The main objective pursued in this thesis targets the development and systematization of a methodology that allows addressing management problems in the dynamic operation of Urban Wastewater Systems. The proposed methodology will suggest operational strategies that can improve the overall performance of the system under certain problematic situations through a model-based approach. The proposed methodology has three main steps: The first step includes the characterization and modeling of the case-study, the definition of scenarios, the evaluation criteria and the operational settings that can be manipulated to improve the system’s performance. In the second step, Monte Carlo simulations are launched to evaluate how the system performs for a wide range of operational settings combinations, and a global sensitivity analysis is conducted to rank the most influential operational settings. Finally, the third step consists on a screening methodology applying a multi-criteria analysis to select the best combinations of operational settings. / El principal objectiu d’aquesta tesi és desenvolupar una metodologia que permeti abordar els problemes de gestió del cicle industrial de l’aigua. La metodologia proposada suggereix estratègies de gestió que poden millorar el rendiment general del sistema en determinades situacions problemàtiques. La metodologia proposada es basa en un model matemàtic de simulació d’aquestes infraestructures i consta de tres passos. El primer pas inclou la caracterització i modelització del cas d’estudi, la definició d’escenaris, criteris d’avaluació i paràmetres d’operació del sistema. En el segon pas, es llancen simulacions Monte Carlo (MC) amb l’objectiu d’avaluar com es comporta el sistema segons diferents estratègies d’operació. Per tal d’identificar els paràmetres d’operació més influents es du a terme una anàlisi global de sensibilitat. Finalment, el tercer pas consisteix en una metodologia d’avaluació basada en solucions Pareto i un anàlisi multicriteri per tal de seleccionar les millors estratègies d’operació.