of materials and soil settlement problems. Now, a different problem is the non-existence of urban drainage systems in many cities of the world, particularly in those located in developing countries. In the vast majority of these cases, the lack of sewers is caused by the high cost of this infrastructure, making its construction unfeasible for local governments. In addition, the growth of urban areas in these countries exacerbates the problem. Not only does the necessary infrastructure become larger and more complex, but the public health problems associated with the lack of environmental sanitation increase. Therefore, the challenge for modern urban water engineering is to achieve greater access to this essential service. One way to solve this is by lowering the construction and operating costs of drainage systems, making them financially viable while maintaining their resilience and safety. This will help meet Sustainable Development Goal No. 6 Clean Water and Sanitation. Considering the above, the aim of this thesis was to propose a methodology that would lead to the minimum cost design of conventional sewer networks, maintaining their resilience and ease of operation, while complying with all the hydraulic, constructive, and operational restrictions that, according to international empirical experience, are appropriate to guarantee a correct behavior of the drainage system. The optimized design of a sewer network is composed of two mutually dependent parts: the layout selection and the hydraulic design. In this thesis, the two problems were solved separately from a mathematical point of view, maintaining their interdependence through an iterative process. For a given layout, which could be random for a first iteration, the hydraulic design problem was solved as a shortest path problem using the Bellman-Ford algorithm that guarantees the global minimum cost for that layout. The problem is model as a directed graph in which the nodes represent the combination of diameters and invert elevations at every manhole, and the arcs represent the diameter and upstream and downstream invert elevation of a specific pi / Saldarriaga, J. (2024). Optimal design of urban sewer systems [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202962 / Compendio

Durante a perfuração de poços de petróleo é comum que a pressão do fluido de perfuração no poço seja maior que a pressão no interior da formação, o que pode fazer com que o fluido escoe no sentido da formação, num fenômeno denominado invasão. O escoamento no sentido da formação porosa carrega partículas que são retidas pelo substrato poroso, através do mecanismo de filtração, formando um leito de partículas na parede do poço. Neste trabalho, o modelo matemático e numérico do escoamento particulado através de um canal poroso posicionado verticalmente é investigado. O aumento da perda de carga provocado pela eventual obstrução do escoamento sobre o meio poroso devido à deposição de material particulado é investigado. O substrato poroso é representado através do modelo heterogêneo, cujo domínio sólido é descrito através de cilindros desconectados. A porosidade ao longo do domínio poroso é variada na direção axial do escoamento de acordo com a dimensão dos obstáculos, os quais são alocados num arranjo alternado. A análise é realizada em duas etapas. Na primeira o escoamento monofásico do fluido permite a determinação da permeabilidade e da perda de carga do meio poroso. A segunda etapa trata do processo de deposição de partículas presentes no escoamento sólido-fluido sobre o substrato poroso. A formulação matemática e a modelagem numérica para o escoamento particulado são representadas por uma abordagem Euler-Lagrange. A solução acoplada das fases discreta (partículas) e contínua (fluido) é realizada através da combinação dos modelos Dense Discrete Phase Model (DDPM) e Discrete Element Method (DEM). Resultados são obtidos para um fluido de massa específica e viscosidade semelhante à de um fluido de perfuração, com propriedades de uma mistura de 37,3% de água e 73,7% de glicerina, as partículas têm diâmetro variado de 0,6 a 0,8 mm e a porosidade do meio poroso varia entre 0,4 e 0,7. Resultados mostram que o aumento do diâmetro das partículas promove a redução da permeabilidade do meio resultante formado pelo meio poroso e o leito de partículas. O acréscimo da concentração de partículas injetadas implica em um aumento na queda de pressão, consequentemente na redução da permeabilidade através do canal. É possível observar também que existe um crescimento na espessura do leito com o aumento da concentração de partículas injetadas. / During oil well drilling commonly the drilling fluid pressure in the well is greater than the pressure within the formation, which may cause the flow towards the porous substrate, a phenomenon referred to as invasion. The flow to porous formation carries particles which are retained by the substrate, through the filtration mechanism, originating a packed-bed of particles in the wall of the wellbore. In this paper, the mathematical and numerical model of particle flow through a porous channel positioned vertically is proposed. Increase in pressure loss caused by any obstruction of the flow through porous media due to deposition of particulate material is investigated. The porous substrate is represented by a heterogeneous model, which solid domain is described by disconnected cylinders. Porosity throughout the porous domain varies in the axial direction of the flow according to obstacle sizes, which are allocated in a staggered array. The analysis is performed in two steps. In the first, single-phase fluid flow allows the determination of permeability and pressure drop of the porous media. The second step is the process of particles deposition observed in two-phase flow into the porous substrate. Mathematical formulation and numerical modeling for particulate flow are represented by a Euler-Lagrange approach. The coupled solution of discrete phases (particles) and continuous (fluid) is performed by combining the models Dense Discrete Phase Model (DDPM) and Discrete Element Method (DEM). Results are obtained for a fluid with density and viscosity similar to a drilling fluid, with properties of a mixture with 37.3% of water and 73.7% of glycerin, the particles have diameters varying from 0.6 to 0.8 mm and the porosity of the porous medium is between 0.4 and 0.7. Results show that the diameter of the particles increase promotes the permeability reduction of the resulting medium formed by the porous medium and the particles bed. The increase of the injected particles concentration implies an increase in pressure drop, thus reducing the permeability through the channel. It is also observed that there is growth in the thickness of the bed with the increase of the concentration of injected particles.

Esta tesis doctoral resulta de gran interés para las entidades operadoras y gestoras de sistemas de abastecimiento y saneamiento de agua que se encuentran interesadas en adoptar mecanismos holísticos para establecer necesidades de intervención en sus redes, atendiendo a una visión global de las políticas de la empresa, y no sólo al desempeño estructural de las tuberías. El objetivo general de la presente investigación es proponer una metodología de soporte a la decisión flexible, que incluya una forma para capturar la experiencia experta y su grado de incertidumbre asociado, y además que permita evaluar los criterios de mayor relevancia local, dentro del proceso tendiente a establecer las necesidades de intervención de tuberías y sectores de la red, haciendo uso de la lógica difusa como núcleo matemático fundamental que da estructura a la propuesta. Otros objetivos que complementan al anterior, se enfocan en la realización de un repaso detallado de los elementos influyentes en el proceso de deterioro de una tubería, en la revisión de protocolos de inspección y evaluación, y así mismo en un análisis crítico de diversas estructuras decisionales, que a juicio del autor resultan relevantes en el contexto de este estudio. La metodología propuesta para asignar prioridades de intervención se basa en el uso de la lógica difusa como eje fundamental, y en la definición y análisis de espacios decisionales para relacionar criterios relevantes. El problema de la incorporación de la incertidumbre que el experto posee para caracterizar cada criterio se ve debidamente solventado con la construcción de funciones matemáticas difusas, e igualmente con la conformación de matrices difusas de agregación. La propuesta permite simplificar el proceso al definir unidades de decisión, y reducir o eliminar totalmente la necesidad de utilizar pesos de importancia, al proponer una forma en que se pueden relacionar múltiples espacios de decisión. Como aporte principal de la investigación doctoral, se expone la estructura de la metodología decisional propuesta mediante la incorporación de la lógica difusa, su combinación con el análisis del espacio de decisión, y su aplicación a una red de abastecimiento del mediterráneo español. Los resultados se presentan a nivel de tuberías individuales, asignando un valor de prioridad de intervención a cada una de las 10485 tuberías que conforman la muestra poblacional elegida, y a nivel de sectores de la red, para 10 zonas del sistema. A través de diferentes análisis de sensibilidad se evidencian las fortalezas y debilidades de la propuesta. Otros aportes presentados en la tesis, que revisten especial importancia en este contexto, se plasman en: las aplicaciones de cuatro diferentes metodologías mediante igual número de casos de estudio (tanto para sistemas de abastecimiento como para sistemas de saneamiento), la presentación de un conjunto de directrices para la integración de bases de datos relativas a la gestión patrimonial de infraestructura; la propuesta de un plan básico de actuación para llevar a cabo procesos de intervención en las redes, aplicable en empresas gestoras de cualquier tamaño, y que implementa la metodología de decisión basada en lógica difusa; y la exposición de una herramienta informática sencilla, en la cual se sistematiza la metodología decisional propuesta, y que puede servir de ejemplo a las entidades gestoras para el desarrollo de un paquete más robusto y a medida de sus necesidades. / Parra Toro, JC. (2013). Desarrollo de un conjunto de herramientas de soporte a la decisión y su implementación en un plan de gestión técnica para la renovación de redes de abastecimiento y saneamiento de agua [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/33182

Tesis por compendio / [ES] Los esfuerzos que hacen los países, en conjunto con organizaciones mundiales, tales como IWA (por International Water Association), ONU-Agua y OMS (Organización Mundial de la Salud), para mitigar el impacto ambiental en el campo de la hidráulica urbana son considerados de vital importancia. Sin embargo, la escasez de los recursos hídricos en el mundo aumenta diariamente. Esto viene dado por el aumento constante de la demanda en los sectores industrial, agrícola y urbano, provocado por el aumento poblacional y el cambio climático. Los administradores de los sistemas de abastecimiento de agua (WSSs, por sus siglas en inglés, water supply systems) se han visto desafiados a suplir la creciente demanda de los diferentes sectores con la cantidad, calidad y eficiencia necesarios y, a su vez, reducir el desperdicio y el mal uso del recurso. Desde esta perspectiva, las fugas de agua son el mayor problema que enfrentan los administradores de estas empresas de servicios públicos. Las fugas en una red provocan problemas de salud, de escasez, económicos y medioambientales. El uso de técnicas de inspección no destructivas debe favorecer una rápida identificación de problemas, para realizar acciones posteriores de reparación en la red. Este trabajo hace uso del GPR (siglas en inglés de ground penetrating radar) como técnica de inspección no destructiva porque: favorece la exploración del subsuelo sin causar alteraciones al medio, es de fácil aplicación y, además, permite obtener pseudo imágenes del subsuelo. Uno de los objetivos de este documento es identificar y extraer características de una fuga en un WSS mediante imágenes de GPR, con el fin último de recrear las fugas a través de modelos 3D. Se realizaron ensayos de laboratorio bajo condiciones controladas donde se emuló una parcela en la cual se había enterrado una tubería con una pequeño orifico que simula una fuga de agua; tras introducir agua al sistema, se realizaron prospecciones con el GPR. Una vez finalizada la exploración del subsuelo, dado que las imágenes de GPR en bruto obtenidas no son fácilmente interpretables por personal no experto, tales imágenes fueron sometidas a procesamiento de datos que favorezcan su fácil interpretación. Este documento presenta dos metodologías de procesamiento de datos que permiten obtener imágenes a partir de las cuales es posible identificar tanto los componentes del sistema como la fuga y su alcance. Las metodologías de tratamiento de datos aplicadas en este documento son una metodología basada en sistemas multi-agente y el filtro de varianza, metodología basada en parámetros estadísticos de segundo orden. Posteriormente, tras aplicar estas metodologías de procesamiento a las imágenes, se sometieron los resultados a un análisis que facilitase la mejor elección evitando la subjetividad del experto. Bajo este concepto, este documento propone el uso conjunto de técnicas multicriterio. Se utilizó el Proceso de Jerarquía Analítica Difusa (FAHP, por sus siglas en inglés, Fuzzy Analytical Hierarchy Process), que permite ponderar varios criterios de evaluación, con el propósito de mitigar la incertidumbre que caracterizan los juicios de los expertos, en conjunto con el método ELECTRE III para obtener la clasificación final de alternativas, todo esto de la manera más objetiva posible. Los resultados de este documento son satisfactorios, permitiendo obtener amplio conocimiento de las fugas y su interacción con el subsuelo, proporcionando pautas para desarrollar posteriormente metodologías de automatización que permitan localizar, seguir y predecir problemas en los WSSs. / [CA] Els esforços que fan els països en conjunt amb organitzacions mundials, como ara IWA (per International Water Association), ONU-Agua i OMS (per Organització Mundial de la Salut), per a mitigar l'impacte ambiental en el camp de la hidràulica urbana són considerats de vital importància. No obstant això, l'escassetat dels recursos hídrics en el món augmenta diàriament, donat per l'augment constant de la demanda en els sectors industrial, agrícola i urbà, provocat per l'augment poblacional i el canvi climàtic. Els administradors dels sistemes d'abastiment d'aigua (WSSs, per les seus sigles en anglès, water supply systems) s'han vist desafiats a suplir la creixent demanda dels diferents sectors amb la quantitat, qualitat i eficiència necessaris i, al seu torn, reduir el desaprofitament i el mal ús del recurs. Enfocant aquesta perspectiva, les pèrdues d'aigua són el problema més gran fet front pels directors d'aquestes utilitats. Les pèrdues d'aigua en una xarxa provoquen problemes de salut, d'escassetat, econòmics i mediambientals. L'ús de tècniques d'inspecció no destructives que afavoreixen una ràpida identificació per a realitzar accions de reparació posteriors en la xarxa. Aquest treball fa ús del GPR (sigles en anglès per ground penetrating radar) com a tècnica d'inspecció no destructiva perquè afavoreix l'exploració del subsol sense causar alteracions al entorn, és de fàcil aplicació i a més permet obtenir pseudo imatges del subsol. Un dels objectius d'aquest document és identificar i extraure característiques d'una pèrdua en un WSS mitjançant imatges de GPR, amb la fi última de recrear les pèrdues a través de models 3D. Es van realitzar assajos de laboratori sota condicions controlades on es va emular una parcel¿la en la qual s'ha enterrat una canonada amb una xicotet forat que simula una pèrdua d'aigua; després d'introduir aigua al sistema, s'obtenen prospeccions amb el GPR. Una vegada finalitzada l'exploració del subsol, atès que les imatges de GPR en brut obtingudes no són fàcilment interpretables per personal no expert, són sotmeses a processament de dades que afavorisquen la seua fàcil interpretació. Aquest document presenta dues metodologies de processament de dades que permeten obtenir imatges de les quals és possible identificar tant els components del sistema com la pèrdua i el seu abast. Les metodologies de tractament de dades aplicades en aquest document són una metodologia basada en multi-agents (MABS, per les seves sigles en anglès, multi-agent-based systems) i el filtre de variància, metodologia basada en paràmetres estadístics de segon ordre. Posteriorment, després d'aplicar aquestes metodologies de processament a les imatges se sotmeten els resultats a una anàlisi que faciliti la millor elecció evitant la subjectivitat de l'expert. Sota aquest concepte, aquest document proposa l'ús conjunt de tècniques de decisió multi-criteri (MCDM, per les seves sigles en anglès, multi-criteria decision-making). Es va utilitzar el Procés de Jerarquia Analítica Difusa (FAHP, per les seves sigles en anglès, Fuzzy Analytical Hierarchy Process) el qual s'utilitza per a ponderar diversos criteris d'avaluació, amb el propòsit de mitigar la incertesa que caracteritzen els judicis dels experts, en conjunt amb el mètode ELECTRE III, per a obtenir la classificació final d'alternatives, tot això de la manera més objectiva possible. Els resultats d'aquest document són satisfactoris, permetent obtenir ampli coneixement de les pèrdues d'aigua i la seua interacció amb el subsol, donant-nos la pauta per a desenvolupar posteriorment metodologies d'automatització que permeten localitzar, seguir i predir problemes en els WSSs. / [EN] The efforts made by the countries in collaboration with world organizations, such as IWA (for International Water Association), UN-Water and WHO (for World Health Organization), to mitigate the environmental impact in the field of urban hydraulics are considered of vital importance. However, the scarcity of water resources in the world increases daily, given by the constant increase in demand in the industrial, agricultural and urban sectors, caused by the population increase and the climate change. Managers of water supply systems (WSSs) are challenged to supply the growing demand of different sectors with sufficient quantity, quality and efficiency and, in turn, reduce waste and misuse of the resource. Focusing this perspective, water leaks are the biggest problem faced by the managers of these utilities. Leaks in a network cause health, shortage, economic and environmental problems. The use of non-destructive inspection techniques favors rapid identification to carry out subsequent repair actions on the network. This work makes use of the GPR (ground penetrating radar) as a non-destructive inspection technique because: it favors the exploration of the ground without causing alterations to the environment, it is easy to apply, and also allows to obtain pseudo images of the subsoil. This document presents two data processing methodologies that allow obtaining images from which it is possible to identify both the system components and the leak and its scope. The data treatment methodologies applied in this document are a multi-agent-based system (MABS) methodology and the variance filter, a methodology based on second-order statistical parameters. Subsequently, after applying these processing methodologies to the images, the results are subjected to an analysis that eases the best choice, avoiding expert's subjectivity. Under this concept, this document proposes the joint use of two multi-criteria decision-making (MCDM) methods. The Fuzzy Analytical Hierarchy Process (FAHP) is used first to weight various evaluation criteria, in order to mitigate the uncertainty that characterize the experts' judgments, in conjunction with the ELECTRE III method, to obtain the final classification of alternatives in the most objective way. The results of this document are satisfactory, allowing to obtain extensive knowledge of leaks and their interaction with the subsoil, giving a guideline to subsequently develop automation methodologies that allow locating, monitoring and predicting problems in WSSs. / Part of this work has been developed under the support of Fundación Carolina PhD and short-term scholarship program / Ocaña Levario, SJ. (2021). Análisis, caracterización y modelación 3D de fugas de agua en sistemas de abastecimiento de agua mediante imágenes de GPR [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/163677 / Compendio

[ES] Los servicios de agua y saneamiento son un bien considerado un derecho humano por la Asamblea General de Naciones Unidas. Sin embargo, al mismo tiempo, son un monopolio natural. Es por ello que los usuarios no pueden escoger el prestador que les suministre el servicio, sino que deben conformarse con que el opere en la zona. Así, con el fin de proteger a los usuarios de las posibles prácticas monopolísticas, es necesario supervisar la calidad del servicio prestado, así como su precio a través de un marco regulatorio. Actualmente, el marco regulatorio del sector del agua español no cuenta con una ley que regule el ciclo urbano del agua a nivel nacional que provea seguridad legal a los prestadores ni homogeneice el servicio prestado. Se trata de un sector muy atomizado, con responsabilidades dispersas entre distintos organismos y niveles administrativos. La consecuencia directa es un entramado regulatorio complejo sin una autoridad clara de guie los pasos del sector. Es por ello que los distintos actores que componen el sector empiezan a demandar una reforma que englobe sus necesidades y permita superar con éxito los retos a los que se enfrenta el sector. El propósito de esta tesis es concretar una serie de propuestas técnicas a medida para el sector del agua español que promueva la voluntad de la administración y las partes interesadas para dar el paso de reformar el sector. Para ello, se parte del estudio de los diversos métodos regulatorios y herramientas existentes, con el fin de evaluar su aplicación en los distintos marcos regulatorios internacionales y analizar cuáles serían de aplicabilidad al caso español. Tras dicho análisis, se concluye que se requieren nuevas herramientas para regular el sector con éxito. Por ello, se han diseñado una serie de metodologías basadas en la evaluación del desempeño de los servicios de agua. Éstas permiten una adecuada comparación e interpretación de los resultados obtenidos por los operadores con el fin de posibilitar una regulación económica y de la calidad del servicio que sea justa para todas las partes implicadas. Asimismo, fomentan la transparencia, la eficiencia, la mejora continua del sector y su sostenibilidad. Para finalizar, se detallan una serie de directrices técnicas que tratan los diversos aspectos a tener en cuenta al implementar un regulador en España, como son: las características que debería reunir y los aspectos a regular, la articulación de la regulación de la calidad del servicio y la regulación económica o cómo financiar e implementar dicho organismo. La principal novedad de estas propuestas de regulación es que están enfocadas de forma técnica, evitando la perspectiva económica con la que generalmente se diseñan los marcos regulatorios. De este modo, se garantiza que los usuarios reciban un servicio de calidad al mejor precio, preservando el derecho humano al agua. / [CA] Els serveis d'aigua i sanejament són un bé considerat un dret humà per l'Assemblea General de Nacions Unides. No obstant això, al mateix temps, són un monopoli natural. Per aquesta raó, els usuaris no poden escollir el prestador que els subministra el servei, sinó que s'han de conformar amb el que treballe en la seua zona. Així, amb la fi de protegir als usuaris de les possibles pràctiques monopolístiques, cal supervisar la qualitat del servei prestat, així com el ser preu mitjançant un marc regulador. Actualment, el marc regulador del sector de l'aigua espanyol no compta amb una llei a nivell nacional que regule el cicle urbà de l'aigua, que proporcione seguretat legal als prestadors dels serveis i homogeneïtze el servei prestat. Es tracta d'un servei molt atomitzat, amb responsabilitats disperses entre diversos organismes i nivells administratius. La conseqüència directa és un entramat regulador complexe sense una autoritat clara que guie les passes del sector. Per aquesta raó, els distints actors que formen part del sector comencen a demandar una reforma d'aquest marc, de forma que s'engloben les seues necessitats i els permeta superar amb èxit els reptes als que s'enfronta el sector. El propòsit d'aquesta tesi es concretar una proposta tècnica a mesura per al sector de l'aigua espanyol, que fomente la voluntat de l'administració i les parts interessades per a donar el pas de reformar el sector. Així, es parteix de l'estudi dels diversos mètodes reguladors i ferramentes existents, amb la fi d'avaluar la seua aplicació en els distints marcs reguladors internacionals i analitzar quines serien d'aplicabilitat al cas espanyol. Després d'aquest anàlisi, es conclou que es requereixen noves ferramentes per a regular el sector amb èxit. Per això, s'han dissenyat una serie de metodologies basades en l'avaluació del rendiment dels serveis d'aigua. Aquestes permeten una adequada comparació e interpretació dels resultats obtinguts pels operadors amb la fi de possibilitar una regulació econòmica i de la qualitat del servei, que siga justa per a totes les parts implicades. A més, fomenten la transparència, l'eficiència, la millora continua del sector i la seua sostenibilitat. Per a finalitzar, es detallen una serie de directrius tècniques que tracten els diversos aspectes a considerar a l'implementar un regulador en Espanya, com són: les característiques que deuria reunir i els aspectes a regular, l'articulació de la regulació de la qualitat del servei i la regulació econòmica, o seu finançament i implementació. La principal novetat d'aquestes propostes reguladores és que estan enfocades de forma tècnica, evitant la perspectiva econòmica amb la que generalment es dissenyen els marcs reguladors. D'aquesta forma, es garantisca que els usuaris reben un servei de qualitat al millor preu, preservant el dret humà a l'aigua. / [EN] Access to Water services and sanitation are considered a human right by the United Nations. However, simultaneously, they are a natural monopoly which means that users cannot choose the utility. They will receive the services from the utility operating in that particular area, regardless its cost and quality of the services provided. Therefore, regulatory frameworks emerge with the aim of protecting customers from the possible monopolistic practices, supervising the quality of the service provided and the cost of the services. The Spanish water sector is very fragmented, with responsibilities dispersed among different agencies and administrative levels. In fact, the regulatory framework does not count with a law that regulates the urban water cycle, provides legal security to utilities and homogenizes the level of the service provided at a national level. The direct consequence is a complex regulatory framework without a clear authority to guide the steps of the sector. For that reason, the different stakeholders in the water sector request a reform in the regulatory framework that encompasses their needs and allows them to successfully overcome the challenges the sector is facing. The purpose of this thesis is to specify a series of technical proposals designed for the Spanish water sector in order to promote the determination of the government and the stakeholders to take a step forward and reform the sector. This work starts studying the existing regulatory methods and tools with the aim of evaluating their application in the different international regulatory frameworks and analyse their applicability into the Spanish case. This study concludes that new tools are required to regulate the sector successfully. Therefore, a series of methodologies have been designed, based on the performance assessment of utilities and enabling an adequate comparison and interpretation of the utilities' results. They have been created with the aim to allow for an economic and quality of the service regulation fair for all stakeholders. These methods are based in transparency and promote efficiency, continuous improvement of the sector and its sustainability. Finally, a series of technical guidelines are detailed with the aim to address the aspects to take into account when implementing a new regulatory framework in Spain, such as: the characteristics it should meet, the aspects to regulate, the articulation of the quality of the service and economic regulation, or how to finance and implement said body. The main novelty of his work is that it approaches regulation with a technical focus, avoiding the economic perspective with which regulatory frameworks are generally designed. In this way, it guarantees that users receive an appropriate quality of the service at the best price, preserving the human right to water. / Estruch Juan, ME. (2021). Diseño de una propuesta para la regulación técnica de los servicios de agua en España [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/172222

Tesis por compendio / [ES] Actualmente, la mayor parte de la población mundial vive en ciudades y se espera que esta tendencia continúe, trasladando cada año más población rural hacia las áreas urbanas. Este fenómeno se debe principalmente al desarrollo económico que se genera en las ciudades. Estas condiciones plantean desafíos importantes para las ciudades en cuanto a su planificación y gestión. Si el crecimiento de la urbanización se gestiona adecuadamente puede contribuir al crecimiento sostenible, aumentando la productividad y el nivel de vida de las personas. Sin embargo, no se puede pasar por alto que el crecimiento de las ciudades implica una afectación al medioambiente. Uno de los problemas que más preocupación causa es la expansión de las ciudades que sustituyen los espacios verdes y agrícolas que rodean a las ciudades por calles y estructuras impermeables. Este proceso disminuye la capacidad del suelo para absorber el agua en un evento de lluvia, incrementando la escorrentía y el riesgo de inundaciones. Si a este problema particular de las ciudades, le sumamos el innegable cambio climático que aumenta la frecuencia de eventos de lluvias extremas en ciertas zonas del planeta, la adaptación de la infraestructura de las ciudades para hacerlas más seguras es una necesidad imperiosa. Los sistemas de drenaje son infraestructuras esenciales, concebidos para captar y transportar el agua producto de las precipitaciones, su buen funcionamiento genera seguridad y bienestar a las personas mientras que un funcionamiento inadecuado se asocia al riesgo y a la vulnerabilidad. Bajo escenarios de cambio climático estas estructuras que fueron diseñadas para caudales menores no garantizan la efectiva evacuación de las aguas, volviendo a las ciudades vulnerables a las inundaciones que pueden generar pérdidas sociales y económicas. Para mitigar estos impactos se han desarrollado diferentes medidas como las denominadas buenas prácticas de manejo o la instalación de sistemas de drenaje con tecnología de bajo impacto, entre otras. Sin embargo, estas medidas no son suficientes para controlar el caudal pico de una lluvia extrema. Adaptar la red existente a las nuevas condiciones climáticas, se presenta como una alternativa idónea para el control de las inundaciones en el entorno urbano. Ampliar la capacidad de la red cambiando el tamaño de las tuberías por otras de mayor diámetro ha sido el enfoque tradicional que se ha venido usando desde hace muchos años. La inclusión de tanques de tormenta en el sistema es una medida que se adoptó posteriormente para dotarlo de mayor resiliencia a los picos de lluvias extremas. Desafortunadamente la construcción de estas estructuras en el entorno conlleva una gran dificultad por el tamaño de la intervención, el tiempo y el coste. En este contexto, el presente trabajo, presenta una novedosa forma de mejorar las redes de drenaje combinando el cambio de tuberías, la instalación de tanques de tormenta en la red de drenaje e incluye también elementos de control hidráulico en la red de drenaje. Con estas acciones se considera que la rehabilitación de la red será más eficiente en términos técnicos y económicos. Para lograrlo, se usa un modelo de optimización creado a partir de un algoritmo genético modificado conectado al modelo SWMM mediante una toolkit. El modelo de optimización se enfoca en minimizar el coste de la infraestructura requerida y de los costes asociados a las inundaciones. Planteado así el problema, se define una función objetivo compuesta por funciones de coste que será evaluada para encontrar las mejores soluciones. El desarrollo de diferentes pasos para la obtención de una metodología eficiente, las estrategias para reducir los tiempos de cálculo y el esfuerzo computacional, el análisis económico de las inundaciones y las estructuras requeridas se detalla en cada capítulo de esta tesis. / [CA] Actualment, la major part de la població mundial viu en ciutats i s'espera que aquesta tendència continue, traslladant cada any més població rural cap a les àrees urbanes. Aquest fenomen es deu principalment al desenvolupament econòmic que es genera a les ciutats. Aquestes condicions plantegen desafiaments importants per a les ciutats quant a la seua planificació i gestió. Si el creixement de la urbanització es gestiona adequadament pot contribuir al creixement sostenible, augmentant la productivitat i el nivell de vida de les persones. No obstant això, no es pot passar per alt que el creixement de les ciutats implica una afectació al medi ambient. Un dels problemes que més preocupació causa és l'expansió de les ciutats que substitueixen els espais verds i agrícoles que envolten a les ciutats per carrers i estructures impermeables. Aquest procés disminueix la capacitat del sòl per a absorbir l'aigua en un esdeveniment de pluja, incrementant l'escolament i el risc d'inundacions. Si a aquest problema particular de les ciutats, li sumem l'innegable canvi climàtic que augmenta la freqüència d'esdeveniments de pluges extremes en unes certes zones del planeta, l'adaptació de la infraestructura de les ciutats per a fer-les més segures és una necessitat imperiosa. Els sistemes de drenatge són infraestructures essencials, concebuts per a captar i transportar l'aigua producte de les precipitacions, el seu bon funcionament genera seguretat i benestar a les persones mentre que un funcionament inadequat s'associa al risc i a la vulnerabilitat. Sota escenaris de canvi climàtic aquestes estructures que van ser dissenyades per a cabals menors no garanteixen l'efectiva evacuació de les aigües, tornant a les ciutats vulnerables a les inundacions que poden generar pèrdues socials i econòmiques. Per a mitigar aquests impactes s'han desenvolupat diferents mesures com les denominades bones pràctiques de maneig o la instal·lació de sistemes de drenatge amb tecnologia de baix impacte, entre altres. No obstant això, aquestes mesures no són suficients per a controlar el cabal pique d'una pluja extrema. Adaptar la xarxa existent a les noves condicions climàtiques, es presenta com una alternativa idònia per al control de les inundacions en l'entorn urbà. Ampliar la capacitat de la xarxa canviant la grandària de les canonades per altres de major diàmetre ha sigut l'enfocament tradicional que s'ha vingut usant des de fa molts anys. La inclusió de tancs de tempesta en el sistema és una mesura que es va adoptar posteriorment per a dotar-lo de major resiliència als pics de pluges extremes. Desafortunadament la construcció d'aquestes estructures en l'entorn comporta una gran dificultat per la grandària de la intervenció, el temps i el cost. En aquest context, el present treball, presenta una nova manera de millorar les xarxes de drenatge combinant el canvi de canonades, la instal·lació de tancs de tempesta en la xarxa de drenatge i inclou també elements de control hidràulic en la xarxa de drenatge. Amb aquestes accions es considera que la rehabilitació de la xarxa serà més eficient en termes tècnics i econòmics. Per a aconseguir-ho, s'usa un model d'optimització creat a partir d'un algorisme genètic modificat connectat al model SWMM mitjançant una toolkit. El model d'optimització s'enfoca a minimitzar el cost de la infraestructura requerida i dels costos associats a les inundacions. Plantejat així el problema, es defineix una funció objectiu composta per funcions de cost que serà avaluada per a trobar les millors solucions. El desenvolupament de diferents passos per a l'obtenció d'una metodologia eficient, les estratègies per a reduir els temps de càlcul i l'esforç computacional, l'anàlisi econòmica de les inundacions i les estructures requerides es detalla en cada capítol d'aquesta tesi. / [EN] Currently, most of the world's population lives in cities and this trend is expected to continue, moving more rural population to urban areas every year. This phenomenon is mainly due to the economic development that is generated in the cities. These conditions pose significant challenges for cities in terms of planning and management. If the growth of urbanization is properly managed, it can contribute to sustainable growth, increasing productivity and people's standard of living. However, it cannot be overlooked that the growth of cities implies an impact on the environment. One of the problems that causes the most concern is the expansion of cities that replace the green and agricultural spaces that surround the cities with streets and impermeable structures. This process decreases the capacity of the soil to absorb water in a rain event, increasing runoff and the risk of flooding. If adding to this problem of cities the undeniable climate change that increases the frequency of extreme rainfall events in certain areas of the planet, the adaptation of the infrastructure of cities to make them safer is an urgent need. Drainage systems are essential infrastructures, designed to capture and transport water produced by precipitation, their proper functioning generates security and wellness for people, while inadequate functioning is associated with risk and vulnerability. Under climate change scenarios, these structures, which were designed for lower flows, do not guarantee the effective evacuation of water, making cities vulnerable to floods that can generate social and economic losses. To mitigate these impacts, different measures have been developed, such as the so-called Best Management Practices or the installation of Low Impact Development etc. However, these measures are not enough to control the peak flow of extreme rainfall. Adapting the existing network to the new climatic conditions is presented as an ideal alternative for flood control in the urban environment. Expanding the capacity of the network by changing the size of the pipes for others with a larger diameter has been the traditional approach that has been used for many years. The inclusion of storm tanks in the system is a measure that was later adopted to provide it with greater resilience to extreme rainfall peaks. Unfortunately, the construction of these structures in the environment entails great difficulty due to the size of the intervention, the time, and the cost. In this context, the present work presents a novel way of improving drainage networks combining the replacement of pipes, the installation of storm tanks in the drainage network and also includes elements of hydraulic control in the drainage network. With these actions it is considered that the rehabilitation of the network will be more efficient in technical and economic terms. To achieve this, an optimization model created from a modified genetic algorithm connected to the SWMM model through a toolkit is used. The optimization model focuses on minimizing the cost of the required infrastructure and the costs associated with flooding. Posing the problem in this way, an objective function is defined composed of cost functions that will be evaluated to find the best solutions. The development of different steps to obtain an efficient methodology, the strategies to reduce calculation times and computational effort, the economic analysis of floods and the required structures are detailed in each chapter of this thesis. / I want to mention the support for the realization of this thesis from the Program Fondecyt through Project No. 1210410 and Project No. 1180660 of the National Agency for Research and Development (ANID) of Chile. From the program PAID 12-21 of the Polytechnic University of Valencia and the program E+/EU Erasmus+ Traineeship. / Bayas Jiménez, LA. (2023). Flood control in urban areas through the rehabilitation of drainage networks [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/199234 / Compendio