El presente trabajo de Tesis aborda el problema de la caracterización del flujo de agua en medios porosos heterogéneos mediante el uso de métodos numéricos y soluciones analíticas. En primer lugar, se propone un experimento numérico que simula las técnicas de laboratorio usualmente empleadas para la obtención experimental de las relaciones constitutivas. Con este fin se resuelve la ecuación de flujo no saturado en estado estacionario en dominios bidimensionales y tridimensionales considerando campos de conductividad hidráulica altamente heterogéneos. La linealización del problema se realiza mediante un esquema de Picard y la aproximación numérica mediante métodos híbridos mixtos de elementos finitos. Este procedimiento numérico es utilizado para obtener parámetros hidráulicos efectivos y relaciones constitutivas de rocas fracturadas y rocas heterogéneas con distinto grado de correlación espacial. Se presenta además un análisis comparativo de las diferencias que surgen al representar las heterogeneidades en dos y tres dimensiones. La caracterización hidráulica de rocas fracturadas también es abordada mediante modelos analíticos. Utilizando conceptos de geometría fractal para representar la red de fracturas se derivan dos modelos constitutivos con expresiones analíticas cerradas para una y dos fases (agua y aire). Las expresiones analíticas son analizadas en términos de los parámetros involucrados, y validadas mediante su ajuste con datos experimentales y valores obtenidos con el experimento numérico descrito anteriormente. Por último, se analiza el efecto de la heterogeneidad de la conductividad hidráulica a escala de campo en acuíferos costeros afectados por la marea. Para ello se derivan soluciones analíticas exactas y aproximadas que permiten estimar las fluctuaciones inducidas en pozos para el caso de heterogeneidades lineales de la conductividad hidráulica. Las nuevas soluciones analíticas son comparadas con la correspondiente a un acuífero homogéneo y utilizadas para estimar parámetros hidráulicos a partir de datos experimentales disponibles en la literatura.

RESUMEN En el metabolismo bentónico de las zonas costeras y someras interactúan de forma compleja un gran número de procesos y factores tanto físicos como químicos y biológicos. La respiración bentónica y la regeneración de nutrientes en los fondos de arenas permeables del infralitoral han sido, tradicionalmente, poco estudiadas, sin embargo, éstas pueden tener una repercusión directa y transcendental en los ecosistemas costeros. Esta tesis tiene como propósito general la determinación de los flujos de oxígeno disuelto y nutrientes en la interfase sedimento-agua. Además, se plantea estudiar las posibles interacciones entre distintas variables ambientales e identificar aquellas más influyentes en el metabolismo bentónico sobre fondos de arenas finas y homogéneas. En este estudio se llevaron a cabo un total de ocho campañas de trabajo in situ en una estación de muestreo situada sobre fondos en los que se asienta la biocenosis de arenas finas bien calibradas y en cuya superficie se desarrollan tapices de microfitobentos. En estas campañas se tomaron muestras de la columna de agua, del sedimento y se instalaron trampas de sedimentación y cámaras de incubación bentónicas, tanto opacas como transparentes, sobre el sedimento a lo largo del ciclo anual. Además, se realizaron dos experimentos, bajo condiciones controladas en laboratorio, en los que se incubó la misma matriz granulométrica presente en la estación de muestreo y a la que se añadieron distintos niveles de materia orgánica y del bivalvo Spisula subtruncata respectivamente. La respiración bentónica de estas arenas finas infralitorales estuvo regulada por una pequeña fracción de materia orgánica presente en el sedimento, compuesta por carbono biopolimérico y pigmentos cloroplásticos, en condiciones de oscuridad. Ello supuso un consumo de oxígeno por parte del sedimento y una liberación de nitrógeno inorgánico disuelto y ácido ortosilícico hacia la columna de agua. En condiciones de luz, la correlación detectada entre la producción primaria neta y la irradiancia media incidente sobre la superficie del sedimento indicó que el microfitobentos tuvo un papel destacado en la producción de oxígeno y en el metabolismo de estos fondos. Las arenas finas bien calibradas, emplazadas en un ambiente meramente oligotrófico, se mostraron heterotróficas a lo largo del año, consumiendo oxígeno y liberando nitrógeno inorgánico disuelto y ácido ortosilícico a la columna de agua según los flujos diarios estimados, en los que se asumió que el intercambio ocurrido durante la fase diurna se corresponde con los flujos de las cámaras trasparentes y los de la fase nocturna a los flujos en oscuridad. Únicamente durante la primavera, estos fondos fueron autotróficos debido a la mayor irradiancia incidente en esta estación que estimuló la producción primaria realizada por el microfitobentos. Esta producción primaria bentónica fue superior a la producción planctónica en todas las campañas, realizadas todas ellas en circunstancias de estabilidad hidrodinámica sobre estos fondos someros. Los experimentos ex situ mostraron que la respiración bentónica respondió de forma más acusada en condiciones oligotróficas, lo que también conllevó un mayor incremento en la liberación de nitrógeno inorgánico disuelto, que en situaciones eutróficas o hipereutróficas. La presencia de S. subtruncata, una de las especies más abundantes en la estación de muestreo, también implicó incrementos del 60-75 % en el consumo de oxígeno y del 65-100 % en la liberación de nitrógeno inorgánico disuelto a densidades comprendidas entre los 400 y 850 ind m-2, debido a su metabolismo y actividad. / Sospedra Ciscar, J. (2014). Flujos de oxígeno y nutrientes entre sedimento y columna de agua: caso de las arenas finas infralitorales [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48466