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

[EN] The main objective was aimed at determining the biomass production from water based on water relations, levels of water consumption of the species, and climate variables that affect the formation of biomass and soil present and specifically it focused on two forage crops which were Forage Oats (Avena sativa L.) and ryegrass (Lolium perenne). The solution to the problem is based on AquaCrop model (FAO) Steduto et al, (2009) which was recently proposed for the determination of both biomass and agricultural production from water transpired by herbaceous species, this is gather scientific and technological advances on the effect of water in the estimation of crop production has been achieved in recent years. In the present research we have identified key variables AquaCrop model input for the two species mentioned, through field research conducted using the methodology gradient Hanks et al., (1980), and a new methodology proposal for determining water stress. A total of 18 major experiments were developed to generate the levels of biomass production of forage oats and ryegrass, determining 32 variables or parameters for each crop that requires the model to estimate the biomass produced by the forage and pasture. The experiments were conducted mainly during the years 2008-2013 in "Centro de Investigación Tibaitatá (CORPOICA)" located in the savannah of Bogota (Colombia). For forage oats were developed five cycles and ryegrass crops three complete cycles, with seven, four and two cuts were made respectively. Based on the information provided in the field, forage oats and ryegrass crops were calibrated and validated for AquaCrop model reaching adjustments R2=0.92, RMSE=1,86t.ha-1, NRMSE=17.67%, EF=0.91, d=0.97 for forage oat and R2=0.97, RMSE=0,47t.ha-1, NRMSE=13.6%, EF=0.88, d=0.98 for ryegrass. Two synthetic crops were determined one for each specie, which are "prototypes" for estimating biomass by the water use in different conditions of crops. The total biomass was determined to forage oats at 22.2 t.ha-1 on average with peaks that can reach up to 27 t.ha-1 in the production environment of the savannah of Bogota. For ryegrass total biomass reached levels of up to 9 t.ha-1 on average with peaks that can reach up to 9,9 t.ha-1 for the period from planting to first cut, and 6 t.ha-1 for others cuts. The intrinsic water footprint for fodder oats was determined in 175 L.kg-1 and 442 ryegrass L.kg-1 and 431 L.Kg-1. As alternative outcomes that support the calibration and validation of the model is also obtained, determining reference evapotranspiration in the region, the curves of Kc, Kcb and Ke determining the intrinsic water footprint of the two species, the development of canopy cover over the phenological cycles of the species studied, the curves of soil moisture and biomass in response to six levels of irrigation and various planting and production functions of both species. The conservative parameters of forage oats and ryegrass crops were determined like a sample referenced parameters and local variables nonconservative of these species, which is globally in a significant advance in calibration and validation for AquaCrop model of forage crops. / [ES] El objetivo principal estuvo orientado a la determinación de la producción de biomasa a partir del agua con base en las relaciones hídricas, los niveles de consumo de agua de las especies, y las variables del clima que inciden en la formación de biomasa y el suelo presentes y se centró específicamente en dos cultivos forrajeros los cuales fueron Avena Forrajera (Avena sativa, L.) y Raigrás (Lolium perenne). La solución al problema se basa en el modelo AquaCrop (FAO) Steduto et al, (2009) el cual fue propuesto recientemente para la determinación tanto de la biomasa como de la producción agrícola a partir del agua transpirada por las especies herbáceas, en este se reúnen los avances científicos y tecnológicos que sobre el efecto del agua en la estimación de la producción de cultivos se ha logrado en los últimos años. En el presente trabajo de investigación se han determinado las principales variables de entrada al modelo AquaCrop, para las dos especies mencionadas, por medio de investigación de campo realizada con la metodología del gradiente de Hanks et al, (1980), y con una nueva metodología propuesta para la determinación del estrés hídrico. Se desarrollaron un total de 18 experimentos principales generando los niveles de producción de biomasa de avena forrajera y raigrás, determinando 32 variables o parámetros para cada uno de los cultivos que requiere el modelo para la estimación de la biomasa producida por las especies forrajeras y pastos. Los experimentos fueron realizados principalmente durante los años 2008 a 2013 en el Centro de Investigación Tibaitatá (CORPOICA) ubicado en la Sabana de Bogotá (Colombia). Para avena forrajera se desarrollaron cinco ciclos del cultivo y para raigrás se hicieron tres ciclos completos con siete, cuatro y dos cortes respectivamente. Con base en la información establecida en campo se calibraron y validaron los cultivos de avena forrajera y raigrás para el modelo AquaCrop alcanzando ajustes de R2=0,92, RMSE=1,86t.ha-1, NRMSE=17,67%, EF=0,91, y d=0,97 para avena forrajera y de R2=0,97, RMSE=0,47t.ha-1, NRMSE=13,6%, EF=0,88, y d=0,98 para raigrás. Se determinaron dos cultivos sintéticos uno para cada especie, los cuales constituyen los "prototipos" que son el punto de partida para la estimación de la biomasa a partir del uso del agua en diferentes condiciones de los cultivos mencionados. La biomasa total para avena forrajera fue determinada en 22,2t.ha-1 en promedio con valores máximos que pueden llegar a alcanzar hasta 27t.ha-1 en el entorno productivo de la sabana de Bogotá. Para raigrás la biomasa total alcanzó niveles de hasta 9t.ha-1, para el período de siembra a primer corte, y de 6t.ha-1 para los cortes posteriores al primero. La huella hídrica intrínseca para avena forrajera fue determinada en 175L.kg-1 y para raigrás en 442L.kg-1 y 431L.Kg-1. Como resultados alternativos que fundamentan la calibración y validación del modelo se obtuvieron además, la determinación de la evapotranspiración de referencia de la región, las curvas de Kc, Kcb y Ke que determinan la huella hídrica de las dos especies, los desarrollos de las coberturas del dosel a través de los ciclos fenológicos de las especies estudiadas, las curvas de humedad del suelo y de biomasa en respuesta a seis niveles de riego y varias épocas de siembra y las funciones de producción de ambas especies. Se determinaron los parámetros conservativos de los cultivos de avena forrajera y raigrás, así como una muestra referenciada localmente de los parámetros y variables no conservativos de estas especies, lo que constituye a nivel mundial en un avance significativo en la calibración y validación del modelo AquaCrop para cultivos forrajeros. / [CA] L'objectiu principal va estar orientat a la determinació de la producció de biomassa a partir de l'aigua amb base en les relacions hídriques, els nivells de consum d'aigua de les espècies, i les variables del clima que incideixen en la formació de biomassa i el sòl presents i es va centrar específicament en dos cultius forrajeros els quals van ser Civada Forrajera (Avena sativa, L.) i Raigrás (Lolium perenne). La solució al problema es basa en el model AquaCrop (FAO) Steduto et al, (2009) el qual va ser proposat recentment per a la determinació tant de la biomassa com de la producció agrícola a partir de l'aigua transpirada per les espècies herbàcies, en aquest es reuneixen els avanços científics i tecnològics que sobre l'efecte de l'aigua en l'estimació de la producció de cultius s'ha aconseguit en els últims anys. En el present treball de recerca s'han determinat les principals variables d'entrada al model AquaCrop, per a les dues espècies esmentades, per mitjà de recerca de camp realitzada amb la metodologia del gradient d'Hanks et al, (1980), i amb una nova metodologia proposada per a la determinació de l'estrès hídric. Es van desenvolupar un total de 18 experiments principals generant els nivells de producció de biomassa de civada forrajera i raigrás, determinant 32 variables o paràmetres per a cadascun dels cultius que requereix el model per a l'estimació de la biomassa produïda per les espècies forrajeras i pastures. Els experiments van ser realitzats principalment durant els anys 2008 a 2013 en el Centre de Recerca Tibaitatá (CORPOICA) situat en la Sabana de Bogotà (Colòmbia). Per a civada forrajera es van desenvolupar cinc cicles del cultiu i per a raigrás es van fer tres cicles complets amb set, quatre i dues corts respectivament. Amb base en la informació establida en camp es van calibrar i van validar els cultius de civada forrajera i raigrás per al model AquaCrop aconseguint ajustos de R2=0,92, RMSE=1,86t.ha-1, NRMSE=17,67%, EF=0,91, i d=0,97 per a civada forrajera i de R2=0,97, RMSE=0,47t.ha-1, NRMSE=13,6%, EF=0,88, i d=0,98 per a raigrás. Es van determinar dos cultius sintètics un per a cada espècie, els quals constitueixen els "prototips" que són el punt de partida per a l'estimació de la biomassa a partir de l'ús de l'aigua en diferents condicions dels cultius esmentats. La biomassa total per a civada forrajera va ser determinada en 22,2t.ha-1 en mitjana amb valors màxims que poden arribar a aconseguir fins a 27t.ha-1 en l'entorn productiu de la sabana de Bogotà. Per a raigrás la biomassa total va aconseguir nivells de fins a 9t.ha-1, per al període de sembra a primer tall, i de 6t.ha-1 per als corts posteriors al primer. La petjada hídrica intrínseca per a civada forrajera va ser determinada en 175L.kg-1 i per a raigrás en 442L.kg-1 i 431L.kg-1. Com a resultats alternatius que fonamenten el calibratge i validació del model es van obtenir a més, la determinació de la evapotranspiración de referència de la regió, les corbes de Kc, Kcb i Ke que determinen la petjada hídrica de les dues espècies, els desenvolupaments de les cobertures del dosel a través dels cicles fenológicos de les espècies estudiades, les corbes d'humitat del sòl i de biomassa en resposta a sis nivells de reg i diverses èpoques de sembra i les funcions de producció d'ambdues espècies. Es van determinar els paràmetres conservatius dels cultius de civada forrajera i raigrás, així com una mostra referenciada localment dels paràmetres i variables no conservatius d'aquestes espècies, la qual cosa constitueix a nivell mundial en un avanç significatiu en el calibratge i validació del model AquaCrop per a cultius forrajeros. / Terán Chaves, CA. (2015). Determinación de la huella hídrica y modelación de la producción de biomasa de cultivos forrajeros a partir del agua en la Sabana de Bogotá (Colombia) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/54133

[EN] In this thesis, transport and fate of organophosphate pesticides - azinphos-methyl and chlorpyrifos- in productive soils from the valley of the Neuquén River in the Patagonia Argentina are analysed. Climate of the region is arid, so traditional fruit production is under flood irrigation. The soils in the floodplain are predominant Aridisols with textures from sandy loam to clay loam. Methodologically, the thesis was based on: field experiments and data and information processing conducted over a period of about 7 years. Dominant soil sites were selected in a transect perpendicular to the axis of the valley. In each place, pits were performed in order to describe horizons present in the profile. Samples were collected to determine textural composition and water retention curve in laboratory. Field experiments were done with the dye tracer FD & C Blue N° 1, applying water depth similar to those used in the production irrigation, to describe the mechanisms of preferential flow present in A and B horizons of soil. Through principal component analysis, the selected four sites were grouped in two types with different hydraulic and textural characteristics. Field studies and laboratory tests along with bibliographic information allowed the parametrization of the dual-permeability model MACRO. Calibration was done with groundwater level data and azinphos-methyl concentration data measured in the soil horizons, while validation was performed with chlorpyrifos determined in the same samples as azinphos-methyl. The modelling of the dynamics of azinphos-methyl and chlorpyrifos in the profiles of both types of soil corroborated the existence of preferential flow as a mechanism that occurs in short time intervals and facilitates the entry of pesticides into the soil. The preferential migration occurs mainly through biopores, structures that form soil aggregates and heterogeneities- such as boundaries between horizons- in both types of soil. In the clay loam soil, preferential migration is also produced through desiccation cracks. Boundary conditions, surface irrigation and water table swing at the base of the profile, link the dynamic of preferential transport. Pesticides transport through the soil micropores is performed with a slower flow, in balance, enabling retention and degradation of the solutes in the surface layers. Uncertainty in predicting pesticide leaching into the aquifer was analysed by sensitivity analysis of the 35 model parameters. In addition to the sensitivity of the model to the soil hydraulic and geochemical pesticides parameters, the irrigation depth is the main source of uncertainty in estimating both types of soil and substances. Productive management alternatives were simulated to reduce leaching into the underlying unconfined aquifer. Among these, the incorporation of organic matter was the best alternative. Finally, aware of the complexity of the phenomenon studied and its modelling, the most relevant aspects that would improve the application of MACRO to study the impact of pesticides leaching in the valley production systems are cited. The model parameterization for the types of soil present in the region facilitates the use of this tool both at the profile and basin scale. The implementation of the parameterized model with GIS will be able to classify the productive area in pollution sensitive areas of unconfined aquifer by the application of pesticides. / [ES] En esta tesis doctoral se analiza el transporte y destino de los plaguicidas organofosforados -metil azinfos y clorpirifós- en suelos productivos del valle del Río Neuquén en la Patagonia Argentina. La región es de clima árido por lo que la producción frutícola tradicional se realiza bajo riego por gravedad. Los suelos presentes en la llanura aluvial son aridisoles con texturas predominantes desde franca arenosa a franca arcillosa. Metodológicamente, la tesis se basó en dos instancias, una de campo y otra de procesamiento de datos e información en gabinete, realizadas durante un período de unos 7 años. En una transecta perpendicular al eje del valle se seleccionaron sitios con suelos dominantes donde se realizaron calicatas para la descripción de los horizontes presentes en el perfil. Se extrajeron muestras para determinar en laboratorio la composición textural y la curva de tensión humedad. Ensayos de campo con colorante FD&C Blue N°1 aplicando láminas de riego semejantes a las utilizadas en la producción, permitieron describir los mecanismos de flujo preferencial presentes en los horizontes A y B del suelo. Mediante análisis de componentes principales se agruparon los cuatro suelos seleccionados a priori, en dos grupos con diferentes características hidráulicas y texturales. Los estudios de campo y de laboratorio realizados junto con información bibliográfica, permitieron parametrizar el programa MACRO de flujo y transporte en un medio de porosidad dual (microporos y macroporos). La calibración se realizó con datos de nivel freático y con datos de concentración de metil azinfos medidos en los horizontes del suelo, mientras que la validación se efectuó con clorpirifós determinados en las mismas muestras que metil azinfos. La modelación de la dinámica de metil azinfos y clorpirifós en el perfil de ambos tipos de suelos, permitió corroborar la existencia de flujo preferencial como mecanismo que ocurre en pequeños intervalos de tiempo y que facilita el ingreso de los plaguicidas hacia el subsuelo. La migración preferencial se produce principalmente a través de bioporos, de estructuras que forman los agregados del suelo y de heterogeneidades -como límites entre horizontes- en ambos tipos de suelos. En el suelo franco arcilloso se produce además a través de grietas de desecación. La dinámica del transporte preferencial está vinculada a las condiciones de borde: el riego en la superficie y la oscilación del nivel freático en la base del perfil. El transporte de los plaguicidas a través de los microporos del suelo, se realiza con flujo más lento, en equilibrio, que posibilita la retención y degradación de los solutos en las capas superficiales. Se analizó la incertidumbre en la predicción de la lixiviación de plaguicidas al acuífero mediante análisis de sensibilidad de 35 parámetros del modelo. Además de la sensibilidad del modelo a los parámetros hidráulicos del suelo y los geoquímicos de los plaguicidas, se comprueba la importancia de la lámina de riego que se transforma en la principal fuente de incertidumbre en la estimación en ambos tipos de suelos y sustancias. Para disminuir la lixiviación hacia el acuífero libre subyacente, se simularon alternativas de manejo productivo siendo la incorporación de materia orgánica la que se presenta como la mejor alternativa. Por último, conscientes de la complejidad del fenómeno estudiado y su modelación, se señalan los aspectos más relevantes que permitirían mejorar la aplicación de MACRO para estudiar el impacto de la lixiviación de plaguicidas en los sistemas productivos del valle. La parametrización del modelo para los tipos de suelos presentes en la región, facilitaría la utilización de esta herramienta tanto a escala del perfil como de cuenca. La implementación del modelo parametrizado con Sistemas de Información Geográfica permitirá clasificar el área productiva en zonas de susceptibilidad a la con / [CA] En esta tesi doctoral s'analitza el transport i destí dels plaguicides organofosforats -metil azinfos i clorpirifós- en sòls productius de la vall del Riu Neuquén en la Patagònia Argentina. La regió és de clima àrid pel que la producció frutícola tradicional es realitza baix reg per gravetat. Els sòls presents en la plana al¿luvial són aridisols amb textures predominants des de franca arenosa a franca argilosa. Metodològicament, la tesi es va basar en dos instàncies, una de camp i una altra de processament de dades i informació en gabinet, realitzades durant un període d'uns 7 anys. En un transecte perpendicular a l'eix de la vall es van seleccionar llocs amb sòls dominants on es van realitzar sondatges per a la descripció dels horitzons presents en el perfil. Es van extraure mostres per a determinar en laboratori la composició textural i la corba de tensió humitat. Assajos de camp amb colorant FD&C Blue N °1 aplicant làmines de reg semblants a les utilitzades en la producció, van permetre descriure els mecanismes de flux preferencial presents en els horitzons A i B del sòl. Per mitjà d'anàlisi de components principals es van agrupar els quatre sòls seleccionats a priori, en dos grups amb diferents característiques hidràuliques i texturales. Els estudis de camp i de laboratori realitzats junt amb informació bibliogràfica, van permetre parametritzar el programa MACRO de flux i transport en un mitjà de porositat dual (microporus i macroporus) . El calibratge es va realitzar amb dades de nivell freàtic i amb dades de concentració de metil azinfos mesurats en els horitzons del sòl, mentres que la validació es va efectuar amb clorpirifós determinats en les mateixes mostres que metil azinfos. La modelació de la dinàmica de metil azinfos i clorpirifós en el perfil d'ambdós tipus de sòls, va permetre corroborar l'existència de flux preferencial com a mecanisme que ocorre en xicotets intervals de temps i que facilita l'ingrés dels plaguicides cap al subsòl. La migració preferencial es produeix principalment a través de bioporus, d'estructures que formen els agregats del sòl i d'heterogeneïtats -com límits entre horitzons- en ambdós tipus de sòls. En el sòl franc argilós es produeix a més a través de clavills de dessecació. La dinàmica del transport preferencial està vinculada a les condicions de contorno: el reg en la superfície i l'oscil¿lació del nivell freàtic en la base del perfil. El transport dels plaguicides a través dels microporus del sòl, es realitza amb flux més lent, en equilibri, que possibilita la retenció i degradació dels soluts en les capes superficials. Es va analitzar la incertesa en la predicció de la lixiviació de plaguicides a l'aqüífer per mitjà d'anàlisi de sensibilitat de 35 paràmetres del model. A més de la sensibilitat del model als paràmetres hidràulics del sòl i els geoquímics dels plaguicides, es comprova la importància de la làmina de reg que es transforma en la principal font d'incertesa en l'estimació en ambdós tipus de sòls i substàncies. Per a disminuir la lixiviació cap a l'aqüífer lliure subjacent, es van simular alternatives de gestió productiva sent la incorporació de matèria orgànica la que es presenta com la millor alternativa. Finalment, conscients de la complexitat del fenomen estudiat i la seua modelació, s'assenyalen els aspectes més rellevants que permetrien millorar l'aplicació de MACRO per a estudiar l'impacte de la lixiviació de plaguicides en els sistemes productius de la vall. La parametrització del model per als tipus de sòls presents en la regió, facilitaria la utilització d'esta ferramenta tant a escala del perfil com de conca. La implementació del model parametritzat amb Sistemes d'Informació Geogràfica permetrà classificar l'àrea productiva en zones de susceptibilitat a la contaminació de l'aqüífer lliure per l'aplicació de plaguicides. / Dufilho, ACA. (2016). Caracterización y modelación del transporte preferencial de plaguicidas organofosforados en suelos productivos bajo riego. Aplicación al Distrito Colonia Centenario, Patagonia Argentina [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62587

La calidad del agua en los sistemas naturales y en particular en las aguas continentales influye en la salud de los ecosistemas acuáticos así como en los diferentes posibles usos del recurso hídrico. Por otro lado una adecuada gestión de los recursos hídricos es uno de los factores principales para el uso eficiente del agua y, en consecuencia, para alcanzar un desarrollo sostenible que proporcione un equilibrio entre el hombre y el medio ambiente.Históricamente ambos conceptos, la calidad y la gestión del agua, han sido tratados científica y administrativamente de forma separada. Pocos son los desarrollos sobre simulación y optimización de sistemas de recursos hídricos que tienen en cuenta la calidad del agua. En la gestión de los recursos tan solo en momentos en que la calidad del agua supone un serio limitante en la utilización del recurso se considera su importancia y normalmente como una reducción de la misma.En los últimos años existe un aumento de la importancia de los aspectos ambientales en la conciencia social y en la legislación, como refleja la última directiva europea sobre política de aguas (UE, 2000). Esto tiene como consecuencia que la gestión y la planificación de los recursos hídricos se tenga que realizar, en un futuro próximo, bajo los objetivos de eficiencia y protección del entorno. Para ello, ambas materias deben ser entendidas como una sola e inseparable.En esta tesis doctoral se ha desarrollado un módulo o herramienta para la modelación de la calidad de sistemas de recursos hídricos. Esta herramienta funciona en coordinación con el Sistema Soporte de Decisión (SSD) AQUATOOL, desarrollado previamente por el DIHMA de la Universidad Politécnica de Valencia, para la planificación y gestión de sistemas de recursos hídricos. El programa GESCAL permite la modelación de la mayor parte de los constituyentes convencionales como son la temperatura, el oxígeno disuelto, el ciclo del nitrógeno, el fósforo en sus distintas formas, el fitoplancton y otros c / Paredes Arquiola, J. (2004). Integración de la modelación de la calidad del agua en un sistema de ayuda a la decisión para la gestión de recursos hídricos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1895

La presente tesis doctoral está encaminada al estudio de los procesos que sufren los purines que en lugar de ser tratados serán aprovechados para el abonado de campos agrícolas. El trabajo realizado en dicha tesis se puede resumir en varias etapas. La primera etapa consistió en un montaje experimental de nueve columnas en las que se variaron la longitud y granulometría de la columna de suelo y las dosis de purín aplicadas, siendo la mínima la establecida como tal en la legislación Española actual. Se aplicó un volumen de agua correspondiente a los datos diarios de lluvia de la estación climática de Onda (Castellón). Con este trabajo experimental se ha pretendido conocer la importancia de los diversos procesos del ciclo del nitrógeno en el suelo (mineralización, nitrificación, desnitrificación y volatilización), evaluar su dependencia a factores externos (granulometría y longitud de la columna de suelo y dosificación de purín), analizar la movilidad y transformaciones del nitrógeno en el suelo y obtener la información necesaria para la calibración del modelo matemático PRZM.3.12.2 de infiltración de las formas nitrogenadas en la zona no saturada. Posteriormente, se realizó un análisis de sensibilidad del modelo PRZM.3.12.2 sobre las constantes con las que se modela el ciclo del nitrógeno y se cuantificó su efecto y tendencia en las formas nitrogenadas lixiviadas y almacenadas en el perfil del suelo, así como también en las reacciones del ciclo del nitrógeno. También se analizó la sensibilidad del programa a variables de entrada difíciles de establecer su valor en el laboratorio como son el porcentaje de fracción refractaria del nitrógeno orgánico del purín y los porcentajes de nitrógeno orgánico labil y en solución contenidos inicialmente en el suelo. Se calibró el modelo PRZM.3.12.2 a partir de la información obtenida de las columnas experimentales, haciendo hincapié en las variables más sensibles del modelo. Aprovechando el desarrollo experimental realizado, / Montoya Campuzano, MI. (2008). Modelación matemática del transporte y transformaciones del nitrógeno procedente de la aplicación agrícola de purines en la zona no saturada del suelo. Influencia de las variables relacionadas con la estructura del terreno [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/4624

Los sedimentos presentes en el fondo de las masas de agua se forman de manera natural por deposición de partículas desde la columna de agua. El desequilibrio del aporte natural de sedimentos, inducido en numerosas ocasiones por actividades humanas, genera impactos negativos en las masas de agua receptoras, relacionados tanto con la cantidad de los sedimentos como con la calidad de los mismos. Con relación a la calidad, la tendencia a fijarse a la fase sólida de algunos contaminantes, como los metales pesados, favorece su retirada del agua mediante sedimentación por lo que, en este sentido, la sedimentación juega un papel importante en el mantenimiento de la calidad del agua. Sin embargo, este efecto no puede considerarse positivo ya que implica la acumulación de metales en el sedimento y dado que no son biodegradables permanecerán en el sedimento por largos periodos de tiempo, pudiendo ejercer efectos adversos sobre la comunidad biológica. Una vez en el sedimento, la concentración de metal libre en el agua intersticial estará controlada por diversos procesos (adsorción/desorción, precipitación/disolución, absorción/ mineralización, complejación) y dependerá de la disponibilidad de ligandos y de la afinidad de los metales por éstos. En condiciones anóxicas, la presencia de sulfuros posibilita la formación de sulfuros metálicos muy insolubles. Este escenario fue empleado por diversos autores para desarrollar un indicador de la toxicidad potencial del sedimento en función de la disponibilidad de sulfuros, medidos como sulfuros ácidos volátiles (AVS), para mantener los metales divalentes, medidos como metales extraídos simultáneamente (SEM), en forma de sulfuros metálicos. En la presente tesis doctoral se estudian nuevos aspectos, no abordados hasta el momento, sobre los sedimentos del lago de la Albufera, una masa de agua de incalculable valor ecológico que presenta actualmente un estado hipereutrófico, encontrándose lejos del buen potencial ecológico requerido por la Directiva Marco de Aguas. La parte troncal de la tesis es la evaluación de la disponibilidad de AVS para mantener los metales inmovilizados en forma de sulfuros metálicos. Asimismo se han determinado otros componentes importantes del sedimento como el contenido total de los metales estudiados (Cd, Cu, Ni, Pb y Zn), el contenido de materia orgánica, la fracción de limos, la demanda bioquímica de oxígeno del mismo o la potencial capacidad de liberación de nutrientes y metales al agua. El trabajo se ha estructurado en dos fases, una fase preliminar en la que se ha estudiado el sedimento superficial del lago y su entorno, y una segunda fase en la que se ha estudiado el perfil en profundidad del sedimento. El estudio del perfil del sedimento ha sido complementado con el desarrollo de un modelo matemático que incorpora los principales procesos biogeoquímicos del sedimento que afectan a los sulfuros y los metales. Los resultados obtenidos refuerzan y actualizan la información conocida hasta el momento sobre la calidad de los sedimentos como el alto contenido de materia orgánica, una proporción de limos elevada con una gran capacidad de fijación de metales o concentraciones de metales pesados que varían entre los niveles de fondo y altas concentraciones, y amplían aspectos clave como la disponibilidad de AVS para mantener precipitados los metales, pero con una tendencia a su disminución, una demanda de oxígeno y una potencial liberación de nutrientes importantes y liberación relativamente baja de Zn. El estudio del perfil ha mostrado una capa superficial, de entre 20 y 30 cm de espesor, más contaminada en los puntos perimetrales del lago. Los niveles de metales medidos han resultado no tóxicos en base al indicador AVS-SEM pero con probabilidades altas de toxicidad para Ni y Zn principalmente, según las clásicas guías de calidad de sedimento / Hernández Crespo, C. (2013). Evaluación del contenido de Sulfuros Ácidos Volátiles y Metales Extraídos Simultáneamente en los sedimentos de L'Albufera de Valencia. Modelación matemática de procesos biogeoquímicos en el perfil del sedimento [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/34787

[EN] The thesis is aimed at developing a qualified information tool (a dynamic simulation model), that serves as support for local decisions in planning the water and sanitation sector, aimed at sustainability, especially in urban centers of developing regions. The sustainability of the urban water cycle (WUC) is understood both at the scale of the whole human settlement and at the scale of differentiated urban sectors, responding to objectives of preserving the quality and quantity of local water resource, firstly, and second, for a service based on availability, access and maintenance of water supply and sanitation. It is raised not only as a social, economic and environmentally desirable objective, but an imperative of the time, under the challenge that societies have all put in place policies adaptive to climate change and its direct effects on the hydrological cycle. Within the international arena, the developing regions are those that offer increased vulnerability to such effects. Dividing the urban water cycle in two sections (Sanitation and Water Supply), and the second in four subsystems (Water access, Demographic, Income and Water consumption), the model is presented in a degree of definition increased since the first installment to last Subsystem. For this, the methodological approach of the General Systems Theory is used, with its application to the development of dynamic simulation models. This methodological approach is appropriate to address the complexity of the factors that define the sustainability of WUC. The model is conceived as a way to "capture" the heterogeneity of meticulously raised situations, were most are the result of the dynamics of land use in such regions in developing, marked by the accomplished fact of "first live in" that has modeling much of urbanization and their relationship with the environment, especially in Latin America, sub-continent where is located the reference case to its design. Finally, this paper seeks to add a contribution to the construction of a common language between all stakeholders related to water, both residents, as technical managers and politicians in the water and sanitation services, local government, scientists, technologists, entrepreneurs industry, producers, for whom the sustainability is a way to preserve the most vulnerable social and environmental sectors, constitutes an shared achievement to a decent life for the people and environment that still support life on Earth. / [ES] La tesis está orientada al desarrollo de un instrumento de información calificada, como lo es un modelo de simulación dinámica, que sirva de soporte para las decisiones locales en la planificación del sector del agua y saneamiento, tendientes a su sostenibilidad, especialmente en núcleos urbanos de regiones en vías de desarrollo. La sostenibilidad del ciclo urbano del agua (CUA) es entendida tanto a escala de todo el asentamiento humano como a escala de sectores urbanos diferenciables, respondiendo a objetivos de preservación de la calidad y cantidad del recurso hídrico local en la primera escala y de servicio, según la disponibilidad, acceso y mantenimiento de la provisión de agua y saneamiento en la segunda. La misma es planteada no solo como un objetivo deseable social, económica y ambientalmente, sino también como un imperativo de la época, en virtud del desafío que tienen las sociedades todas de poner en marcha políticas adaptativas frente al cambio climático y sus efectos directos sobre el ciclo hidrológico. Dentro del concierto internacional, las regiones en vías de desarrollo son las que ofrecen mayor vulnerabilidad a dichos efectos. Dividido el Ciclo Urbano del agua en dos tramos (Saneamiento y Abastecimiento de agua) y el segundo en cuatro SubSistemas (Acceso, Demográfico, Ingresos y Consumo de Agua), el modelo es presentado en un grado de definición creciente desde el primer tramo al último SubSistema. Para ello se sigue el enfoque metodológico de la Teoría General de Sistemas, con su aplicación al desarrollo de modelos de simulación dinámica. Enfoque metodológico pertinente para abordar la complejidad que implica los factores que definen la sostenibilidad del CUA. El modelo es concebido como una forma de "capturar" la heterogeneidad de situaciones meticulosamente planteadas, la gran mayoría fruto de la dinámica de ordenamiento territorial en este tipo de regiones en vías de desarrollo, signadas por el hecho consumado de "primero habito" que ha modelado buena parte de la urbanización y su relación con el medioambiente, especialmente en América Latina, sub-continente donde está ubicado el caso tomado de referencia para su diseño. Por último, busca sumar un aporte a la construcción de un lenguaje común entre todos los actores sociales relacionados con el agua, tanto pobladores, como responsables técnicos y políticos de los servicios de agua y saneamiento, gobierno local, científicos, tecnólogos, empresarios del sector, productores, a los efectos de que la sostenibilidad, como forma de preservar los sectores sociales y ambientales más vulnerables, constituya una construcción compartida en pos de la vida digna de las personas y un ambiente que siga siendo soporte de la vida sobre la Tierra. / [CA] La tesi es centra en el desenvolupament d'una eina d'informació especialitzada, ja que és un model de simulació dinàmica, que dóna suport a les decisions destinades a la sostenibilitat, especialment en zones urbanes de les regions, en la planificació local del sector aigua i sanejament. S'entén la sostenibilitat del cicle urbà d'aigua (CUA) tant a l'escala de tot l'assentament humà como a l'escala de sectors urbans diferenciables, responent als objectius de conservació de la qualitat i quantitat del recurs d'aigua local, en la primera escala, i de servei, en la segona escala, segons disponibilitat, accés i manteniment de la prestació d'aigua i sanejament. Es planteja no només com un desitjable objectiu (social, econòmica i ambientalment), sinó també com un imperatiu dels temps, sota el repte que tenen totes les societats d'implementar polítiques adaptatives contra el canvi climàtic i els seus efectes directes sobre el cicle hidrològic. Dins l'àmbit internacional, les regions en vies de desenvolupament són les que ofereixen més vulnerable a tals efectes. Podem dividir el cicle urbà de l'aigua en dues seccions (subministrament d'aigua i sanejament), i la segona en quatre subsistemes (accés, demogràfiques, renda i consum d'aigua), de manera que el model es presenta en un grau de major definició des de la primera secció a l'últim subsistema. Això es desprèn l'enfocament metodològic de la Teoria General de sistemes, amb la seva aplicació en el desenvolupament de models de simulació dinàmica. Es tracta de un enfocament metodològic rellevant per fer front a la complexitat que implica els factors que defineixen la sostenibilitat de la CUA. El model està concebut com una manera de «captura» de l'heterogeneïtat de situacions meticulosament plantejades, sent la gran majoria el resultat de les dinàmiques d'ordenament del territori en aquest tipus de regions, marcada per el fet acomplit del "primer habito" que ha modelat bona part de la urbanització i la seva relació amb el medi, especialment a Llatinoamèrica, subcontinent on es troba el cas de referència per al seu disseny. Finalment, es pretén afegir una contribució a la construcció d'un llenguatge comú entre tots els actors relacionats amb l'aigua, veïns, tècnics i polítics, responsables de serveis d'aigua i sanejament, governs locals, científics, tecnòlegs, empresaris, productors, als efectes de la sostenibilitat, com una manera de preservar als més vulnerables social i ambientalment, que constitueix un repte compartit en la recerca cap a la vida digna de les persones i un entorn que encara doni suport a la vida a la Terra. / Nudelman, MA. (2016). Modelo de simulación de la sostenibilidad del ciclo urbano del agua, aplicable a pequeños municipios de regiones en vías de desarrollo [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/63460

Constructed wetlands (CWs) are anthropically designed systems to improve and optimize certain physical and biochemical processes that occur in the ecosystems of natural wetlands with the main objective of removing pollutants from the water. This technology, which usually has been used for the treatment of urban wastewater, is being recently applied for treating a great variety of flows, including eutrophic water. Treatment efficiency of these systems depends on the interrelation of a great variety of processes and factors that hinder the establishment of simple principles for its design and/or exploitation. Therefore, mathematical models are useful tools to increase the knowledge about this technology and to optimize their design and management. During the last decades, a remarkable advance has been produced in the modelling of CWs, especially subsurface flow systems. However, an equivalent level of development has not been reached in the modelling of surface flow systems. In this type of CWs, where there is not a porous medium through which the water to be treated circulates, the influence of environmental factors such as wind or avifauna, and the interaction with the layer of sediment can be more intense. Therefore, it is necessary having models applicable to this type of CWs which facilitate the representation of this particular casuistry. In this PhD Dissertation a mechanistic biokinetic model for the treatment of eutrophic water in free water surface constructed wetlands has been developed. The structure of the Activated Sludge Model (ASM) has been used to represent the processes that affect to the main variables of water quality in eutrophic systems, i.e., suspended solids, phytoplankton, different forms of nitrogen and phosphorus and matter organic. The model has been implemented in the software AQUASIM and has been calibrated and validated in two real systems that treated hypertrophic water from Lake l¿Albufera (Valencia) for three years. One of the most remarkable contributions of this model is the ability for simulating the operation conditions of full-scale systems, i.e., for reproducing the interactions that occur between the free water surface constructed wetland and the environment where it is integrated. A novel contribution of this model is the capacity for simulating the effects produced by the activity of the avifauna and by the action of the wind speed in the resuspension of sediments. Another important contribution is the quantification of the effect of the processes involved in the cycles of each variable. This has been able to determine the importance of resuspension in the removal of suspended solids, especially that caused by the action of the wind. Likewise, vegetation cover has been demonstrated to be an easy to monitor and valid parameter for the simulation of the effect of emerging macrophytes in water quality in surface flow CWs, in both sedimentation and resuspension processes, as well as in nutrients uptake. On the other hand, this research has allowed extend the knowledge about the immobility of microorganisms in surface flow CWs. It has also been proven that high vegetation covers as well as harvesting of emerging macrophytes are crucial factors in nutrients removal in this type of systems. / Los humedales artificiales (HHAA) son sistemas diseñados antrópicamente para mejorar y optimizar ciertos procesos físicos y bioquímicos que ocurren en los ecosistemas de los humedales naturales con el objetivo principal de eliminar contaminantes del agua. Esta tecnología, que habitualmente se ha utilizado para la depuración de aguas residuales urbanas, se está aplicando recientemente en el tratamiento de una gran variedad de corrientes, entre ellas las aguas eutróficas. La eficiencia de tratamiento de estos sistemas depende de la interrelación de una gran variedad de procesos y factores que dificultan el establecimiento de principios simples para su diseño y/o explotación. Por ello, los modelos matemáticos son una herramienta útil para aumentar el conocimiento sobre esta tecnología y para optimizar su diseño y gestión. Durante las últimas décadas se ha producido un avance notable en la modelación de los HHAA, especialmente en los sistemas de flujo subsuperficial. Sin embargo, no se ha alcanzado un nivel de desarrollo equivalente en la modelación de los sistemas de flujo superficial. En esta tipología de HHAA, donde no existe un medio poroso a través del cual circula el agua a tratar, la influencia de factores ambientales como el viento o la avifauna y la interacción con la capa de sedimentos puede ser más intensa. Por lo tanto, resulta necesario disponer de modelos aplicables a este tipo de HHAA que permitan representar esta casuística particular. En esta Tesis Doctoral se ha desarrollo un modelo mecanicista biocinético para el tratamiento de aguas eutróficas mediante humedales artificiales de flujo superficial. Se ha utilizado la estructura de los modelos Activated Sludge Model (ASM) para representar los procesos que afectan a las principales variables de calidad de aguas eutróficas, es decir, los sólidos en suspensión, el fitoplancton, las distintas formas de nitrógeno y fósforo y la materia orgánica. El modelo se ha implementado en el software AQUASIM y ha sido calibrado y validado en dos sistemas reales que han tratado durante tres años las aguas hipereutróficas del lago de l¿Albufera (València). Una de las contribuciones más destacables de este modelo es la capacidad para simular las condiciones de funcionamiento de los sistemas a escala real, es decir, para reproducir las interacciones que se producen entre el humedal artificial de flujo superficial y el medio en el que se integra. Una aportación novedosa de este modelo es la capacidad para simular los efectos producidos por la actividad de la avifauna y por la acción de la velocidad del viento en la resuspensión de los sedimentos. Otra aportación importante es la cuantificación del efecto de los procesos que intervienen en los ciclos de cada variable. Con ello se ha podido determinar la importancia de la resuspensión en la eliminación de los sólidos en suspensión, especialmente de la provocada por la acción del viento. Así mismo, se ha demostrado la aplicabilidad del grado de cobertura vegetal como un parámetro de fácil monitorización y válido para la simulación del efecto de las macrófitas emergentes en la calidad de las aguas en los HHAA de flujo superficial, tanto en los procesos de sedimentación y resuspensión del material particulado como en la toma de nutrientes. Por otra parte, esta investigación ha permitido ampliar el conocimiento sobre la inmovilidad de los microorganismos en los HHAA de flujo superficial. También se ha comprobado que un buen grado de cobertura vegetal, así como el cosechado de las macrófitas emergentes, son factores cruciales en la eliminación de nutrientes en este tipo de sistemas. / Els aiguamolls construïts (AACC) són sistemes antròpicament dissenyats per a millorar i optimitzar determinats processos físics i bioquímics que es produeixen en els ecosistemes de les zones humides naturals amb l'objectiu d'eliminar els contaminants de l'aigua. Aquesta tecnologia, que normalment s'ha utilitzat per al tractament d'aigües residuals urbanes, s'està aplicant recentment al tractament de diversos fluxos, com les aigües eutròfiques. L'eficàcia del tractament d'aquests sistemes depèn de la interrelació d'una gran varietat de processos i factors que dificulten l'establiment de principis simples per al seu disseny i/o explotació. Per això, els models matemàtics són una eina útil per a augmentar els coneixements sobre aquesta tecnologia i per a optimitzar el seu disseny i la gestió. Durant les últimes dècades s'ha produït un avanç notable en la modelització d'els AACC, especialment en els sistemes de flux subsuperficial. No obstant això, no s'ha assolit un nivell de desenvolupament equivalent en la modelització de sistemes de flux superficial. En aquesta tipologia d'AACC, on no existeix un medi porós a través del qual circula l'aigua a tractar, la influència de factors ambientals com el vent o les aus i la interacció amb la capa de sediments pot ser més intensa. Per tant, resulta necessari disposar de models aplicables a aquest tipus d'AACC que permeten representar aquesta casuística particular. En aquesta Tesi Doctoral s'ha desenvolupat un model mecanicista biocinètic per al tractament d'aigües eutròfiques mitjançant aiguamolls artificials de flux superficial. S'ha utilitzat l'estructura dels models Activated Sludge Model (ASM) per a representar els processos que afecten les principals variables de la qualitat de les aigües eutròfiques, és a dir, els sòlids en suspensió, el fitoplàncton, les diverses formes de nitrogen i fòsfor i la matèria orgànica. El model s'ha implementat en el software AQUASIM i ha estat calibrat i validat en dos sistemes reals que han tractat durant tres anys les aigües hipereutròfiques del llac de l¿Albufera (València). Una de les aportacions més remarcables d'aquest model és la capacitat per a simular les condicions de funcionament dels sistemes a escala real, és a dir, per a reproduir les interaccions que es produeixen entre l'aiguamoll artificial de flux superficial i el medi en el qual està integrat. Una aportació novedosa d'aquest model és la capacitat per a simular els efectes produïts per l'activitat de l'avifauna i per l'acció de la velocitat del vent en la resuspensió de sediments. Una altra aportació important és la quantificació de l'efecte dels processos implicats en els cicles de cada variable. Amb açò s'ha pogut determinar la importància de la resuspensió en l'eliminació dels sòlids en suspensió, especialment de la provocada per l'acció del vent. Així mateix, s'ha demostrat l'aplicabilitat del grau de cobertura vegetal com a un paràmetre de fácil monitorització i vàlid per a la simulació de l'efecte dels macròfits emergents en la qualitat de les aigües en els AACC de flux superficial, tant en els processos de sedimentació i resuspensió del material particulat com en la presa de nutrients. D'altra banda, aquesta recerca ha permès ampliar el coneixement sobre la immobilitat d'els microorganismes en els AACC de flux superficial. També s'ha comprovat que un bon grau de cobertura vegetal, així com la sega dels macròfits emergents, són factors clau en l'eliminació de nutrients en aquest tipus de sistemes. / Gargallo Bellés, S. (2017). Modelación de la calidad de las aguas en los humedales artificiales de flujo superficial (HAFS) Aplicación a los HAFS del Tancat de la Pipa en l'Albufera de Valencia [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/78215 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

The importance of the effect of land use changes on watersheds has been widely acknowledged. Several studies have evaluated this effect through various approaches including non-stationary analysis, hydrological simulation and the observation of paired watersheds. The present study aims to describe the effect of land use changes on the hydrological response of watersheds considering the variation of the hydraulic properties of soil, which are related to the soil type and vegetal cover. This investigation was conducted in the watershed of Combeima River, Colombia, South America. By using distributed hydrological modelling, the effect of historical land use changes - including forest, crops and grasslands - on the magnitude of peak flows and mean annual runoff volumes was described. The analysis was carried out by relating land use changes to the hydraulic properties of soil, namely, the soil water content in the root zone or static storage (Hu) and the saturated hydraulic conductivity (Ks). Variation of the Hu and Ks values with respect to each soil type allowed quantifying the effect of changes in vegetal covers on the peak flows of flood events in Combeima River. Results of the analysis indicate that low Hu and Ks values are associated with land covers such as grasslands, which are characterized by having low infiltration, while high Hu and Ks values are more characteristic of forests. It was also identified that a decrease in the watershed infiltration capacity results in an increase in the magnitude of peak flows, while an increase in the infiltration capacity and soil water retention contributes to the attenuation of peak flows. Land use changes have been demonstrated to be a source of non-stationarity in the flow series, which can be identified through changes, positive or negative, in the time series trend. The hypothesis of the joint application of scale theory was tested in this study, showing that the invariance properties of the soil hydraulic properties are related to the flood regime and mean annual runoff volumes. The analysis focused mainly on two parameters: the static storage Hu and the saturated hydraulic conductivity Ks; therefore, this study did not attempt to explain the problem of non-stationarity, but rather to introduce the scalability properties of the soil hydraulic properties to predict flows, as a hydrological response to scenarios of land use change. Scenarios of spatial variation of land uses with respect to soil hydraulic properties were set up to assess the effect of those changes on the scalability properties of Hu and Ks and peak flows. Likewise, tests were conducted to evaluate the potential effects of the homogeneous distribution of precipitation on the scalability of the soil hydraulic properties during flood events. Properties of scale invariance were evaluated for the parameters of two probability distribution functions: GEV and Gumbel, for scenarios of land use change, considering the relationship between Hu and Ks and the magnitude of the flood quantiles. A similar analysis was carried out for the regime of mean annual runoff volumes through the application of the LogNormal distribution. The effect of land use changes on the non-stationarity of Combeima River flow series was evaluated using linear and non-linear stationary analysis, whose results verified the convenience of introducing the non-stationarity hypothesis in the frequency analysis of peak flows. Results of this study indicate that the incorporation of fractal theory to relate the hydraulic properties of soil and flow behavior in a watershed has potential practical applications in engineering and watershed management, given its simplicity as a power relation and usefulness to estimate the effects of land use changes on the flood regime. / Se ha reconocido la importancia de conocer el efecto de los cambios de usos del suelo sobre el régimen de caudales en cuencas hidrográficas. En este sentido, se han desarrollado investigaciones para evaluar dicho efecto desde diferentes enfoques como el análisis no estacionario, la simulación hidrológica y la observación de cuencas pareadas, entre otros. De manera que esta investigación contribuye a describir el efecto de cambios de uso del suelo sobre la respuesta hidrológica de las cuencas, considerando la variación propiedades hidráulicas de los suelos, las cuales se relacionan con el tipo de suelo y cobertura vegetal. Esta investigación se desarrolló en la cuenca del Río Combeima en Colombia-Suramérica, donde a partir de la modelación hidrológica distribuida, se describe el efecto de cambios históricos de usos del suelo como bosques, cultivos y pastizales, sobre la magnitud de los caudales máximos y volúmenes medios anuales de escorrentía. Para el desarrollo de este análisis, se relacionaron los cambios en el uso del suelo con las propiedades hidráulicas del suelo, específicamente, el contenido de agua en el suelo en zona de raíces o almacenamiento estático Hu y la conductividad hidráulica saturada Ks. La variación de los valores de Hu y Ks relacionados con cada uso del suelo, condujo a cuantificar el efecto de los cambios en las coberturas vegetales sobre los caudales pico en el régimen de crecidas del Río Combeima. Los resultados obtenidos, sugieren que valores bajos de Hu y Ks, se asocian con los cambios de uso del suelo y a su vez, influyen en la magnitud de los eventos de crecidas. En este contexto, esta investigación no se desarrolló en torno a explicar el problema de la no estacionariedad, sino que propone introducir las propiedades de escalabilidad de las propiedades hidráulicas del suelo para predecir caudales como respuesta hidrológica en escenarios de cambios de uso del suelo. Para lograrlo, se realizaron simulaciones en una cuenca hipotética basada en la información de la cuenca del Río Combeima, en donde se plantearon escenarios de variación espacial de los usos del suelo en relación con las propiedades hidráulicas, para evaluar su efecto sobre las propiedades de escalabilidad de los parámetros Hu y Ks en relación con los caudales máximos. Por otra parte, se evaluaron las propiedades de invarianza en escala, de los parámetros de las funciones de distribución de probabilidad: GEV y Gumbel, en escenarios de cambios de uso del suelo, considerando la relación entre los parámetros Hu y Ks, y la magnitud de los cuantiles de crecidas. Adicionalmente, se realizó un análisis similar para el régimen de volúmenes anuales medios de escorrentía, mediante la aplicación de la función LogNormal. El efecto de los cambios de uso del suelo sobre la no estacionariedad de las series de caudales en la cuenca del Combeima se evaluó mediante un análisis no estacionario lineal y no lineal, cuyos resultados permitieron identificar la conveniencia de introducir la hipótesis de no estacionariedad en el análisis de frecuencia de caudales máximos. Los resultados obtenidos, indican que la incorporación de la teoría fractal en la relación entre las propiedades hidráulicas del suelo y el comportamiento de los caudales en cuencas hidrográficas, tiene potenciales aplicaciones prácticas en la ingeniería y la planificación de cuencas, dada su sencillez, ya que se expresa como una relación de potencia, útil para realizar estimaciones de los efectos de los cambios en los usos del suelo sobre el régimen de caudales. / S'ha reconegut l'importancia de coneixer l'efecte dels canvis d'usos del sol sobre el regim de cabals en conques hidrografiques. En este sentit, s'han desenrollat investigacions per a evaluar dit efecte des de diferents enfocaments com l'analisis no estacionari, la simulacio hidrologica i l'observacio de conques PAREADAS, entre atres. De manera que esta investigacio contribuix a descriure l'efecte de canvis d'us del sol sobre la resposta hidrologica de les conques, considerant la variacio propietats hidrauliques dels sols, les quals se relacionen en el tipo de sol i cobertura vegetal. Esta investigacio se desenrollà en la conca del Riu COMBEIMA en COLOMBIA-SURAMÉRICA, a on a partir de la MODELACIÓN hidrologica distribuida, se descriu l'efecte de canvis historics d'usos del sol com boscs, conreus i PASTIZALES, sobre la magnitut dels cabals maxims i VOLÚMENES mijos anuals d'ESCORRENTÍA. Per a el desenroll d'este analisis, se relacionaren els canvis en l'us del sol en les propietats hidrauliques del sol, especificament, el contingut d'aigua en el sol en zona d'arraïls o almagasenament estatic HU i la conductivitat hidraulica saturada KS. La variacio dels valors d'HU i KS relacionats en cada us del sol, condui a CUANTIFICAR l'efecte dels canvis en les cobertures vegetals sobre els cabals bec en el regim de creixcudes del Riu COMBEIMA. Els resultats obtinguts, sugerixen que valors baixos d'HU i KS, s'associen en els canvis d'us del sol i a la seua volta, influixen en la magnitut dels events de creixcudes. En este context, esta investigacio no se desenrollà en torn a explicar el problema de la no ESTACIONARIEDAD, sino que propon introduir les propietats d'ESCALABILIDAD de les propietats hidrauliques del sol per a PREDECIR cabals com resposta hidrologica en escenaris de canvis d'us del sol. Per a conseguir-ho, se realisaren simulacions en una conca hipotetica basada en l'informacio de la conca del Riu COMBEIMA, a on se plantejaren escenaris de variacio ESPACIAL dels usos del sol en relacio en les propietats hidrauliques, per a evaluar el seu efecte sobre les propietats d'ESCALABILIDAD dels parametros HU i KS en relacio en els cabals maxims. Per atra part, s'evaluaren les propietats d'INVARIANZA en escala, dels parametros de les funcions de distribucio de provabilitat: GEV i GUMBEL, en escenaris de canvis d'us del sol, considerant la relacio entre els parametros HU i KS, i la magnitut dels CUANTILES de creixcudes. Adicionalment, se realisà un analisis similar per al regim de VOLÚMENES anuals mijos d'ESCORRENTÍA, mediant l'aplicacio de la funcio LOGNORMAL. L'efecte dels canvis d'us del sol sobre la no ESTACIONARIEDAD de les series de cabals en la conca del COMBEIMA s'evaluà mediant un analisis no estacionari llinial i no llinial, CUYOS resultats permeteren identificar la cominencia d'introduir l'HIPÓTESIS de no ESTACIONARIEDAD en l'analisis de freqüencia de cabals maxims. Els resultats obtinguts, indiquen que l'incorporacio de la teoria FRACTAL en la relacio entre les propietats hidrauliques del sol i el comportament dels cabals en conques hidrografiques, te potencials aplicacions practiques en l'ingenieria i la PLANIFICACIÓN de conques, donada la seua senzillea, ya que s'expressa com una relacio de potencia, util per a realisar valoracions dels efectes dels canvis en els usos del sol sobre el regim de cabals. / Peña Rojas, LE. (2017). ESCALAMIENTO DE PROPIEDADES HIDRÁULICAS DEL SUELO EN EL RÉGIMEN DE CRECIDAS A ESCALA DE CUENCA. APLICACIÓN EN LA CUENCA DEL RÍO COMBEIMA (SURAMÉRICA) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/90390

[EN] The strive for the good status of water bodies in a drainage basin is an ambitious project that requires decisions that will surely lead to major financial investment, technical and operational, which must be supported in tools and look for their optimal design. Therefore, an economic analysis of scale using economic tools such as Cost-Effectiveness Analysis -CEA- and hydro-economic models -HEM-, would select the combination of measures to achieve environmental objectives (EO) proposed by the European Water Framework Directive (WFD) at the lowest cost. The main objective of this Doctoral Thesis is to develop a methodology and hydro-economic tools necessary to provide decision makers the selection and combination of measures to achieve the EO in a drainage basin. The focus of the research includes an Integrated Water Resources Management (IWRM), considering the quantity, quality and the optimization of parameters not conservative as the Biological Oxygen Demand (BOD) and parameters conservative such as Phosphorus (P). Prior to the hydro-economic modeling, it is a detailed study of the pressures and impacts of bodies of water in the basin, identifying the most polluted bodies and to be applied different measures such as: Basic Measures (MB), Reuse Measures to meet consumptive demands (MRDC) and Complementary Measures (MC), this in order to reach these OMA in the set masses by the WFD. In hydro-economic models (HEM) using No Linear Mathematical Programming (NLP) to optimize the parameters of BOD, incorporating the temporal variability for a given period, while optimizing the parameter Phosphorus is used Mathematical programming Mixed Integer (MIP) and mathematical programming "semi-soft" and Mixed Integer Nonlinear (MINLP), using variables of activation and clearance for selecting optimal combination of measures. Mathematical programming tools have been used GAMS ¿ (General Modelling Algebraic System), and EXCEL ¿ spreadsheet. The CEA integrated with multiple objectives, including pollution control measures on time (Sewage), system management (flow, security of supply, demand control (modernization of irrigation systems) and reuse of reclaimed water. Alongside hydro- economic models, Support System Decision is used to AQUATOOL (Andreu et al, 1996), which allows to know in detail the behavior of circulating flows for the balance equations and concentrations in water bodies in the basin. This methodology with a focus on comprehensive analysis that includes hydro-economic models, CEA and SSDs has been implemented in different basins and drainage basins in the river basin district Júcar (Serpis, Albaida, Arquillo, Magro), and the findings allow to meet mathematically the environmental objectives at the lowest possible cost of the different bodies of water in a drainage basin, it allows the economic analysis which may include the study of shadow prices, multiple objectives, analysis of goodness of the constraints of quality, uncertainty analysis of hydrological multiple equiprobability scenarios and study the downstream externalities that arise in the different masses in a drainage basin, among others, strengthening the focus of a methodology for Integrated Water Resources Management (IWRM), contributing to the implementation of the European Water Framework Directive (WFD). Prior to the hydro-economic modeling (HEM), it is done a detailed analysis of pressures and impacts and schemes of important issues (SII) of water bodies in the basin, where the most polluted bodies are identified and that different measures should be applied. / [ES] El propender por el buen estado de las masas de agua en una cuenca hidrográfica es un proyecto ambicioso que requiere de decisiones que seguramente conllevan grandes inversiones financieras, técnicas y operativas, las cuales han de estar soportadas en herramientas y estudios para lograr su diseño óptimo. Por lo anterior, un análisis económico a escala de cuenca mediante herramientas económicas de medidas que permiten lograr los objetivos medioambientales (OMA), como el Análisis Coste-Eficacia -ACE- y Modelos Hidro-Económicos -MHE-, permitiría seleccionar la combinación de medidas para alcanzar los OMA propuestos por la Directiva Marco europea del Agua (DMA) al menor coste. El objetivo principal de esta Tesis Doctoral es desarrollar una metodología y las herramientas hidro-económicas necesarias para facilitar a los tomadores de decisión la selección y combinación de medidas que permitan alcanzar los OMA en una cuenca hidrográfica. El enfoque de la investigación incluye una gestión integrada del recurso hídrico (GIRH) considerando la cantidad, la calidad y la optimización económica de las medidas para alcanzar los objetivos medioambientales, entre ellos los correspondientes a constituyentes no conservativos como la Demanda Biológica de Oxígeno (DBO) y conservativos como el fósforo (P). Previo a la modelación hidro-económica, se hace un estudio detallado de las presiones e impactos de las masas de agua en la cuenca, donde se identifican las masas más contaminadas y que deban de aplicarse diferentes medidas tales como: Medidas Básicas (MB), Medidas de Reutilización para atender Demandas Consuntivas (MRDC) y Medidas Complementarias (MC), esto con el fin de que dichas masas alcancen OMA fijados por la DMA. En los modelos hidro-económicos se utiliza la programación matemática no lineal para determinar la combinación de medidas óptima para alcanzar los OMA (DBO), incorporando la variabilidad temporal para un periodo dado; mientras que para alcanzar el OMA relacionado con el fósforo (P) se utiliza programación matemática entera mixta y programación matemática "semiblanda" entera mixta y no lineal, utilizando variables de activación y de holgura para la selección óptima de la combinación de medidas. Las herramientas de programación matemática usadas han sido GAMS¿ (General Algebraic Modeling System), y la hoja de cálculo EXCEL¿. El ACE integrado con objetivos múltiples, incluye medidas de control de contaminación puntual (Depuradoras) y reutilización de aguas regeneradas. Paralelamente a los modelos hidro-económicos, se utiliza Sistema de Apoyo a la Decisión AQUATOOL¿ (Andreu et al, 1996), el cual permite conocer detalladamente el comportamiento de caudales circulantes para realizar las ecuaciones de equilibrio y concentraciones en las masas de agua de una cuenca. Esta metodología con un enfoque de análisis integral que incluye modelos hidro-económicos, ACE y SADs, ha sido implementada en diferentes cuencas y subcuencas de la Demarcación Hidrográfica del Júcar (Serpis, Albaida, Arquillo, Magro), y los resultados permiten matemáticamente alcanzar los objetivos medioambientales al menor coste posible de las diferentes masas de agua en una cuenca hidrográfica. Además, permite realizar análisis económicos que pueden incluir el estudio de precios sombra, objetivos múltiples, análisis de bondad de las restricciones de calidad, análisis de incertidumbre con múltiples escenarios hidrológicos equiprobables, y estudiar las externalidades aguas abajo que se presentan en las diferentes masas en una cuenca, entre otros; fortaleciendo el enfoque de una metodología de Gestión Integrada de Recursos Hídricos, contribuyendo a la implementación de la DMA. Previo a la modelación hidro-económica, se hace un estudio detallado de las presiones e impactos y esquemas de temas importante (ETI) de las masas de agua en la cuenca, donde se identifican las masas más contaminadas y qu / [CA] El propendir pel bon estat de les masses d'aigua en una conca hidrogràfica és un projecte ambiciós que requerix de decisions que segurament comporten grans inversions financeres, tècniques i operatives, les quals han d'estar suportades en ferramentes i estudis per a aconseguir el seu disseny òptim. Per l'anterior, una anàlisi econòmica a escala de conca per mitjà de ferramentes econòmica com l'Anàlisi Coste-Eficacia (ACE) i Models HidroEconómicos, permetria seleccionar la combinació de mesures que permeten aconseguir els objectius mediambientals (OMA) proposats per la Directiva Marco Europea de l'Aigua (DMA) al menor cost. L'objectiu principal d'esta Tesi Doctoral és desenrotllar una metodologia i les ferramentes hidro-económicas necessàries per a facilitar als acceptants de decisió la selecció i combinació de mesures que permeten aconseguir els OMA en una conca hidrogràfica. L'enfocament de la investigació inclou una gestió integrada del recurs hídric (GIRH) considerant la quantitat, la qualitat i l'optimització econòmica de paràmetres No conservatius com la Demanda Biològica d'Oxigen (DBO) i conservatius com el Fòsfor (P). Previ a la modelació hidro-económica, es fa un estudi detallat de les pressions i impactes de les masses d'aigua en la conca, on s'identifiquen les masses més contaminades i que deguen aplicar-se diferents mesures com ara: Mesures Bàsiques (MB) , Mesures de Reutilització per a atendre Demandes Consumptives (MRDC) i Mesures Complementàries (MC) , açò a fi que les dites masses aconseguixen OMA fixats per la DMA. En els models hidro-económicos s'utilitza la programació matemàtica no lineal (NLP) per a optimitzar el paràmetre de, incorporant la variabilitat temporal per a un període donat; mentres que per a optimitzar el paràmetre de Fòsfor s'utilitza programació matemàtica sencera mixta (MIP) i programació matemàtica 'semiblanda' sencera mixta i no lineal (MINLP), utilitzant variables d'activació i de folgança per a la selecció òptima de la combinació de mesures. Les ferramentes de programació matemàtica usades han sigut GAMS¿ (General Algebraic Modeling System), i el full de càlcul EXCEL¿. L'ACE integrat amb objectius múltiples, inclou mesures de control de contaminació puntual (Depuradoras), gestió del sistema (caudales, garanties de subministrament, control de demanda (modernización de regadíos) i reutilització d'aigües regenerades. Parallelament als models hidro-econòmics, s'utilitza Sistema de Suport a la Decisió AQUATOOL¿ (Andreu et al, 1996), el qual permet conèixer detalladament el comportament de cabals circulants per a realitzar les equacions d'equilibri i concentracions en les masses d'aigua d'una conca. Esta metodologia amb un enfocament d'anàlisi integral que inclou models hidro-económicos, ACE i SSDs, ha sigut implementada en diferents conques i subconques de la Demarcació Hidrogràfica del Xúquer (Serpis, Abaida, Arquillo, Magre), i els resultats permeten matemàticament assolir els objectius mediambientals al menor cost possible de les diferents masses d'aigua en una conca hidrogràfica. A més, permet realitzar anàlisis econòmiques que poden incloure l'estudi de preus ombra, objectius múltiples, anàlisi de bondat de les restriccions de qualitat, anàlisi d'incertesa amb múltiples escenaris hidrològics equiprobables, i estudiar les externalitats aigües baix que es presenten en les diferents masses en una conca, entre altres; enfortint l'enfocament d'una metodologia de Gestió Integrada de Recursos Hídrics (GIRH), contribuint a la implementació de la Directiva Marco Europea de l'Aigua (DMA). Previ a la modelación hidro-economica, se fa un estudi detallat de les pressions i impactes i esquemes de temes important (ETI) de les masses d'aigua en la conca, a on s'identifiquen les masses mes contaminades i que degue aplicar-se diferents mesures / Lozano Sandoval, G. (2016). MODELACION HIDROECONOMICA Y ANALISIS COSTE EFICACIA DE MEDIDAS PARA ALCANZAR OBJETIVOS MEDIOAMBIENTALES EN UNA CUENCA HIDROGRAFICA. Contribución a la Directiva Marco europea del Agua [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62354