Els Contaminants Organic Persistents (COPs), tals com PCB, PCDD/FS i PAHs, són un grup de compostos químics regulats per a la seva reducció o ja prohibits a causa de la seva persistència, potencial per a ser transportat llargues distàncies i la capacitat de bioacumular en xarxes tròfiques. El transport atmosfèric i la posterior deposició s'han descrit com els processos claus pels quals impacten àrees oceàniques remotes. Així mateix, en la interfície atmòsfera-oceà, que correspon al 70% de la superfície de la Terra, tenen lloc molts processos vitals que determinen el paper dels oceans com a dipòsit i reservori de COPs. La interpretació d'aquests processos no és senzilla a causa de la manca de mesures en àrees remotes de l'oceà i el desconeixement dels mecanismes dominants a diferents escales espacials i temporals. Aquesta tesi doctoral està centrada en la modelització dels processos de transferència de COPs entre l'atmòsfera i els oceans a escales regionals i globals. Per primera vegada, dades derivades de satèl·lits s'han acoblat amb models multimèdia de contaminants i de caixes de nivell I-III, donant lloc a estimacions d'acord amb un factor de dos amb les measures en molts dels casos. Així mateix, s'ha mostrat la variabilitat dels processos de deposició i la importància de considerar processos biogeoquímics a gran escala quan s'avalua la dinàmica dels COPs. Estimacions globals del procés de deposició atmosfèrica dominant, i fluxes d'enfonsament i subducció també s'han dut a terme. S'ha vist que la difusió aire-aigua és la ruta predominant de introducció de contaminants a oceans per a COPs predominantment en la fase gas. En canvi, la deposició seca i humida és dominant per certes regions i per a contaminants que tendeixen a sorbir-se fortament a aerosols. D'altra banda, la metodologia desenvolupada s'ha implementat per a estimar els bescanvis atmosfera-oceà de carboni orgànic total. Sorprenentment aquestes estimacions apunten a fluxes elevats que podrien ajudar a tancar els balanços globals de carboni.El destí dels contaminants a curta escala i un cop han entrat a la columna d'aigua s'ha investigat mitjançant un model dinàmic 0-D i un model acoblat hidrodinàmic-contaminant 1-D. S'ha recalcat el paper dels sediments en el reciclatge de contaminants i dels fluxes atmosfèrics. Així mateix s'ha vist que la influència dels sediments és especialment important per a aigües poc profundes (< 20 m) i la profunditat a la qual difonen en la columna d'aigua s'explica amb la interacció entre fluxes turbulents i d'enfonsament. Així doncs, en aquesta tesi i per primera vegada s'ha dut a terme un analisi exhaustiu de la turbulència vertical en la dinàmica dels COPsTots aquests resultats es presenten en forma d'articles científics que han estat ja publicats o en procés de publicació. / Persistent organic pollutants (POPs), such as PCB, PCDD/FS and PAHs, are a group of chemicals targeted for reduction, or already banned, because of their persistence, potential for long-range transport and their ability to bioaccumulate in food-webs. Atmospheric transport and subsequent deposition has been described as the major process by which they impact remote oceanic areas. Additionally in the air-water interface, which accounts about the 70% of the Earth surface, take place many vital processes that determine the role of the oceans as a sink and as a reservoir of POPs. However the interpretation of these processes encounters difficulties because of the lack of measurements in the remote oceanic areas, and the lack of understanding of the dominant mechanisms at different spatial and temporal scales.This PhD-thesis focuses on the modelling of the transfer processes of POPs between the atmosphere and the oceans at regional and global scales. Satellite derived data has been coupled with multimedia box-contaminant models of level I-III for the first time, yielding estimations in agreement within a factor of two with measurements, in most cases. Moreover, it is shown the noteworthy variability of atmospheric depositional fluxes and the importance of considering large biogeochemical processes in the oceans when evaluating the dynamics of POPs. Global estimations of the dominant atmospheric depositional, sinking and subduction fluxes have been also performed. It is seen that diffusive air-water exchange is the predominant route of introduction of contaminants to the oceans for POPs predominantly in the gaseous phase. However, dry and wet deposition become dominant in certain ocean regions and for compounds that sorb strongly to aerosols. Furthermore the developed methodology has also been implemented to estimate the atmosphere-ocean exchanges of total organic carbon. Surprisingly, these estimations point to high fluxes which could help to close the carbon budgets in the global carbon models. The fate of contaminants on the short-time scale and once they enter the water column has been investigated by means of a 0-D dynamic model and a 1-D dynamic coupled contaminant-hydrodynamic model. It is stressed the role of sediments recycling contaminants and the atmospheric based fluxes. The influence of sediments is especially important for shallow water columns (< 20 m). The extent to which they diffuse in the water column is explained by the interplay between sinking and turbulent fluxes. In this thesis and for the first time a novel and comprehensive analysis of the vertical turbulence to the dynamics of POPs has been performed. All these results have been published in scientific literature, are in press for publication or under review.

Constructed wetlands are alternative systems to conventional wastewater treatment for small communities (up to 2000 PE). This is mainly due to that operation and maintenance costs are reduced. Despite the advantages, the clogging of the bed is the most important trouble encountered by the managers of subsurface flow wetlands treatment systems. The solids accumulation in the interstitial spaces of the gravel over time causes the decrease of both, hydraulic conductivity and porosity. This leads in the development of preferential paths and short-circuiting of the water through the wetland, which converge in overland flow and contaminant removal efficiency decrease. Therefore, clogging is the main limiting factor of the life span of a subsurface flow constructed wetland. The strategies to reverse clogging imply important economic investments. Generally, the most widespread option is the replacement of gravel. Hence the need to measure realibly the degree of clogging of a system in order to identify the factors that influence this phenomenon and to search new configurations and strategies to delay its progress, thus operations needed to reverse it. Therefore, the aims of this thesis must contribute to establish new design criteria and operation of horizontal subsurface flow constructed wetlands to minimize clogging processes without reducing the contaminant removal efficiency. Then, the objectives were to compare a method to measure hydraulic conductivity in situ, based on falling head permeameter, in order to determine the state of clogging of wetlands and its horizontal distribution; to determine the most suitable indicator to assess clogging in horizontal subsurface flow wetlands; to identifie new design and operation parameters likely to cause or encourage the clogging of the filter medium; and to analyse two new configurations in a pilot scale system in terms of contaminant removal and clogging development. Among the different clogging indicators analysed (drenable porosity, hydraulic conductivity, accumulated solids and effective volume from a tracer test), hydraulic conductivity seems to be the best one. Firstly, because hydraulic conductivity provides information about the hydraulic behaviour inside the bed, and linked appropriately with the accumulated solids (a correlation of 74.5% was found between both indicators). Secondly, because its application in full-scale wetlands is more straightforward than other techniques. / Los humedales construidos son una alternativa al tratamiento convencional de agua residual para pequeños municipios (hasta 2000 hab-eq) ya que son fáciles de operar y mantener y tienen un coste de explotación bajo. El mayor inconveniente a que se enfrentan los explotadores de sistemas de tratamiento con humedales subsuperficiales es la colmatación del lecho. Con el tiempo, la acumulación de sólidos de diversa naturaleza en los espacios intersticiales del medio filtrante, provoca la disminución de la conductividad hidráulica y la porosidad iniciales de la grava. Esto conduce al desarrollo de caminos preferenciales y cortocircuitos en el curso del agua que convergen en la aparición de agua en superficie. A la larga, esto puede comprometer la capacidad depurativa del sistema. Por ello, la colmatación supone el factor limitante de la vida útil de un humedal construido. Las estrategias para solventar la colmatación, una vez se ha producido, son costosas y pasan por realizar inversiones no despreciables. Generalmente la opción más extendida es el cambio del material granular. De ahí la necesidad de medir, de manera fiable, en qué grado un sistema está colmatado, identificar los factores que influyen en el fenómeno e indagar en nuevas configuraciones y estrategias que permitan retrasar el avance de la colmatación y consigo, aplazar las intervenciones necesarias para devolver al sistema un estado óptimo de funcionamiento. Los objetivos de esta tesis doctoral han de contribuir a establecer nuevos criterios de diseño y operación de humedales construidos de flujo subsuperficial horizontal para minimizar, o cuanto menos retrasar, la colmatación de estos sistemas, sin mermar la eficiencia de eliminación de contaminantes del agua residual. Por ello, los objetivos son cuantificar la precisión y exactitud de un método de medición in situ de la conductividad hidráulica, basado en el permeámetro de carga variable, para la determinación del grado de colmatación de un lecho y la distribución horizontal de la misma; estudiar la idoneidad de diferentes indicadores de la colmatación de un humedal de flujo subsuperficial horizontal; evaluar la incidencia de diferentes factores de diseño y operación de humedales de flujo subsuperficial horizontal en el proceso de la colmatación; y caracterizar (en términos de eficiencia de eliminación de contaminantes y de evolución de la colmatación) dos nuevas configuraciones de humedales construidos a escala piloto. / Els aiguamolls construïts són una alternativa al tractament convencional d’aigua residual per a petits municipis (fins 2000 hab-eq) degut, principalment, a la facilitat en llur operació i manteniment y a les reduïdes despeses d’explotació. L’inconvenient més important amb què es troben els explotadors de sistemes de tractament amb aiguamolls subsuperficials és la colmatació del llit. Al llarg del temps, l’acumulació de sòlids de diversa natura en els espais intersticials de la grava, provoca la disminució de la conductivitat hidràulica i la porositat inicials. Això condueix al desenvolupament de camins preferencials i curtcircuits en el curs de l’aigua a través de l’aiguamoll, que convergeixen en l’aparició d’aigua en superfície, i que, a llarg termini pot comprometre la capacitat depurativa del sistema. Per això, la colmatació suposa el factor limitant de la vida útil d’un aiguamoll construït. Les estratègies per a fer front a la colmatació, un cop s’ha produït, passen per realitzar inversions econòmiques gens menyspreables. Generalment, l’opció més extesa és la reposició del material granular. D’aquí neix la necessitat de mesurar, de manera fiable, el grau de colmatació d’un sistema, d’identificar aquells factors que influeixen en el fenomen y qüestionar noves configuracions y estratègies que permetin retardar l’avenç de la colmatació, i per tant ajornar les intervencions necessàries per tornar al sistema a l’estat òptim de funcionament. Per tot això els objectius d’aquesta tesi doctoral han de contribuir a establir nous criteris de disseny i operació d’aiguamolls construïts de flux subsuperficial horitzontal per tal de minimitzar la colmatació d’aquests sistemes, sense minvar l’eficiència d’eliminació de contaminants de l’aigua residual. Els objectius específics són quantificar la precisió i exactitud d’un mètode de mesura in situ de la conductivitat hidràulica, basat en el permeàmetre de càrrega variable, per a la determinació de l’estat de colmatació d’un llit així com la distribució horitzontal d’aquesta; determinar l’indicador més adecuat per avaluar la colmatació d’un aiguamoll construït de flux subsuperficial horitzontal; identificar nous paràmetres de disseny y operación susceptibles de causar o afavorir la colmatación del medi filtrant; i caracteritzar (en termes d’eliminació de contaminants i d’evolució de la colmatación) dues noves configuracions d’aiguamolls construïts a escala pilot.

Saving water is an economic and ecological need. One way to save water is to reduce losses in irrigation networks by canal automation. The goal of canal automation is to make the right amount of water to at arrive in the right time. In order to achieve this goal, one of the ways is controlling the gates in the irrigation network by some control algorithm. In this work the control of a specific type of canal pools is studied: short and flat pools that are prone to resonance. The downstream water level control of this type of canals is investigated using the example of the 3-reach laboratory canal of the Technical University of Catalonia. Numerical and experimental studies are carried out to investigate the following: the choice of models for predictive control, the possibility to achieve offset-free control while using gravity offtakes and the best choice of control action variables. The objective of this work is to develop a well performing centralized model predictive controller (MPC) for the laboratory canal that is able to handle known and unknown setpoint changes and disturbances, and also to draw further conclusions about controller design for this type of canals. A recently developed model for resonant canals, the Integrator Resonance, is implemented and successfully tested experimentally for the first time. A new method to achieve offset free control for model predictive control is developed and tested numerically and experimentally. A choice of control variables are tested: As opposed to the discharge which is generally used as the control action variable, a state space model is formulated by using the gate opening as control variable without the need of water level measurement downstream of the gates. The results are summarized and conclusions are presented for control of short and flat canals that are prone to resonance.

La heterogeneidad de la conductividad hidráulica es bien conocida, pudiendo cambiar varios órdenes de magnitud en poca distancia. Esto afecta nuestras observaciones de los procesos naturales. Para poder explicar la realidad normalmente nos basamos en modelos simplificados. Pero para incorporar correctamente en ellos las propiedades de los acuíferos, se debe pasar de escala local a escala de soporte y a escala de la malla del modelo numérico. Este proceso se llama Upscaling y puede comportar cambiar los parámetros de la ecuación conocida a escala local, o bien la derivación de una nueva ecuación de Upscaling. El Upscaling dependede la complejidad de los procesos que se consideran. El objetivo de esta tesis es investigar estos cambios de escala a partir de diferentes procesos subterráneos, incrementando la complejidad: flujo radial, transporte conservativo y transporte reactivo. Se investiga el Upscaling de flujo por medio de la interpretación de un ensayo hidráulico en un medio heterogéneo. Los ensayos de recuperación se basan en la estimación de la transmisividad, T, a partir de la recuperación de los niveles una vez parado el bombeo. Este tipo de ensayo se puede realizar en pozos donde no es posible llevar a cabo un ensayo convencional a caudal constante. La interpretación del ensayo de recuperación se basa en el modelo simplificado de Jacob. Pero, a menudo los datos de campo no se pueden interpretar usando la teoría basada en la homogeneidad. Se muestra que la heterogeneidad de T puede explicar estas observaciones de campo. También se muestra que el valor local de T alrededor del pozo puede ser deducido de los primeros tiempos de la recuperación del bombeo, asumiendo condiciones ideales, mientras que los datos de los últimos tiempos de la recuperación corresponden a valores representativos a escala regional. Se considera el Upscaling en transporte conservativo a partir de la interpretación de las colas de curvas de llegada (BTC) de un ensayo de trazadores. La cola se atribuye a la heterogeneidad del acuífero, y no puede ser modelada por medio de la ecuación de advección-dispersión (ADE) en medio homogéneo. Para reproducir las colas observadas se han aplicado ampliamente los modelos de transferencia de masa utilizando memoria (e.g, CTRW, MRMT o fADE). La relación entre los parámetros de memoria obtenidos del ajuste de las BTC y los parámetros que caracterizan la heterogeneidad de las propiedades hidráulicas aun esta por aclarar. En esta tesis se investiga bajo qué condiciones la heterogeneidad produce el tipo de colas observadas en campo, y como las funciones de memoria están influenciadas por parámetros de la heterogeneidad que se pueden medir (e.g, varianza de los campos de transmisividad). Se ha observado que la pendiente de una BTC en un log-log plot está mayoritariamente influenciada por la conectividad del campo de permeabilidades, pero es insensible a su varianza. La pendiente del BTC llega asindóticamente a un valor de 2 cuando aumenta la conectividad. El modelo expuesto anteriormente se extiende al transporte reactivo multi-componente controlado por la mezcla. A escala de campo, las ecuaciones de transporte reactivo basadas en la ADE sobrestiman las reacciones. El objetivo es ensayar si un modelo MRMT derivado de las observaciones de transporte reactivo, puede ser utilizado para describir el transporte reactivo en medio heterogéneo. La solución numérica del MRMT de transporte conservativo se extiende al caso reactivo. Las tasas de reacción se comparan, entre un modelo heterogéneo y su correspondiente modelo MRMT. Se ha encontrado un excelente acuerdo entre los dos modelos en términos de masa precipitada acumulada y el acuerdo es también muy bueno en relación a la distribución espacial del mineral precipitado. Estos resultados indican que los modelos de transferencia de masa son una herramienta excelente para el Upscaling del transporte reactivo controlado por la mezcla. / Heterogeneity of hydraulic conductivity is known to vary orders of magnitudes within small distances. This affects our observations of natural processes. To explain reality we usually rely on simplified models. But to apply them properly information of aquifer properties has to be transferred from local scale where the process can be described directly to the support scale of the measurement and to the grid scale of a numerical model. This procedure is termed upscaling and might involve changing the parameters of the known local scale equation or derivation of a new upscaled equation. Upscaling depends strongly on the complexity of the process under consideration. The objective of this thesis is to investigate these changes of scales for different subsurface processes with increasing complexity: radial flow, conservative transport and reactive transport.First, flow upscaling is investigated for the example of the interpretation of a hydraulic test in a heterogeneous aquifer. Recovery tests are based on estimating transmissivity, T, from the heads that rebound after pumping has stopped. Recovery tests can be performed in wells where conventional constant-rate pumping tests would not be possible. Test interpretation is based on the simple Jacob’s method, related to late time drawdown in an infinite homogeneous aquifer. Yet, field data often cannot be explained by the homogeneous theory. Numerical simulations are performed to show that heterogeneity in T can explain these field observations. It is also shown that the local T value around the well can be inferred from early time recovery data, assuming ideal conditions, whereas late time data yield a large scale (regional) representative value. Even when recovery is observed for a short time, indirect information about the regional value can also be obtained.Second, conservative transport upscaling is considered by interpreting the tailing of breakthrough curves of tracer tests. Tailing is attributed to heterogeneity of aquifer properties and cannot be properly modelled by means of the homogeneous advection-dispersion equation (ADE). Mass-transfer models (e.g., CTRW, MRMT or fADE) using memory have been widely applied for reproducing observed tails. The relationship between memory parameters obtained from BTC fitting and the parameters characterizing the heterogeneity of hydraulic properties is still unclear. Here, the conditions are investigated under which heterogeneity produces the type of tailing observed in the field and how memory functions are influenced by measurable heterogeneity parameters (e.g., variance of the underlying transmissivity field). The slope of a BTC in a log-log plot is found to be mainly influenced by the connectivity of the underlying permeability field, but insensitive to its variance. The slope BTC reaches asymptotically 2 as connectivity increases.And finally, the above model is extended to mixing controlled multi-component reactive transport. At the field scale, reactive transport equations based on the ADE are known tooverestimate reactions. The objective is to test whether a model based on effective dynamics, such as e.g. the Multi-Rate Mass Transfer Method (MRMT), derived from conservative transport observations, can be used to describe effective reactive transport in heterogeneous media. The numerical solution of conservative transport MRMT is extended to the reactive case. The reaction rates are then compared for a binary system computed with the heterogeneous transport model to those corresponding to the reactive MRMT. An excellent agreement is found between the two models in terms of cumulative precipitated mass, and depending on the local heterogeneous structure the match is also very good regarding the spatial distribution of precipitated mineral. These results indicate that mass transfer models are an excellent tool for upscaling of mixing controlled reactive transport.

La influència de les àrees de muntanya en la generació de recursos hídrics, la geomorfologia del sistema fluvial i les avingudes de caràcter catastròfic és determinant. No obstant això, històricament el coneixement científic dels rius de sorra de plana ha estat superior que el dels rius de grava i de muntanya. Diverses investigacions han posat de manifest que els models hidràulics, de transport de sediment i geomorfològics desenvolupats per als primers no són directament extrapolables a aquests darrers.Un problema cabdal en Hidràulica fluvial és el de la resistència de la llera a l'avanç del flux, doncs la seva determinació és requisit per a la resolució d'infinitat de problemes que es plantegen a l'esmentada disciplina. En la present Tesi han estat avaluats (és a dir, ajustats, verificats i comparats) una sèrie de models de resistència al flux per a rius de muntanya i de grava. Ha estat analitzat, també, l'efecte que sobre la capacitat predictiva de les equacions té l'ajustament per subconjunts, definits aquests per intervals de diferents variables de control, com són la sumersió relativa del flux, el pendent de la llera o l'índex de mobilitat del sediment.Els models avaluats han estat dividits en dos grans grups: a) els que consideren el factor de fricció de Darcy-Weisbach (f) com a variable dependent i b) aquells que prenen el cabal del flux (Q) o la seva velocitat mitjana (v) com a variables resposta i que no inclouen coeficient de resistència explícitament com a variable explicativa. Com a principal resultat ha estat obtingut un conjunt d'equacions, dels dos grups esmentats anteriorment, que compten amb una capacitat de predicció superior a la de les fórmules derivades fins a l'actualitat per altres autors. Aquesta superioritat predictiva es fonamenta en la creació d'una base de dades d'ajustament integrada per un nombre de dades sensiblement superior i que, a més, representa un interval més ampli de les variables explicatives. / La influencia de las áreas de montaña en la generación de recursos hídricos, la geomorfología del sistema fluvial y las avenidas de carácter catastrófico es determinante. Sin embargo, históricamente el conocimiento científico acerca de los ríos de arena de llanura ha sido superior que sobre los ríos de grava y de montaña. Diversas investigaciones han puesto de manifiesto que los modelos hidráulicos, de transporte de sedimento y geomorfológicos desarrollados para los primeros no son directamente extrapolables a estos últimos.Un problema medular en Hidráulica fluvial es el de la resistencia del cauce al avance del flujo, pues su determinación es requisito para la resolución de infinidad de problemas planteados en el seno de la citada disciplina. En la presente tesis se han evaluado (es decir, ajustado, verificado y comparado) una serie de modelos de resistencia al flujo para ríos de montaña y de grava. Se ha analizado, asimismo, el efecto que sobre la capacidad predictiva de las ecuaciones tiene su ajuste por subconjuntos, definidos éstos por intervalos de diferentes variables de control, como son la sumersión relativa del flujo, la pendiente del cauce o el índice de movilidad del sedimento.Los modelos evaluados se dividen en dos grandes grupos: a) los que toman el factor de fricción de Darcy-Weisbach (f) como variable dependiente y b) aquellos que adoptan el caudal del flujo (Q) o su velocidad media (v) como variables respuesta y que no incluyen coeficiente de resistencia explícitamente como variable explicativa. Como principal resultado se ha obtenido un conjunto de ecuaciones, de los dos grupos anteriormente citados, que cuentan con una capacidad de predicción superior a la de las fórmulas derivadas hasta la actualidad por otros investigadores. Tal superioridad predictiva se fundamenta en la creación de una base de datos de ajuste integrada por un número de datos sensiblemente superior y que, además, representa un rango más amplio de las variables explicativas. / Mountain areas exert a vital influence on the generation of water resources, the geomorphology of the fluvial system and catastrophic floods. However, historically there has been more scientific knowledge about sand-bed rivers on the plain than about gravel-bed and mountain rivers. A range of research has shown that hydraulic, sediment transport and geomorphologic models developed for the former cannot be directly extrapolated to the latter.A fundamental problem in fluvial hydraulics is that of the flow resistance of the channel, the determination of which is a requisite for the resolution of an infinity of problems in the abovementioned discipline. In this thesis, a series of flow resistance models for mountain and gravel-bed rivers have been evaluated (that is, adjusted, verified and compared). The effect on the predictive capacity of the equations has been analysed for its adjustments to subsets, these being defined by the ranges of different control variables, such as relative submergence of the flow, the slope of the channel or the mobility index of the sediment.The models evaluated are divided into two large groups: a) those that take the Darcy-Weisbach (f) friction factor as a dependent variable and b) those that adopt the flow discharge(Q) or average velocity (v) as response variables and that do not explicitly include the resistance coefficient as an explicative variable. The principal result obtained is a set of equations from the two above-mentioned groups, with a higher prediction capacity than the formulas derived to date by other authors. Such predictive superiority is based on the creation of an adjustment database made up of a significantly higher number of data and that also represents a wider range of the explicative variables.

La visión del marino durante el día no garantiza totalmente la seguridad del buque, pero sin luz diurna, la seguridad es limitada. El uso de sistemas de visión nocturna puede incrementar considerablemente la seguridad en la mar.Esta tesis estudia la eficacia y fiabilidad de las posibles aplicaciones de los sistemas de visión nocturna y la correcta interpretación y evaluación de las observaciones, de forma que permitan al marino efectuar de forma efectiva las maniobras para evitar accidentes durante la navegación. Aquellos aspectos que se han tenido en consideración se resumen en la seguridad durante la navegación, las maniobras del buque, detección humana en la mar, la seguridad en los accidentes marítimos y la seguridad interior y exterior del buque.Para el desarrollo de esta tesis, se ha hecho un estudio general de los sistemas de intensificación residual y de infrarrojo así como los factores y parámetros que afectan a su rendimiento en el medio marítimo. También, en un trabajo de campo, se ha estudiado la capacidad de reconocimiento e identificación de buques, la interpretación de imágenes de infrarrojo y la detección humana en la mar. Después, los restados son contrastados con un estudio estadístico entre en personal utilizador de estos sistemas. En general, los resultados confirman la capacidad de los sistema de visión nocturna para incrementa la seguridad en la mar, excepto los sistemas de intensificación de luz residual que no son suficientemente efectivos.Entre los sistemas de infrarrojos, las cámaras térmicas ofrecen un buena relación entre el redimiendo y el coste y para operaciones en que no se requieran grandes distancias de detección son una buena opción, para incrementar la seguridad en la navegación. Desde el punto de vista del marino y en lo referente a la seguridad en la navegación y en las maniobras del buque, los sistemas de infrarrojo mejoran la correcta aplicación del Reglamento Internacional para la Prevención de Abordajes en la mar (RIPA) y la adecuada identificación de las señales marítimas, así como incrementan la probabilidad de encontrar y rescatar un hombre en la mar. También puede ser muy efectivo contra el robo y la piratería. No obstante, estos sistemas no pueden considerarse el elemento principal de la navegación sino como accesorio del radar. Aunque el uso de las cámaras nocturnas es fácil, es importante tener en cuenta que sin un apropiado entrenamiento y una vigilancia efectiva, estos sistemas pueden perder efectividad. / The sight of sailors during the day can not totally guarantee the ship's security, and of course even less at night without daylight. The use of night vision systems can increase substantially the security at sea. This thesis studies the efficiency and the accuracy of the possible applications of night vision systems and the correct interpretation and valuation of the observations so that the sailors can carry out the maneuvers correctly to avoid accidents during navigation. The security aspects that have been taking into consideration are summarized in navigation security, ship maneuvers, human detection at sea, security in maritime accidents and inside and outside security of the ship. For the development of this thesis, there was a general investigation of the light intensifier system and infrared system, as well as factors and parameters that affect their performance in the maritime surroundings. In a field work there was investigated the ship's detection and identification capacity, the interpretation of the infrared imagines and the human detection at sea. Later, these results were compared with the results of a statistic study among users of these systems. In general the results confirm the capacity of the night vision systems to improve the security at sea, except for the light pollution intensifier systems which isn't effective enough. Among infrared systems, the thermal cameras offer a good relationship between the performance and the costs and for operations that don't need long distance identification they are a good option to increase the navigation security. From the point of view of the sailors and related to navigation security and the ship maneuvers, infrared systems improve the correct application of the Convention on the International Regulations for Preventing Collisions at Sea (COLREGs) and an appropriate identification of the maritime signals and also increasing the probability to find and rescue a person at sea. It can also be very effective against robbery and piracy. Nevertheless, these systems can't be considered the main system of navigation but as accessory of the radar. Although the use of night cameras is easy, it's important to take into considerations that without an appropriate training and an effective watch, these systems can loose effectivity.

La primera asociación de marinos de carácter sindical nace en Barcelona en 1878. En los años posteriores se van fundando numerosas asociaciones de náuticos (oficiales de cubierta), y de oficiales de máquinas. Las reivindicaciones generales de los marinos civiles en el primer tercio del siglo XX, motivaron diversos intentos unitarios, plasmados en las tres federaciones de oficiales de la marina mercante que se formaron. Finalizada la guerra civil y fuera de la ley todas las organizaciones sindicales de clase y democráticas, los marinos se encuadraron obligatoriamente en el sindicalismo vertical. En abril de 1975, se fundó el sindicato libre de la marina mercante (SLMM). A su naturaleza de clase y democrática, el SLMM unía un rasgo esencial: era una organización unitaria de todos los trabajadores de un buque. La división sindical del movimiento obrero hizo inviable la continuidad del SLMM. En su V congreso el SLMM aprobó por amplia mayoría su integración en comisiones obreras, poniendo fin al mas fructífero de los intentos sindicales unitarios de la marina mercante.

This thesis deals with the development of tools and analysis to characterize and predict artificial recharge and radial convergent solute transport processes in heterogeneous media. The goal is to provide new insights to understand how heterogeneity, which is the main natural source of uncertainty in decision-making processes related with groundwater applications, can be controlled and its effects predicted for practical purposes in these topics. For hydrogeological applications, accurate modeling of phenomena is needed, but it is uncertain. Uncertainty is derived from the spatio-temporal random distribution of hydrodynamic (physical, chemical and biological) variables affecting groundwater processes, which is translated into random distribution of modeling parameters and equations. Such randomness is of two types: epistemic, when it can be reduced increasing the sample frequency of an experiment; aleatory, when it cannot be reduced when more information is analyzed. Sometimes hydrodynamic processes occur at so small scales that they become impossible to characterize with traditional methods, and from a practical perspective, this is analogous to deal with aleatoric model parameters. However, if some constitutive relationship (either empirically, theoretically or physically based) can be built between processes across different scales, then small-scale processes can be reproduced by equivalent large-scale model parameters. Uncertainty becomes amenable to be treated as epistemic randomness, and large-scale characterization techniques can be used to improve the description, interpretation or prediction of these processes. This thesis deals with these topics. The manuscript is composed by two main parts (the first on artificial recharge and the second on solute transport), each of them divided into three chapters. In chapter 1 of each part, a tool is developed to obtain quantitative information to model a selected variable at coarse grid resolutions. In the case of artificial recharge, satellite images are used to model the spatial variability of the infiltration capacity on top soils with a metric-scale detail. In the case of solute transport, a new method to estimate density from particle distribution is shown. In chapters 2, it is explored what processes occurring at the fine scales can affect the interpretation of artificial recharge and solute transport processes at larger scales. In the first part, a combined method that joins satellite images and field data along with a simple clogging model is used to display the equally-possible spatio-temporal mapping of the infiltration capacity of topsoil during artificial pond flooding activities. In the second part, numerical three-dimensional models are used to simulate transport in heterogeneous media under convergent radial flow to a well at fine scale. It is shown that an appropriate model framework can reproduce similar observations on contaminant temporal distribution at controlling section similar to those obtained in the field tracer tests. It is also provided a physical explanation to describe the so-called anomalous late-time behavior on breakthrough curves which is sometimes observed in the reality at larger scales. In the chapters 3, models are used to define the uncertainty around operating parameters in the optic of prediction and management on artificial recharge and solute transport. In the first case, a probability framework is built to define the engineering risk of management of artificial recharge ponds due to random variability of the initial distribution of infiltration, which controls several important clogging factors based on theoretical approaches. In the case of solute transport, it is discussed how equivalent parameters based on mass-transfer models can be related with the geometrical distribution of hydraulic parameters in anisotropic formation, when convergent flow tracer tests are used.

La tesis se estructuró básicamente en tres partes, además de los apartados de Introducción, Bibliografía y Anexos documentales. En la Introducción se presentó la problemática, tanto desde la descripción como sistematización (interrogantes) de la misma. Asimismo, se presentaron los objetivos e hipótesis de trabajo generales. También se justificó el estudio y se dieron a conocer ciertos aspectos metodológicos. En la primera parte de la investigación, Marco Teórico, se desarrollaron los aspectos conceptuales subyacentes, tanto los básicos (por ejemplo, tipos de NGV, historia de NGV en España, caracterización de la ruta para la cual se desea proponer el método de operatividad del buque) como los específicos (por ejemplo, sistemas de control a bordo, gestión de recursos humanos en el puente, características de operatividad y de maniobra). En la segunda parte, Estudio empírico de la investigación, se presentó la metodología del estudio (básicamente desarrollando el tipo y diseño de estudio, presentando y operacionalizando las variables, formulando las hipótesis específicas y caracterizando los procedimientos de recogida y análisis de datos, por fase transversal y longitudinal), y los resultados y discusión de las hipótesis específicas (también estructurando según la fase de la investigación). En la tercera parte del estudio, Interpretación de los resultados y conclusiones, se desarrolló la discusión de las hipótesis generales de la investigación (con ello elaborando los criterios de validación para la verificación de puentes de gobierno en NGV y el método de operatividad en navegación frente a malas condiciones de mar) y las conclusiones del trabajo. Finalmente, en el apartado de Bibliografía se presentaron todas las referencias utilizadas durante la redacción de la tesis y, en el apartado de Anexos documentales, aquellos informes, formularios y análisis complementarios. / The thesis is divided into three parts: Part I: Theoretical Framework Part II: Empirical Research Part Three: Interpretation of Results and Conclusions In Part One, Chapters 1 to 4, are defined and studied in a generic way NGV types existing operating area covered by the study, brief historical, description of control systems they have, Safety and Emergency procedures carried out and its handling characteristics and limiting operational conditions. Part Two Chapters 5 and 6 deal with the methodology is its transverse and longitudinal phases. We consider the contributions of different sources of data such as the actual case study provided by CIAIM accidents in their reports and interviews with captains of HSC. This allowed us to obtain information on the two dimensions analyzed, the related technological and human factors. Chapter 6 analyzes are performed quantitative semantic and cross-phase, longitudinal phase an analysis of reports provided by CIAIM. The third part consists of Chapter 7 where are interpreted and discussed the results obtained for the two general hypotheses and Chapter 8 which outlines the conclusions. In the first hypothesis are obtained conclusions about modes of action of the Captain and First Officer, as well as ergonomic aspects in the design of the bridge. In the second hypothesis proposes a method of government of the boat in adverse sea conditions to optimize the structural safety of the same and encourages passengers and crew comfort.

Tesi per compendi de publicacions / Esta tesis se presenta como un conjunto de artículos (ya publicados en revistas internacionales, con la excepción del Artículo 6) precedidos por una serie de capítulos introductorios. 1. Introducción. Describe los puertos en relación al análisis del riesgo, al manejo de materias peligrosas (MMPP) y a leyes y convenciones internacionales relevantes. 2. Análisis bibliográfico. Lista trabajos sobre materias peligrosas, vertidos de hidrocarburos y análisis del riesgo de accidentes portuarios, tocando varias técnicas de evaluación del riesgo. 3. Objetivos y metodología. Esta capítulo define los objetivos de la investigación, es decir analizar los sistemas portuarios desde el punto de vista de la evaluación del riesgo de manipulación de MMPP y diseñar herramientas para evaluar dicho riesgo. Además se detallan la metodología empleada y los principales resultados para cada artículo incluido en la tesis. 4. Conclusiones. Artículos Artículo 1 – A Survey of Accidents in Ports (Loss Prevention Bulletin, 183, pp. 23-28, 2005). Presenta los resultados de un análisis histórico de 1033 accidentes, acerca de varios aspectos (tipo y causa de los accidentes, consecuencias sobre la población, etc.). Artículo 2 – Predicting the Frequency of Accidents in Port Areas by Developing Event Trees from Historical Analysis (Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 16, pp. 551–560, 2003). Se utilizó el análisis histórico −sobre una muestra parecida a la del Artículo 1− identificando secuencias accidentales, es decir árboles de eventos generales. Se determinó a continuación la frecuencia de algún típico accidente portuario, demostrando que los árboles propuestos pueden utilizarse en el análisis cuantitativo del riesgo (ACR). Artículo 3 – Using Transportation Accident Databases to Investigate Ignition and Explosion Probabilities of Flammable Spills (Journal of Hazardous Materials, 146(3), pp. 106–123, 2007). Se analiza la literatura especializada sobre probabilidad de ignición y explosión. Se presentan los resultados de la investigación de varias decenas de miles de registros accidentales procedentes de dos bases de datos de vertidos/accidentes de organismos federales estadounidenses. Se proponen ecuaciones para predecir la probabilidad de ignición y explosión a partir de la cantidad y de la sustancia vertida. Artículo 4 – A Quantitative Risk Analysis Approach to Port Hydrocarbon Logistics (J. Haz. Mat., 128(1), pp. 10-24). Se presenta un método para llevar a cabo ACRs de terminales de hidrocarburos, que tiene en cuenta vertidos menores y graves. Se propone una técnica simplificada para el cálculo de la frecuencia de los accidentes y se da un ejemplo de aplicación, basado en un estudio llevado a cabo en el Puerto de Barcelona. Artículo 5 – Consequences of Major Accidents: Assessing the Number of Injured People (J. Haz. Mat., 133(1-3), pp. 46-52). El ACR requiere que se estime el número de muertos de los accidentes. El número de heridos, si bien importante, se evalúa raras veces, ya que supone un esfuerzo importante. En este artículo se utilizó un conjunto de registros accidentales para definir una relación entre el número de muertos y de heridos. Se utilizaron el análisis de los componentes principales y el cluster analysis, obteniendo el número verosímil de heridos en función del número de muertos. Artículo 6 – Economic Valuation of Damages Originated by Major Accidents in Port Areas (J. Loss Prev. Proc. Ind., en impresión). Se presenta un procedimiento para estimar el coste de los daños sufridos por la población, las instalaciones y el medio ambiente como consecuencia de accidentes en puertos. Se proponen niveles de compensación económica para daños a personas. Se consideran asimismo los daños al medio ambiente (atmósfera, agua, fauna). Se plantean costes de instalaciones y edificios afectados. Finalmente, se analizan las pérdidas debidas a la parada de actividades y a los costes indirectos. / This thesis is structured as a series of papers, all but one already published in international journals, preceded by a series of introductive sections. 1. Introduction. Port areas are described as related to risk assessment, handling of hazardous materials, accidents, relevant regulations and international conventions, and security. 2. Bibliographic survey. References are collected above all on port-HazMat topics, i.e. oil spills and risk assessment of port accidents, touching various risk assessment techniques. 3. Objectives, methodology and main results. This chapter defines the objectives of the research, i.e. to analyse port systems from the point of view of risk assessment of HazMat handling and to design proper risk assessment tools. Moreover, it lists the methodology followed and the major results obtained for each of the papers included in the thesis. 4. Conclusions. Papers Paper 1 – A Survey of Accidents in Ports (Loss Prevention Bulletin, 183, pp. 23-28, 2005). A historical analysis of 1,000+ port accidents was carried out allowing for various aspects (type and cause of accidents, consequences on people, etc.). The relative importance of diverse types of accidents was studied. Paper 2 – Predicting the Frequency of Accidents in Port Areas by Developing Event Trees from Historical Analysis (Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 16, pp. 551–560, 2003). Historical analysis of a sample of port accidents similar to that of Paper 1 was used to identify accident sequences, i.e. general port accident scenario event trees. The frequency of some typical port accidents was then determined, showing that the event trees proposed can be used in QRA. Paper 3 – Using Transportation Accident Databases to Investigate Ignition and Explosion Probabilities of Flammable Spills (Journal of Hazardous Materials, 146(3), pp. 106–123, 2007). Literature analysis of ignition and explosion probability data is performed. The results of a scrutiny of some tens of thousands of records obtained from two vast spill databases are reported. Equations are proposed to predict the ignition and explosion probability as a function of the amount and the substance spilled. Paper 4 – A Quantitative Risk Analysis Approach to Port Hydrocarbon Logistics (J. Haz. Mat., 12 (1), pp. 10-24). A method is presented to perform QRA on hydrocarbon terminals. The approach accounts for minor and massive spills due to loading arm failures and hull ruptures. A shortcut approach for frequency calculation is proposed. An example application is given, based on a pilot study conducted in the Port of Barcelona. Paper 5 – Consequences of Major Accidents: Assessing the Number of Injured People (J. Haz. Mat., 133(1-3), pp. 46-52). QRA usually requires the estimation of the number of fatalities of accidents. The number of people injured, although important, is seldom evaluated, since this entails significant effort. A set of accident records were used to define a relationship between the number of people killed and the number of people injured. Principal component and clustering analyses were applied, thus obtaining expressions estimating the probable number of injured people as a function of the number of fatalities. Paper 6 – Economic Valuation of Damages Originated by Major Accidents in Port Areas (J. Loss Prev. Proc. Ind., in press). A procedure is presented to estimate the cost of damages suffered by people, equipment and the environment in consequence of port accidents. Economic compensation is proposed for damage to people, including fatal victims, injured victims and evacuees. Environmental harm is also considered, allowing for damage to the atmosphere, soil, water and fauna. Subsequently, estimates of the cost of the equipment and buildings affected are proposed. Finally, an assessment of the loss of profits due to activity breakdown and indirect costs is analysed.