Se determina la calidad microbiológica y fisicoquímica de las aguas superficiales y aguas subterráneas del Área de Conservación Regional Humedales de Ventanilla, sistema acuático sometido a intensa contaminación. Los muestreos se realizaron en 17 estaciones ubicados en el ACR (Área de Conservación Regional) Humedales de Ventanilla. Estos muestreos se llevaron a cabo entre febrero y agosto del 2015. En 15 estaciones se tomaron muestras de agua superficial y en 2 estaciones muestras de agua subterránea (piezómetro-fondo) para analizar los 3 parámetros microbiológicos y 44 parámetros fisicoquímicos. Los datos de Coliformes fecales y Escherichia coli fueron sometidos a pruebas estadísticas que determinaron una relación lineal creciente entre las variables Log (Coliformes fecales) y Log (Escherichia coli) que debería considerarse en futuros trabajos de Humedales. Para determinar el grado de contaminación en los 47 parámetros analizados, los resultados se compararon con los indicadores establecidos en los ECAs Agua 2008, 2015 y 2017 para aguas de la categoría IV (Conservación del ambiente acuático), Subcategoría E1: Lagunas y lagos que incluye a los Humedales. Los parámetros que estuvieron por encima de los límites permisibles fueron analizados con los instrumentos de gestión del ACR Humedales de Ventanilla (Plan Maestro 2009-2014, reportes de vigilancia y amenazas) para explicar qué factores antropogénicos posibles influyeron en esos resultados. Las aguas superficiales del área de estudio presentaron valores altos de coliformes totales y coliformes fecales (13000 NMP/100ml y 7900 NMP/100 ml). Se determinó la presencia de Escherichia coli, siendo mayor en la estación M-12 denominada Espejo de Agua por ser el cuerpo de agua más grande del ACR y donde anidan el mayor números de aves. Los parámetros fisicoquímicos del agua en general superaron los límites permisibles establecidos por los Estándares Nacionales de Calidad Ambiental (ECA) 2008, 2015 y 2017 del Perú (D.S. N°002-2008-MINAN, D.S. N°015-2015-MINAN y D.S. N°004-2017- MINAN). Se concluye que toda el área de estudio esta impactada por la contaminación microbiológica y fisicoquímica. Se considera de interés la afectación por metales pesados siendo el plomo el más preocupante y también As, Cu, Cd, Hg, Se, Zn y Tl. Los resultados indican una posible afectación a la biota acuática, la salud pública y la calidad del agua superficial y subterránea. Además un aporte importante fue la generación de 35 mapas de isolineas que muestran la dispersión de de los contaminantes en toda el Área de Conservación Regional Humedales de Ventanilla. / Tesis

Determina la hidrodinámica de la Bahía de Paracas mediante mediciones de campo y simulaciones numéricas. Analiza perfiles datos de temperatura, salinidad y velocidad de las corrientes obtenidos durante la campaña de mediciones oceanográficas, son complementados con datos meteorológicos y de nivel del mar. Realiza las simulaciones con el modelo computacional Estuary and Lake Computer Model (ELCOM 3D). Este modelo utiliza principios hidrodinámicos y termodinámicos para simular el comportamiento espacial y temporal de cuerpos de agua semicerrados y estratificados sometidos a forzamientos físicos externos. Obtiene una batimetría detallada de la Bahía (mayo 2005 y abril 2006) y datos hidrográficos para preparar el pre y postprocesamiento del modelo numérico mediante campañas de mediciones. El modelo resuelve numéricamente las ecuaciones de Navier-Stokes y el transporte de escalares para un flujo no permanente, no viscoso e incompresible utilizando la aproximación hidrostática y de Boussinesq. El modelo fue aplicado sobre una malla cartesiana rectangular con dx=dy=100 m, dz=2m, con un paso de tiempo dt=10 s. y fue forzado con series de tiempo de marea, radiación solar, velocidad y dirección del viento, temperatura del aire y humedad relativa. Se utilizó diferentes condiciones iniciales y de frontera en el modelo para analizar la capacidad de reproducir la dinámica física del sistema. Las simulaciones realizadas incluyen respuestas a flujos inducidos por cambios en la pendiente (respuestas barotrópicas), flujos inducidos por cambios en la densidad no homogéneos (respuestas baroclínicas), efectos rotacionales, esfuerzos del viento, forzamiento de marea, intercambio térmico superficial, y por transporte de sal y calor. El modelo simuló sólo la distribución de temperatura y corrientes en la Bahía, y se validó con datos de campo. Los resultados de las simulaciones muestran que la circulación superficial y la mezcla vertical responden al esfuerzo del viento para velocidades del viento superior a 4 m/s; durante la bajamar la dirección de la corriente de fondo fue hacia adentro de la Bahía por la boca de conexión y viceversa durante la pleamar; las corrientes superficiales siguieron la dirección del viento para velocidades mayores a 4 m/s. La estructura vertical de temperatura presentó gradientes pronunciados por lo que la estratificación observada se debe a la temperatura; esto se debe a que debido a la advección del sistema las temperaturas bajas entran por el fondo y parte Este, e inundan la Bahía modificando la mezcla y estratificación. La marea influye durante las pleamares y bajamares en la estratificación del fondo a la superficie. Las corrientes son del orden de 2 a 5 cm/s en la superficie y son influenciados por el viento, mientras que en el fondo son de 2 a 3 cm/s y responden al flujo y reflujo de la marea. / Tesis

La calidad del agua para consumo humano es uno de los pilares básicos para todo desarrollo de una nación. Por un lado, se constituye en un derecho fundamental para el ejercicio pleno de capacidades y, por el otro, en un servicio público de crucial relevancia. No obstante, el Perú ha presentado grandes desafíos para garantizarla en las zonas rurales. De allí que, se creara el Fondo de Estímulo de Desempeño y Logros Sociales (FED) como un mecanismo de cierre brechas sociales. Lastimosamente los datos recogidos dan cuenta que su labor no ha sido del todo eficaz para mejorar la cloración de agua en las zonas rurales. Frente a ello, nuestra hipótesis es la siguiente: el FED no involucra a los actores claves del sistema de cloración rural en ninguna de sus fases operativas y, en consecuencia, no se fijan incentivos para aquellos quienes tienen la responsabilidad de brindar el servicio de saneamiento en las zonas rurales como son las municipalidades locales. Para comprobar tal hipótesis, realizamos una contrastación entre la cadena de valor real de cloración con intervención del FED y la cadena de valor ideal de cloración con intervención ideal del FED, considerando el marco normativo, documentos de gestión, la doctrina correspondiente y las entrevistas semi estructuradas realizadas a un panel de expertos. Bajo tal metodología de análisis, la presente investigación (1) identifica y delimita las funciones de los actores claves de la cloración para consideración del FED, conforme a la cadena de valor del servicio de agua potable en zonas rurales; (2) analiza la pertinencia de los incentivos que otorga el FED a los actores participantes considerando los riesgos por disfuncionalidades del diseño, sistema de team working, intervención de peer monitoring, entre otros, y finalmente, (3) presenta una propuesta de modelo ideal de intervención del FED, que permita mejorar su operatividad coadyuvando significativamente en lograr la prestación universal de calidad de agua potable en el área rural.

El agua es indispensable para el desarrollo humano; sin embargo, año a año, su acceso se ha vuelto más limitado por los distintos factores externos que lo afectan, como el cambio climático y las actividades antropogénicas que inciden directamente en su cantidad y calidad. De ese modo, se han establecido diversos mecanismos para su conservación. En el Perú, a través de la Política y Estrategia Nacional de Recursos Hídricos, se ha establecido líneas de acción para conservar y recuperar la calidad de los recursos hídricos a fin de lograr su gestión integrada a nivel nacional. De ese modo, en el año 2016, se promulgó el Decreto Legislativo N.° 1285, el cual establece “un plazo no mayor a nueve (9) años para la adecuación progresiva de los prestadores de servicios de saneamiento a lo establecido en los artículos 79, 80, 81 y 82 de la Ley N.° 29338, Ley de Recursos Hídricos (LRH)”. Al respecto, los prestadores de servicios de saneamiento que se inscriban en el Registro Único para el Proceso de Adecuación Progresiva no están sujetos a las sanciones que se hayan generado o generen como consecuencia del incumplimiento de los artículos 79, 80, 81 y 82 de la LRH, es decir, son sujetos que no pueden ser fiscalizados por la Autoridad Nacional del Agua por realizar vertimientos o reúso de agua residual tratada o sin tratar. Sin embargo, a un año de culminar dicha implementación del DL N.° 1285, no se ha logrado el objetivo de adecuar los vertimientos del sector saneamiento a la normativa ambiental vigente. Ello se evidencia en la parte baja de la cuenca Chira, cuya calidad no ha mejorado y continúa siendo afectada por los vertimientos de aguas residuales municipales sin tratamiento de la Empresa Prestadora de Servicios de Saneamiento Grau S. A., ya que a la fecha no cuenta con ninguna autorización de vertimientos emitida por la Autoridad Nacional del Agua. / Water is an essential resource for human development; however, year after year, its access has become more limited due to the different external factors that affect it, such as climate change and anthropogenic activities that directly affect its quantity and quality. In this way, various mechanisms have been established for its conservation. In Peru, through the National Water Resources Policy and Strategy, lines of action have been established to conserve and recover the quality of water resources at the national level in order to achieve their integrated management at the national level. In that way, in 2016, Legislative Decree N.° 1285 was promulgated, which establishes a period of no more than nine (9) years for the progressive adaptation of sanitation service providers to the provisions of articles 79. , 80, 81 and 82 of Law No. 29338, Water Resources Law (WRL). In this regard, sanitation service providers who register in the Single Registry for the Progressive Adaptation Process are not subject to the sanctions that have been generated or generated as a consequence of non-compliance with articles 79, 80, 81 and 82 of the WRL, that is, are subjects that cannot be supervised by the National Water Authority for discharging or reusing treated or untreated wastewater. However, one year after completing said implementation of Legislative Decree N.° 1285, the objective of adapting wastewater from the sanitation sector to current environmental regulations has not been achieved. This is evident in the lower part of the Chira basin, whose quality has not improved and continues to be affected by the discharge of municipal wastewater without treatment by the Sanitation Services Provider Company Grau S. A., since to date it does not have any discharge authorization issued by the National Water Authority.

Una característica muy importante del agua es su calidad, tanto para el medio ambiente, como para sus usos. Actualmente, la legislación referente a los recursos hídricos, en distintos países, pone de manifiesto la importancia de conservar su calidad natural, e impone normas y criterios que debe cumplir el vital líquido. Uno de los objetivos de este trabajo es analizar la calidad del agua almacenada en los embalses, en perfil vertical, y a escala temporal diaria, por medio de la modelación multivariante y mecanicista de cuatro parámetros: temperatura del agua (esta variable mediante ambas técnicas), oxígeno disuelto, pH y conductividad, estas tres últimas por medio de métodos multivariantes. Como caso de aplicación se consideró el Embalse Amadorio. Para efectuar la modelación se utilizó información meteorológica de la estación Villajoyosa, así como datos de las variables de estado del almacenamiento, e información de una sonda multiparamétrica instalada en el paramento del embalse. El propósito final de la tesis es la comparación de los métodos multivariantes y mecanicista, en su efectividad y resultados, y presentar sus ventajas e inconvenientes. Se usaron, en la primera parte, varios métodos multivariantes para procesar y analizar los datos: análisis de componentes principales, análisis factorial, análisis cluster, análisis discriminante, el modelo lineal de regresión múltiple, análisis de correlación canónica, y regresión parcial en mínimos cuadrados (PLSR). Con estas técnicas, se obtuvieron modelos, con el propósito de hacer predicciones. Asimismo, se propone un modelo mecanicista multicapa (vertical) para temperatura, con el fin de comparar las características y los resultados de la modelación con métodos multivariantes, con las de un modelo con fundamento físico. Primero se enumeran los datos para el desarrollo de este modelo mecanicista, luego se describe el orden de los procesos a efectuar en las capas del embalse, y se analiza la estabilidad física de las c / Bluhm Gutiérrez, J. (2008). Modelación unidimensional de la calidad del agua en embalses. Análisis comparativo de modelos y multivariantes [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/3345

Desde 1974 se conoce que el cloro añadido como desinfectante en el tratamiento de aguas potables reacciona con la materia orgánica natural (MON) del agua para dar lugar a compuestos clorados entre los que se encuentran los trihalometanos (THMs), los cuales están considerados como compuestos potencialmente cancerígenos, genotóxicos y mutagénicos. La concentración de THMs está regulada en España a un nivel máximo de 100 µg L-1. Por ello, en la actualidad algunas plantas de tratamiento de aguas potables trabajan con desinfectantes alternativos al cloro (principalmente ClO2 ó O3) que tienen un mayor poder de desinfección y reducen la formación de THMs. De modo general la MON del agua está formada por una fracción hidrófoba (ácidos húmicos, fúlvicos y/o derivados de la lignina) y una fracción hidrófila (sacáridos, proteínas, compuestos de polaridad media/alta con grupos carbonílicos cetónicos y/o carboxílicos). De entre todos estos compuestos, los derivados de fenol y los compuestos [beta]-dicarbonílicos son considerados como los principales precursores de los SPDs. Además de la MON del agua están siendo detectados en las aguas de abastecimiento o potables muchos compuestos derivados de la actividad humana (ej. Compuestos farmacéuticos). Considerando estos precedentes nos propusimos realizar un estudio de los parámetros de calidad relacionados con la materia orgánica del agua y con microorganismos resistentes a la cloración. Inicialmente se caracterizó la materia orgánica disuelta del río Turia (Capítulo 3), destacando la abundancia de estructuras derivadas de polisacáridos y de ácidos grasos. Además, inesperadamente no se observa la presencia de ácidos húmicos y fúlvicos. En contraste, se ha detectado paracetamol, un compuesto considerado contaminante emergente en las aguas de abastecimiento. Posteriormente, se procedió a evaluar el comportamiento de los carbohidratos como precursores de THMs en la cloración (Capítulo 4). Los resultados indican que aunque los valores de THMs obtenidos son menores respecto a los modelos tradicionales de ácidos húmicos y fúlvicos, en aquellos sistemas en los que existan elevadas concentraciones de carbohidratos éstos pueden contribuir notablemente a la formación de THMs.Los resultados obtenidos demuestran que el sistema UV/TiO2 es eficaz para conseguir la descontaminación completa de estos protozoos trabajando en condiciones reales de tratamiento. El cloro desempeña un papel sinérgico en el sistema reduciendo considerablemente los tiempos de exposición necesarios para llevar a cabo una desinfección efectiva. / Navalón Oltra, S. (2010). Parámetros de calidad del agua relacionados con la presencia de materia orgánica y microorganismos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8415

[ES] La vulnerabilidad de los sistemas denominados de infraestructura crítica (IC), entre ellos los sistemas de distribución de agua potable (SDAP), ha sido uno de los temas de investigación de gran relevancia durante las últimas décadas, particularmente enmarcado en un contexto de peligro y/o amenaza. En general, los sistemas de IC proveen servicios esenciales para la sociedad actual. La seguridad, el crecimiento económico y el bienestar social de un país pueden verse comprometidos cuando alguno de esos sistemas es dañado, deshabilitado o interrumpido en su funcionamiento. Además de los accidentes y fallos característicos de los SDAPs, ciertos peligros y amenazas extraordinarios, tales como desastres naturales o actos relacionados con violencia a diferentes niveles, han generado un interés creciente entre gestores, tomadores de decisiones, ingenieros y la sociedad en general. El abastecimiento de agua potable es uno de los servicios fundamentales para el desarrollo de una ciudad y la calidad de vida de los ciudadanos. Sin embargo, un SDAP tiene propiedades que lo hacen especialmente vulnerable en comparación con otros sistemas. La interrupción total o parcial del suministro de agua por un período de tiempo, causa graves efectos en los usuarios y en el resto de sistemas que dependen de él. Debido a su importancia como infraestructuras, los SDAPs han sido un objetivo especialmente atrayente para ataques maliciosos, específicamente, posibles eventos de contaminación intencional. Este tipo de sucesos ha puesto de manifiesto las debilidades de estos sistemas y la necesidad de establecer medidas de prevención y mitigación que mejoren su seguridad, evitando que la salud de los usuarios sea afectada. En la literatura se pueden encontrar diversos métodos para evaluar, prevenir y mitigar aspectos asociados a la vulnerabilidad de las ICs. Entre ellos se encuentra el enfoque de la teoría de redes complejas, basada en las técnicas de la teoría de grafos, que ha sido ampliamente utilizado, entre otros fines, para obtener parámetros relacionados con la estructura y conectividad de los elementos de una IC, para identificar los elementos más importantes, y para analizar el impacto en el funcionamiento del sistema debido a la eliminación de uno o más elementos. Investigaciones recientes han demostrado la validez de estas técnicas para la evaluación de la vulnerabilidad de redes de diversa clase y, particularmente, de las redes de distribución de agua (RDAs). Mediante la abstracción de la RDA a un grafo con características especiales (donde los arcos son las líneas hidráulicas y los vértices son los puntos de consumo) es posible cuantificar sus atributos estructurales, facilitando su análisis a un nivel de detalle más preciso, incluida la división en sectores. Esta tesis doctoral surge de la motivación de abordar este tema y de enfocarlo en la identificación y prevención de eventos de fallo en la calidad del agua. El estudio se centra en el análisis de la RDA que, por la ordenación y exposición de los diferentes elementos que la componen, es la parte más vulnerable de todo el sistema. Bajo el marco conceptual de la teoría de redes, se cuantifican atributos como la robustez y redundancia de la estructura de la RDA. Además, se utiliza el algoritmo evolutivo multiagente Agent Swarm Optimization (ASO) para identificar los lugares óptimos para ubicar sensores de monitorización de la calidad del agua, como una medida de vigilancia preventiva de cara a un evento de contaminación intencional o accidental. Al medir continuamente parámetros de la calidad del agua, entre ellos la conductividad, el pH, la concentración de diferentes sustancias y otros parámetros relacionados, directamente desde la red, una red adecuada de estos sensores ayudará a las empresas de distribución de agua a detectar la intrusión de contaminantes y a evaluar los problemas de calidad en sus redes. Decidir dónde colocar los sensores en la red y cuántos de ellos deben colocarse es un problema difícil de enfrentar, debido a la naturaleza de los objetivos que implica. Los objetivos contemplados en este trabajo son: el tiempo de detección, el volumen de agua contaminada consumida, el fallo de detección y los costes de implementación. Esta tesis presenta una forma de resolver el problema mencionado mediante la hibridación de la teoría de redes y el enfoque multiobjetivo del algoritmo ASO. Finalmente, la contribución principal de esta tesis es una metodología que ayude a las empresas de agua a establecer redes de monitoreo para detectar y estimar con rapidez posibles fallos en la calidad del agua, y que dé soporte a la toma de decisiones y a la mejora de la seguridad. Para demostrar el funcionamiento de la metodología propuesta, se presenta un caso de estudio referido a una red real, con el que se demuestran las posibilidades del acoplamiento de las técnicas propuestas. El resultado es un conjunto de posibles redes de sensores de calidad del agua, obtenido mediante un estudio a priori basado en el preproceso desarrollado a partir de la teoría de redes. Este conjunto es, posteriormente, ampliado y optimizado bajo el enfoque multiobjetivo de ASO, de modo que presente una cantidad suficiente de soluciones no dominadas de la frontera de Pareto del problema multiobjetivo estudiado. El fin último es dotar a los gestores del abastecimiento de una herramienta para seleccionar, mediante una toma de decisiones adecuada, aquella solución que mejor satisfaga, no solo lo requerimientos técnicos y económicos, sino otros menos objetivables que puedan existir. / [CA] La vulnerabilitat dels anomenats sistemes d'infraestructura crítica (IC), inclosos els sistemes de distribució d'aigua potable (SDAP), ha estat un dels temes de recerca altament rellevants de les darreres dècades, especialment emmarcat en un context de perill i/o amenaça. En general, els sistemes IC ofereixen serveis essencials per a la societat actual. La seguretat, el creixement econòmic i el benestar social d'un país es poden comprometre quan algun d'aquests sistemes es danya, es desactiva o s'interromp en el seu funcionament. A més dels accidents i falles característics dels SDAPs, certs perills i amenaces extraordinaris, com ara desastres naturals o actes relacionats amb la violència a diferents nivells, han generat un interès creixent entre els administradors, els responsables de la presa de decisions, els enginyers i la societat en general. El abastiment d'aigua potable és un dels serveis fonamentals per al desenvolupament d'una ciutat i la qualitat de vida dels ciutadans. No obstant això, un SDAP té propietats que el fan especialment vulnerable en comparació amb altres sistemes. La interrupció total o parcial de l'abastiment d'aigua durant un període de temps provoca greus efectes en els usuaris i en la resta de sistemes que en depenen. A causa de la seva importància com a infraestructures, els SDAPs han estat un objectiu especialment atractiu per a atacs maliciosos, específicament possibles esdeveniments de contaminació intencionals. Aquest tipus d'esdeveniments han posat de manifest les debilitats d'aquests sistemes i la necessitat d'establir mesures de prevenció i mitigació que millorin la seva seguretat, evitant que es vegi afectada la salut dels usuaris. Es poden trobar diversos mètodes a la literatura per avaluar, prevenir i mitigar aspectes associats a la vulnerabilitat de les ICs. Entre ells es troba l'enfocament complex de la teoria de xarxes, basat en les tècniques de la teoria de grafs, que s'ha utilitzat àmpliament, entre altres finalitats, per obtenir paràmetres relacionats amb l'estructura i la connectivitat dels elements d'una IC, per identificar-ne els elements més crítics, i analitzar l'impacte en el funcionament del sistema a causa de l'eliminació d'un o més elements. Investigacions recents han demostrat la validesa d'aquestes tècniques per avaluar la vulnerabilitat de xarxes de diversos tipus i, en particular, de xarxes de distribució d'aigua (XDAs). Abstraient la XDA a un gràfic amb característiques especials (on els arcs són les línies hidràuliques i els vèrtexs són els punts de consum) és possible quantificar-ne els atributs estructurals, facilitant les anàlisis a un nivell de detall més precís, inclosa la divisió en sectors. Aquesta tesi doctoral sorgeix de la motivació per abordar aquesta qüestió i centrar-se en la identificació i prevenció d'esdeveniments de fallida en la qualitat de l'aigua. L'estudi se centra en l'anàlisi de la XDA que, a causa de la disposició i exposició dels diferents elements que el componen, és la part més vulnerable de tot el sistema. Sota el marc conceptual de la teoria de xarxes, es quantifiquen atributs com la robustesa i la redundància de l'estructura de la XDA. A més, s'utilitza l'algorisme evolutiu multi-agent Agent Swarm Optimization (ASO) per identificar els llocs òptims per localitzar els sensors de control de la qualitat de l'aigua, com a mesura de vigilància preventiva davant d'un esdeveniment de contaminació intencional o accidental. Mesurant contínuament els paràmetres de qualitat de l'aigua, inclosa la conductivitat, el pH, la concentració de diferents substàncies i altres paràmetres relacionats, directament des de la xarxa, una xarxa adequada d'aquests sensors ajudarà les empreses de distribució d'aigua a detectar la intrusió de contaminants i avaluar els problemes de qualitat a les seves xarxes. Decidir on col·locar els sensors a la xarxa i quants d'ells s'hauria de col·locar és un problema difícil d’afrontar, a causa de la naturalesa dels objectius implicats. Els objectius considerats en aquest treball són: temps de detecció, volum d’aigua contaminada consumida, fallada de detecció i costos d’implementació. Aquesta tesi presenta una manera de resoldre el problema esmentat mitjançant la hibridació de la teoria de xarxes i l'enfocament multiobjectiu de l'algorisme ASO. Finalment, la principal contribució d’aquesta tesi és una metodologia destinada a ajudar les empreses d’aigua a establir xarxes de control per detectar i estimar ràpidament possibles fallades en la qualitat de l’aigua, i donar suport a la presa de decisions i la millora de la seguretat de l’aigua. Per demostrar el funcionament de la metodologia proposada, es presenta un cas d’estudi relacionat amb una xarxa real, amb la qual es demostren les possibilitats d'acoblament de les tècniques proposades. / [EN] The vulnerability of so-called critical infrastructure (CI) systems, including water distribution systems (WDSs), has been one of the highly relevant research topics in recent decades, particularly framed in a context of danger and/or threat. In general, CI systems provide essential services for today's society. The security, economic growth and social welfare of a country can be compromised when any of these systems is damaged, disabled or interrupted in its operation. In addition to the accidents and failures characteristic of WDSs, certain extraordinary dangers and threats, such as natural disasters or acts related to violence at different levels, have generated a growing interest among managers, decision makers, engineers and the society in general. The supply of drinking water is one of the fundamental services for the development of a city and the quality of life of citizens. However, a WDS has properties that make it especially vulnerable compared to other systems. The total or partial interruption of the water supply for a period of time, causes serious effects on the users and on the rest of the systems that depend on it. Due to their importance as infrastructures, WDSs have been an especially attractive target for malicious attacks, specifically potential intentional contamination events. This type of event has revealed the weaknesses of these systems and the need to establish prevention and mitigation measures that improve their safety, preventing the health of users from being affected. Various methods can be found in the literature to assess, prevent and mitigate aspects associated with the vulnerability of CIs. The complex network theory approach, based on the techniques of graph theory, is one of them. This approach has been widely used, among other purposes, to obtain parameters related to the structure and connectivity of the elements of an IC, to identify its most critical elements, and to analyze the impact on the operation of the system due to the elimination of one or more elements. Recent research has demonstrated the validity of these techniques for assessing the vulnerability of networks of various kinds and, particularly, of water distribution networks (WDNs). By abstracting the WDN to a graph with special characteristics (where the arcs are the hydraulic lines and the vertices are the consumption points) it is possible to quantify its structural attributes, facilitating analyses at a more precise level of detail, including the division into district metered areas. This doctoral thesis arises from the motivation to address this issue and to focus on the identification and prevention of failure events in water quality. The study focuses on the analysis of the WDN, which, due to the arrangement and exposure of the different elements integrating it, is the most vulnerable part of the entire system. Under the conceptual framework of the network theory, attributes such as robustness and redundancy of the WDN structure are quantified. In addition, the evolutionary multi-agent Agent Swarm Optimization (ASO) algorithm is used to identify optimal places to locate water quality monitoring sensors, as a preventive surveillance measure to face any accidental or intentional contamination event. By continuously measuring water quality parameters, including conductivity, pH, concentration of different substances and other related parameters, directly from the network, a suitable network of these quality sensors will help water distribution companies detect the intrusion of pollutants and assess quality problems in their networks. Deciding where to place the sensors on the network and how many of them should be placed is a difficult problem to face, due to the nature of the objectives involved. The objectives considered in this work are: detection time, volume of consumed contaminated water, detection failure and implementation costs. This thesis presents a way to solve the aforementioned problem through the hybridization of the network theory and the multi-objective approach of the ASO algorithm. With the graph theory, an approach to the search for possible solutions is sought, thus reducing the search space. With the ASO multi-objective evolutionary algorithm, instead of a unique specific solution, the idea is to find a wide range of solutions that represent the best tradeoff among all the objectives considered in the problem. Finally, the main contribution of this thesis is a methodology intended to help water companies to set monitoring networks to quickly detect and estimate possible failures in water quality, and to support decision-making and improvement of water safety. To demonstrate the operation of the proposed methodology, a case study related to a real-world network is presented, with which the possibilities of coupling the proposed techniques are demonstrated. The result is a set of water quality sensor networks, obtained through an a priori study based on the pre-process developed from the network theory. This set is later expanded and optimized under the ASO multi-objective approach, so that it presents a sufficient number of non-dominated solutions of the Pareto front of the studied multi-objective problem. The ultimate goal is to provide supply managers with a tool to select, through appropriate decision-making, the solution that best satisfies, not only technical and economic requirements, but also other less objective objectives that may exist. / Gutiérrez Pérez, JA. (2021). Monitorización, detección y estimación de estados de fallo en la calidad del agua de redes de distribución urbanas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/169363

[ES] La introducción de soluciones tecnológicas en la agricultura permite reducir el uso de recursos y aumentar la producción de los cultivos. Además, la calidad del agua de regadío se puede monitorizar para asegurar la seguridad de los productos para el consumo humano. Sin embargo, la localización remota de la mayoría de los campos presenta un problema para proveer de cobertura inalámbrica a los nodos sensores y actuadores desplegados en los campos y los canales de agua para regadío. El trabajo presentado en esta tesis aborda el problema de habilitar la comunicación inalámbrica entre los dispositivos electrónicos desplegados para la monitorización de la calidad del agua y el campo a través de un protocolo de comunicación y arquitectura heterogéneos. La primera parte de esta tesis introduce los sistemas de agricultura de precisión (PA) y la importancia de la monitorización de la calidad del agua y el campo. Asimismo, las tecnologías que permiten la comunicación inalámbrica en sistemas PA y el uso de soluciones alternativas como el internet de las cosas bajo tierra (IoUT) y los vehículos aéreos no tripulados (UAV) se introducen también. Después, se realiza un análisis en profundidad del estado del arte respecto a los sensores para la monitorización del agua, el campo y las condiciones meteorológicas, así como sobre las tecnologías inalámbricas más empleadas en PA. Además, las tendencias actuales y los desafíos de los sistemas de internet de las cosas (IoT) para regadío, incluyendo las soluciones alternativas introducidas anteriormente, han sido abordados en detalle. A continuación, se presenta la arquitectura propuesta para el sistema, la cual incluye las áreas de interés para las actividades monitorización que incluye las áreas de los canales y el campo. A su vez, la descripción y los algoritmos de operación de los nodos sensores contemplados para cada área son proporcionados. El siguiente capítulo detalla el protocolo de comunicación heterogéneo propuesto, incluyendo los mensajes y alertas del sistema. Adicionalmente, se presenta una nueva topología de árbol para redes híbridas LoRa/WiFi multisalto. Las funcionalidades específicas adicionales concebidas para la arquitectura propuesta están descritas en el siguiente capítulo. Éstas incluyen algoritmos de agregación de datos para la topología propuesta, un esquema de las amenazas de seguridad para los sistemas PA, algoritmos de ahorro de energía y tolerancia a fallos, comunicación bajo tierra para IoUT y el uso de drones para adquisición de datos. Después, los resultados de las simulaciones para las soluciones propuestas anteriormente son presentados. Finalmente, se tratan las pruebas realizadas en entornos reales para el protocolo heterogéneo presentado, las diferentes estrategias de despliegue de los nodos empleados, el consumo energético y la función de cuantificación de fruta. Estas pruebas demuestran la validez de la arquitectura y protocolo de comunicación heterogéneos que se han propuesto. / [CA] La introducció de solucions tecnològiques en l'agricultura permet reduir l'ús de recursos i augmentar la producció dels cultius. A més, la qualitat de l'aigua de regadiu es pot monitoritzar per assegurar la qualitat dels productes per al consum humà. No obstant això, la localització remota de la majoria dels camps presenta un problema per a proveir de cobertura sense fils als nodes sensors i actuadors desplegats als camps i els canals d'aigua per a regadiu. El treball presentat en aquesta tesi tracta el problema d'habilitar la comunicació sense fils entre els dispositius electrònics desplegats per a la monitorització de la qualitat de l'aigua i el camp a través d'un protocol de comunicació i arquitectura heterogenis. La primera part d'aquesta tesi introdueix els sistemes d'agricultura de precisió (PA) i la importància de la monitorització de la qualitat de l'aigua i el camp. Així mateix, també s'introdueixen les tecnologies que permeten la comunicació sense fils en sistemes PA i l'ús de solucions alternatives com l'Internet de les coses sota terra (IoUT) i els vehicles aeris no tripulats (UAV). Després, es realitza una anàlisi en profunditat de l'estat de l'art respecte als sensors per a la monitorització de l'aigua, el camp i les condicions meteorològiques, així com sobre les tecnologies sense fils més emprades en PA. S'aborden les tendències actuals i els reptes dels sistemes d'internet de les coses (IoT) per a regadiu, incloent les solucions alternatives introduïdes anteriorment. A continuació, es presenta l'arquitectura proposada per al sistema, on s'inclouen les àrees d'interès per a les activitats monitorització en els canals i el camp. Finalment, es proporciona la descripció i els algoritmes d'operació dels nodes sensors contemplats per a cada àrea. El següent capítol detalla el protocol de comunicació heterogeni proposat, així como el disseny del missatges i alertes que el sistema proposa. A més, es presenta una nova topologia d'arbre per a xarxes híbrides Lora/WiFi multi-salt. Les funcionalitats específiques addicionals concebudes per l'arquitectura proposada estan descrites en el següent capítol. Aquestes inclouen algoritmes d'agregació de dades per a la topologia proposta, un esquema de les alertes de seguretat per als sistemes PA, algoritmes d'estalvi d'energia i tolerància a fallades, comunicació per a IoUT i l'ús de drons per a adquisició de dades. Després, es presenten els resultats de les simulacions per a les solucions proposades. Finalment, es duen a terme les proves en entorns reals per al protocol heterogeni dissenyat. A més s'expliquen les diferents estratègies de desplegament dels nodes empleats, el consum energètic, així com, la funció de quantificació de fruita. Els resultats d'aquetes proves demostren la validesa de l'arquitectura i protocol de comunicació heterogenis propost en aquesta tesi. / [EN] The introduction of technological solutions in agriculture allows reducing the use of resources and increasing the production of the crops. Furthermore, the quality of the water for irrigation can be monitored to ensure the safety of the produce for human consumption. However, the remote location of most fields presents a problem for providing wireless coverage to the sensing nodes and actuators deployed on the fields and the irrigation water canals. The work presented in this thesis addresses the problem of enabling wireless communication among the electronic devices deployed for water quality and field monitoring through a heterogeneous communication protocol and architecture. The first part of the dissertation introduces Precision Agriculture (PA) systems and the importance of water quality and field monitoring. In addition, the technologies that enable wireless communication in PA systems and the use of alternative solutions such as Internet of Underground Things (IoUT) and Unmanned Aerial Vehicles (UAV) are introduced as well. Then, an in-depth analysis on the state of the art regarding the sensors for water, field and meteorology monitoring and the most utilized wireless technologies in PA is performed. Furthermore, the current trends and challenges for Internet of Things (IoT) irrigation systems, including the alternate solutions previously introduced, have been discussed in detail. Then, the architecture for the proposed system is presented, which includes the areas of interest for the monitoring activities comprised of the canal and field areas. Moreover, the description and operation algorithms of the sensor nodes contemplated for each area is provided. The next chapter details the proposed heterogeneous communication protocol including the messages and alerts of the system. Additionally, a new tree topology for hybrid LoRa/WiFi multi-hop networks is presented. The specific additional functionalities intended for the proposed architecture are described in the following chapter. It includes data aggregation algorithms for the proposed topology, an overview on the security threats of PA systems, energy-saving and fault-tolerance algorithms, underground communication for IoUT, and the use of drones for data acquisition. Then, the simulation results for the solutions previously proposed are presented. Finally, the tests performed in real environments for the presented heterogeneous protocol, the different deployment strategies for the utilized nodes, the energy consumption, and a functionality for fruit quantification are discussed. These tests demonstrate the validity of the proposed heterogeneous architecture and communication protocol. / García García, L. (2021). Architecture and communication protocol to monitor and control water quality and irrigation in agricultural environments [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/174223

Un mayor conocimiento de la hidrodinámica del lago Titicaca en el Perú, es la discusión del presente trabajo. El estudio se realiza para una escala de tiempo de ciclo diario. Usamos ELCOM (Estuary, Lake and Coastal Ocean Model), un modelo numérico en tres dimensiones para realizar simulaciones en un periodo comprendido entre el primero y quinto día del mes de enero del 2005. Para iniciar las simulaciones se obtuvo la batimetría del lago Titicaca a partir de una carta de sondajes. Se presentaron cuatro escenarios diferentes, cambiando las condiciones iniciales de temperatura y considerando el efecto coriolis. El modelo resuelve las ecuaciones hidrodinámicas de Navier-Stokes con aproximaciones mediante el método semi-implícito de diferencias finitas, para un flujo incompresible, barotrópico, rotacional y estratificado por temperatura. Las condiciones meteorológicas, entre ellas, el viento tiene un efecto en la circulación y la estratificación en capas superficiales del lago. Las corrientes en el lago Grande que ocupa el mayor volumen de agua, se debe principalmente al forzamiento del fluido debido a la temperatura. Los afluentes y efluentes no se consideraron en las simulaciones realizadas en el presente trabajo. La fuerza de coriolis es importante en la dinámica del lago Grande por que ayuda a mezclar las capas estratificadas térmicamente.

Un mayor conocimiento de la hidrodinámica del lago Titicaca en el Perú, es la discusión del presente trabajo. El estudio se realiza para una escala de tiempo de ciclo diario. Usamos ELCOM (Estuary, Lake and Coastal Ocean Model), un modelo numérico en tres dimensiones para realizar simulaciones en un periodo comprendido entre el primero y quinto día del mes de enero del 2005. Para iniciar las simulaciones se obtuvo la batimetría del lago Titicaca a partir de una carta de sondajes. Se presentaron cuatro escenarios diferentes, cambiando las condiciones iniciales de temperatura y considerando el efecto coriolis. El modelo resuelve las ecuaciones hidrodinámicas de Navier-Stokes con aproximaciones mediante el método semi-implícito de diferencias finitas, para un flujo incompresible, barotrópico, rotacional y estratificado por temperatura. Las condiciones meteorológicas, entre ellas, el viento tiene un efecto en la circulación y la estratificación en capas superficiales del lago. Las corrientes en el lago Grande que ocupa el mayor volumen de agua, se debe principalmente al forzamiento del fluido debido a la temperatura. Los afluentes y efluentes no se consideraron en las simulaciones realizadas en el presente trabajo. La fuerza de coriolis es importante en la dinámica del lago Grande por que ayuda a mezclar las capas estratificadas térmicamente.