[pt] O método fast multipole é um poderoso algoritmo para a modelagem num simples computador de mesa de problemas com muitos milhões de graus de liberdade. Sua combinação com o método de colocação dos elementos de contorno, que se baseia em soluções fundamentais com suporte global, conduz a um esquema cuja eficiência ou às vezes apenas exequibilidade de simulação não podem ser igualadas por qualquer outra ferramenta numérica. O objetivo básico da presente pesquisa é a consolidação de algoritmos computacionais previamente desenvolvidos na PUC-Rio em linguagem C++ para a análise de problemas tridimensionais de potencial. É aplicado um esquema de integração analítica – com precisão de máquina – para quando o elemento de contorno e ponto fonte estejam próximos, numa implementação específica para elementos triangulares de três nós. Para distâncias maiores, aplica-se um esquema de integração numérica adaptativa, que é computacionalmente mais rápido. Para grandes distâncias, é aplicado um esquema fast multipole reverso e duas vezes recursivo proposto em teses e dissertações anteriores, também com avaliação exata das integrais de contorno. Com isso, desenvolvimentos recentemente concluídos na PUC-Rio para problemas 3D puderam ser reconceituados e reformulados. A validação do programa implementado é feita por meio de alguns exemplos numéricos bem elucidativos. / [en] The fast multipole is a powerful algorithm for modelling on a simple desktop computer problems with many millions of degrees of freedom. Its combination with the collocation boundary element method, which is based on fundamental solutions with global support, leads to a scheme whose efficiency or sometimes just simulation feasibility cannot be matched by any other numerical tool. The basic goal of this research work is the consolidation of computer algorithms previously developed at PUC-Rio in language C++ for the analysis of threedimensional potential problems. An analytic, thus machine-precision, evaluation scheme of integrals for the case of close distances between boundary elements and source points is implemented for the specific case of three-node triangle elements. For larger distances an adaptative quadrature scheme is applied for the sake of saving computational effort. For very large distances a reverse fast multipole scheme previously implemented by M.Sc. and Ph.D. works is implemented – also making use of machine-precision boundary integral evaluations. This has ultimately led to a complete revisiting of the recent fast multipole developments carried out at PUC-Rio. The implemented code is validated by means of a few elucidative numerical examples.

Esta tesis aborda el desarrollo y mejora de los altavoces de panel multiexcitados (MAPs) con particular importancia en su aplicación para la reproducción de síntesis de campo (WFS). Los altavoces MAPs pueden usarse como alternativa a las agrupaciones de altavoces dinámicos para WFS con ventajas adicionales. Sin embargo, puesto que los altavoces MAPs son paneles finitos que se excitan en varios puntos de su superficie, existen cuestiones estructurales y geométricas que deben ser tratadas para garantizar que todos los excitadores actúan uniformemente para crear una agrupación de altavoces válida para WFS. Este objetivo se acomete a través de un método para el análisis de la radiación del campo sonoro en el dominio espacio-temporal que ha sido propuesto y validado en esta tesis. De la presente investigación se desprenden diversas conclusiones. El método propuesto analiza las imperfecciones del campo sonoro por el submuestreo espacial en una representación gráfica que muestra la distribución de energía radiada en el espacio. Mediante un estudio comparativo entre altavoces MAPs de diferentes tamaños y agrupaciones de altavoces dinámicos, la principal conclusión que se desprende, con implicaciones prácticas, es que el campo creado por paneles de grandes dimensiones presenta menos imperfecciones que el de paneles pequeños equivalentes. El efecto del contorno del panel en la calidad del campo creado también se ha considerado al comparar varias condiciones de contorno con diversos materiales elásticos. La conclusión principal es la conveniencia de usar condiciones elásticas que pueden crear una tecnología viable de sujeción de paneles y que presentan una radiación acústica adecuada. Los bordes también afectan a la respuesta de los excitadores cercanos, que debe ser convenientemente ecualizada para obtener una respuesta similar a la de los excitadores centrales. / Pueo Ortega, BJ. (2008). Analysis and enhancement of multiactuator panels for wave field synthesis reproduction [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/3347

The sound field distribution in a room is the consequence of the acoustic properties of radiating sources and the position, geometry and absorbing characteristics of the surrounding boundaries in an enclosure (boundary conditions). Despite there existing a consolidated acoustic wave theory, it is very difficult, nearly impossible, to find an analytical expression of the sound variables distribution in a real room, as a function of time and position. This scenario represents as an inhomogeneous boundary value problem, where the complexity of source properties and boundary conditions make that problem extremely hard to solve. Room acoustic simulation, as treated in this thesis, comprises the algebraical approach to solve the wave equation, and the way to define the boundary conditions and source modeling of the scenario under analysis. Numerical methods provide accurate algorithms for this purpose and among the different possibilities, the use of discrete-time methods arises as a suitable solution for solving those partial differential equations, particularized by some specific constrains. Together with the constant growth of computer power, those methods are increasing their suitability for room acoustic simulation. However, there exists an important lack of accuracy in the definition of some of these conditions so far: current frequency-dependent boundary conditions do not comply with any physical model, and directive sources in discrete-time methods have been hardly treated. This thesis discusses about the current state-of-the-art of the boundary conditions and source modeling in discrete-time methods for room acoustic simulation, and it contributes some algorithms to enhance boundary condition formulation, in a locally reacting impedance sense, and source modelling in terms of directive sources under a defined radiation pattern. These algorithms have been particularized to some discrete-time methods such as the Finite Difference Time Domain and the Digital Waveguide Mesh. / Escolano Carrasco, J. (2008). Contributions to discrete-time methods for room acoustic simulation [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8309

[EN] Investigations related to the comprehensive understanding of the relationship between surface and groundwater under the conjunctive water management of complex water resource systems requires establishing new tools and methods to jointly assess the natural processes of hydrological systems. When the water resources of a system with strong interaction of surface water and groundwater are evaluated, the approach in terms of conjunctive use is ideal for avoiding the duplication of resources in a simulated complex system. This thesis proposes a generic methodology for integrating models of aquifer into systems with conjunctive use, through efficient water exchange evaluation given in the river-aquifer interactions, with intensive interaction of surface water and groundwater. The main objective of this thesis is to propose a useful methodology for integrating aquifers into systems with conjunctive use, efficiently evaluating the flow exchange between surface and ground massess of a basin. The specific objectives are: (i) review and summarize the state of the art of the methodologies used to assess the river-aquifer relationships into models with conjunctive use; (ii) develop a generic methodology of conjunctive water resource management in complex basins; (iii) adapt a tool for estimating surface and groundwater flow contributions; (iv) implementing a mathematical routine for evaluating nonlinear boundary conditions (in terms of the Eigenvalues technique); (v) implement a tool of approximation of hydrogeological parameters for aquifers integrated on conjunctive use systems; (vi) integrate and apply different techniques, methods and tools in the evaluation of case studies; (vii) evaluate the regionalized effect of climate change on groundwater masses of the aquifer model of the main case study. The implementation methodology considers the following aspects: i. Avoid duplication of resources, conjunctively getting surface and infiltration contributions in the same hydrological model. ii. Propose and validate the operation of an assessment tool to evaluate the interchange flow given into river-aquifer interactions, through the efficient evaluation of nonlinear boundary conditions. iii. Propose a tool to generate and evaluate hydrogeological parameters for its use in models of Eigenvalues aquifers. iv. Propose and evaluate a particular methodology for analyzing the regionalized impact of climate change on groundwater masses on the case study aquifer. On this thesis auxiliary tools were implemented for modeling and simulating the conjunctive water resources in a complex basin such as the case study: the Duero River Basin, Spain. The results of implementing the methodology, tools and specific methods on a complex case study were satisfactory, to achieve the validation of the methodology and adaptations of pre-existing tools and methods. The use of semi-distributed and conceptual rainfall-runoff models allow to selectively separate the components of surface flow and underground recharge into masses of a same water system, avoiding duplication in the evaluation of water resources. In particular, the contribution of the approximated numerical solutions have proven to be a powerful and efficient improvement proposal into the evaluation process of conjunctive water resources use in simple and complex aquifer models, demonstrated in the case studies of Beniardá- Polop and the Duero aquifers. The analysis of the regionalized impact of climate change on groundwater massesof the Duero Basin is associated with the impact on the average recharge obtained respect to the climate scenarios of the IPCC AR5 (RCP 4.5, 6.0 and 8.5, periods 2046-2065 and 2081-2100). / [ES] Las investigaciones que profundizan en el conocimiento integral de las relaciones entre el agua superficial y subterránea, en el marco de la gestión conjunta de recursos de sistemas hídricos complejos, requiere establecer nuevas herramientas y métodos que permitan evaluar conjuntamente los procesos naturales de sistemas hidrológicos. Cuando se evalúan los recursos hídricos de un sistema con interacción intensa de aguas superficiales y subterráneas, el enfoque de evaluación con carácter de uso conjunto es el ideal para evitar la duplicidad de recursos simulados en un sistema complejo. Esta tesis propone una metodología genérica para integrar modelos de acuífero en sistemas de uso conjunto, mediante la evaluación eficiente del intercambio de agua dado en las relaciones río-acuífero de un sistema con interacción intensiva de sus aguas superficiales y subterráneas. El objetivo principal de esta tesis es proponer una metodología útil para la integración de acuíferos en sistemas de uso conjunto, evaluando eficientemente el intercambio de flujo entre masas superficiales y subterráneas de una cuenca hidrológica. Los objetivos particulares son: (i) revisar y sintetizar el estado del arte sobre metodologías de evaluación de relaciones río-acuífero en modelos de uso conjunto; (ii) desarrollar una metodología genérica de evaluación conjunta de recursos hídricos en cuencas complejas; (iii) adecuar una herramienta de estimación de aportaciones superficiales y subterráneas; (iv) implementar una rutina matemática para la evaluación de condiciones de contorno no lineales (en términos de la técnica de Autovalores); (v) implementar una herramienta de aproximación de parámetros hidrogeológicos para acuíferos integrados en sistemas de uso conjunto; (vi) integrar y aplicar distintas técnicas, métodos y herramientas en la evaluación de casos de estudio; (vii) evaluar el efecto del cambio climático regionalizado sobre masas subterráneas del modelo de acuífero del caso de estudio principal. La implementación metodológica considera los siguientes aspectos: i. Evitar duplicidad de recursos, obteniendo conjuntamente aportaciones superficiales e infiltración en un mismo modelo hidrológico. ii. Proponer y validar el funcionamiento de una herramienta de evaluación del intercambio de flujo por relaciones río-acuífero, mediante la evaluación eficiente de condiciones de contorno no lineales. iii. Proponer una herramienta para generar y evaluar parámetros hidrogeológicos para su uso en modelos de acuífero por Autovalores. iv. Proponer y evaluar una metodología particular para analizar el impacto del cambio climático regionalizado sobre las masas subterráneas del acuífero del caso de estudio. En esta tesis se implementaron herramientas auxiliares para la modelación y simulación conjunta de recursos hídricos de una cuenca compleja, caso de estudio: Cuenca hidrológica del Río Duero, España. Los resultados de implementar la metodología, sus herramientas y métodos particulares sobre un caso de estudio complejo han sido satisfactorios, al lograr validar la metodología y las adecuaciones sobre herramientas y métodos pre-existentes. El uso de modelos lluvia escorrentía de tipo conceptual y semi-distribuido permite la separación de las componentes de flujo superficial y la recarga selectiva a masas subterráneas del mismo sistema hidrológico, evitando duplicidad en la evaluación del recurso hídrico. En particular, el aporte de las soluciones numéricas aproximadas han demostrado ser una propuesta potente y mejora eficiente del proceso de evaluación del uso conjunto de recursos hídricos en modelos de acuífero sencillos y complejos, demostrado en los casos de estudio del Acuífero Beniardá-Polop y el Acuífero del Duero. El análisis del impacto de cambio climático regionalizado sobre masas subterráneas del Duero está asociado al impacto sobre el valor medio de recarga para los escenario / [CA] Les investigacions que profundisen en el coneiximent integral de les relacions entre l'aigua superficial i subterranea, en el marc de la gestio conjunta de recursos de sistemes hídricos complexos, requerix establir noves ferramentes i metodos que permeten evaluar conjuntament els processos naturals de sistemes hidrologics. Quan s'evalüen els recursos hídricos d'un sistema en interaccio intensa d'aigües superficials i subterranees, l'enfocament d'evaluacio en caracter d'us conjunt es l'ideal per a evitar la duplicitat de recursos simulats en un sistema complex. Esta tesis propon una metodologia generica per a integrar models d'acuífero en sistemes d'us conjunt, mediant l'evaluacio eficient de l'intercanvi d'aigua donat en les relacions riu-acuífero d'un sistema en interaccio intensiva de les seues aigües superficials i subterranees. L'objectiu principal d'esta tesis es propondre una metodologia util per a l'integracio d'acuíferos en sistemes d'us conjunt, evaluant eficientment l'intercanvi de decorriment entre masses superficials i subterranees d'una conca hidrologica. Els objectius particulars son: (i) revisar i sintetisar l'estat de l'art sobre metodologies d'evaluacio de relacions riu-acuífero en models d'us conjunt; (ii) desenrollar una metodologia generica d'evaluacio conjunta de recursos hídricos en conques complexes; (iii) adequar una ferramenta d'estima d'aportaments superficials i subterranees; (iv) implementar una rutina matematica per a l'evaluacio de condicions de rodalia no llinials (en termens de la tecnica d'Autovalores); (v) implementar una ferramenta d'aproximacio de parametros hidrogeológicos per a acuíferos integrats en sistemes d'us conjunt; (vi) integrar i aplicar distintes tecniques, metodos i ferramentes en l'evaluacio de casos d'estudi; (vii) evaluar l'efecte del canvi climatic regionalisat sobre masses subterranees del model d'acuífero del cas d'estudi principal. L' implementación metodologica considera els següents aspectes: i. Evitar duplicitat de recursos, obtenint conjuntament aportaments superficials i infiltracio en un mateix model hidrologic. II. Propondre i validar el funcionament d'una ferramenta d'evaluacio de l'intercanvi de decorriment per relacions riu-acuífero, mediant l'evaluacio eficient de condicions de rodalia no llinials. III. Propondre una ferramenta per a generar i evaluar parametros hidrogeológicos per al seu us en models d'acuíferos per Autovalores. IV. Propondre i evaluar una metodologia particular per a analisar l'impacte del canvi climatic regionalisat sobre les masses subterranees de l'acuífero del cas d'estudi. En esta tesis se implementaron ferramentes auxiliars per a la modelación i simulación conjunta de recursos hídricos d'una conca complexa, cas d'estudi: Conca hidrologica del Riu Duero, Espanya. Els resultats d'implementar la metodologia, les seues ferramentes i metodos particulars sobre un cas d'estudi complex han segut satisfaents, al conseguir validar la metodologia i les adequacions sobre ferramentes i metodos pre-existents. L'us de models pluja escorrentía de tipo conceptual i semi-distribuit permet la separacio de les components de decorriment superficial i la recarrega selectiva a masses subterranees del mateix sistema hidrologic, evitant duplicitat en l'evaluacio del recurs hídrico. En particular, l'aporte de les solucions numeriques aproximades han demostrat ser una proposta potent i millor eficient del proces d'evaluacio de l'us conjunt de recursos hídricos en models d'acuífero senzills i complexos, demostrat en els casos d'estudi de l'acuífero Beniardá-Polop i l'acuífero del Duero. L'analisis de l'impacte de canvi climatic regionalisat sobre masses subterranees del Duero està associat a l'impacte sobre el valor mig de recarrega per als escenaris climatics de l'AR5 de l'IPCC (RCP 4.5, 6.0 i 8.5, de Periodos 2046-2065 i 2081-2100). / Hernández Hernández, MA. (2015). Metodología de integración de modelos de acuífero en sistemas de uso conjunto, mediante la evaluación eficiente de condiciones de contorno no lineales presentes en relaciones río-acuífero [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/59448

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Neste trabalho é apresentado um novo procedimento numérico para o upscaling de permeabilidade utilizando condições de contorno periódicas. Este procedimento combina decomposição de domínio com elementos finitos mistos na discretização do problema local de pressão-velocidade necessário para se encontrar as permeabilidades equivalentes. / A new numerical method is proposed for the permeabilities upscaling take into consideration periodic boundary conditions. This method combines domain decomposition with mixed finite elements in discretization of the local problem of pressure-velocity necessary to meet the equivalent permeabilities.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Neste trabalho é apresentado um novo procedimento numérico para o upscaling de permeabilidade utilizando condições de contorno periódicas. Este procedimento combina decomposição de domínio com elementos finitos mistos na discretização do problema local de pressão-velocidade necessário para se encontrar as permeabilidades equivalentes. / A new numerical method is proposed for the permeabilities upscaling take into consideration periodic boundary conditions. This method combines domain decomposition with mixed finite elements in discretization of the local problem of pressure-velocity necessary to meet the equivalent permeabilities.

O presente estudo compreende a análise de distribuição dos foraminíferos bentônicos vivos no talude continental da Bacia de Campos e Platô de São Paulo (entre 400 e 3000 m de profundidade), buscando entender os processos condicionantes dessa distribuição. Dados sedimentológicos, geoquímicos e microfaunísticos permitiram identificar três grupos na área de estudo. O grupo I inclui amostras do talude superior, médio e inferior (400-1300 m de profundidade), e é caracterizado por valores maiores de densidade de foraminíferos bentônicos, carbono orgânico total, concentração de fitopigmentos, biomassa de bactérias, menores valores de sortable silt e de conteúdo de carbonato de cálcio, e pela presença de espécies como Globocassidulina subglobosa, Reophax scorpiurus, Reophax subfusiformis, Reophax spiculotestus e Epistominella exigua. O grupo II, constituído de amostras do talude inferior e Platô de São Paulo (1900-3000 m de profundidade), é caracterizado por menores densidades de foraminíferos bentônicos, carbono orgânico total, concentração de fitopigmentos, biomassa de bactérias, maiores valores de sortable silt e de conteúdo de carbonato de cálcio, e pela presença de espécies como Saccorhiza ramosa, Rhizammina algaeformis, Karrerulina sp2. e Hyperammina rugosa. O grupo III (1900-3000 m de profundidade) diferencia-se do grupo II pela presença da Glomospira gordialis, Pyrgoella irregularis e Reophax helenae. Constatou-se que os processos hidrossedimentares (p.e. ação da Corrente do Brasil e Corrente de Contorno Intermediária junto ao fundo), o fluxo vertical de matéria orgânica particulada e concentração de fitopigmentos no sedimento são fatores controladores das condições tróficas no ambiente e estão relacionados às feições de mesoescala (meandros e vórtices de Cabo Frio, Cabo de São Tomé e Vitória), determinando, assim, variações na microfauna de foraminíferos bentônicos vivos na Bacia de Campos. / The present study comprises the analysis of the distribution of living benthic foraminifera on the continental slope of Campos Basin and Plateau of São Paulo (400-3000 m water depth) in order to understand the environmental processes determining this distribution. Sedimentological, geochemical and microfaunal data indicated the existence of three groups in the study area. Group I includes samples from the upper and middle slope (400-1300 m water depth) and is characterized by high values of benthic foraminifera density, total organic carbon, phytopigment concentration, biomass of bacteria, lower values of sortable silt and calcium carbonate content, and the presence of species such as Globocassidulina subglobosa, Reophax scorpiurus, Reophax subfusiformis, Reophax spiculotestus and Epistominella exigua. Group II, consisting of samples of the lower slope and Plateau of São Paulo (1900-3000 m water depth), is characterized by lower densities of benthic foraminifera, total organic carbon, phytopigment concentration, biomass of bacteria, higher values of sortable silt and calcium carbonate content, and the presence of species such as Saccorhiza ramosa, Rhizammina algaeformis, Karrerulina sp2. and Hyperammina rugosa. Group III (1900-3000 m water depth) differs from group II due to the presence of Glomospira gordialis, Pyrgoella irregularis and Reophax helenae. Hydro-sedimentary processes (e.g. action of the Brazil Current and Intermediate Western Boundary Current), the particulate organic matter flux and phytopigment concentration in the sediment are factors controlling the trophic conditions in the environment, and are related to features of mesoscale (meanders and Cabo Frio, Cabo de São Tomé and Vitória eddies), thereby determining changes in living benthic foraminifera in Campos Basin.

O presente estudo compreende a análise de distribuição dos foraminíferos bentônicos vivos no talude continental da Bacia de Campos e Platô de São Paulo (entre 400 e 3000 m de profundidade), buscando entender os processos condicionantes dessa distribuição. Dados sedimentológicos, geoquímicos e microfaunísticos permitiram identificar três grupos na área de estudo. O grupo I inclui amostras do talude superior, médio e inferior (400-1300 m de profundidade), e é caracterizado por valores maiores de densidade de foraminíferos bentônicos, carbono orgânico total, concentração de fitopigmentos, biomassa de bactérias, menores valores de sortable silt e de conteúdo de carbonato de cálcio, e pela presença de espécies como Globocassidulina subglobosa, Reophax scorpiurus, Reophax subfusiformis, Reophax spiculotestus e Epistominella exigua. O grupo II, constituído de amostras do talude inferior e Platô de São Paulo (1900-3000 m de profundidade), é caracterizado por menores densidades de foraminíferos bentônicos, carbono orgânico total, concentração de fitopigmentos, biomassa de bactérias, maiores valores de sortable silt e de conteúdo de carbonato de cálcio, e pela presença de espécies como Saccorhiza ramosa, Rhizammina algaeformis, Karrerulina sp2. e Hyperammina rugosa. O grupo III (1900-3000 m de profundidade) diferencia-se do grupo II pela presença da Glomospira gordialis, Pyrgoella irregularis e Reophax helenae. Constatou-se que os processos hidrossedimentares (p.e. ação da Corrente do Brasil e Corrente de Contorno Intermediária junto ao fundo), o fluxo vertical de matéria orgânica particulada e concentração de fitopigmentos no sedimento são fatores controladores das condições tróficas no ambiente e estão relacionados às feições de mesoescala (meandros e vórtices de Cabo Frio, Cabo de São Tomé e Vitória), determinando, assim, variações na microfauna de foraminíferos bentônicos vivos na Bacia de Campos. / The present study comprises the analysis of the distribution of living benthic foraminifera on the continental slope of Campos Basin and Plateau of São Paulo (400-3000 m water depth) in order to understand the environmental processes determining this distribution. Sedimentological, geochemical and microfaunal data indicated the existence of three groups in the study area. Group I includes samples from the upper and middle slope (400-1300 m water depth) and is characterized by high values of benthic foraminifera density, total organic carbon, phytopigment concentration, biomass of bacteria, lower values of sortable silt and calcium carbonate content, and the presence of species such as Globocassidulina subglobosa, Reophax scorpiurus, Reophax subfusiformis, Reophax spiculotestus and Epistominella exigua. Group II, consisting of samples of the lower slope and Plateau of São Paulo (1900-3000 m water depth), is characterized by lower densities of benthic foraminifera, total organic carbon, phytopigment concentration, biomass of bacteria, higher values of sortable silt and calcium carbonate content, and the presence of species such as Saccorhiza ramosa, Rhizammina algaeformis, Karrerulina sp2. and Hyperammina rugosa. Group III (1900-3000 m water depth) differs from group II due to the presence of Glomospira gordialis, Pyrgoella irregularis and Reophax helenae. Hydro-sedimentary processes (e.g. action of the Brazil Current and Intermediate Western Boundary Current), the particulate organic matter flux and phytopigment concentration in the sediment are factors controlling the trophic conditions in the environment, and are related to features of mesoscale (meanders and Cabo Frio, Cabo de São Tomé and Vitória eddies), thereby determining changes in living benthic foraminifera in Campos Basin.