Tesis por compendio / [ES] En las próximas décadas, los fenómenos extremos como las sequías podrían volverse más frecuentes e intensos debido al cambio climático, afectando en gran medida a las cuencas con problemas de escasez hídrica. Por lo tanto, el estudio de estos fenómenos es esencial, así como predecir sus impactos asociados para garantizar una buena gestión de los recursos hídricos disponibles, sobre todo en sistemas de explotación altamente regulados y estresados, que bajo estas circunstancias ven afectadas su fiabilidad y vulnerabilidad. En esta tesis se aborda esta problemática por medio de un compendio de cinco publicaciones, todas ellas artículos. Dos de estos artículos están publicados en revistas indexadas en el Journal Citation Report (JCR), otros dos están publicados en una revista de reconocido prestigio de habla hispana, y el último se encuentra en proceso de revisión en otra revista indexada en el JCR. Todos los artículos publicados están relacionados con el desarrollo de una metodología de integración de proyecciones climáticas en la gestión y planificación hidrológica, para ayudar en el proceso de toma de decisiones e intentar prevenir los impactos cuantitativos y cualitativos de futuros eventos de sequía. Por otro lado, el artículo en proceso de revisión se centra en la integración de pronósticos estacionales en la evaluación del riesgo de sequía en tiempo real con la misma finalidad. En ambos casos se lleva a cabo un proceso de evaluación del riesgo de sequía, a medio o largo plazo, mediante una cadena de modelos y procesos de corrección y ajuste al caso de estudio, la cuenca del Júcar. De este proceso se obtiene un indicador de riesgo de sequía muy intuitivo que informa sobre la evolución probabilística de los recursos disponibles en el sistema, facilitando así la toma de decisiones a medio o largo plazo. Los principales resultados asociados a la gestión en tiempo real de la sequía indican que los métodos propuestos son prometedores, ya que todos ellos muestran mejores capacidades de predicción que el método implementado en la actualidad. Por otro lado, los resultados de cambio climático prevén un futuro complicado para la cuenca de estudio, con reducciones importantes de las aportaciones futuras (sobre todo para finales de siglo) y altas probabilidades de disponer de menores recursos hídricos en el sistema. Lo mismo ocurre al analizar la calidad del agua, ya que se estiman mayores afecciones para horizontes futuros, sobre todo en zonas relacionadas con la actividad agrícola. Sin embargo, existe una gran incertidumbre en estos resultados más allá de mediados de siglo, debido principalmente a la naturaleza variante de las proyecciones climáticas. A pesar de esta incertidumbre, las metodologías desarrolladas podrían considerarse como el primer paso para tener en cuenta las afecciones de un futuro cambiante en la gestión y planificación hidrológica de forma fiable y robusta, pudiendo implementarse en otras cuencas con la misma problemática y facilitando así la toma de decisiones frente a eventos extremos de sequía. / [CA] En les pròximes dècades, els fenòmens extrems com les sequeres podrien tornar-se més freqüents i intensos a causa del canvi climàtic, afectant en gran mesura a les conques amb problemes d'escassesa hídrica. Per tant, l'estudi d'estos fenòmens és essencial, així com predir els seus impactes associats per a garantir una bona gestió dels recursos hídrics disponibles, sobretot en sistemes d'explotació altament regulats i estressats, que davall estes circumstàncies veuen afectades la seua fiabilitat i vulnerabilitat. En esta tesi s'aborda esta problemàtica per mitjà d'un compendi de cinc publicacions, totes elles articles. Dos d'estos articles estan publicats en revistes indexades en el Journal Citation Report (JCR), altres dos estan publicats en una revista de reconegut prestigi de parla hispana, i l'últim es troba en procés de revisió en una altra revista indexada en el JCR. Tots els articles publicats estan relacionats amb el desenvolupament d'una metodologia d'integració de projeccions climàtiques en la gestió i planificació hidrològica, per a ajudar en el procés de presa de decisions i intentar previndre els impactes quantitatius i qualitatius de futurs esdeveniments de sequera. D'altra banda, l'article en procés de revisió es centra en la integració de pronòstics estacionals en l'avaluació del risc de sequera en temps real amb la mateixa finalitat. En ambdós casos es du a terme un procés d'avaluació del risc de sequera, a mig o llarg termini, per mitjà d'una cadena de models i processos de correcció i ajust al cas d'estudi, la conca del Xúquer. D'este procés s'obté un indicador de risc de sequera molt intuïtiu que informa sobre l'evolució probabilística dels recursos disponibles en el sistema, facilitant així la presa de decisions a mig o llarg termini. Els principals resultats associats a la gestió en temps real de la sequera indiquen que els mètodes proposats són prometedors, ja que tots ells mostren millors capacitats de predicció que el mètode implementat en l'actualitat. D'altra banda, els resultats de canvi climàtic preveuen un futur complicat per a la conca d'estudi, amb reduccions importants de les aportacions futures (sobretot per a finals de segle) i altes probabilitats de disposar de menors recursos hídrics en el sistema. El mateix ocorre al analitzar la qualitat de l'aigua, ja que s'estimen majors afeccions per a horitzons futurs, sobretot en zones relacionades amb l'activitat agrícola. No obstant això, hi ha una gran incertesa en estos resultats més enllà de mitjans de segle, degut principalment a la naturalesa variant de les projeccions climàtiques. A pesar d'esta incertesa, les metodologies desenvolupades podrien considerar-se com el primer pas per a tindre en compte les afeccions d'un futur canviant en la gestió i planificació hidrològica de forma fiable i robusta, podent implementar-se en altres conques amb la mateixa problemàtica i facilitant així la presa de decisions enfront d'esdeveniments extrems de sequera. / [EN] In the coming decades, extreme events such as droughts could become more frequent and intense due to climate change, greatly affecting basins with water scarcity problems. Therefore, the study of these phenomena is essential, as well as predicting their associated impacts to ensure good management of available water resources, especially in highly regulated and stressed exploitation systems, whose reliability and vulnerability are affected under these circumstances. This thesis addresses this problem by means of a compendium of five publications, all of them articles. Two of these articles are published in journals indexed in the Journal Citation Report (JCR), other two are published in a prestigious Spanish-language journal, and the last one is under review in another journal indexed in the JCR. All the published articles are related to the development of a methodology for the integration of climate projections in water planning and management, to help in the decision-making process and try to prevent the quantitative and qualitative impacts of future drought events. On the other hand, the article under revision focuses on the integration of seasonal forecasts in real-time drought risk assessment for the same purpose. In both cases, a drought risk assessment process is carried out, in the medium or long term, by means of a model chain and correction and adjustment processes to the case study, the Júcar River Basin. From this process, a very intuitive drought risk indicator is obtained, providing information on the probabilistic evolution of the resources available in the system and facilitating medium or long-term decision making. The main results associated with real-time drought management indicate that the proposed methods are promising, as they all show better predictive capabilities than the current method implemented in the basin. On the other hand, the climate change results predict a complicated future for the case study, with significant reductions in future inflows (especially by the end of the century) and high probabilities of having lower water resources in the system. The same occurs when analyzing water quality, since greater impacts are estimated for future horizons, especially in areas related to agricultural activity. However, there is great uncertainty in these results beyond mid-century, mainly due to the natural variability of climate projections. Despite this uncertainty, the methodologies developed could be considered as the first step to take into account the effects of a changing future in hydrological management and planning in a reliable and robust way, and could be implemented in other basins with the same problems, thus facilitating decision making to face extreme drought events. / Suárez Almiñana, S. (2021). Incorporación de las predicciones meteorológicas y climáticas en la planificación y gestión de las sequías. Aplicación a la Cuenca del Júcar [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/174533 / TESIS / Compendio

[ES] Las grandes presas, así como los diques de protección, son infraestructuras críticas cuyo fallo puede conllevar importantes consecuencias económicas y sociales. Tradicionalmente, la gestión del riesgo y la definición de estrategias de adaptación en la toma de decisiones han asumido la invariabilidad de las condiciones climáticas, incluida la persistencia de patrones históricos de variabilidad natural y la frecuencia de eventos extremos. Sin embargo, se espera que el cambio climático afecte de forma importante a los sistemas hídricos y comprometa la seguridad de las presas, lo que puede acarrear posibles impactos negativos en términos de costes económicos, sociales y ambientales. Los propietarios y operadores de presas deben por tanto adaptar sus estrategias de gestión y adaptación a medio y largo plazo a los nuevos escenarios climáticos. En la presente tesis se ha desarrollado una metodología integral para incorporar los impactos del cambio climático en la gestión de la seguridad de presas y en el apoyo a la toma de decisiones. El objetivo es plantear estrategias de adaptación que incorporen la variabilidad de los futuros riesgos, así como la incertidumbre asociada a los nuevos escenarios climáticos. El impacto del cambio climático en la seguridad de presas se ha estructurado utilizando modelos de riesgo y mediante una revisión bibliográfica interdisciplinaria sobre sus potenciales efectos. Esto ha permitido establecer un enfoque dependiente del tiempo que incorpore la evolución futura del riesgo, para lo cual se ha definido un nuevo indicador que evalúa cuantitativamente la eficiencia a largo plazo de las medidas de reducción de riesgo. Además, para integrar la incertidumbre de los escenarios futuros en la toma de decisiones, la metodología propone una estrategia robusta que permite establecer secuencias optimizadas de implementación de medidas correctoras para la adaptación al cambio climático. A pesar de las dificultades para asignar probabilidades a eventos específicos, esta metodología permite un análisis sistemático y objetivo, reduciendo considerablemente la subjetividad. Esta metodología se ha aplicado al caso real de una presa española susceptible a los efectos del cambio climático. El análisis se centra en el escenario hidrológico, donde las avenidas son la principal carga a la que está sometida la presa. Respecto de análisis previos de la presa, los resultados obtenidos proporcionan nueva y valiosa información sobre la evolución de los riesgos futuros y sobre cómo abordarlos. En general, se espera un aumento del riesgo con el tiempo; esto ha llevado a plantear nuevas medidas de adaptación que no están justificadas en la situación actual. Esta es la primera aplicación documentada de un análisis exhaustivo de los impactos del cambio climático sobre el riesgo de rotura de una presa que sirve como marco de referencia para la definición de estrategias de adaptación a largo plazo y la evaluación de su eficiencia. / [CAT] Les grans preses, així com els dics de protecció, són infraestructures crítiques que si fallen poden produir importants conseqüències econòmiques i socials. Tradicionalment, la gestió del risc i la definició d'estratègies d'adaptació en la presa de decisions han assumit la invariabilitat de les condicions climàtiques, inclosa la persistència de patrons històrics de variabilitat natural i la probabilitat d'esdeveniments extrems. No obstant això, s'espera que el canvi climàtic afecte de manera important als sistemes hídrics i comprometi la seguretat de les preses, la qual cosa pot implicar possibles impactes negatius en termes de costos econòmics, socials i ambientals. Els propietaris i operadors de preses deuen per tant adaptar les seues estratègies de gestió i adaptació a mitjà i llarg termini als nous escenaris climàtics. En la present tesi s'ha desenvolupat una metodologia integral per a incorporar els impactes del canvi climàtic en la gestió de la seguretat de preses i en el suport a la presa de decisions. L'objectiu és plantejar estratègies d'adaptació que incorporen la variabilitat dels futurs riscos, així com la incertesa associada als nous escenaris climàtics. L'impacte del canvi climàtic en la seguretat de preses s'ha estructurat utilitzant models de risc i mitjançant una revisió bibliogràfica interdisciplinària sobre els seus potencials efectes. Això ha permès establir un enfocament dependent del temps que incorpori l'evolució futura del risc, per a això s'ha definit un nou indicador que avalua quantitativament l'eficiència a llarg termini de les mesures de reducció de risc. A més, per a integrar la incertesa dels escenaris futurs en la presa de decisions, la metodologia proposa una estratègia robusta que permet establir seqüències optimitzades d'implementació de mesures correctores per a l'adaptació al canvi climàtic. A pesar de les dificultats per a assignar probabilitats a esdeveniments específics, esta metodologia permet una anàlisi sistemàtica i objectiva, reduint considerablement la subjectivitat. Aquesta metodologia s'ha aplicat al cas real d'una presa espanyola susceptible a l'efecte del canvi climàtic. L'anàlisi se centra en l'escenari hidrològic, on les avingudes són la principal càrrega a la qual està sotmesa la presa. Respecte d'anàlisis prèvies de la presa, els resultats obtinguts proporcionen nova i valuosa informació sobre l'evolució dels riscos futurs i sobre com abordar-los. En general, s'espera un augment del risc amb el temps; això ha portat a plantejar noves mesures d'adaptació que no estarien justificades en la situació actual. Aquesta és la primera aplicació documentada d'una anàlisi exhaustiva dels impactes del canvi climàtic sobre el risc de trencament d'una presa que serveix com a marc de referència per a la definició d'estratègies d'adaptació a llarg termini i l'avaluació de la seua eficiencia. / [EN] Large dams as well as protective dikes and levees are critical infrastructures whose failure has major economic and social consequences. Risk assessment approaches and decision-making strategies have traditionally assumed the stationarity of climatic conditions, including the persistence of historical patterns of natural variability and the likelihood of extreme events. However, climate change has a major impact on the world's water systems and is endangering dam safety, leading to potentially damaging impacts in terms of economic, social and environmental costs. Owners and operators of dams must adapt their mid- and long-term management and adaptation strategies to new climate scenarios. This thesis proposes a comprehensive approach to incorporate climate change impacts on dam safety management and decision-making support. The goal is to design adaptation strategies that incorporate the non-stationarity of future risks as well as the uncertainties associated with new climate scenarios. Based on an interdisciplinary review of the state-of-the-art research on its potential effects, the global impact of climate change on dam safety is structured using risk models. This allows a time-dependent approach to be established to consider the potential evolution of risk with time. Consequently, a new indicator is defined to support the quantitative assessment of the long-term efficiency of risk reduction measures. Additionally, in order to integrate the uncertainty of future scenarios, the approach is enhanced with a robust decision-making strategy that helps establish the consensus sequence of measures to be implemented for climate change adaptation. Despite the difficulties to allocate probabilities to specific events, such framework allows for a systematic and objective analysis, reducing considerably the subjectivity. Such a methodology is applied to a real case study of a Spanish dam subjected to the effects of climate change. The analysis focus on hydrological scenarios, where floods are the main load to which the dam is subjected. The results provide valuable new information with respect to the previously existing analysis of the dam regarding the evolution of future risks and how to cope with it. In general, risks are expected to increase with time and, as a result, new adaptation measures that are not justifiable for the present situation are recommended. This is the first documented application of a comprehensive analysis of climate change impacts on dam failure risk and serves as a reference benchmark for the definition of long-term adaptation strategies and the evaluation of their efficiency. / Fluixá Sanmartín, J. (2020). Adaptation strategies of dam safety management to new climate change scenarios informed by risk indicators [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/157634 / TESIS

[ES] Hoy en día, los materiales cementicios están presentes en la gran mayoría de las infraestructuras de nuestro entorno, como pueden ser el hormigón y el mortero, debido a su bajo coste y sus características mecánicas estructurales y de durabilidad. Pese a todo, estas se ven degradadas por factores externos e internos, reduciendo la viabilidad de estos con el paso del tiempo. Para inspeccionar estos materiales se han creado múltiples ensayos destructivos (ED) y ensayos no destructivos (END) que indican mediante ciertos parámetros el estado de los materiales de construcción. Dentro de los no destructivos, encontramos los ultrasonidos cuya propagación en estos materiales otorga información sobre su estado y estructura interna. Entre los múltiples ensayos ultrasónicos se encuentra la tomografía ultrasónica cuya base nace gracias a las Tomografías Computarizadas (TC): se ilumina un objeto mediante una fuente y se reciben las señales mediante los receptores. Se rota entorno al objeto bajo estudio combinando las señales mediante los algoritmos tomográficos y obteniendo una reconstrucción del objeto interno sin producirle ningún tipo de daño. No obstante, aunque para determinadas longitudes de onda podemos asumir una trayectoria de rayo recto, los ultrasonidos son ondas dispersivas que se difractan y se reflejan alejándose de esta condición de idoneidad afectando negativamente a las reconstrucciones. En esta tesis se estudia la tomografía de ultrasonidos aplicada a probetas de mortero. Para ello, previamente se realiza un estudio de los algoritmos de reconstrucción tomográfica donde se hace un recorrido por los principales algoritmos convencionales. Los transformados (FBP y DFT) cuyos resultados son excelentes en caso de que tengamos un nivel elevado de rayos y direcciones que conforman las proyecciones. Los algoritmos de redes neuronales (BPE y RBF) y métodos algebraicos (ART, CART, SART y SIRT) presentan buenos resultados en aquellas situaciones donde se tenga un bajo número de rayos y direcciones o alta presencia de ruido. Se comparan entre ellos mediante proyecciones obtenidas con señales simuladas y se obtienen los mejores resultados para el algoritmo FBP, con lo que las siguientes reconstrucciones reales se llevan a cabo con este método. La aplicación en la que se centra este trabajo consiste en la detección del frente de carbonatación en probetas cementicias. Es por ello que se diseñan diferentes casos de probetas con daño y sin daño para validar el funcionamiento de un sistema tomográfico. Se diseña y se construye el sistema hardware capaz de la toma automatizada de medidas empleando una configuración de rayos paralelos o de rayos en abanico. Además, se ha adaptado para que sea capaz de inspeccionar tanto con transductores acoplados por aire como inspeccionar el objeto en inmersión (acoplamiento por agua). Se concluye que la tomografía por inmersión ofrece una solución de compromiso entre transferencia de energía y proceso de automatización. Además se implementan dos modelos de redes neuronales entrenados mediante sinogramas simulados para posteriormente reconstruir casos reales. Todos los algoritmos y casos son evaluados tanto en calidad de reconstrucción como en prestaciones. / [CA] Avui dia, els materials cimentants són presents a la majoria de les infraestructures del nostre entorn com poden ser el formigó i el morter, donat el seu baix cost i les seues característiques mecànic estructurals i la seua durabilitat. Malgrat tot, aquestes es veuen degradades per factors externs i interns, reduint la seua viabilitat amb el pas del temps. Per inspeccionar dits materials s'han creat múltiples assajos destructius (AD) i assajos no destructius (AND) que indiquen mitjançant certs paràmetres l'estat dels materials de construcció. Dins del no destructius trobem els ultrasons, la propagació dels quals per aquests materials ens aporta informació sobre el seu estat i estructura interna. Entre els múltiples assajos ultrasònics, es troba la tomografia ultrasònica, la base de la qual neix gràcies a les Tomografies Computeritzades (TC): s'il·lumina un objecte per mitjà d'una font i es reben les senyals a través dels receptors. Es rota entorn l'objecte en estudi combinant les senyals mitjançant els algoritmes tomogràfics i obtenint una reconstrucció de l'objecte intern sense produir-li cap tipus de dany. No obstant això, i encara que per a determinades longituds d'ona podem assumir una trajectòria recta del raig, els ultrasons són ones dispersives que es difracten i reflecteixen, allunyant-se d'aquesta condició d'idoneïtat i afectant negativament les reconstruccions. En aquesta tesi s'estudia la tomografia d'ultrasons aplicada a provetes de morter. Amb aquesta finalitat, prèviament es realitza un estudi dels algoritmes de reconstrucció tomogràfica on es fa un recorregut pels principals algoritmes convencionals. Els transformats (FDB i DFT) els resultats dels quals son excel·lents en cas que tinguem un nivell elevat de raigs i direccions que conformen les projeccions. Els algoritmes de xarxes neuronals (BPE i RBF) i mètodes algebraics (ART, CART, SART i SIRT) presenten bons resultats en aquelles situacions on es tingui un baix número de raigs i direccions o una alta presència de soroll. Es comparen entre ells per mitjà de projeccions obtingudes amb senyals simulades i s'obtenen els millors resultats per a l'algoritme FBP, duent-se a terme les següents reconstruccions amb aquest mètode. L'aplicació en la que es centra aquest treball consisteix en la detecció del front de carbonatació en provetes cimentants. És per això que es dissenyen diferents casos de provetes amb desperfectes i sense desperfectes per validar el funcionament d'un sistema tomogràfic. Es dissenya i es construeix el sistema hardware capaç de la presa automatitzada de mesures emprant una configuració de raigs paral·lels o de raigs en ventall. A més, s'ha adaptat per a que sigui capaç d'inspeccionar tant amb transductors acoblats per aire com inspeccionar l'objecte en immersió (acoblament per aigua). Es conclou que la tomografia per immersió ofereix una solució de compromís entre la transferència d'energia i el procés d'automatització. A més s'implenten dos models de xarxes neuronals entrenats per mitjà de sinogrames simulats per a posteriorment reconstruir casos reals. Tots els algoritmes i casos són avaluats tant en qualitat de reconstrucció com en prestacions. / [EN] Nowadays, cementitious materials are present in the great majority of our surrounding infrastructures such as concrete and mortar, due to its low cost mechanic-structural features and its lasting. Nevertheless, this characteristics are degraded because of external and internal factors, reducing its viability over time. In order to inspect this materials, multiple destructive testing (DT) and non-destructive testing (NDT) have been created. This trials show construction materials conditions with certain parameters. In the non-destructive group, we found ultrasounds whose spreading in this materials gives us information about their condition and internal structure. Among the multiple ultrasonic tests, we can find the ultrasonic tomography which is based in the Computed Tomography Scans (CT) basis: an object is illuminated by a source and signals are received through receivers. Rotation is made around the object under study combining the signals using tomographic algorithms for the purpose of obtaining an internal object reconstruction without damaging it. However we can assume a straight beam path for certain wavelengths, ultrasound are dispersive waves that diffract and reflect, making them less suitable because they worsen the quality of reconstructions. In this thesis, the ultrasonic tomography applied to mortar specimens is studied. For that, a study of tomographic reconstruction algorithms is carried out and the main conventional algorithms are reviewed. The transforms (FBD and DFT) whose results are excellent in case we have a high level of beams and directions that make up the projections. The neuronal network algorithms (BPE and RBF) and the ones for algebraic methods (ART, CART, SART and SIRT) have good results in situations where a low number of beams and directions or high noise presence are found. A comparation between them is made using projections obtained with simulated signals and the best FBP algorithm results are extracted. The following real reconstructions are carried out with this method. The application on which this work focuses consists of the detection of the carbonation front in cementitious specimens. That is why different types of specimens with damage and without damage are designed to validate a tomographic system function. A hardware system capable of taking automated measures using a configuration of parallel beams or fan beams is designed and built. Moreover, it has been adapted to be able to inspect both with air-coupled transducers and to inspect the object while submerged (water coupled). It is concluded that immersion tomography offers a compromise solution between energy transfer and automation process. Two models of neuronal networks trained through simulated sinograms are also implemented to reconstruct real cases afterwards. All the algorithms and cases are evaluated both in reconstruction quality and in features. / Gallardo Llopis, C. (2023). Tomografía ultrasónica para la evaluación de daño por gradiente en materiales cementantes [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/194552