Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Sabe-se que a Ãgua à um recurso essencial à sobrevivÃncia da humanidade. Gestores ambientais do mundo inteiro vÃm chamando atenÃÃo para o problema da sua escassez e mà gestÃo. O presente trabalho destacou que no Nordeste Brasileiro, particularmente no semiÃrido, a escassez hÃdrica acentua-se por conta das caracterÃsticas peculiares que o diferem de outros locais, tais como: a irregularidade pluviomÃtrica e a mà distribuiÃÃo das chuvas no tempo e no espaÃo. Desenvolveram-se modelos matemÃticos de previsÃo de vazÃes sazonais/interanuais que incorporam as informaÃÃes climÃticas, bem como a metodologia de incorporaÃÃo dessas previsÃes na operaÃÃo e gestÃo de hidrossistemas e no estudo de controle de cheias. Esses modelos basearam-se na metodologia dos K-vizinhos desenvolvida por Souza Filho e Lall, e nos modelos estatÃsticos de regressÃo. Apresentou-se, ainda, o software AcquaNet como mecanismo de auxÃlio na operaÃÃo de sistemas de reservatÃrios. Aplicou-se a metodologia em reservatÃrios do Estado do Cearà e do Nordeste do Brasil. Concluiu-se que a inclusÃo da previsÃo de vazÃes na operaÃÃo de sistemas de reservatÃrios pode ser um instrumento eficaz na gestÃo dos recursos hÃdricos à medida que agrega a este processo mais confiabilidade e qualidade, e, desde que corretamente utilizada, pode aumentar a geraÃÃo de capital do Estado. / It is known that water is a resource essential to human survival. Environmental managers around the world have been calling attention to the problem of water scarcity and mismanagement. This study highlighted that in the Northeast of Brazil, particularly in semi-arid, water scarcity is accentuated because of the peculiar characteristics that differentiate it from other places, such as the irregularity and poor distribution of rain in time and space. Mathematical models of seasonal/interannual streamflow forecasting incorporating weather information were developed, as well as the methodology for incorporating these forecasts in the operation, management and study of water systems and flood control. These models were based on the methodology of the K-neighbors developed by Souza Filho and Lall, and on the statistical regression models. The software AcquaNet was also introduced as a mechanism to aid in the operation of reservoir systems. The methodology was applied in reservoirs of the State of Cearà and the Northeast of Brazil. We conclude that the inclusion of streamflow forecasting in the operation of reservoir systems can be an effective tool in water management as this process adds more reliability and quality, and, if properly used, can increase the income generation of the State.

nÃo hà / O processo de tratamento por filtraÃÃo direta costuma ser selecionado para o tratamento de Ãgua com qualidade razoÃvel (baixos a mÃdios teores de cor, turbidez e algas). Nesse processo, as mudanÃas de qualidade - particularmente no que tange à proliferaÃÃo de algas - provocam problemas de sobrecarga nos filtros, uma vez que toda fraÃÃo particulada deve ser removida nos meios filtrante. Identifica-se desta forma a necessidade de se buscar soluÃÃes alternativas para aliviar a sobrecarga dos filtros rÃpidos. VÃrios sistemas de abastecimento de Ãgua operados pela Companhia de Ãgua e Esgoto do Cearà - CAGECE adotam a FiltraÃÃo Direta Ascendente (FDA) como tecnologia de tratamento, soluÃÃo que à Ãpoca de sua implantaÃÃo mostrou-se compatÃvel com as caracterÃsticas dos mananciais. Atualmente, devido à eutrofizaÃÃo dos mananciais e conseqÃentes floraÃÃes dos mais diversos tipos de algas, os sistemas trabalham de forma crÃtica com sobrecarga de filtros e grande perda de Ãgua (necessidade de constantes lavagens dos filtros) para atender aos padrÃes de qualidade definidos pela legislaÃÃo. A implantaÃÃo de uma unidade à montante dos filtros existentes para prà condicionar a Ãgua bruta e adequÃ-la ao tratamento existente à opÃÃo, mas esbarra em um problema de carÃter operacional jà que grande parte dos estudos disponÃveis na literatura adota filtros ascendentes seguidos de descendentes, o que do ponto de vista hidrÃulico compromete o aproveitamento das estruturas existentes. A unidade de prÃ-tratamento possibilitou a adequaÃÃo da Ãgua bruta com elevada presenÃa de algas Ãs limitaÃÃes do sistema de filtraÃÃo direta ascendente, melhorando a qualidade da Ãgua produzida e reduzindo as perdas de Ãgua tratada nas lavagens de filtros. O filtro de pressÃo PFP1 (leito com Te=2,4 e Cd=1,1) operando com uma taxa de filtraÃÃo de 400 m3/m2.dia apresentou uma remoÃÃo de 50% de cor aparente e 65% de turbidez com perda de carga permanecendo abaixo de 1 m.c.a. ao longo de uma carreira de filtraÃÃo mÃdia em torno de 2,5 horas. O sistema com filtro de pressÃo a montante do filtro ascendente apresentou ainda perdas com Ãgua de lavagem (6,2%) menores em comparaÃÃo ao filtro ascendente operando isoladamente (16,2%). / The process of treatment by direct filtration is often selected to treat water with reasonable quality (low to medium levels of color, turbidity and algae). In this process, the changes - particularly with regard to algae blooms - cause overload problems in the filters, since the particulate fraction must be removed at the filter media. It was identified therefore the need to seek alternative solutions to alleviate the burden of rapid filters. Several water supply systems operated by the Water and Sewerage Company of Cearà - CAGECE adopt the Ascending Direct Filtration (ADF) as treatment technology, a solution which at the time of its implementation was compatible with the characteristics of the raw water. Currently, due to eutrophication of water sources and the resulting blooms of many kinds of algae, systems work critically overloading filters and causing large water loss (the need for constant filters back washing) to meet quality standards set by legislation. The deployment of a unit placed before the existing filters to condition the raw water to the existing treatment stumbles on anoperational problem since much of the available studies adopts upflowfollowed by dowflowfilters which in the hydraulic point of view precludes the use of the existing structures. The unit of pre-treatment installed allowed the suitability of raw water with high presence of algae to the limitations of direct upflow filtration system, improving the quality of the water produced and reducing losses of treated water by the wash procedures. The pressure filter PFP1 (bed with Te = 2.4 and Cd = 1.2) operating at a filtration rate of 400 m3/m2.day showed a removal of 50% of apparent color and 65% of turbidity with a head loss remaining below 1 m.w.c. and a mean filtration runof 2.5 hours. The system of filters showedwater losses of 6.2%, smallerwhen compared to the upflow filter operating allone (16.2%)

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Nos dias atuais a Ãgua se constitui em um bem natural que limita o desenvolvimento socioeconÃmico e, atà mesmo, a subsistÃncia da populaÃÃo. Como tentativa de minimizar o problema da escassez de Ãgua tem-se utilizado a explotaÃÃo da Ãgua subterrÃnea. Entretanto, esse crescimento da utilizaÃÃo de Ãguas subterrÃneas foi feito de forma desordenada e com a construÃÃo inadequada de poÃos. Essa prÃtica acabou por colocar em risco a qualidade das Ãguas subterrÃneas. Assim, a gestÃo dos recursos hÃdricos subterrÃneos tem se tornado um grande desafio. Essa tese propÃe o desenvolvimento um modelo para a simulaÃÃo de fluxo hÃdrico e de transporte de massa para problemas transientes em aqÃÃferos costeiros sujeitos à intrusÃo salina, por meio do desenvolvimento de um modelo numÃrico. Em seguida à desenvolvida uma anÃlise de sensitividade com o objetivo de possibilitar, atravÃs do melhor conhecimento dos parÃmetros locais e suas influÃncias, uma melhor adequaÃÃo do modelo à realidade. / Today the water is a natural well which limits the socioeconomic development and even the subsistence of the population. An attempt to minimize the problem of water scarcity has used the farming of groundwater. However, this growth of the use of groundwater was done inappropriately and with inadequate wells construction. This practice was eventually put at risk the quality of groundwater. Thus, the management of groundwater resources has become a major challenge. This thesis proposes developing a model for the simulation of water flow and mass transport for transient problems in coastal aquifers subject to saline intrusion, through the development of a numerical model. Then we developed a sensitivity analysis with the goal of enabling through better knowledge of local parameters and their influences, a best fit of model to reality.

Orientador: Rafael Silva Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-20T07:23:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DiMigueli_CaioOliveira_M.pdf: 2747069 bytes, checksum: d9c9a266d54797dc0c2753c7d1a10446 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A disponibilidade de água é um importante fator determinante da distribuição de espécies vegetais em várias comunidades. Vários modelos climáticos preveem secas mais severas para regiões tropicais de altitude em decorrência do aumento na altitude média das camadas de nuvens orográficas que dão origem à neblina, o que poderá afetar a distribuição de espécies e de tipos vegetacionais da Floresta Atlântica nesses locais. Investiguei a diversidade de atributos hidráulicos de seis espécies de Floresta Nebular e quatro espécies de Campos de Altitude com o objetivo de entender as respostas de espécies desse tipo de vegetação a variações sazonais na disponibilidade de água. Optei por investigar atributos hidráulicos pois têm influência direta sobre as estratégias de uso de água pelas plantas em diferentes condições de disponibilidade desse recurso. Escolhi esses ecossistemas por co-ocorrerem em um topo de montanha e por apresentarem condições contrastantes quanto à seca ambiental, com diferentes níveis de exposição do solo às condições climáticas. Quantifiquei densidade da madeira, potenciais hídricos antes do amanhecer, às 10:00 h e mínimo diário e condutância estomática. Investiguei ainda a ocorrência nesses ecossistemas de relações negativas entre densidade da madeira e potenciais hídricos mínimos, já observadas em florestas tropicais secas e ambientes temperados. Verifiquei uma grande diversidade de valores de densidade da madeira nas espécies que estudei. As quatro espécies de Campos de Altitude apresentaram influência da demanda evaporativa da atmosfera sobre seus potenciais hídricos nos meses mais úmidos do estudo, o que é consistente com comportamento anisohídrico. Nesse tipo de estratégia, a condutância estomática se mantém inalterada frente a reduções nas disponibilidades de água do solo e da atmosfera, resultando em redução do potencial hídrico da planta. Nos meses mais secos essa influência foi menor, como se observa em plantas com comportamento isohídrico, que reduzem a condutância estomática e mantêm potenciais hídricos constantes frente ao aumento da seca ambiental. Dentre as espécies de floresta, apenas D. brasiliensis e Vernoniae sp. apresentaram comportamento isohídrico, as demais apresentaram comportamento anisohídrico. Com base nesses resultados faço a previsão que D. brasiliensis e Vernoniae sp. são as espécies mais vulneráveis à seca e podem apresentar maiores taxas de mortalidade por "privação de carbono", em decorrência do seu comportamento isohídrico. Em seguida, as espécies anisohídricas mais vulneráveis à seca são P. vellosiana, L. carassana e Miconia sp., em ordem decrescente de vulnerabilidade à cavitação. As espécies de Campos de Altitude são as mais resistentes à seca. A densidade da madeira só apresentou relação com o potencial hídrico mínimo sazonal quando analisei as espécies de Floresta Nebular e de Campos de Altitude em conjunto, e apresentou uma forte relação linear negativa com o potencial hídrico mínimo diário nas espécies de floresta. Esses resultados indicam que as relações entre esses atributos propostas na literatura parecem estar presentes nos ecossistemas que estudei / Abstract: Water availability is an important feature determining plant species distribution in several communities. Several climatic models predict harsher dry spells for high-altitude tropical regions due to the increase in the mean altitude of formation of the orographic cloud layer that originates fog, which can influence the distribution of species and vegetational types of the Atlantic Forest in these places. I have investigated the diversity of hydraulic traits of six Cloud Forest species and four High-altitude Grasslands species to understand the answers of species of this kind of vegetation to seasonal variations in water availability. I have choosen to investigate hydraulic traits because they have direct influence on the plant water use strategies under different conditions of availability of this resource. I have choosen these ecosystems because they co-occur in a mountain top and present contrasting conditions relative to environmental drought, with different exposure levels of the soil to climatic conditions. I have quantified wood density, pre-dawn, 10:00 o' clock and daily minimun water potentials and stomatal conductance. I have also investigated the occurrence in these ecosystems of negative relationships between wood density and minimun water potentials, that have been observed in tropical dry forests and in temperate environments. I found a very large diversity of wood density values in the species I have studied. The four High-altitude Grasslands species presented influence of atmospheric evaporative demand on their water potentials, consistent with anisohydric behaviour. In this strategy, stomatal conductance remains unaltered in face of reductions in soil and atmosphere water availabilities, resulting in reduction of plant water potential. In the wettest months this influence was smaller, as is seen in plants with isohydric behaviour, that reduce stomatal conductance and maintain constant water potentials in face of environmental drought intensification. Among the forest species, only D. brasiliensis and Vernoniae sp. presented isohydric behaviour, the remaining showing anisohydric behaviour. Based on these results I make the prediction that D. brasiliensis and Vernoniae sp. are the most drought vulnerable species and may present higher mortality rates by carbon starvation, due to their isohydric behaviour. Following these two species, the most drought vulnerable anisohydric species are P. vellosiana, L. carassana and Miconia sp., in decreasing order of vulnerability to cavitation. The High-altitude Grasslands species are the most resistant to drought. There was a correlation between wood density and minimun seasonal water potential only when I analised the Cloud Forest and the High-altitude grasslands species togheter. There was also a strong negative linear relationship between wood density and daily minimun water potential in the forest species. These results show that the relationships between these traits that are proposed in the literature appear to be present in the ecosystems I studied / Mestrado / Ecologia / Mestre em Ecologia

[pt] A utilização de PIG em oleodutos e gasodutos tem uma grande importância para a manutenção da integridade estrutural de tubulações, e pode ser utilizado para inspeção, limpeza e separação de interface. Neste contexto é importante que a passagem de PIG ocorra de modo controlado causando o menor impacto possível à operação, respeitando os limites operacionais da tubulação e dentro dos limites de velocidade de deslocamento do PIG. Caso o PIG possua uma velocidade baixa, ele pode ficar preso à tubulação, podendo ser difícil soltá-lo. Por outro lado, caso a velocidade seja elevada o PIG pode danificar a tubulação em função dos impactos gerados. Com o objetivo de atender os requisitos referente a velocidade recomendável de deslocamento do PIG referente aos limites operacionais existentes e não danificá-lo, foi desenvolvido um simulador termo hidráulico de deslocamento de PIGs. O simulador prevê escoamentos transientes isotérmico ou térmico acoplado ao deslocamento do PIG. Para controlar a velocidade do PIG, uma válvula de controle foi instalada no corpo do próprio PIG. Sua velocidade de deslocamento é função da abertura do furo de bypass, ou seja, quanto maior a velocidade de escoamento na tubulação, maior a abertura e maior o fluxo através do PIG para manter a velocidade controlada. As equações de conservação de massa, quantidade de movimento e energia, acopladas com um balanço de forças no PIG, foram discretizadas pelo método das diferenças finitas e resolvidas de forma acoplada. Para o controle da velocidade optou-se pelo método de controle PID. Investiga-se o deslocamento do PIG tanto para escoamento de líquido quanto de gás, considerando ou não a perda de calor para o ambiente. Diversos casos são apresentados demonstrando a eficácia do método de controle modelado. / [en] The use of PIG in oil and gas pipelines has great important to maintain the structural integrity of pipelines, and it can be used for inspection, cleaning and interface separation. In this context, it is important that the PIG displacement happen in a controlled way causing the lowest possible impact to the operation, respecting the operating limits of the pipe and within the limits of the PIG s speed of displacement. If the PIG has a low speed, it can be trapped in the tubing and it can be difficult to release it. On the other hand, if the speed is high the PIG can damage the tubing in function of the generated impacts. In order to respect the requirements for the recommended PIG velocity displacement, and operational pipelines limits requirements, a thermo hydraulic PIG simulator was developed. The simulator predicts isothermal or thermal transient flow coupled with the PIG displacement. To control the PIG velocity, a control valve is installed in the body of the PIG. The PIG speed is as a function of the bypass aperture inside the PIG s body, ie, the greater the flow velocity in the pipe, the greater is the opening and the greater the flow through the PIG. The conservation equations of mass, momentum and energy coupled with force balance at the PIG were discretized by the finite difference method, and solved in coupled manner. A PID control method was employed to control the PIG velocity. It is investigated the displacement of PIG in both liquid and gas flow, considering or not the loss of heat for the environment. Several cases are presented demonstrating the effectiveness of the control method modeled.

Desde o início das investigações sobre o fundo do mar, considerável progresso no entendimento do ambiente marinho foi conquistado. A tecnologia e as ferramentas de mapeamento e análise desenvolvidas para estudar o fundo oceânico permitem que se descreva, com um certo grau de detalhamento, o relevo e, até mesmo, estruturas internas de camadas de sedimentos de diferentes tamanhos, que estão lá no fundo do mar, depositados ao longo de milhões de anos de história do planeta. O grande mistério, que até os dias de hoje ainda não foi completamente explicado, é o modo como esses sedimentos são transportados para o fundo do mar e geram depósitos no fundo oceânico, a centenas de quilômetros da costa? Acredita-se que os canyons que existem no fundo do mar sejam as vias expressas de transporte de boa parte desses sedimentos, já que se constata a existência de um grande volume de material depositado na parte terminal dos sistemas canalizados. A proposta dessa investigação experimental partiu de reprodução, em laboratório, dos processos que poderiam estar envolvidos na formação dos canyons. A teoria mais aceita existente na literatura, atribui a atuação de correntes de densidade durante as regressões do nível do mar como sendo o principal fator que desencadeou a formação dos canyons. A hipótese desse trabalho inclui, além da atuação das correntes de densidade, a atuação de um fluxo de aquífero mais intenso aflorando na região do talude. O fluxo de aquífero mais intenso é justificado pela ocorrência de um aumento de gradiente hidráulico, produzido durante o rebaixamento do nível do mar, durante as fazes de regressão. A simulação física é uma ferramenta poderosa e robusta, utilizada há mais de um século no dimensionamento de aviões, foguetes, pontes, torres, descarregadores de barragens, vertedores e muitos outros tipos de estruturas. A mesma ferramenta pode ser utilizada para gerar modelos do processo de transporte sedimentar em escala reduzida. Esse tipo de estudo parte do conhecimento dos elementos envolvidos no fenômeno investigado – no caso específico, o fundo do mar, a água e os sedimentos – e dos processos aos quais esses elementos possivelmente estão sujeitos no ambiente natural. Esta pesquisa, fundamentada na modelagem física, tentou reproduzir um fluxo de aquífero que aflora no talude e, concomitantemente, a atuação de correntes de densidade, produzindo assim em laboratório um ambiente análogo ao natural durante as fases de regressão do nível do mar, com base em teorias da bibliografia. A metodologia experimental adotada partiu da construção de um depósito cuja geometria representa um V talude com cerca de 1,5 metro de largura, 0,6 metro de comprimento e 0,25 metro de altura. O talude possui rampas com declividades entre 15 e 30 graus. Os sedimentos utilizados foram carvão mineral com fração de areia grossa, areia grossa de origem siliciclástica e calcário com frações de silte e argila. Os sedimentos de frações de areia foram utilizados na construção dos taludes testados, e o calcário, na produção das correntes de densidade. Os experimentos simularam escoamentos em meio poroso dentro do talude, reproduzindo um fluxo de água subterrânea de sistema aquífero que aflorou na região do declive, tendo sido medidas as vazões do aquífero e os respectivos gradientes hidráulicos. Foram também simuladas correntes de densidade com diferentes concentrações e intensidades, bem como obtidos valores médios de espessuras, velocidades e concentrações de sedimentos. Através da simulação, foram produzidas sequências de processos de erosão do talude, que iniciaram com escorregamentos – gerados a partir do aumento da vazão dentro do aquífero reproduzido – e terminaram com a geração de canyons – através da atuação simultânea de correntes de densidade. Os resultados mostraram que existe um significativo elo de ligação entre esses dois processos – fluxo de água subterrânea de sistema aquífero e correntes de densidade –, de tal modo que ambos são necessários para que ocorra a formação dos canyons e para que um grande volume de material seja efetivamente erodido e transportado. As correntes de densidade sozinhas, dentro da escala de simulação, não possuem capacidade de erosão e transporte de sedimentos muito significativa. O sistema de transporte via correntes só é efetivo quando existe um fluxo de aquífero atuando concomitantemente. A observação dos processos de erosão e deposição durante os experimentos, bem como análise do banco de imagens obtidas permitiram a construção de um modelo de formação e evolução de canyons. A formação passa por sequências ordenadas, onde o desenvolvimento de um knickpoint desencadeia um processo de erosão remontante, escavando um sulco que evolui para um canyon formado por uma cabeceira conectada a plataforma bem como depósitos associados. Os dados gerados na simulação física foram comparados com dados do ambiente natural, descritos em trabalhos acadêmicos publicados, e logrou-se provar que os parâmetros medidos estão dentro de valores passíveis de ser encontrados no ambiente natural. Além disso, o cálculo de extrapolação permitiu identificar canyons naturais análogos aos produzidos em laboratório. Os parâmetros dinâmicos das correntes de densidade, bem com as concentrações volumétricas de sedimentos e as faixas de tamanhos de grãos extrapolados estão também dentro de escalas medidas em protótipos análogos. As escalas encontradas seriam de 1:5000 na vertical (com exagero de 2 a 3 vezes) e 1:10000 e VI 1:15000 na horizontal. Assim, é possível que os resultados obtidos neste trabalho venham a elucidar um pouco as dúvidas que estão pendentes há muito tempo acerca do objeto de estudo. / Since the beginning of the deep sea research, considerable progress has been achieved in understanding the marine environment. The technology and tools developed for mapping and analyzing the ocean floor allow a detailed description of the relief and even the internal structures of sediment layers of different sizes that are there, in the bottom of the sea, deposited over millions of years of planetary history. The great mystery, which to this day has not yet been fully explained, is the way these sediments are transported to the seabed. How do sediments of varying sizes reach distances hundreds of miles beyond the coastline and generate deposits on the ocean floor? It is believed that the canyons that exist on the seabed are the express ways through which the transport of a good part of these sediments occurs, given that there is a great volume of material deposited in the terminal parts of these channeled systems. Thus, the focus of speculation and interest has been directed to canyons and density currents, which serve, respectively, as the pathway and the vehicle for sediments. The major obstacle to investigating the role of canyons and currents in the sediment transfer process is the difficulty in observing and measuring phenomena in the natural environment. Besides the scale problem, there is also the rarity of occurrence of events. In fact, it is practically impossible to predict when and where a density current will occur. And if it were possible to predict, how could it be measured? With what equipment? Physical simulation is a powerful and robust tool, used for more than a century in the scaling of aircraft, rockets, bridges, towers, dams, spillways and many other structures. The same tool can be used to generate small scale models of the sediment transport process. This type of study is based on the knowledge of the elements involved in the phenomenon investigated – in this case, the seabed, water and sediments – and the processes to which these elements are possibly subject in the natural environment. This research, based on physical modeling, allowed to reproduce in a laboratory, in a reduced scale, processes similar to those that possibly occur in the seabed. The experimental methodology adopted was based on the construction of a deposit whose geometry represents a slope about 1.5 meters wide, 0.6 meters long and 0.25 meters high. The slope has declivities between 15 and 30 degrees. The sediments used were mineral coal of a coarse sand fraction, coarse sand of siliciclastic origin and limestone with fractions of silt and clay. The sediments of sand fractions were used in the construction of the experimental slopes, and the limestone, in the production of the density currents. The experiments simulated water flows in porous medium within the slope, reproducing an VIII aquifer flow. Density currents were also simulated, since they are generally considered as an important mechanism of sediment transport in the natural environment. began with slides – generated from an increasing flow rate within the simulated aquifer – and ended with the generation of canyons – through the simultaneous action of density currents. The results show that there is a significant link between these two processes – aquifer flow and density currents –, in such a way that both are necessary for the formation of canyons to occur and for a large volume of material to be effectively eroded and transported. Density currents alone, within the simulation scale, do not have very significant sediment transport capacity. The density currents transport system is only effective when there is an aquifer flow acting concomitantly. The observation of the erosion and deposition processes during the experiments, as well as the analysis of the bank of images obtained allowed the construction of a model of formation and evolution of canyons. The formation passes through ordered sequences, where the development of a knickpoint triggers a process of erosion remontante, digging a groove that evolves to a canyon formed by a bedside connected to the platform as well as associated deposits. The data generated in the physical simulation were compared with data from the natural environment, described in published academic papers, which proved that the measured parameters are within the value range that can be found in the natural environment. In addition, the upscaling of the results allowed the identification of natural canyons analogous to those produced in the laboratory. The dynamic parameters of the density streams as well as the volumetric sediment concentrations and the extrapolated grain size ranges are also within scales measured in similar prototypes. The scales found would be 1: 5000 vertically and 1: 10000 and 1: 15000 horizontally. Thus, it is possible that the results obtained in this work will elucidate some doubts that have long been pending about the object of study.

[EN] The main objective was aimed at determining the biomass production from water based on water relations, levels of water consumption of the species, and climate variables that affect the formation of biomass and soil present and specifically it focused on two forage crops which were Forage Oats (Avena sativa L.) and ryegrass (Lolium perenne). The solution to the problem is based on AquaCrop model (FAO) Steduto et al, (2009) which was recently proposed for the determination of both biomass and agricultural production from water transpired by herbaceous species, this is gather scientific and technological advances on the effect of water in the estimation of crop production has been achieved in recent years. In the present research we have identified key variables AquaCrop model input for the two species mentioned, through field research conducted using the methodology gradient Hanks et al., (1980), and a new methodology proposal for determining water stress. A total of 18 major experiments were developed to generate the levels of biomass production of forage oats and ryegrass, determining 32 variables or parameters for each crop that requires the model to estimate the biomass produced by the forage and pasture. The experiments were conducted mainly during the years 2008-2013 in "Centro de Investigación Tibaitatá (CORPOICA)" located in the savannah of Bogota (Colombia). For forage oats were developed five cycles and ryegrass crops three complete cycles, with seven, four and two cuts were made respectively. Based on the information provided in the field, forage oats and ryegrass crops were calibrated and validated for AquaCrop model reaching adjustments R2=0.92, RMSE=1,86t.ha-1, NRMSE=17.67%, EF=0.91, d=0.97 for forage oat and R2=0.97, RMSE=0,47t.ha-1, NRMSE=13.6%, EF=0.88, d=0.98 for ryegrass. Two synthetic crops were determined one for each specie, which are "prototypes" for estimating biomass by the water use in different conditions of crops. The total biomass was determined to forage oats at 22.2 t.ha-1 on average with peaks that can reach up to 27 t.ha-1 in the production environment of the savannah of Bogota. For ryegrass total biomass reached levels of up to 9 t.ha-1 on average with peaks that can reach up to 9,9 t.ha-1 for the period from planting to first cut, and 6 t.ha-1 for others cuts. The intrinsic water footprint for fodder oats was determined in 175 L.kg-1 and 442 ryegrass L.kg-1 and 431 L.Kg-1. As alternative outcomes that support the calibration and validation of the model is also obtained, determining reference evapotranspiration in the region, the curves of Kc, Kcb and Ke determining the intrinsic water footprint of the two species, the development of canopy cover over the phenological cycles of the species studied, the curves of soil moisture and biomass in response to six levels of irrigation and various planting and production functions of both species. The conservative parameters of forage oats and ryegrass crops were determined like a sample referenced parameters and local variables nonconservative of these species, which is globally in a significant advance in calibration and validation for AquaCrop model of forage crops. / [ES] El objetivo principal estuvo orientado a la determinación de la producción de biomasa a partir del agua con base en las relaciones hídricas, los niveles de consumo de agua de las especies, y las variables del clima que inciden en la formación de biomasa y el suelo presentes y se centró específicamente en dos cultivos forrajeros los cuales fueron Avena Forrajera (Avena sativa, L.) y Raigrás (Lolium perenne). La solución al problema se basa en el modelo AquaCrop (FAO) Steduto et al, (2009) el cual fue propuesto recientemente para la determinación tanto de la biomasa como de la producción agrícola a partir del agua transpirada por las especies herbáceas, en este se reúnen los avances científicos y tecnológicos que sobre el efecto del agua en la estimación de la producción de cultivos se ha logrado en los últimos años. En el presente trabajo de investigación se han determinado las principales variables de entrada al modelo AquaCrop, para las dos especies mencionadas, por medio de investigación de campo realizada con la metodología del gradiente de Hanks et al, (1980), y con una nueva metodología propuesta para la determinación del estrés hídrico. Se desarrollaron un total de 18 experimentos principales generando los niveles de producción de biomasa de avena forrajera y raigrás, determinando 32 variables o parámetros para cada uno de los cultivos que requiere el modelo para la estimación de la biomasa producida por las especies forrajeras y pastos. Los experimentos fueron realizados principalmente durante los años 2008 a 2013 en el Centro de Investigación Tibaitatá (CORPOICA) ubicado en la Sabana de Bogotá (Colombia). Para avena forrajera se desarrollaron cinco ciclos del cultivo y para raigrás se hicieron tres ciclos completos con siete, cuatro y dos cortes respectivamente. Con base en la información establecida en campo se calibraron y validaron los cultivos de avena forrajera y raigrás para el modelo AquaCrop alcanzando ajustes de R2=0,92, RMSE=1,86t.ha-1, NRMSE=17,67%, EF=0,91, y d=0,97 para avena forrajera y de R2=0,97, RMSE=0,47t.ha-1, NRMSE=13,6%, EF=0,88, y d=0,98 para raigrás. Se determinaron dos cultivos sintéticos uno para cada especie, los cuales constituyen los "prototipos" que son el punto de partida para la estimación de la biomasa a partir del uso del agua en diferentes condiciones de los cultivos mencionados. La biomasa total para avena forrajera fue determinada en 22,2t.ha-1 en promedio con valores máximos que pueden llegar a alcanzar hasta 27t.ha-1 en el entorno productivo de la sabana de Bogotá. Para raigrás la biomasa total alcanzó niveles de hasta 9t.ha-1, para el período de siembra a primer corte, y de 6t.ha-1 para los cortes posteriores al primero. La huella hídrica intrínseca para avena forrajera fue determinada en 175L.kg-1 y para raigrás en 442L.kg-1 y 431L.Kg-1. Como resultados alternativos que fundamentan la calibración y validación del modelo se obtuvieron además, la determinación de la evapotranspiración de referencia de la región, las curvas de Kc, Kcb y Ke que determinan la huella hídrica de las dos especies, los desarrollos de las coberturas del dosel a través de los ciclos fenológicos de las especies estudiadas, las curvas de humedad del suelo y de biomasa en respuesta a seis niveles de riego y varias épocas de siembra y las funciones de producción de ambas especies. Se determinaron los parámetros conservativos de los cultivos de avena forrajera y raigrás, así como una muestra referenciada localmente de los parámetros y variables no conservativos de estas especies, lo que constituye a nivel mundial en un avance significativo en la calibración y validación del modelo AquaCrop para cultivos forrajeros. / [CAT] L'objectiu principal va estar orientat a la determinació de la producció de biomassa a partir de l'aigua amb base en les relacions hídriques, els nivells de consum d'aigua de les espècies, i les variables del clima que incideixen en la formació de biomassa i el sòl presents i es va centrar específicament en dos cultius forrajeros els quals van ser Civada Forrajera (Avena sativa, L.) i Raigrás (Lolium perenne). La solució al problema es basa en el model AquaCrop (FAO) Steduto et al, (2009) el qual va ser proposat recentment per a la determinació tant de la biomassa com de la producció agrícola a partir de l'aigua transpirada per les espècies herbàcies, en aquest es reuneixen els avanços científics i tecnològics que sobre l'efecte de l'aigua en l'estimació de la producció de cultius s'ha aconseguit en els últims anys. En el present treball de recerca s'han determinat les principals variables d'entrada al model AquaCrop, per a les dues espècies esmentades, per mitjà de recerca de camp realitzada amb la metodologia del gradient d'Hanks et al, (1980), i amb una nova metodologia proposada per a la determinació de l'estrès hídric. Es van desenvolupar un total de 18 experiments principals generant els nivells de producció de biomassa de civada forrajera i raigrás, determinant 32 variables o paràmetres per a cadascun dels cultius que requereix el model per a l'estimació de la biomassa produïda per les espècies forrajeras i pastures. Els experiments van ser realitzats principalment durant els anys 2008 a 2013 en el Centre de Recerca Tibaitatá (CORPOICA) situat en la Sabana de Bogotà (Colòmbia). Per a civada forrajera es van desenvolupar cinc cicles del cultiu i per a raigrás es van fer tres cicles complets amb set, quatre i dues corts respectivament. Amb base en la informació establida en camp es van calibrar i van validar els cultius de civada forrajera i raigrás per al model AquaCrop aconseguint ajustos de R2=0,92, RMSE=1,86t.ha-1, NRMSE=17,67%, EF=0,91, i d=0,97 per a civada forrajera i de R2=0,97, RMSE=0,47t.ha-1, NRMSE=13,6%, EF=0,88, i d=0,98 per a raigrás. Es van determinar dos cultius sintètics un per a cada espècie, els quals constitueixen els "prototips" que són el punt de partida per a l'estimació de la biomassa a partir de l'ús de l'aigua en diferents condicions dels cultius esmentats. La biomassa total per a civada forrajera va ser determinada en 22,2t.ha-1 en mitjana amb valors màxims que poden arribar a aconseguir fins a 27t.ha-1 en l'entorn productiu de la sabana de Bogotà. Per a raigrás la biomassa total va aconseguir nivells de fins a 9t.ha-1, per al període de sembra a primer tall, i de 6t.ha-1 per als corts posteriors al primer. La petjada hídrica intrínseca per a civada forrajera va ser determinada en 175L.kg-1 i per a raigrás en 442L.kg-1 i 431L.kg-1. Com a resultats alternatius que fonamenten el calibratge i validació del model es van obtenir a més, la determinació de la evapotranspiración de referència de la regió, les corbes de Kc, Kcb i Ke que determinen la petjada hídrica de les dues espècies, els desenvolupaments de les cobertures del dosel a través dels cicles fenológicos de les espècies estudiades, les corbes d'humitat del sòl i de biomassa en resposta a sis nivells de reg i diverses èpoques de sembra i les funcions de producció d'ambdues espècies. Es van determinar els paràmetres conservatius dels cultius de civada forrajera i raigrás, així com una mostra referenciada localment dels paràmetres i variables no conservatius d'aquestes espècies, la qual cosa constitueix a nivell mundial en un avanç significatiu en el calibratge i validació del model AquaCrop per a cultius forrajeros. / Terán Chaves, CA. (2015). Determinación de la huella hídrica y modelación de la producción de biomasa de cultivos forrajeros a partir del agua en la Sabana de Bogotá (Colombia) [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/54133 / TESIS

[EN] In urban water supply networks, the demanded flow and the latent leakage flow depend on the available pressure on the user's node. So when due to different circumstances (pipe breakage, pumps detention...) a pressure reduction occurs in the network, the real consumed flow can decrease considerably because the pressure may be insufficient to fully meet the users' demand. In this case it is said that the network is working under insufficient pressure conditions. Otherwise, in normal conditions, when the demand is fully satisfied, if pressure increases in the sevice conection, consume will slightly increase. Similarly, the latent leakage flow of the network will be higher as the pressure increases and vice versa. Traditional simulation models do not take into account this circumstance and suppose that demand is constant and independent of pressure, which represents an important limitation thereof. Due to this fact, it is necessary to have more realistic hydraulic simulation models that are able to model the behavior of urban distribution water networks under any operation and supply pressure conditions. In this work there have been reviewed the proposed PDD functions so far by various authors, it has been analyzed the behavior of demand as a function of pressure, from the theoretical and experimental point of view on a real network, and have been proposed some new functions that fit the analyzed behavior and also has the necessary mathematical properties to be integrated in a model. The proposed function has adjustment parameters that make it able to be adapted to different housing typologies, according to the heights, existence of pump or not, etc. In the work there have been tabulated the adjustment parameters for different housing typologies, so that they can be used without real information. This PDD function has been adjusted to the particular case of the network of Valencia, where during four months there have been made assays in a sector of the distribution network. After establishing a modification of pressure program its influence on the user's demand has been analyzed, for what the information given by the telemetry counters installed in this sector has been very important. Also, the pressure has been correlated with the leakage flow and the exponent of the potential law has been adjusted. Finally, it has been proposed a practical methodology to implement an integrated model of demands and leakages dependent of pressure from practical information available in any supply network. This model is able to provide, in every node of the network and under any regulation condition, the value of the pressure and the consumed flow, moreover, this last one is dissected in the terms that compose it (leakages, registered demand and non-registered demand). An additional data that the model provides is the deficit or surplus of the users' demand. The simulation of the network has been made under any operation circumstance, so the model is also valid in situations as transport pipe breakage, to analyze its impact in the demand fulfilling grade or analyzing the repercussion of a leakage management policy in both leakage and demand levels. Simulations that can't be done with a traditional model of fixed demands. / [ES] En los sistemas de distribución de agua urbanos tanto el caudal demandado por los usuarios como el caudal de fugas latentes dependen de la presión disponible en la red. Cuando por diversas circunstancias (rotura de tubería, parada de bombas¿) se produce una reducción de presión, el caudal real consumido puede llegar a disminuir considerablemente debido la falta de presión para satisfacer por completo la demanda. En este caso se dice que la red trabaja en condiciones de insuficiencia de presión. Por otra parte, en condiciones normales, donde la demanda es plenamente satisfecha, si aumenta la presión en la acometida el consumo de agua del usuario se incrementará ligeramente. Del mismo modo, el caudal de fugas latente en la red será tanto mayor cuanto más elevada sea la presión y viceversa. Los modelos de simulación hidráulicos tradicionales no tienen en cuenta esta circunstancia y suponen que toda la demanda de agua es constante e independiente de la presión, lo cual representa una limitación importante de los mismos, sobre todo cuando se trata de simular situaciones de emergencia. Es necesario pues disponer de modelos de simulación hidráulicos más realistas, que puedan modelizar el comportamiento de las redes de distribución de agua urbana bajo cualquier condición de operación y presión de suministro. En este trabajo se han revisado las funciones DDP propuestas hasta la fecha por distintos autores, se ha analizado el comportamiento de la demanda en función de la presión desde el punto de vista teórico y experimental sobre una red real y se ha propuesto una nueva función que se ajusta al comportamiento analizado, a la vez que cumple una serie de propiedades matemáticas que permite integrarla en los modelos hidráulicos garantizando la estabilidad de los cálculos. La función propuesta dispone de varios parámetros de ajuste que permiten adaptarla a diferentes tipologías de viviendas, de acuerdo al nivel social o de equipamiento, al número de alturas, existencia o no de grupo de bombeo, etc. En el trabajo se han tabulado los parámetros de ajuste para distintas tipologías de suministro, a fin de que puedan ser empleados a falta de información real de campo. También la función DDP propuesta se ha ajustado al caso particular de la red de Valencia, donde durante cuatro meses se han realizado ensayos en un sector de consumo. Tras establecer un programa de modificación de la presión se ha analizado su influencia sobre la demanda de los usuarios. Para ello ha sido clave la información proporcionada por la telemedida de los contadores domiciliarios instalados en este sector. Además, se ha correlacionado la presión con el caudal de fugas y se ha ajustado el exponente de la ley potencial. Finalmente se ha propuesto una metodología práctica para implementar un modelo integrado de demandas y fugas dependientes de la presión a partir de la información fácilmente disponible en cualquier abastecimiento moderno. Este modelo es capaz de proporcionar, en todos los nudos de la red y bajo cualquier condición de regulación, la evolución del valor de la presión y el caudal real consumido, con el valor añadido de que este último es diseccionado en los términos que lo integran (fugas, demanda registrada y demanda no registrada). Otro dato adicional que proporciona el modelo es la evaluación del déficit o superávit de demanda de los usuarios para cada escenario. Al simular el comportamiento de la red bajo cualquier circunstancia de operación, el modelo es aplicable en situaciones de emergencia como la rotura de una tubería de transporte a fin de analizar su impacto en el grado de satisfacción de la demanda de los usuarios o para analizar la repercusión de una política de gestión de la presión tanto sobre el nivel de fugas como sobre la demanda. Simulaciones que no pueden realizarse con un modelo tradicional de demandas fijas. / [CAT] En els sistemes de distribució d'aigua urbans tant el cabal demandat pels usuaris com el cabal de fugues latents depenen de la pressió disponible en la connexió. Quan, per diverses circumstàncies (trencament de canonada, parada de bombes...) es produeix una reducció de pressió a la xarxa, el cabal real consumit pot arribar a disminuir considerablement a causa de que la pressió pot ser insuficient per satisfer del tot la demanda. En aquest cas es diu, que la xarxa treballa en condicions d'insuficiència de pressió. D'altra banda, en condicions normals, quan la demanda és plenament satisfeta, si augmenta la pressió en la connexió, el consum de l'usuari augmentará lleugerament. De forma anàloga, el cabal de fugues latent de la xarxa serà més gran com més elevada siga la pressió i viceversa. Els models de simulació hidràulics tradicionals no tenen en compte aquesta circumstància i suposen que tota la demanda d'aigua és constant i independent de la pressió, la qual cosa representa una limitació important dels mateixos. Cal doncs disposar de models de simulació hidràulics més realistes, que puguen modelitzar el comportament de les xarxes de distribució d'aigua urbana sota qualsevol condició d'operació i de pressió de subministrament. En aquest treball s'han revisat les funcions DDP proposades fins avui per diferents autors, s'ha analitzat el comportament de la demanda en funció de la pressió, des del punt de vista teòric i experimental sobre una xarxa real, i s'ha proposat una nova funció que s'ajusta al comportament analitzat alhora que disposa de les propietats matemàtiques necessàries per a ser integrades en un model. Aquesta funció proposta disposa de paràmetres d'ajust que permet adaptar-la a diferents tipologies d'habitatges, d'acord al nombre d'altures, existència o no de grup de pressió, etc. En el treball s'han tabulat els paràmetres d'ajust per a diferents tipologies d'habitatge, a fi que puguen ser emprats a falta d'informació real de camp. Aquesta funció DDP s'ha ajustat al cas particular de la xarxa de València, on durant quatre mesos s'han realitzat assajos en un sector de la xarxa d'abastament. Després d'establir un programa de modificació de la pressió s'ha analitzat la seua influència sobre la demanda dels usuaris per a això ha sigut clau la informació proporcionada per la telemesura dels comptadors domiciliaris instal·lats en aquest sector. A més s'ha correlacionat la pressió amb el cabal de fugues i s'ha ajustat l'exponent de la llei potencial. Finalment s'ha proposat una metodologia pràctica per implementar un model integrat de demandes y fugues dependents de la pressió a partir de la informació pràctica disponible en qualsevol abastiment. Aquest model és capaç de proporcionar, en tots els nusos de la xarxa i sota qualsevol condició de regulació, el valor de la pressió i el cabal consumit, amb el valor afegit que aquest últim és disseccionat en els termes que l'integren (fugues, demanda registrada i demanda no registrada). Una altra dada addicional que proporciona el model és el dèficit o superàvit de demanda dels usuaris. Com es simula la xarxa sota qualsevol circumstància d'operació, el model és molt vàlid en situacions com el trencament d'una canonada de transport a fi d'analitzar el seu impacte en el grau de satisfacció de la demanda dels usuaris o analitzar la repercussió d'una política de gestió de la pressió tant en el nivell de fugues com en el demanda. Simulacions que no poden fer-se amb un model tradicional de demandes fixes. / Conejos Fuertes, P. (2015). DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE UN MODELO REALISTA DE DEMANDAS Y FUGAS DEPENDIENTES DE LA PRESIÓN PARA REDES DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA URBANA [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/59798 / TESIS

[EN] The wetland of the Albufera is a strong anthropic system to the point that her natural regime has changed, from being a brackish coastal lagoon linked to the marine dynamics, to be a hypertrophic freshwater lagoon linked to the management of the large irrigation systems of the Júcar and Turia rivers. In this study we proceeded to characterize the current state of the system from the available studies, making a work of synthesis to identify the key factors that determine his current configuration, considering both factors physicals and socio-economics. Similarly, we proceeded to identify trends of variation of these fundamental factors in order to project them from the possible evolution of the system in the immediate future. Thus, from these evolutionary trends through scenario methods applied to natural systems, we have proceeded to build three possible scenarios for the time horizon of 2050, taking into consideration a more likely baseline scenario and two of less feasibility to envisage a more favorable situation and a very unfavorable one. The results identified as determinant factors of climate change on the future evolution of the system, with the sea level rise and the modification of hydrological regime most decisive factors in the future development. The scenarios show that significant changes in the system configuration, which mainly affect the viability of rice cultivation in the areas of "Tancats". This will force reconfiguration of the current structure of the wetland. Also we propose appropriate guidelines for the management of these processes of change in the system, thereby improving if possible their ecological functioning and compatibility with uses developed in it. / [ES] El humedal de la Albufera de Valencia constituye un sistema fuertemente antropizado, hasta el punto de que se ha modificado su régimen natural, pasando de ser una laguna costera salobre, vinculada a la dinámica marina, a ser una laguna de aguas dulces hipertrófica y vinculada en su funcionamiento al manejo de los grandes sistemas de regadíos del Júcar y el Turia. En este estudio, se ha procedido a caracterizar la situación actual del sistema, a partir de los estudios disponibles, realizando una labor de síntesis que permita identificar los factores fundamentales que determinan la configuración actual del mismo, considerando tanto factores físicos como socio-económicos. Del mismo modo, se ha procedido a identificar las tendencias de variación de estos factores fundamentales, con objeto de proyectar a partir de ellos la posible evolución del sistema en el futuro inmediato. Así, a partir de estas tendencias de evolución, mediante la metodología de escenarios aplicada a los sistemas naturales se han procedido a construir tres escenarios posibles para el horizonte temporal del año 2050, considerando para ello un escenario tendencial más probable y otros dos de menor factibilidad que contemplan una coyuntura más favorable y una muy desfavorable. Los resultados identifican los factores de cambio climático como determinantes en la evolución futura del sistema, siendo la elevación del nivel del mar y la modificación del régimen hidrológico los factores más decisivos en esta futura evolución. Los escenarios muestran que se producirán modificaciones sustanciales en la configuración del sistema, que afectarán sobre todo a la viabilidad del cultivo del arroz en las zonas de "Tancats", lo cual obligará a reconfigurar la estructura actual del humedal. Se proponen, a su vez, las directrices de actuación adecuadas para la gestión de estos procesos de cambio en el sistema, con objeto de optimizar, en lo posible, su funcionamiento ecológico y su compatibilidad con los usos que se desarrollan en el mismo. / [CAT] L'aiguamoll de l'Albufera de València constitueix un sistema fortament antropitzat, fins al punt que s'ha modificat el seu règim natural, passant de ser una llacuna costanera salobre, vinculada a la dinàmica marina, a ser una llacuna hipertrófica d'aigües dolces vinculada en el seu funcionament al maneig dels grans sistemes de regadius del Xúquer i el Túria. En aquest estudi, s'ha procedit a caracteritzar la situació actual del sistema, a partir dels estudis disponibles, realitzant una tasca de síntesi que permet identificar els factors fonamentals que determinen la configuració actual del mateix, considerant tant factors físics i ecoloógics, com socioeconòmics. De la mateixa manera, s'ha procedit a identificar les tendències de variació d'aquests factors fonamentals, a fi de projectar a partir d'ells la possible evolució del sistema en el futur immediat. Així, a partir d'aquestes tendències d'evolució, mitjançant la metodologia d'escenaris aplicada als sistemes naturals, s'han procedit a construir tres escenaris possibles per a l'horitzó temporal de l'any 2050, considerant per a això un escenari tendencial mes probable i altres dos de menor factibilitat que contemplen una conjuntura més favorable i una molt desfavorable. Els resultats identifiquen els factors de canvi climàtic com a determinants en l'evolució futura del sistema, sent l'elevació del nivell del mar i la modificació del règim hidrològic els factors més decisius en aquesta futura evolució. Els escenaris mostren que es produiran modificacions substancials en la configuració del sistema, que afectaran sobretot a la viabilitat del cultiu de l'arròs en les zones de "Tancats", la qual cosa obligarà a reconfigurar l'estructura actual de l'aiguamoll. Es proposen, al seu torn, les directrius d'actuació adequades per a la gestió d'aquests processos de canvi en el sistema, a fi d'optimitzar en el possible el seu funcionament ecològic i la seva compatibilitat amb els usos que es desenvolupen en el mateix. / Palop Guillem, S. (2016). Procesos ecológicos, agronómicos y ambientales en el humedal de L'Albufera de Valencia. Construcción de escenarios de futuro [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/61629 / TESIS

[EN] In this thesis, transport and fate of organophosphate pesticides - azinphos-methyl and chlorpyrifos- in productive soils from the valley of the Neuquén River in the Patagonia Argentina are analysed. Climate of the region is arid, so traditional fruit production is under flood irrigation. The soils in the floodplain are predominant Aridisols with textures from sandy loam to clay loam. Methodologically, the thesis was based on: field experiments and data and information processing conducted over a period of about 7 years. Dominant soil sites were selected in a transect perpendicular to the axis of the valley. In each place, pits were performed in order to describe horizons present in the profile. Samples were collected to determine textural composition and water retention curve in laboratory. Field experiments were done with the dye tracer FD & C Blue N° 1, applying water depth similar to those used in the production irrigation, to describe the mechanisms of preferential flow present in A and B horizons of soil. Through principal component analysis, the selected four sites were grouped in two types with different hydraulic and textural characteristics. Field studies and laboratory tests along with bibliographic information allowed the parametrization of the dual-permeability model MACRO. Calibration was done with groundwater level data and azinphos-methyl concentration data measured in the soil horizons, while validation was performed with chlorpyrifos determined in the same samples as azinphos-methyl. The modelling of the dynamics of azinphos-methyl and chlorpyrifos in the profiles of both types of soil corroborated the existence of preferential flow as a mechanism that occurs in short time intervals and facilitates the entry of pesticides into the soil. The preferential migration occurs mainly through biopores, structures that form soil aggregates and heterogeneities- such as boundaries between horizons- in both types of soil. In the clay loam soil, preferential migration is also produced through desiccation cracks. Boundary conditions, surface irrigation and water table swing at the base of the profile, link the dynamic of preferential transport. Pesticides transport through the soil micropores is performed with a slower flow, in balance, enabling retention and degradation of the solutes in the surface layers. Uncertainty in predicting pesticide leaching into the aquifer was analysed by sensitivity analysis of the 35 model parameters. In addition to the sensitivity of the model to the soil hydraulic and geochemical pesticides parameters, the irrigation depth is the main source of uncertainty in estimating both types of soil and substances. Productive management alternatives were simulated to reduce leaching into the underlying unconfined aquifer. Among these, the incorporation of organic matter was the best alternative. Finally, aware of the complexity of the phenomenon studied and its modelling, the most relevant aspects that would improve the application of MACRO to study the impact of pesticides leaching in the valley production systems are cited. The model parameterization for the types of soil present in the region facilitates the use of this tool both at the profile and basin scale. The implementation of the parameterized model with GIS will be able to classify the productive area in pollution sensitive areas of unconfined aquifer by the application of pesticides. / [ES] En esta tesis doctoral se analiza el transporte y destino de los plaguicidas organofosforados -metil azinfos y clorpirifós- en suelos productivos del valle del Río Neuquén en la Patagonia Argentina. La región es de clima árido por lo que la producción frutícola tradicional se realiza bajo riego por gravedad. Los suelos presentes en la llanura aluvial son aridisoles con texturas predominantes desde franca arenosa a franca arcillosa. Metodológicamente, la tesis se basó en dos instancias, una de campo y otra de procesamiento de datos e información en gabinete, realizadas durante un período de unos 7 años. En una transecta perpendicular al eje del valle se seleccionaron sitios con suelos dominantes donde se realizaron calicatas para la descripción de los horizontes presentes en el perfil. Se extrajeron muestras para determinar en laboratorio la composición textural y la curva de tensión humedad. Ensayos de campo con colorante FD&C Blue N°1 aplicando láminas de riego semejantes a las utilizadas en la producción, permitieron describir los mecanismos de flujo preferencial presentes en los horizontes A y B del suelo. Mediante análisis de componentes principales se agruparon los cuatro suelos seleccionados a priori, en dos grupos con diferentes características hidráulicas y texturales. Los estudios de campo y de laboratorio realizados junto con información bibliográfica, permitieron parametrizar el programa MACRO de flujo y transporte en un medio de porosidad dual (microporos y macroporos). La calibración se realizó con datos de nivel freático y con datos de concentración de metil azinfos medidos en los horizontes del suelo, mientras que la validación se efectuó con clorpirifós determinados en las mismas muestras que metil azinfos. La modelación de la dinámica de metil azinfos y clorpirifós en el perfil de ambos tipos de suelos, permitió corroborar la existencia de flujo preferencial como mecanismo que ocurre en pequeños intervalos de tiempo y que facilita el ingreso de los plaguicidas hacia el subsuelo. La migración preferencial se produce principalmente a través de bioporos, de estructuras que forman los agregados del suelo y de heterogeneidades -como límites entre horizontes- en ambos tipos de suelos. En el suelo franco arcilloso se produce además a través de grietas de desecación. La dinámica del transporte preferencial está vinculada a las condiciones de borde: el riego en la superficie y la oscilación del nivel freático en la base del perfil. El transporte de los plaguicidas a través de los microporos del suelo, se realiza con flujo más lento, en equilibrio, que posibilita la retención y degradación de los solutos en las capas superficiales. Se analizó la incertidumbre en la predicción de la lixiviación de plaguicidas al acuífero mediante análisis de sensibilidad de 35 parámetros del modelo. Además de la sensibilidad del modelo a los parámetros hidráulicos del suelo y los geoquímicos de los plaguicidas, se comprueba la importancia de la lámina de riego que se transforma en la principal fuente de incertidumbre en la estimación en ambos tipos de suelos y sustancias. Para disminuir la lixiviación hacia el acuífero libre subyacente, se simularon alternativas de manejo productivo siendo la incorporación de materia orgánica la que se presenta como la mejor alternativa. Por último, conscientes de la complejidad del fenómeno estudiado y su modelación, se señalan los aspectos más relevantes que permitirían mejorar la aplicación de MACRO para estudiar el impacto de la lixiviación de plaguicidas en los sistemas productivos del valle. La parametrización del modelo para los tipos de suelos presentes en la región, facilitaría la utilización de esta herramienta tanto a escala del perfil como de cuenca. La implementación del modelo parametrizado con Sistemas de Información Geográfica permitirá clasificar el área productiva en zonas de susceptibilidad a la con / [CAT] En esta tesi doctoral s'analitza el transport i destí dels plaguicides organofosforats -metil azinfos i clorpirifós- en sòls productius de la vall del Riu Neuquén en la Patagònia Argentina. La regió és de clima àrid pel que la producció frutícola tradicional es realitza baix reg per gravetat. Els sòls presents en la plana al¿luvial són aridisols amb textures predominants des de franca arenosa a franca argilosa. Metodològicament, la tesi es va basar en dos instàncies, una de camp i una altra de processament de dades i informació en gabinet, realitzades durant un període d'uns 7 anys. En un transecte perpendicular a l'eix de la vall es van seleccionar llocs amb sòls dominants on es van realitzar sondatges per a la descripció dels horitzons presents en el perfil. Es van extraure mostres per a determinar en laboratori la composició textural i la corba de tensió humitat. Assajos de camp amb colorant FD&C Blue N °1 aplicant làmines de reg semblants a les utilitzades en la producció, van permetre descriure els mecanismes de flux preferencial presents en els horitzons A i B del sòl. Per mitjà d'anàlisi de components principals es van agrupar els quatre sòls seleccionats a priori, en dos grups amb diferents característiques hidràuliques i texturales. Els estudis de camp i de laboratori realitzats junt amb informació bibliogràfica, van permetre parametritzar el programa MACRO de flux i transport en un mitjà de porositat dual (microporus i macroporus) . El calibratge es va realitzar amb dades de nivell freàtic i amb dades de concentració de metil azinfos mesurats en els horitzons del sòl, mentres que la validació es va efectuar amb clorpirifós determinats en les mateixes mostres que metil azinfos. La modelació de la dinàmica de metil azinfos i clorpirifós en el perfil d'ambdós tipus de sòls, va permetre corroborar l'existència de flux preferencial com a mecanisme que ocorre en xicotets intervals de temps i que facilita l'ingrés dels plaguicides cap al subsòl. La migració preferencial es produeix principalment a través de bioporus, d'estructures que formen els agregats del sòl i d'heterogeneïtats -com límits entre horitzons- en ambdós tipus de sòls. En el sòl franc argilós es produeix a més a través de clavills de dessecació. La dinàmica del transport preferencial està vinculada a les condicions de contorno: el reg en la superfície i l'oscil¿lació del nivell freàtic en la base del perfil. El transport dels plaguicides a través dels microporus del sòl, es realitza amb flux més lent, en equilibri, que possibilita la retenció i degradació dels soluts en les capes superficials. Es va analitzar la incertesa en la predicció de la lixiviació de plaguicides a l'aqüífer per mitjà d'anàlisi de sensibilitat de 35 paràmetres del model. A més de la sensibilitat del model als paràmetres hidràulics del sòl i els geoquímics dels plaguicides, es comprova la importància de la làmina de reg que es transforma en la principal font d'incertesa en l'estimació en ambdós tipus de sòls i substàncies. Per a disminuir la lixiviació cap a l'aqüífer lliure subjacent, es van simular alternatives de gestió productiva sent la incorporació de matèria orgànica la que es presenta com la millor alternativa. Finalment, conscients de la complexitat del fenomen estudiat i la seua modelació, s'assenyalen els aspectes més rellevants que permetrien millorar l'aplicació de MACRO per a estudiar l'impacte de la lixiviació de plaguicides en els sistemes productius de la vall. La parametrització del model per als tipus de sòls presents en la regió, facilitaria la utilització d'esta ferramenta tant a escala del perfil com de conca. La implementació del model parametritzat amb Sistemes d'Informació Geogràfica permetrà classificar l'àrea productiva en zones de susceptibilitat a la contaminació de l'aqüífer lliure per l'aplicació de plaguicides. / Dufilho, ACA. (2016). Caracterización y modelación del transporte preferencial de plaguicidas organofosforados en suelos productivos bajo riego. Aplicación al Distrito Colonia Centenario, Patagonia Argentina [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62587 / TESIS