[EN] The urban water cycle, from source to its return to the natural environment, consumes energy. Each stage of the cycle (collection, treatment, transportation, distribution, use, treatment and discharge into the natural environment) has a specific need for energy (kWh / m3). This value depends on the circumstances of each case: the availability and quality of raw water, topography, etc. This thesis is particularly concerned with one of these stages, the transport of pressurized water, essential in any water supply system, whether urban or irrigation. This type of transport (as an alternative to natural, free surface) not only preserves better water quality. It also allows the rationalization of its use, making possible to meet the growing water demand by the population. However, the energy used to move the pressurized water is remarkable, hence the importance of developing strategies to minimize it. This scenario demands to be much more efficient in the use of both water and energy, as according to the current trend, the population will keep growing and the resources decreasing. It is crucial, therefore, to minimize the negative impacts of transporting pressurized water which requires the study and improvement of the efficiency of these systems from a global perspective. The growing concern about the current situation has led to numerous studies on the reduction of both energy and water consumption in distribution systems. Most of them have been aimed at improving specific parts of these systems, such as increasing efficiency of pumping stations, decreasing the friction in pipes, reducing leakage or energy recovery. This paper tries to be a guide and compendium of these previous studies, grouping them into a protocol for analysing and improving the system from a general perspective. Therefore it is proposed a process for improving the efficiency that can be standardized and become a methodology to be applied for any water supply utility. This method is applicable to any system, regardless of its use (irrigation or urban) and their topography (flat or irregular networks). The process is divided into four stages: diagnosis, analysis of the system (audits), evaluation of the possible actions and decision-making (cost-benefit analysis). The starting point is the diagnosis which establishes benchmarks for the energy efficiency evaluation. In this stage is defined a realistic minimum energy consumption taking into account the particularities of each system, such as available raw water sources, service standards required, topographical features and network configuration. Comparing the actual consumption with the minimum required by the same system, it can be estimated the margin of improvement. Once made the diagnosis, a depth study is required for the water and energy flows. Different tools have been developed throughout this work that perform both the water and energy audit. These audits provide with a precise view of the major inefficiencies in the system. In order to reduce them, it has been established a set of actions. To do so, it has been conducted an analysis and review of the several structural and operational measures that can contribute to the improvement of the energy efficiency in the transport of pressurized water. / [ES] El ciclo urbano del agua, desde la fuente hasta su retorno al medio natural, consume energía. Cada etapa del ciclo (captación, tratamiento, transporte, distribución, utilización, depuración y vertido al medio natural) tiene una necesidad específica de energía (kWh/m3). Este valor depende de las circunstancias de cada caso: de la disponibilidad y calidad del agua en origen, de la topografía del terreno, etc. Esta tesis se ocupa particularmente de una de esas etapas, del transporte de agua a presión, fundamental en cualquier suministro de agua, bien sea urbano o de riego. Este tipo de transporte (como alternativa al natural, en lámina libre) no sólo preserva mejor la calidad del agua. También posibilita la racionalización de su uso, lo que permite satisfacer la creciente exigencia de demanda de agua por parte de la población. Sin embargo, la energía utilizada para mover el agua a presión, es notable, de ahí la importancia de desarrollar estrategias que permitan minimizarla. El presente escenario exige ser mucho más eficientes en el uso de estos dos bienes: agua y energía, si tal como indica la tendencia actual, la población sigue creciendo y los recursos disponibles menguando. Es crucial, por tanto, minimizar los impactos negativos del transporte de agua a presión, lo que requiere el estudio y la mejora de la eficiencia de estos sistemas, desde una perspectiva global. La creciente preocupación por la situación actual ha propiciado numerosos estudios sobre la reducción tanto del consumo de energía como de agua en los sistemas de distribución. La mayoría de ellos orientados a mejorar partes concretas de estos sistemas, como el aumento de eficiencia de los grupos de presión, la disminución de fricción en las tuberías, la reducción de fugas o la recuperación de energía. El presente trabajo trata de ser una guía y compendio de estos estudios precedentes, agrupándolos dentro de un protocolo de actuación que permita analizar y mejorar el sistema desde una óptica general. Se propone, por tanto, un proceso de mejora de la eficiencia que pueda ser estandarizado y convertirse en una metodología a seguir por cualquier suministro de agua. Un procedimiento que sea aplicable a todo sistema, independientemente de su uso (riego o urbano) y sea cuál sea su topografía (redes planas o muy irregulares). Este proceso se divide en cuatro etapas: diagnóstico, análisis del sistema (auditorías), evaluación de acciones, y toma de decisiones (análisis coste-beneficio). El punto de partida es el diagnóstico. Éste establece referencias para la evaluación de la eficiencia energética, mediante la definición de consumos mínimos realistas de energía que tengan en cuenta las particularidades de cada sistema, tales como fuentes de agua disponibles, estándares de servicio requeridos, características topográficas y configuración de la red. Comparando el consumo actual con el mínimo requerido por ese mismo sistema, puede estimarse el margen de mejora existente. Realizado el diagnóstico, se requiere un estudio en profundidad de los flujos de agua y de energía. Se han desarrollado a lo largo del presente trabajo herramientas que permiten realizar tanto la auditoría hídrica como la energética. Éstas aportarán una visión precisa de las principales ineficiencias del sistema. Con el objetivo de minimizarlas, se ha establecido un catálogo de acciones que permite reducirlas. Para ello, se ha realizado un análisis y revisión de las diferentes medidas estructurales y operacionales que pueden contribuir a mejorar la eficiencia energética en el transporte de agua a presión. / [CAT] El cicle urbà de l'aigua, des de la font fins al seu retorn al medi natural, consumeix energia. Cada etapa del cicle (captació, tractament, transport, distribució, utilització, depuració i abocament al medi natural) té una necessitat específica d'energia (kWh/m3). Aquest valor depén de les circumstàncies de cada cas: de la disponibilitat i qualitat de l'aigua en origen, de la topografia del terreny, etc. Aquesta tesi s'ocupa particularment d'una d'eixes etapes, del transport d'aigua a pressió, fonamental en qualsevol subministrament d'aigua, bé siga urbà o de reg. Aquest tipus de transport (com a alternativa al natural, en làmina lliure) no sols preserva millor la qualitat de l'aigua. També possibilita la racionalització del seu ús, la qual cosa permet satisfer la creixent exigència de demanda d'aigua per part de la població. No obstant això, l'energia utilitzada per a moure l'aigua a pressió, és notable, d'ací la importància de desenvolupar estratègies que permeten minimitzar-la. El present escenari exigeix ser molt més eficients en l'ús d'estos dos béns: aigua i energia, si tal com indica la tendència actual, la població continua creixent i els recursos disponibles minvant. És crucial, per tant, minimitzar els impactes negatius del transport d'aigua a pressió, la qual cosa requereix l'estudi i la millora de l'eficiència d'aquests sistemes, des d'una perspectiva global. La creixent preocupació per la situació actual ha propiciat nombrosos estudis sobre la reducció tant del consum d'energia com d'aigua en els sistemes de distribució. La majoria d'ells orientats a millorar parts concretes d'aquests sistemes, com l'augment d'eficiència dels grups de pressió, la disminució de fricció en les canonades, la reducció de fugues o la recuperació d'energia. El present treball tracta de ser una guia i compendi d'aquests estudis precedents, agrupant-los dins d'un protocol d'actuació que permeta analitzar i millorar el sistema des d'una òptica general. Es proposa, per tant, un procés de millora de l'eficiència que puga ser estandarditzat i convertir-se en una metodologia que es puga seguir per qualsevol subministrament d'aigua. Un procediment que siga aplicable a tots els sistemes, independentment del seu ús (reg o urbà) i siga quina siga la seua topografia (xarxes planes o molt irregulars). Aquest procés es divideix en quatre etapes: diagnòstic, anàlisi del sistema (auditories), avaluació d'accions, i presa de decisions (anàlisi cost-benefici). El punt de partida és el diagnòstic. Aquest estableix referències per a l'avaluació de l'eficiència energètica, per mitjà de la definició de consums mínims realistes d'energia que tinguen en compte les particularitats de cada sistema, com ara fonts d'aigua disponibles, estàndards de servici requerits, característiques topogràfiques i configuració de la xarxa. Comparant el consum actual amb el mínim requerit per eixe mateix sistema, pot estimar-se el marge de millora existent. Realitzat el diagnòstic, es requereix un estudi en profunditat dels fluxos d'aigua i d'energia. S'han desenvolupat al llarg del present treball ferramentes que permeten realitzar tant l'auditoria hídrica com l'energètica. Aquestes aportaran una visió precisa de les principals ineficiències del sistema. Amb l'objectiu de minimitzar-les, s'ha establit un catàleg d'accions que permet reduir-les. Per a això, s'ha realitzat una anàlisi i revisió de les diferents mesures estructurals i operacionals que poden contribuir a millorar l'eficiència energètica en el transport d'aigua a pressió. / Gómez Sellés, E. (2016). Caracterización y mejora de la eficiencia energética del transporte de agua a presión [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/72637 / TESIS

Técnicas de cultivo para adaptar la viticultura mediterránea al cambio climático La viticultura mediterránea se está viendo afectada por el cambio climático, lo que amenaza la tipicidad del vino y, por tanto, la sostenibilidad de la vitivinicultura. Los principales factores que se prevé que afecten al cultivo de la vid son la escasez de agua, los incrementos térmicos y el aumento de la concentración de dióxido de carbono en el aire, lo que influirá en la vid: i) adelantando su fenología, disociando así la maduración tecnológica y fenólica de la uva y ii) incrementando las necesidades hídricas del viñedo. Éste trabajo pretende evaluar los efectos de diferentes técnicas de cultivo para la adaptación de la viticultura mediterránea al cambio climático. Se realizaron tres experimentos en Valencia (España) estudiando los efectos de: 1) el riego deficitario controlado; 2) la arquitectura de los sistemas de conducción y 3) el manejo del dosel vegetal. Las principales respuestas evaluadas fueron la eficiencia en el uso del agua de los viñedos (EUA) y la composición de la uva. El experimento 1 se llevó a cabo durante tres campañas en un viñedo de Moscatel de Alejandría/161-49C regado por goteo con el objetivo de definir la estrategia de riego más sostenible para uva blanca en el levante español. Para ello, se ensayaron cuatro tratamientos: (i) Testigo, regado al 100% de la evapotranspiración del cultivo (ETc) durante toda la campaña; (ii) riego deficitario sostenido (SDI), regado al 50% del Testigo; (iii) déficit temprano (ED), donde se restringió el riego antes del envero, seguido de un 100% de ETc; y (iv) déficit tardío (LD), regado como el Testigo hasta el envero y posteriormente al 25% de la ETc hasta la vendimia. La producción en el ED y el LD se redujo en un 25 y 15% respectivamente en comparación a la del Testigo, mientras que la producción del SDI no difirió significativamente del Testigo ni de los tratamientos de ED y LD. Todos los tratamientos con riego deficitario mostraron efectos acumulativos en la productividad de las cepas como consecuencia de la reducción del número de racimos por sarmiento y del tamaño del racimo debido al menor tamaño de la baya. El experimento 2 pone de manifiesto que la respuesta a la minimización de la radiación interceptada por el dosel vegetal es dependiente de la variedad y que reducir la carga de radiación en viñedos de clima mediterráneo podría tener efectos positivos en la EUA de la vid. La efectividad de la técnica de LLR parece depender de sus efectos sobre la relación área foliar/producción y el estado hídrico de la vid, la capacidad fotosintética compensatoria de la variedad y de las condiciones ambientales. Por consiguiente, en viñedos de baja vigorosidad, una defoliación severa puede no ser aconsejable para adaptar las variedades Bobal y Tempranillo al calentamiento global debido a los efectos perjudiciales sobre la calidad del vino tinto. Por el contrario, los resultados de los experimentos de riego deficitario y de orientación de las filas de espaldera proporcionan nuevos hallazgos en la EUA como posibles técnicas para paliar la escasez de agua en el viñedo. Por lo tanto, las técnicas de campo estudiadas resultan eficaces en adaptar la viticultura mediterránea al cambio climático en cuanto al estrés hídrico. Sin embargo, sus efectos en términos de mitigación del estrés térmico no fueron del todo positivos. Por tanto, es necesario realizar más investigaciones para determinar la viabilidad de emplear otras prácticas de campo, distintas al LLR, para equilibrar la madurez glúcida y fenólica de la uva. / Field practices for adapting Mediterranean viticulture to climate change Mediterranean viticulture is being affected by climate change, which threatens wine typicity and, therefore, the whole viticulture sustainability. The main factors expected to affect grapevine cultivation are water scarcity, warm air temperature and the increase in the air carbon dioxide concentration, and impact of these factors will be mainly the: i) advancing of grapevine phenology, thereby decoupling berry technological and phenolic composition and ii) increasing vine water requirements. This PhD Thesis aimed at evaluating the effects of different field practices to adapt Mediterranean grapevine cultivation to climate change. Three experiments were performed in Valencia (Spain) to assess the effects of 1) regulated deficit irrigation; 2) training systems architecture and; 3) canopy management. The main responses evaluated were vineyard water-use efficiency (WUE) and grape composition. Experiment 1 was undertaken for three seasons in a drip-irrigated, cv. Muscat of Alexandria/161-49C vineyard to define the most sustainable irrigation strategy for white winegrapes in eastern Spain. For this, four treatments were tested: (i) Control, irrigated at 100% of estimated crop evapotranspiration (ETc) for the entire season; (ii) sustained deficit irrigation (SDI), irrigated at 50% of Control; (iii) early deficit (ED), where pre-veraison irrigation was withheld, followed by 100% ETc; and (iv) late deficit (LD), irrigated as in the Control until veraison and thereafter at 25% ETc until harvest. Results showed that yield in ED and LD was reduced 25 and 15%, respectively, compared to that of the Control, while yield under SDI did not differ significantly from that of the Control and was similar to that of the ED and LD treatments. All the deficit irrigation treatments had some carry-over effects on vine performance due to a significant decrease in shoot fruitfulness and in cluster mass due to smaller berries. Experiment 2 highlights that the response to the minimizing of the radiation load intercepted by the canopy is cultivar-dependent and that decreasing the radiation load in the Mediterranean vineyards could have positive effects on the whole vine's WUE. The effectiveness of the LLR technique seemed to depend on its final impacts on leaf area-to-fruit ratio and vine water status, the cultivar's photosynthetic compensation capacity and the environmental conditions. Therefore, under low vigour vine conditions, severe defoliation might not be advisable for adapting Bobal and Tempranillo to global warming due to the detrimental effects on red wine quality. On the contrary, the results of deficit irrigation and row orientation experiments provided novel insights on WUE as possible techniques to alleviate vineyard water scarcity. Therefore, the field practices studied are effective in adapting Mediterranean viticulture to climate change in terms of water stress. On the other hand, the impacts of the studied techniques in terms of thermal stress alleviation were not fully positive. Hence, further research is needed to determine the possibility of using other field practices, besides LLR, to couple berry sugars and phenolic maturity. / Tècniques de cultiu per adaptar la viticultura mediterrània al canvi climàtic La viticultura mediterrània s'està veient afectada pel canvi climàtic, el que amenaça la tipicitat del vi i, per tant, la sostenibilitat de la vitivinicultura. Els principals factors que es preveu que afecten el cultiu de la vinya són l'escassetat d'aigua, els increments tèrmics i l'augment de la concentració de diòxid de carboni en l'aire, el que influirà en la vinya: i) avançant la seva fenologia, dissociant així la maduració tecnològica i fenòlica del raïm i ii) incrementant les necessitats hídriques de la vinya. Aquest treball pretén avaluar els efectes de diferents tècniques de cultiu per a l'adaptació de la viticultura mediterrània al canvi climàtic. Es van realitzar tres experiments a València (Espanya) estudiant els efectes de: 1) el reg deficitari controlat; 2) l'arquitectura dels sistemes de conducció i 3) el maneig del dosser vegetal. Les principals respostes avaluades van ser l'eficiència en l'ús de l'aigua de la vinya (EUA) i la composició del raïm. L'experiment 1 es va dur a terme durant tres campanyes en una vinya de Moscatell d'Alexandria/161-49C regat per goteig amb l'objectiu de definir l'estratègia de reg més sostenible per al raïm blanc en el llevant espanyol. A tal efecte, es van assajar quatre tractaments: (i) Control, regat al 100% de l'evapotranspiració del cultiu (ETc) durant tota la campanya; (ii) reg deficitari sostingut (SDI), regat al 50% del Contol; (iii) dèficit primerenc (ED), on es va restringir el reg abans del verol, seguit d'un 100% d'ETc; i (iv) dèficit tardà (LD), regat com el Control fins al verol i posteriorment al 25% de l'ETc fins a la verema. La producció en l'ED i el LD es va reduir en un 25 i 15% respectivament en comparació a la del Control, mentre que la producció del SDI no va diferir significativament del Control ni dels tractaments d'ED i LD. Tots els tractaments amb reg deficitari mostraren efectes acumulatius en la productivitat dels ceps, com a conseqüència de la reducció del nombre de raïms per sarment i del tamany del pomell a causa de la menor grandària de la baia. L'experiment 2 posa de manifest que la resposta a la minimització de la radiació interceptada pel dosser vegetal és dependent de la varietat i que reduir la càrrega de radiació en ceps de clima mediterrani podria tindre efectes positius en l'EUA de la vinya. L'efectivitat de la tècnica de LLR pareix dependre dels seus efectes sobre la relació àrea foliar/producció i l'estat hídric de la vinya, de la capacitat fotosintètica compensatòria de la varietat i de les condicions ambientals. Per consegüent, en vinyes de baixa vigorositat, una defoliació severa pot no ser recomanable per a adaptar les varietats Boval i Ull de llebre al calfament global, tenint en compte els efectes perjudicials sobre la qualitat del vi negre. Per contra, els resultats dels experiments de reg deficitari i d'orientació de les files d'espatlera proporcionen noves troballes en l'EUA com a possibles tècniques per pal·liar l'escassetat d'aigua a la vinya. Per tant, les tècniques de camp estudiades resulten eficaces a adaptar la viticultura mediterrània al canvi climàtic pel que fa a l'estrés hídric. No obstant, els seus efectes en termes de mitigació de l'estrés tèrmic no van ser del tot positius. Per tant, cal realitzar més investigacions per a determinar la viabilitat d'emprar altres pràctiques de camp, distintes al LLR, per a equilibrar la maduresa glúcida i fenòlica del raïm. / Buesa Pueyo, I. (2018). Field practices for adapting Mediterranean viticulture to climate change [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/107365 / TESIS

[ES] El tema de la investigación se centra en técnicas avanzadas para manejar problemas de aguas subterráneas y superficiales relacionados con métodos inversos y cambio climático. Los filtros de Kalman, con especial atención en Ensemble Smoother with Multiple Data Assimilation (ES-MDA), se analizan y mejoran para la solución de diferentes tipos de problemas inversos. En particular, la principal novedad es la aplicación de estos métodos para la identificación de series temporales. La primera parte de la tesis, luego de la descripción del método, presenta el desarrollo de un software escrito en Python para la aplicación de la metodología propuesta. El software cuenta con un flujo de trabajo flexible que puede adaptarse fácilmente para implementar diferentes variantes del filtro de Kalman y ser aplicado para la solución de varios tipos de problemas. Un paquete de herramientas proporciona varias funcionalidades que permiten de configurar el algoritmo de acuerdo con el problema específico analizado. La primera aplicación se refiere a la solución del problema inverso de flujo en ríos. Este es un procedimiento inverso destinado a estimar el flujo de entrada a un sistema hidráulico en función de información recopilada abajo. El procedimiento se prueba mediante dos ejemplos sintéticos y un estudio de caso real; se investiga el impacto de los tamaños de los conjuntos y la aplicación de técnicas de localización e inflación de covarianzas. Los resultados muestran la capacidad del método propuesto de resolver este tipo de problemas; el rendimiento de ES-MDA mejora, especialmente para tamaños de conjuntos pequeños, cuando se aplican técnicas de inflación y localización de covarianza. La segunda aplicación en el campo de las aguas superficiales se refiere a la calibración de un modelo hidrológico-hidráulico que simula los mecanismos de formación de eventos de inundación. ES-MDA se acopla al modelo numérico de forma paralela para la estimación de los coeficientes de rugosidad e infiltración en base al conocimiento de un hidrograma de flujo en una sección del dominio. Los resultados de dos casos sintéticos y un estudio de caso real demuestran la capacidad del método propuesto para calibrar el modelo hidrológico-hidráulico con un tiempo computacional razonable. En el campo de aguas subterráneas, ES-MDA se aplica por primera vez para identificar simultáneamente la ubicación de la fuente y el historial de liberación de un contaminante en un acuífero a partir de datos de concentración detectados en diferentes puntos del dominio. Se realizaron numerosas pruebas para evaluar la influencia de la distribución espacial y temporal de los datos de concentración, el número del conjunto y el uso de técnicas de localización e inflación; además, se presenta un nuevo procedimiento para realizar una localización iterativa espacio-temporal. La metodología se valida mediante un ejemplo analítico y un estudio de caso que utiliza datos obtenidos en el laboratorio mediante una caja de arena. ES-MDA conduce a una buena estimación de los parámetros investigados; una red de monitoreo bien diseñada y la aplicación de correcciones de covarianza mejoran el rendimiento del método y ayudan a mitigar el posible problema de no unicidad de la solución. Otro propósito de la tesis es investigar el efecto del cambio climático en las aguas subterráneas. Se presenta un modelo simplificado que describe la respuesta de los niveles de agua subterránea a las variables meteorológicas hasta 2100. Es un enfoque estadístico sencillo basado en las correlaciones entre los niveles de agua subterránea y dos índices de sequía que dependen de los datos de precipitación y temperatura. El método se utiliza para evaluar el impacto del cambio climático en los recursos de agua subterránea en un área de estudio ubicada en el norte de Italia utilizando datos históricos y de modelos climáticos regionales. Los resultados m / [CA] El tema de la investigació se centra en tècniques avançades per a manejar problemes d'aigües subterrànies i superficials relacionats amb mètodes inversos i canvi climàtic. Els filtres de Kalman, amb especial atenció en Ensemble Smoother with Multiple Data Assimilation (ES-MDA), s'analitzen i milloren per a la solució de diferents tipus de problemes inversos. En particular, la principal novetat és l'aplicació d'aquests mètodes per a la identificació de sèries temporals. La primera part de la tesi presenta el desenvolupament d'un programari escrit en Python per l'aplicació de la metodologia presentada. El programari compta amb un flux de treball flexible que pot adaptar-se fàcilment per a implementar diferents variants del filtre de Kalman i ser aplicat per a la solució de diversos tipus de problemes. Un paquet complementar d'eines proporciona diverses funcionalitats que permeten de configurar l'algorisme d'acord amb el problema específic analitzat. La primera aplicació es un nou enfocament per la solució del problema invers de flux en rius. Aquest és un procediment invers destinat a estimar el flux d'entrada a un sistema hidràulic en funció d'informació recopilada aigües avall. El procediment es prova mitjançant dos exemples sintètics i un estudi de cas real; s'investiga l'impacte de les grandàries dels conjunts i l'aplicació de tècniques de localització i inflació de covariàncies. Els resultats mostren la capacitat del mètode proposat de resoldre aquest tipus de problemes; el rendiment de ES-MDA millora, especialment per a grandàries de conjunts xicotets, quan s'apliquen tècniques d'inflació i localització de covariància. La segona aplicació en el camp de les aigües superficials es refereix al calibratge d'un model hidrològic-hidràulic que simula els mecanismes de formació d'esdeveniments d'inundació a partir de sollicitació hidrometeorológicas i la seua posterior propagació. ES-MDA s'acobla al model numèric de manera paral·lela per l'estimació dels coeficients de rugositat i infiltració sobre la base del coneixement d'un hidrograma de flux en una secció del domini. Els resultats de dos casos sintètics i un estudi de cas real demostren la capacitat del mètode proposat per calibrar el model hidrològic-hidràulic amb un temps computacional raonable. En el camp d'aigües subterrànies, ES-MDA s'aplica per primera vegada per identificar simultàniament la ubicació de la font i l'historial d'alliberament d'un contaminant en un aqüífer a partir d'un conjunt de dades de concentració detectats en diferents punts del domini. Es van realitzar nombroses proves per avaluar la influència de la distribució espacial i temporal de les dades de concentració, el número del conjunt i l'ús de tècniques de localització i inflació; a més, es presenta un nou procediment per realitzar una localització iterativa espaciotemporal. La metodologia es valguda mitjançant un exemple analític i un estudi de cas per al qual s'utilitzen dades obtingudes en el laboratori mitjançant una caixa d'arena. ES-MDA condueix a una bona reconstrucció dels paràmetres investigats; una xarxa de monitoratge ben dissenyada i l'aplicació de correccions de covariància milloren el rendiment del mètode i ajuden a mitigar el possible problema de no unicitat de la solució. Un altre propòsit de la tesi és investigar l'efecte del canvi climàtic en les aigües subterrànies. Es presenta un model simplificat que descriu la resposta dels nivells d'aigua subterrània a les variables meteorològiques fins a 2100. És un enfocament estadístic senzill basat en les correlacions entre els nivells d'aigua subterrània i dos índexs de sequera que depenen de les dades de precipitació i temperatura. El mètode s'utilitza per a avaluar l'impacte del canvi climàtic en els recursos d'aigua subterrània en una àrea d'estudi situada en el nord d'Itàlia utilitzant dades històriques i de models climàtics regionals. / [EN] This work focuses on the investigation of advanced techniques to handle groundwater and surface water problems in the framework of inverse methods and climate change. The Ensemble Kalman filter methods, with particular attention to the Ensemble Smoother with Multiple Data Assimilation (ES-MDA), are extensively analyzed and improved for the solution of different types of inverse problems. In particular, the main novelty is the application of these methods for the identification of time series function. In the first part of the thesis, after the description of the ES-MDA method, the development of a Python software package for the application of the proposed methodology is presented. It is designed with a flexible workflow that can be easily adapted to implement different variants of the Ensemble Kalman filter and to be applied for the solution of various types of inverse problems. A complemented tool package provides several functionalities that allow to setup the algorithm configuration suiting the specific analyzed problem. The first novelty application of the ES-MDA method aimed at solving the reverse flow routing problem. The objective of the inverse procedure is the estimation of an unknown inflow hydrograph to a hydraulic system on the basis of information collected downstream and a given forward routing model that relates inflow hydrograph and downstream observations. The procedure is tested by means of two synthetic examples and a real case study; the impact of ensemble sizes and the application of covariance localization and inflation techniques are also investigated. The tests show the capability of the proposed method to solve this type of problem; the performance of ES-MDA improves, especially for small ensemble sizes, when covariance localization and inflation techniques are applied. The second application, in the context of surface water, concerns the calibration of a hydrological-hydraulic model that simulates rainfall-runoff processes. The ES-MDA is coupled with the numerical model by parallel way for the estimation of roughness and infiltration coefficients based on the knowledge of a discharge hydrograph at the basin outlet. The results of two synthetic tests and a real case study demonstrate the capability of the proposed method to calibrate the hydrological-hydraulic model with a reasonable computational time. In the groundwater field, ES-MDA is applied for the first time to simultaneously identify the source location and the release history of a contaminant spill in an aquifer from a sparse set of concentration data collected in few points of the aquifer. The impacts of the concentration sampling scheme, the ensemble size and the use of covariance localization and covariance inflation techniques are tested; furthermore, a new procedure to perform a spatiotemporal iterative localization is presented. The methodology is tested by means of an analytical example and a study case that uses real data collected in a laboratory sandbox. ES-MDA leads to a good estimation of the investigated parameters; a well-designed monitoring network and the use of covariance corrections improve the performance of the method and help to minimize ill-posedness and equifinality. A part of the thesis investigates the impact of climate change on the groundwater availability. A surrogate model that describes the response of groundwater levels to meteorological variables up to 2100 is presented. It is a simple statistical approach based on the correlations between groundwater levels and two drought indices that depend on precipitation and temperature data. The presented method is used to evaluate the impact of climate change on groundwater resources in a study area located in Northern Italy using historical and regional climate model data. The results denote a progressive increase of groundwater droughts in the investigated area. / Todaro, V. (2021). Advanced techniques for solving groundwater and surface water problems in the context of inverse methods and climate change [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/166439 / TESIS

[ES] En muchas regiones del mundo, como es el caso del área mediterránea, los retos asociados a la gestión del agua no son nuevos; sin embargo, el cambio climático podría intensificarlos hasta desencadenar una situación sin precedentes. Pese a la incertidumbre inherente al fenómeno, a menuda definida como "profunda" debido a la imposibilidad de cuantificarla adecuadamente, actualmente parece claro que la inacción no constituye una alternativa responsable a medio o largo plazo. No obstante, y aunque en los últimos años la literatura científica ha desarrollado diversas aproximaciones para el diseño de estrategias de adaptación en sistemas de recursos hídricos, a día de hoy no existe un enfoque universalmente aceptado para abordar el problema. En general, los métodos existentes pueden incluirse en dos grupos bien diferenciados: los que se dirigen a caracterización de impactos ("top-down") y los que optan por identificar las vulnerabilidades del sistema ("bottom-up"). Aunque tradicionalmente el enfoque "top-down" basado en los resultados de los modelos climáticos ha sido el más empleado, a día de hoy numerosos autores han señalado la relativa falta de éxito de este enfoque a efectos de la toma de decisiones. Por su parte, el enfoque "bottom-up", en su vertiente participativa, posee la indudable ventaja de implicar a los principales actores desde las etapas más tempranas del proceso de diseño de la estrategia, lo que puede resultar de vital importancia para su efectividad. Sin embargo, y en último término, este enfoque requeriría de los resultados del enfoque "top-down" para asignar probabilidades a los escenarios en los que el sistema resulta vulnerable. Por todo ello, algunos autores han abogado por la integración de ambos enfoques como la aproximación más completa al problema, que ha sido la adoptada en la presente tesis. Para ello, en primer lugar se ha procedido a caracterizar los impactos del cambio climático en las sequías y aportaciones futuras, a través del enfoque "top-down" tradicional. Posteriormente, se ha identificado la función de respuesta del sistema frente al clima, mediante la generación de escenarios climáticos (enfoque "bottom-up"). Asimismo, se ha recurrido a un enfoque "bottom-up" participativo para que los principales actores a escala de cuenca adaptasen los escenarios socioeconómicos globales al contexto local, previesen la posible evolución del sector agrícola y definiesen potenciales medidas de adaptación. Por último, la información resultante de ambos enfoques (aportaciones futuras en el caso del enfoque "top-down" y medidas de adaptación, en el caso del enfoque "bottom-up") se ha integrado en un modelo hidroeconómico, a fin de seleccionar el programa de medidas de adaptación más adecuado para cada escenario climático. La metodología descrita ha sido aplicada al sistema de explotación del río Júcar, con fuerte regulación y frágil equilibrio entre los recursos disponibles y la demanda. En estas circunstancias, es previsible que el cambio climático actúe agravando los problemas existentes. De los resultados obtenidos, destaca la variabilidad espacial de los impactos en la cuenca, siendo mayor el incremento de temperatura y la disminución de la precipitación en cabecera que en la zona más próxima a la costa. Además, se observa un incremento generalizado de la intensidad, magnitud y duración de las sequías meteorológicas e hidrológicas en la cuenca. En cuanto a las medidas de adaptación identificadas, los actores mostraron su preferencia por la modernización de regadíos, los recursos no convencionales (reutilización y desalación) y la gobernanza del agua. Por último, los resultados obtenidos mediante el modelo hidroeconómico muestran que, para la mayor parte de los escenarios climáticos considerados, las medidas seleccionadas permiten reducir sustancialmente el déficit medio anual del sistema. / [CA] En moltes regions del món, com es el cas de l'àrea mediterrània, els reptes associats a la gestió de l'aigua no son nous; tot i això, el canvi climàtic podria intensificar-los fins desencadenar una situació sense precedents. A pesar de la incertesa inherent al fenomen, sovint definida com "profunda" per la impossibilitat de quantificar-la adequadament, a dia d'avui sembla clar que la inacció no constitueix una alternativa responsable a mitjà o a llarg termini. No obstant, a pesar que en els últims anys la literatura científica ha desenvolupat diverses aproximacions pel disseny d'estratègies d'adaptació en sistemes de recursos hídrics, a dia d'avui no existeix un enfocament universalment acceptat per abordar el problema. En general, els mètodes existents poden incloure's en dos grups ben diferenciats: els que es dirigeixen a caracterització d'impactes ("top-down") i els que opten per identificar les vulnerabilitats del sistema ("bottom-up"). Encara que tradicionalment l'enfocament "top-down"; basat en els resultats dels models climàtics ha sigut el més empleat, actualment nombrosos autors han assenyalat la relativa falta d'èxit d'aquest enfocament a l'efecte de la presa de decisions. Per la seua banda, l'enfocament "bottom-up", en el seu vessant participatiu, posseeix l'indubtable avantatge d'implicar als principals actors des de les etapes més primerenques del procés de disseny de l'estratègia, la qual cosa pot resultar de vital importància per a la seua efectivitat. No obstant això, i en últim terme, aquest enfocament requeriria dels resultats de l'enfocament "top-down"; per assignar probabilitats als escenaris en què el sistema resulta vulnerable. Per tot això, alguns autors han advocat per la integració d'ambdós enfocaments com l'aproximació més completa al problema, que ha sigut l'adoptada en la present tesi. Per tal de fer-ho, en primer lloc s'ha procedit a caracteritzar els impactes del canvi climàtic en les sequeres i aportacions futures, a través de l'enfocament "top-down" tradicional. Posteriorment, s'ha identificat la funció de resposta del sistema enfront del clima, per mitjà de la generació d'escenaris climàtics "bottom-up". A més, s'ha recorregut a un enfocament "bottom-up" participatiu perquè els principals actors a escala de conca adaptaren els escenaris socioeconòmics globals al context local, preveren la possible evolució del sector agrícola i definiren potencials mesures d'adaptació. Finalment, la informació resultant d'ambdós enfocaments (aportacions futures en el cas de l'enfocament "top-down" i mesures d'adaptació, en el cas de l'enfocament "bottom-up" s'ha integrat en un model hidroeconòmic a fi de seleccionar el programa de mesures d'adaptació més adequat per a cada escenari climàtic. La metodologia descrita ha sigut aplicada al sistema d'explotació del riu Xúquer, amb una forta regulació i un fràgil equilibri entre els recursos disponibles i la demanda. En aquestes circumstàncies, es previsible que el canvi climàtic augmente la gravetat dels problemes existents. Dels resultats obtinguts, destaca la variabilitat espacial dels impactes del canvi climàtic en la conca hidrogràfica, sent major l'increment de temperatura i la disminució de la precipitació en la seua capçalera respecte a la zona més pròxima a la costa. A més, s'observa un increment generalitzat en la intensitat, magnitud i duració de les sequeres meteorològiques e hidrològiques de la conca. Pel que respecta a les mesures d'adaptació identificades, els actors van mostrar la seua preferència pela governança de l'aigua. En últim lloc, els resultats obtinguts mitjançant el model hidroeconòmic indiquen que, per a la major part dels escenaris climàtics considerats, les mesures d'adaptació permeten reduir substancialment el dèficit mig anual del sistema. / [EN] In many regions of the world, such as the Mediterranean area, the challenges related to water management are not new; however, climate change could act as an amplification factor and trigger an unprecedented situation. In spite of the phenomenon uncertainty (often acknowledged as "deep uncertainty" due to the impossibility of its quantification), inaction is no longer accepted as a suitable option in the mid/long term. In recent times, scientific literature has proposed several approaches to design adaptation strategies for water resources systems. However, none of them is universally regarded as the best way to tackle the problem. In general, current methods could be classified within two different groups: impact-oriented approaches (also known as "top-down") and vulnerability-oriented or "bottom-up" approaches. Although the use of "top-down" approaches has been traditionally preferential, in recent times many authors have pointed out their relative lack of success when it comes to decision making. On the other hand, participative "bottom-up" approaches have the advantage of involving the stakeholders from the early stages of the strategy development, which could be of capital importance for the strategy's success. However, the "bottom-up" approach would ultimately require the supplementary use of the results of a "top-down" approach, in order to assign probabilities to the scenarios in which the system is vulnerable. Because of the shortcomings of both methods, some authors have advocated their integration as the most complete approach to tackle climate change adaptation. This mixed "bottom-up"/"top-down" approach has been selected for the present thesis. In first place, the impacts of climate change on future inflows and droughts have been characterized using a traditional "top-down" approach. Subsequently, the response function of the system has been identified through scenario generation ("bottom-up" approach). In addition, the "bottom-up" approach has been selected to involve the main stakeholders at the basin scale, in order to adapt the global socioeconomic scenarios to the local context, to foresee the potential evolution of the agricultural sector and to define suitable adaptation measures. Finally, the information obtained through both approaches (future inflows from the "top-down" approach and adaptation measures from the "bottom-up" approach) has been integrated in a hydroeconomic model, which is able to select the most suitable program of adaptation measures for each climate scenario. This methodology has been applied to the Jucar basin, a highly regulated basin where a frail equilibrium between the available water resources and the demands already exists. Under those considerations, climate change is expected to emphasize the current problems. According to the results, it is important to highlight the spatial variability of climate change impacts in the basin. Concretely, temperature increase and precipitation decrease would be higher in the basin headwaters than in the coastal area. In addition, both meteorological and hydrological droughts show a general increase of their intensity, magnitude and duration. In relation to adaptation measures, the stakeholders preferred the change from gravity to drip irrigation, the use of non-conventional water resources (water reuse and desalination) and measures related to water governance. Finally, the results obtained from the hydroeconomic model show that, for the majority of the considered climate scenarios, the selected measures allow to reduce significantly the average annual deficit of the system. / Al proyecto del Plan Nacional IMPADAPT (CGL2013-48424-C2-1-R) y a la ayuda FPI concedida (BES-2014-070490) por el Ministerio español de Economía, Industria y Competitividad, por haberme provisto de los fondos necesarios para realizar esta investigación. Asimismo, a todos los que habéis formado parte del proyecto, en especial a Mar Ortega Reig, Corentin Girard, Carles Sanchís Ibor, Marta García Mollá y Alberto García Prats. / Marcos García, P. (2019). Sistema de ayuda a la decisión para la adaptación y gestión de sistemas de recursos hídricos en un contexto de alta incertidumbre. Aplicación a la cuenca del Júcar [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/125702 / TESIS

[EN] Over time, due to multiple operational and maintenance activities, the networks of water supply systems (WSSs) undergo interventions, modifications or even are closed. In many cases, these activities are not properly registered. Knowledge of the paths and characteristics (status and age, etc.) of the WSS pipes is obviously necessary for efficient and dynamic management of such systems. This problem is greatly augmented by considering the detection and control of leaks. Access to reliable leakage information is a complex task. In many cases, leaks are detected when the damage is already considerable, which brings high social and economic costs. In this sense, non-destructive methods (e.g., ground penetrating radar - GPR) may be a constructive response to these problems, since they allow, as evidenced in this thesis, to ascertain paths of pipes, identify component characteristics, and detect primordial water leaks. Selection of GPR in this work is justified by its characteristics as non-destructive technique that allows studying both metallic and non-metallic objects. Although the capture of information with GPR is usually successful, such aspects as the capture settings, the large volume of generated information, and the use and interpretation of such information require high level of skill and experience. This dissertation may be seen as a step forward towards the development of tools able to tackle the problem of lack of knowledge on the WSS buried assets. The main objective of this doctoral work is thus to generate tools and assess their feasibility of application to the characterization of components of WSSs from GPR images. In this work we have carried out laboratory tests specifically designed to propose, develop and evaluate methods for the characterization of the WSS buried components. Additionally, we have conducted field tests, which have enabled us to determine the feasibility of implementing such methodologies under uncontrolled conditions. The methodologies developed are based on techniques of intelligent data analysis. The basic principle of this work has involved the processing of data obtained through the GPR to look for useful information about WSS components, with special emphasis on the pipes. After performing numerous activities, one can conclude that, using GPR images, it is feasible to obtain more information than the typical identification of hyperbolae currently performed. In addition, this information can be observed directly, e.g. more simply, using the methodologies proposed in this doctoral work. These methodologies also prove that it is feasible to identify patterns (especially with the preprocessing algorithm termed Agent race) that provide fairly good approximation of the location of leaks in WSSs. Also, in the case of pipes, one can obtain such other characteristics as diameter and material. The main outcomes of this thesis consist in a series of tools we have developed to locate, identify and visualize WSS components from GPR images. Most interestingly, the data are synthesized and reduced so that the characteristics of the different components of the images recorded in GPR are preserved. The ultimate goal is that the developed tools facilitate decision-making in the technical management of WSSs, and that such tools can even be operated by personnel with limited experience in handling non-destructive methodologies, specifically GPR. / [ES] Con el paso del tiempo, y debido a múltiples actividades operacionales y de mantenimiento, las redes de los sistemas de abastecimiento de agua (SAAs) sufren intervenciones, modificaciones o incluso, son clausuradas, sin que, en muchos casos, estas actividades sean correctamente registradas. El conocimiento de los trazados y características (estado y edad, entre otros) de las tuberías en los SAAs es obviamente necesario para una gestión eficiente y dinámica de tales sistemas. A esta problemática se suma la detección y el control de las fugas de agua. El acceso a información fiable sobre las fugas es una tarea compleja. En muchos casos, las fugas son detectadas cuando los daños en la red son ya considerables, lo que trae consigo altos costes sociales y económicos. En este sentido, los métodos no destructivos (por ejemplo, ground penetrating radar - GPR), pueden ser una respuesta a estas problemáticas, ya que permiten, como se pone de manifiesto en esta tesis, localizar los trazados de las tuberías, identificar características de los componentes y detectar las fugas de agua cuando aún no son significativas. La selección del GPR, en este trabajo se justifica por sus características como técnica no destructiva, que permite estudiar tanto objetos metálicos como no metálicos. Aunque la captura de información con GPR suele ser exitosa, la configuración de la captura, el gran volumen de información, y el uso y la interpretación de la información requieren de alto nivel de habilidad y experiencia por parte del personal. Esta tesis doctoral se plantea como un avance hacia el desarrollo de herramientas que permitan responder a la problemática del desconocimiento de los activos enterrados de los SAAs. El objetivo principal de este trabajo doctoral es, pues, generar herramientas y evaluar la viabilidad de su aplicación en la caracterización de componentes de un SAA, a partir de imágenes GPR. En este trabajo hemos realizado ensayos de laboratorio específicamente diseñados para plantear, elaborar y evaluar metodologías para la caracterización de los componentes enterrados de los SAAs. Adicionalmente, hemos realizado ensayos de campo, que han permitido determinar la viabilidad de aplicación de tales metodologías bajo condiciones no controladas. Las metodologías elaboradas están basadas en técnicas de análisis inteligentes de datos. El principio básico de este trabajo ha consistido en el tratamiento adecuado de los datos obtenidos mediante el GPR, a fin de buscar información de utilidad para los SAAs respecto a sus componentes, con especial énfasis en las tuberías. Tras la realización de múltiples actividades, se puede concluir que es viable obtener más información de las imágenes de GPR que la que actualmente se obtiene con la típica identificación de hipérbolas. Esta información, además, puede ser observada directamente, de manera más sencilla, mediante las metodologías planteadas en este trabajo doctoral. Con estas metodologías se ha probado que también es viable la identificación de patrones (especialmente el pre-procesado con el algoritmo Agent race) que proporcionan aproximación bastante acertada de la localización de las fugas de agua en los SAAs. También, en el caso de las tuberías, se puede obtener otro tipo de características tales como el diámetro y el material. Como resultado de esta tesis se han desarrollado una serie de herramientas que permiten visualizar, identificar y localizar componentes de los SAAs a partir de imágenes de GPR. El resultado más interesante es que los resultados obtenidos son sintetizados y reducidos de manera que preservan las características de los diferentes componentes registrados en las imágenes de GPR. El objetivo último es que las herramientas desarrolladas faciliten la toma de decisiones en la gestión técnica de los SAAs y que tales herramientas puedan ser operadas incluso por personal con una experiencia limitada en el manejo / [CA] Amb el temps, a causa de les múltiples activitats d'operació i manteniment, les xarxes de sistemes d'abastament d'aigua (SAAs) se sotmeten a intervencions, modificacions o fins i tot estan tancades. En molts casos, aquestes activitats no estan degudament registrats. El coneixement dels camins i característiques (estat i edat, etc.) de les canonades d'aigua i sanejament fa evident la necessitat d'una gestió eficient i dinàmica d'aquests sistemes. Aquest problema es veu augmentat en gran mesura tenint en compte la detecció i control de fuites. L'accés a informació fiable sobre les fuites és una tasca complexa. En molts casos, les fugues es detecten quan el dany ja és considerable, el que porta costos socials i econòmics. En aquest sentit, els mètodes no destructius (per exemple, ground penetrating radar - GPR) poden ser una resposta constructiva a aquests problemes, ja que permeten, com s'evidencia en aquesta tesi, per determinar rutes de canonades, identificar les característiques dels components, i detectar les fuites d'aigua quan encara no són significatives. La selecció del GPR en aquest treball es justifica per les seves característiques com a tècnica no destructiva que permet estudiar tant objectes metàl·lics i no metàl·lics. Tot i que la captura d'informació amb GPR sol ser reeixida, aspectes com ara la configuració de captura, el gran volum d'informació que es genera, i l'ús i la interpretació d'aquesta informació requereix alt nivell d'habilitat i experiència. Aquesta tesi pot ser vista com un pas endavant cap al desenvolupament d'eines capaces d'abordar el problema de la manca de coneixement sobre els actius d'aigua i sanejament enterrat. L'objectiu principal d'aquest treball doctoral és, doncs, generar eines i avaluar la seva factibilitat d'aplicació a la caracterització dels components de los SAAs, a partir d'imatges GPR. En aquest treball s'han dut a terme proves de laboratori específicament dissenyats per proposar, desenvolupar i avaluar mètodes per a la caracterització dels components d'aigua i sanejament soterrat. A més, hem dut a terme proves de camp, que ens han permès determinar la viabilitat de la implementació d'aquestes metodologies en condicions no controlades. Les metodologies desenvolupades es basen en tècniques d'anàlisi intel·ligent de dades. El principi bàsic d'aquest treball ha consistit en el tractament de dades obtingudes a través del GPR per buscar informació útil sobre els components d'SAA, amb especial èmfasi en la canonades. Després de realitzar nombroses activitats, es pot concloure que, amb l'ús d'imatges de GPR, és factible obtenir més informació que la identificació típica d'hipèrboles realitzat actualment. A més, aquesta informació pot ser observada directament, per exemple, més simplement, utilitzant les metodologies proposades en aquest treball doctoral. Aquestes metodologies també demostren que és factible per identificar patrons (especialment el pre-processat amb l'algoritme Agent race) que proporcionen bastant bona aproximació de la localització de fuites en SAAs. També, en el cas de tubs, es pot obtenir altres característiques com ara el diàmetre i el material. Els principals resultats d'aquesta tesi consisteixen en una sèrie d'eines que hem desenvolupat per localitzar, identificar i visualitzar els components dels SAAS a partir d'imatges GPR. El resultat més interessant és que els resultats obtinguts són sintetitzats i reduïts de manera que preserven les característiques dels diferents components registrats en les imatges de GPR. L'objectiu final és que les eines desenvolupades faciliten la presa de decisions en la gestió tècnica de SAA, i que tals eines poden fins i tot ser operades per personal amb poca experiència en el maneig de metodologies no destructives, específicament GPR. / Ayala Cabrera, D. (2015). Characterization of components of water supply systems from GPR images and tools of intelligent data analysis [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/59235 / TESIS / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

Tesis por compendio / [ES] La calidad del aire es un determinante de la salud y bienestar de las poblaciones; su mejora es parte de algunas metas de los objetivos de desarrollo sostenible (ODS) con la Agenda 2030. Al respecto, se han definido a nivel mundial protocolos, acuerdos, convenios y lineamientos de política para lograr avanzar en el cumplimiento de los ODS. Existen además reportes nacionales de avance en la implementación de metas específicas, según la agenda de cada país y en algunos casos en el ámbito de ciudad, cuyos indicadores pueden integrarse en las dimensiones más conocidas del desarrollo sostenible: la dimensión ambiental, la social y la económica. Existe información sobre el monitoreo del estado de la calidad de los recursos y de condiciones del territorio en diversos temas. Sin embargo, no en todos los territorios, en sus diferentes escalas espaciales, se realiza una continua evaluación de su desempeño sostenible y, además factores de deterioro ambiental como la contaminación del aire, son tratados como determinantes aislados con la generación de reportes de su comportamiento y el desarrollo de planes de monitoreo y de mitigación. Del mismo modo, para los diferentes temas que hacen parte de las dimensiones de la sostenibilidad, existen herramientas de modelación para evaluar el comportamiento de sus indicadores; sin embargo, no se cuenta con un instrumento que pronostique el nivel de avance en el desarrollo sostenible y además que identifique la influencia de la calidad del aire en su comportamiento. Las herramientas de aprendizaje automático pueden aportar en la respuesta a dicha situación, al ser instrumentos útiles en el pronóstico del comportamiento de un conjunto de datos. Por consiguiente, el objetivo central de este trabajo doctoral es establecer la incidencia de la calidad del aire sobre el desarrollo urbano sostenible, en sus dimensiones ambiental, social y económica, mediante el uso de herramientas de aprendizaje automático, como soporte para la toma de decisiones. Este objetivo involucra el diseño y ejecución de una metodología para identificar la influencia de indicadores en materia de calidad del aire, sobre el desarrollo urbano sostenible. Este trabajo doctoral se desarrolló como compendio de un conjunto de publicaciones que incluyen 1) la revisión del estado del arte para la identificación de las variables y parámetros que podrían calificar las dimensiones individuales del desempeño sostenible, 2) la evaluación del nivel de avance en el desarrollo sostenible de una zona urbana y el análisis estadístico de su desempeño sostenible según las variables analizadas; 3) la identificación, selección y aplicación de las herramientas de aprendizaje automático y por último 4) la identificación del grado de influencia de la calidad del aire en el pronóstico del nivel de sostenibilidad establecido. Para ello se hizo uso del software ArcGIS para el análisis espacial y del software de acceso libre R para los análisis estadísticos y la aplicación de las herramientas de aprendizaje automático. Esta investigación se realizó a partir de un estudio de caso en una localidad de la ciudad de Bogotá, en Colombia que es la capital del país, situada sobre una planicie altitudinal en la cordillera oriental y a 2625 metros sobre el nivel del mar. Bogotá es una de las ciudades más pobladas en América Latina y es una de las capitales mundiales que ha presentado altos niveles de contaminación por material particulado, siendo éste un factor de riesgo para su población. La metodología construida permite evaluar la influencia de la calidad del aire en el desarrollo urbano sostenible mediante herramientas de aprendizaje automático. Es aplicable a zonas urbanas y orienta el paso a paso para la determinación de los factores de mayor relevancia en cada una de las dimensiones de la sostenibilidad, constituyéndose en un instrumento de soporte para la toma de decisiones respecto a la implem / [CA] La qualitat de l'aire és un determinant de la salut i benestar de les poblacions; la seua millora és part d'algunes metes dels objectius de desenvolupament sostenible (ODS) amb l'Agenda 2030. Sobre aquest tema, s'han definit a nivell mundial protocols, acords, convenis i alineaments de política per a aconseguir avançar en el compliment dels ODS. Existeixen reportes nacionals d'avanç sobre la implementació de metes específiques, segons l'agenda de cada país i en alguns casos en l'àmbit de ciutat, els indicadors de la qual poden integrar-se en les dimensions més conegudes del desenvolupament sostenible: la dimensió ambiental, la social i l'econòmica. Existeix informació sobre el monitoratge de l'estat de la qualitat dels recursos i de les condicions del territori en diversos temes. No obstant això, no en tots els territoris, en les seues diferents escales espacials, es realitza contínua avaluació del seu acompliment sostenible i, a més a més, factors de deterioració ambiental com la contaminació de l'aire, són tractats com a determinants aïllats amb la generació de reportes del seu comportament i el desenvolupament de plans de monitoratge i de mitigació. De la mateixa manera, per als diferents temes que fan part de les dimensions de la sostenibilitat, existeixen eines de modelatge per a avaluar el comportament dels seus indicadors; no obstant això, no es compta amb un instrument que pronostique el nivell d'avanç en el desenvolupament sostenible i a més que identifique la influència de la qualitat de l'aire en el seu comportament. Les eines d'aprenentatge automàtic poden aportar en la resposta a aquesta situació, en ser instruments útils en el pronòstic del comportament d'un conjunt de dades. Per consegüent, l'objectiu central d'aquest treball doctoral és establir la incidència de la qualitat de l'aire sobre el desenvolupament urbà sostenible, en les seues dimensions ambiental, social i econòmica, mitjançant l'ús d'eines d'aprenentatge automàtic, com a suport per a la presa de decisions. Aquest objectiu involucra el disseny i execució d'una metodologia per a identificar la influència d'indicadors en matèria de qualitat de l'aire, sobre el desenvolupament urbà sostenible. Aquest treball doctoral es va desenvolupar com a compendi d'un conjunt de publicacions que inclouen 1) la revisió de l'estat de l'art per a la identificació de les variables i paràmetres que podrien qualificar les dimensions individuals de l'acompliment sostenible, 2) l'avaluació del nivell d'avanç en el desenvolupament sostenible d'una zona urbana i l'anàlisi estadística del seu acompliment sostenible segons les variables analitzades; 3) la identificació, selecció i aplicació de les eines d'aprenentatge automàtic i finalment 4) la identificació del grau d'influència de la qualitat de l'aire en el pronòstic del nivell de sostenibilitat establit. Per a això es va fer ús del programari ArcGIS per a l'anàlisi espacial i del programari d'accés lliure R per a les anàlisis estadístiques i l'aplicació de les eines d'aprenentatge automàtic. Aquesta investigació es va realitzar a partir d'un estudi de cas en una localitat de la ciutat de Bogotà, a Colòmbia que és la capital del país, situada sobre una planícia altitudinal en la serralada oriental i a 2625 metres sobre el nivell de la mar. Bogotà és una de les ciutats més poblades a Amèrica Llatina i és una de les capitals mundials que ha presentat alts nivells de contaminació per material particulat, sent aquest un factor de risc per a la seua població. La metodologia construïda permet avaluar la influència de la qualitat de l'aire en el desenvolupament urbà sostenible mitjançant l'ús d'eines d'aprenentatge automàtic. És aplicable a zones urbanes i orienta el pas a pas per a la determinació dels factors de major rellevància en cadascuna de les dimensions de la sostenibilitat, constituint-se en un instrument de suport per a la presa d / [EN] Air quality is a determinant to the health and well-being of populations; its improvement is part of some of the targets of the Sustainable Development Goals (SDGs) with the 2030 Agenda. In this regard, protocols, agreements, pacts, and policy guidelines have been defined worldwide to progress in the SDGs' achievement. Additionally, there are national progress reports on reaching specific goals, based on each country's agenda. In certain cases, these include city-level reports, whose indicators, both at the national and city levels, can be integrated into the central and best-known dimensions of sustainable development, namely the environmental, social, and economic dimensions. There is information concerning the monitoring of the state of resource quality and territorial conditions in various areas. However, not all territories in their different spatial scales are continuously evaluated for their sustainable performance. Moreover, environmental deterioration factors such as air pollution are handled as isolated determinants with reports generated on their behavior, in addition to developing monitoring and mitigation plans. Likewise, there are modeling tools to evaluate the behavior of different components that are part of the dimensions of sustainability. However, there is no instrument that forecasts the level of progress in sustainable development that also identifies the influence of air quality on its behavior. Machine learning tools can contribute to responding to this situation, as they are able to predict the behavior of a data set. Therefore, the primary objective of this doctoral work is to establish the incidence of air quality on urban sustainable development, in its environmental, social, and economic dimensions, through the use of machine learning tools to support decision-making. This objective entails designing and implementing a methodology to identify the influence of air quality indicators on urban sustainable development. This doctoral thesis was developed as a compendium of a set of publications which include: 1) the review of the state of the art for identifying variables and parameters that could qualify the individual dimensions of sustainable performance; 2) the evaluation of the level of progress of the sustainable development of an urban area, and the statistical analysis of its sustainable performance based on the variables analyzed; 3) the identification, selection, and use of machine learning tools, and lastly 4) the identification of the influence of air quality on the prediction of the established sustainability level. The ArcGIS program was used for the spatial analysis, and the free-access software R for the statistical analysis, and the use of the machine learning tools. This research was performed based on a case study of a locality in the capital of Colombia; Bogotá, which is located on an altitudinal plain in the eastern mountain range at 2625 meters above sea level. Bogotá is one of the most populated cities in Latin America and is one of the world capitals with the highest levels of air pollution from particulate matter, which is a risk factor for its population. The methodology developed enables evaluating the influence of air quality on urban sustainable development with machine learning tools. This methodology is valid in urban areas, and through a step-by-step approach, determines the most relevant factors for each sustainability dimension. It has become a tool to support decision-making regarding the implementation and progress of the SDGs from the micro-territory level. / Molina Gómez, NI. (2021). Incidencia de la calidad el aire en el desarrollo urbano sostenible. Metodología de pronóstico basado en herramientas de aprendizaje automático [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/168398 / TESIS / Compendio

[ES] El objetivo general de la presente Tesis es investigar metodologías que permitan obtener en tiempo real los parámetros de operación de redes hidráulicas a presión que minimicen el consumo y/o el coste energético, garantizando el cumplimiento de las condiciones de funcionamiento necesarias para una adecuada calidad del servicio. Al tratarse del ámbito de la operación diaria de la red, una de las condiciones indispensables que deben reunir los métodos de optimización es una respuesta lo suficientemente rápida como para que no solo se pueda disponer de las soluciones más convenientes en el momento de ejecutar las consignas de operación, sino que además se habilite un procedimiento flexible que permita dar respuesta a posibles cambios en las predicciones o eventos que puedan producirse. Se ha abordado de manera aislada la optimización energética de los subsistemas de transporte de agua y la de los subsistemas de distribución debido a las distintas características que se pueden observar en ellos. En la parte relativa a los subsistemas de distribución, particularizada al caso de un sistema de riego con bombeo directo a red, se han explorado los métodos metaheurísticos de optimización, realizando varias aportaciones originales orientadas a la mejora en la eficiencia computacional de los mismos, debido a la necesidad de obtener una respuesta rápida compatible con la toma de decisiones en tiempo real. En cuanto a los subsistemas de transporte, se ha explorado la aplicabilidad del método determinista de optimización por programación lineal, a la vista de las importantes ventajas que presenta respecto al resto de métodos generales de optimización. Asimismo, en el contexto de los subsistemas de transporte, se ha trabajado en la definición de una heurística basada en el cálculo del coste energético y/o económico del agua entregada en los puntos de consumo y almacenada en los depósitos intermedios, que ha permitido formular un algoritmo voraz para la optimización energética en cada instante de tiempo. Este método ha conseguido igualar el desempeño alcanzado mediante la programación lineal y se espera que ofrezca unas mejores capacidades en sistemas con un comportamiento marcadamente no lineal, así como también una mejor adaptación a problemas de optimización con la participación de energías renovables. / [CA] L'objectiu general de la present Tesi és la investigació de metodologies que permeten obtindre en temps real els paràmetres d'operació de xarxes hidràuliques a pressió que minimitzen el consum i/o el cost energètic, garantint el compliment de les condicions de funcionament necessàries per a una adequada qualitat del servei. En tractar-se de l'àmbit de l'operació diària de la xarxa, una de les condicions indispensables que han de reunir els mètodes d'optimització és una resposta prou ràpida com perquè no sols es puga disposar de les solucions més convenients en el moment d'executar les consignes d'operació, sinó que a més s'habilite un procediment flexible que permeta donar resposta a possibles canvis en les prediccions o esdeveniments que puguen produir-se. S'ha abordat de manera aïllada l'optimització energètica dels subsistemes de transport d'aigua i la dels subsistemes de distribució (reg per injecció directa) a causa de les diferents característiques que es poden observar en ells. En el treball amb els subsistemes de distribució s'han explorat les possibilitats que ofereixen els mètodes meta-heurístics d'optimització, realitzant diverses aportacions originals orientades a la millora en l'eficiència computacional dels mateixos a causa de la necessitat d'obtindre una resposta més ràpida que siga compatible amb la presa de decisions en temps real. Quant als subsistemes de transport, s'ha explorat l'aplicabilitat del mètode determinista d'optimització per programació lineal a la vista dels importants avantatges que presenta respecte a la resta de mètodes generals d'optimització. Així mateix, en el context dels subsistemes de transport, s'ha treballat en la definició d'una bona heurística basada en el càlcul del cost energètic i/o econòmic de l'aigua entregada en els punts de consum i en els dipòsits intermedis, que ha permés formular un mètode voraç per a l'optimització energètica en cada instant de temps. Aquest mètode ha aconseguit igualar l'acompliment aconseguit mitjançant la programació lineal i s'espera que oferisca unes millors capacitats en sistemes amb un comportament més marcadament no lineal, així com també una millor adaptació a problemes d'optimització amb participació d'energies renovables. / [EN] The general objective of this Thesis is the research of methodologies to obtain in real time the operating parameters of pressurized hydraulic networks that minimize energy consumption and/or cost, ensuring compliance with the operating conditions necessary for an appropriate quality of service. Since this is the field of daily network operation, one of the indispensable conditions that optimization methods must meet is a response fast enough so that not only the most convenient solutions are available at the time of executing the operating instructions, but also a flexible procedure is provided to allow a response to possible changes in the predictions or events that may occur. The energy optimization of the water transport subsystems and that of the distribution subsystems (direct injection irrigation) have been approached separately due to the different characteristics that can be observed in them. In the work with distribution subsystems, the possibilities offered by metaheuristic optimization methods have been explored, making several original contributions aimed at improving their computational efficiency due to the need to obtain a faster response that is compatible with real-time decision making. Regarding transport subsystems, the applicability of the deterministic method of optimization by linear programming has been explored in view of the important advantages it presents with respect to the rest of the general optimization methods. Also, in the context of transport subsystems, there has been a work on the definition of a good heuristic based on the calculation of the energy and/or economic cost of the water delivered at the consumption points and intermediate reservoirs, which has allowed to formulate a greedy method for energy optimization at each time instant. This method has been able to match the performance achieved by linear programming and is expected to offer better capabilities in systems with a more marked non-linear behaviour, as well as a better adaptation to optimization problems involving renewable energies. / Alonso Campos, JC. (2021). Desarrollo e implementación de algoritmos para la optimización energética en tiempo real de redes hidráulicas a presión [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/180389 / TESIS

[ES] Las inundaciones pueden llegar a desestabilizar los vehículos y estos, a su vez, pueden exacerbar los efectos negativos de las inundaciones cuando son arrastrados por el flujo, generando no solamente pérdidas económicas sino también de vidas humanas. En las ciudades, la mayor parte de las muertes durante las inundaciones ocurre al interior de los vehículos debido a que los conductores intentan cruzar con sus vehículos por zonas inundadas (Jonkzman and Kelman 2005; Drobot et al. 2007; Kellar and Schmidlin 2012). En países desarrollados, un alto porcentaje de estas muertes ocurre durante inundaciones relámpago cuando los conductores intentan cruzar por zonas inundadas en lugar de evitarlas (Fitzgerald et al. 2010; Kellar y Schmidlin 2012). Debido a esto, en áreas sujetas a inundaciones relámpago, casi la mitad de las víctimas son pasajeros atrapados en sus vehículos (Versini et al. 2010a) Entre las partes de las vías que resultan afectadas por las crecidas de los ríos se encuentran los puentes, las cuales son obras de infraestructura muy importantes. Un alto porcentaje de los fallos de los puentes a nivel mundial se presenta debido a las crecidas de los ríos, lo cual tiene un impacto negativo en los vehículos y los sistemas de transporte. Debido a esto, con el fin de realizar una adecuada gestión de las inundaciones es necesario determinar el riesgo de inestabilidad al que están sometidos los vehículos en una zona inundable. Sin embargo, a pesar del impacto negativo de las inundaciones, hasta la fecha se dispone de pocos estudios que permitan determinar los efectos negativos que las condiciones climáticas generan sobre los sistemas de transporte (Molarius et al., 2014). En esta investigación se desarrolló una nueva metodología para calcular este riesgo a partir de las características de las crecidas, los puentes, los vehículos, y el tráfico vehicular. Esta metodología fue generada a partir de una estructura conceptual y un desarrollo matemático novedosos y permite determinar el riesgo a través de la integral estadística de la amenaza de inestabilidad y la vulnerabilidad de los coches. En áreas urbanas y en las intersecciones entre las corrientes de agua y las vías, la amenaza se establece a través de una función de estabilidad de autos parcialmente sumergidos, las características geométricas de los vehículos y las características hidrodinámicas de las crecidas (calados y velocidades) y su probabilidad de ocurrencia, mientras que la vulnerabilidad se calcula por medio de la combinación de la susceptibilidad y la exposición de los coches. En puentes, la peligrosidad se obtiene a través del análisis de los datos de caudal disponibles y la vulnerabilidad mediante el análisis del estado estructural del puente, las características de la cuenca y del cauce aguas arriba y aguas abajo de la estructura, la estabilidad del canal y la potencial acumulación de acarreos. La metodología desarrollada se implementó para determinar el riesgo en los siguientes casos de estudio, los cuales están localizados en territorio español: (i) en las áreas urbanas correspondientes a los municipios de Alfafar y Massanassa, (ii) en los sitios de intersección entre vías y ríos localizados en el municipio de Godelleta; y (iii) en 12 puentes fluviales. Los resultados obtenidos podrían estar indicando que el método propuesto tiene en cuenta los elementos más importantes que deben considerarse al establecer este tipo de riesgo. La metodología desarrollada permite obtener un panorama detallado del riesgo de desestabilización de los vehículos debido a inundaciones en una zona determinada. En consecuencia, la implementación de esta metodología puede ayudar a disminuir los efectos negativos antes y durante este tipo de eventos, resultando de gran ayuda para las entidades encargadas de la planificación urbana y de la protección civil con el fin de diseñar e implementar acciones que permitan disminu / [CAT] Les inundacions poden desestabilitzar els vehicles i aquests, al mateix temps, poden exacerbar els efectes negatius de les inundacions quan són arrossegats pel flux, generant no solament pèrdues econòmiques sinó també de vides humanes. A les ciutats, la major part de les morts durant les inundacions ocorre a l'interior dels vehicles pel fet que els conductors intenten creuar amb els seus vehicles per zones inundades (Jonkzman and Kelman 2005; Drobot et al. 2007; Kellar and Schmidlin 2012). En països desenvolupats, un alt percentatge d'aquestes morts ocorre durant inundacions llampec quan els conductors intenten creuar per zones inundades en lloc d'evitar-les (Fitzgerald et al. 2010; Kellar i Schmidlin 2012). A causa d'això, en àrees subjectes a inundacions llampec, quasi la meitat de les víctimes són passatgers atrapats en els seus propis vehicles (Versini et al. 2010a) Entre les parts de les vies que resulten afectades per les crescudes dels rius es troben els ponts, les quals són obres d'infraestructura molt importants. Un alt percentatge de les fallades dels ponts a nivell mundial es presenta com a conseqüència de les crescudes dels rius, la qual cosa té un impacte altament negatiu en els vehicles i els sistemes de transport.. A causa d'això, amb la finalitat de realitzar una adequada gestió de les inundacions és necessari determinar el risc d'inestabilitat al qual estan sotmesos els vehicles en una zona inundable. No obstant això, malgrat l'impacte negatiu de les inundacions, fins a la data es disposa de pocs estudis que permeten determinar els efectes negatius que les condicions climàtiques generen sobre els sistemes de transport (Molarius et al., 2014). En la present investigació es va desenvolupar una nova metodologia per a calcular aquest risc a partir de les característiques de les crescudes, els ponts, els vehicles, i el trànsit vehicular. Aquesta metodologia va ser generada a partir d'una estructura conceptual i un desenvolupament matemàtic nous i permet determinar el risc a través de la integral estadística de l'amenaça d'inestabilitat i la vulnerabilitat dels cotxes. En àrees urbanes i en les interseccions entre els corrents d'aigua i les vies, l'amenaça s'estableix a través d'una funció d'estabilitat de cotxes parcialment submergits, les característiques geomètriques dels vehicles i les característiques hidrodinàmiques de les crescudes (calats i velocitats) i la seua probabilitat d'ocurrència, mentre que la vulnerabilitat es calcula per mitjà de la combinació de la susceptibilitat i l'exposició dels cotxes. En ponts, la perillositat s'obté a través de l'anàlisi de les dades de cabal disponibles i la vulnerabilitat mitjançant l'anàlisi de l'estat estructural del pont, les característiques de la conca i del llit aigües amunt i aigües avall de l'estructura, l'estabilitat del canal i la potencial acumulació d'enderrocs. La metodologia desenvolupada es va implementar per a determinar el risc en els següents casos d'estudi, els quals estan localitzats en territori espanyol: (i) en les àrees urbanes corresponents als municipis d'Alfafar i Massanassa, (ii) en els llocs d'intersecció entre vies i rius localitzats en el municipi de Godelleta; i (iii) en 12 ponts fluvials. Els resultats obtinguts podrien estar indicant que el mètode proposat té en compte els elements més importants que han de considerar-se en establir aquest tipus de risc. La metodologia desenvolupada permet obtindre un panorama detallat del risc de desestabilització dels vehicles a causa d'inundacions en una zona determinada. En conseqüència, la implementació d'aquesta metodologia pot ajudar a disminuir els efectes negatius abans i durant aquesta mena d'esdeveniments, resultant de gran ajuda per a les entitats encarregades de la planificació urbana i de la protecció civil amb la finalitat de dissenyar i implementar accions que permeten disminuir els efectes negatius de les inundacions. / [EN] Flooding can destabilize vehicles which might, in turn, exacerbate the negative effects of floods when vehicles are swept away by flows, leading to economic loss and fatalities. The main cause of death in cities during flood events corresponds to cars being swept away when they are driven by flooded roads (Jonkzman and Kelman 2005; Drobot et al. 2007; Kellar and Schmidlin 2012). In developed countries a high percentage of these deaths occurs during flash floods when drivers try to cross overflowing water bodies instead of avoiding them (Fitzgerald et al. 2010; Kellar and Schmidlin 2012). Hence, in areas subject to flash floods almost half of the victims are passengers trapped inside their own vehicles (Versini et al. 2010a). Among the parts of the roads that are most affected by floods are bridges, which are very important infrastructure works for society. Because of this, a high percentage of bridge failures worldwide occur as a result of river floods, which has highly negative impacts for vehicles and transportation systems. Therefore, in order to suitably manage floods, it is necessary to determine the risk of instability to which vehicles in flood-prone areas are subject. However, Despite the negative impact of floods, very few studies have centred on determining the negative effects of floods on transport systems (Molarius et al., 2014). In this research, a new methodology to estimate this risk based on the characteristics of vehicles, floods, bridges and vehicular traffic was developed. This methodology was generated from a novel conceptual structure and mathematical development and allows to determine the risk by the statistical integral of the instability hazard and the vehicles' vulnerability. In urban areas and stream crossings, the hazard is determined by a stability criterion of partially submerged cars, the geometric characteristics of the vehicles and the hydrodynamic characteristics of the floods (depths and velocities) and their probability of occurrence, while vulnerability is calculated by combining the susceptibility and exposure of cars. In bridges, the hazard is obtained by analysing available discharge data and the vulnerability by examining the structural condition of the bridge, the characteristics of the watershed and watercourse upstream and downstream of the structure, the stability of the channel and the potential accumulation of debris. The developed methodology was implemented to determine the risk in the following case studies, which are located in Spanish territory: (i) in the urban areas corresponding to the towns of Alfafar and Massanassa; (ii) in the stream crossings located in the municipality of Godelleta; and (iii) in 12 river bridges located. The results obtained could be indicating that the proposed method takes into account the most important elements to be considered when establishing this type of risk. The developed methodology provides a detailed vision of the vehicle instability risk due to flooding in a given area. Consequently, implementing this methodology can help to reduce negative effects before and during flooding events, which is extremely helpful for those organizations in charge of urban planning and civil protection to design and take actions that cushion the negative effects of flooding. / I thank Colciencias for financing this research through call 728-2015. / Bocanegra Vinasco, RA. (2020). Evaluation of the risk due to fluvial flooding in vehicles and road infrastructures at basin scale [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/157654 / TESIS

[ES] Como parte de los métodos de asimilacíon de datos, los métodos basados en conjuntos han ganado popularidad en hidrogeología dada su capacidad para manejar grandes cantidades de datos observados simultáneamente. Recientemente, se ha comenzado a emplear este método para la identificacíon de fuentes de contaminacíon en casos sintéticos. Basándonos en estos trabajos anteriores, hemos dado un paso adelante evaluando su rendimiento en experimentos de tanque de laboratorio. La tesis se puede dividir en cuatro partes. En la primera parte, el filtro de Kalman de conjuntos con reinicio (r-EnKF) se utiliza para la identificacíon espacio-temporal de una fuente puntual de contaminantes en un experimento en tanque de laboratorio, junto con la identificacíon de la posicíon y longitud de una placa vertical insertada en el tanque que modifica la geometría del sistema. Los resultados muestran que el r-EnKF es capaz de identificar tanto la fuente como los parámetros relacionados con la geometría del acuífero. La segunda parte muestra una aplicacíon del filtro de Kalman de conjuntos con anamorfosis normal y reinicio (NS-EnKF) y con inflacíon de la covarianza en un experimento de laboratorio con conductividad heterogénea. El método se prueba primero utilizando un caso sintético que imita el experimento del tanque para establecer el número mínimo de miembros del conjunto y la mejor técnica para evitar el colapso del filtro. Luego, su aplicacíon a los datos del tanque muestra que el NS-EnKF con reinicio puede beneficiarse de la inflacíon de Bauser para reducir el tama ñ o del conjunto y llegar a una buena identificacíon conjunta tanto de la fuente de contaminantes como de la heterogeneidad espacial de las conductividades. En la tercera parte, el filtro de Kalman de conjuntos suavizado con asimilacíon múltiple de datos (ES-MDA) se emplea para la identificacíon simultánea de una fuente de contaminantes y la distribucíon espacial de la conductividad hidráulica utilizando el r-EnKF como punto de referencia. El resultado muestra que el ES-MDA puede superar al r-EnKF, marginalmente, para el caso sintético específico analizado con el mismo consumo de CPU, y puede funcionar mucho mejor que el r-EnKF a cambio de un mayor costo de CPU. La cuarta y última parte investiga el rendimiento del ES-MDA en un problema de identificacíon de una inyeccíon de contaminante que varía en el tiempo. Se analiza la influencia de diferentes intervalos de observacíon y esquemas de inflacíon de la covarianza en la determinacíon de la curva de inyeccíon. El resultado muestra que el ES-MDA funciona muy bien en la identificacíon de la curva de inyeccíon cuando la discretizacíon de la misma no es muy alta, pero encuentra problemas de fluctuacíon en los casos con discretizaciones altas. La frecuencia con la que se muestrean los datos de observacíon es un factor influyente, mientras que el número de iteraciones o los métodos de inflacíon de la covarianza tienen menos efecto. / [CA] Com a part dels mètodes d'assimilació de dades, els mètodes basats en conjunts han guanyat popularitat en hidrogeologia donada la seua capacitat per a manejar grans quantitats de dades observades simultàniament. Recentment, s'ha començat a emprar aquest mètode per a la identificació de fonts de contaminació en casos sintètics. Basant-nos en aquests treballs anteriors, hem fet un pas avant avaluant el seu rendiment en experiments de tanc de laboratori. La tesi es pot dividir en quatre parts.En la primera part, el filtre de Kalman de conjunts amb reinici (r-EnKF) s'utilitza per a la identificació espaciotemporal d'una font puntual de contaminants en un experiment en tanc de laboratori, juntament amb la identificació de la posició i longitud d'una placa vertical inserida en el tanc que modifica la geometria del sistema. Els resultats mostren que el r-EnKF és capaç d'identificar tant la font com els paràmetres relacionats amb la geometria de l'aqüífer. La segona part mostra una aplicació del filtre de Kalman de conjunts amb anamorfosis normal i reinici (NS-EnKF) i amb inflació de la covariància en un experiment de laboratori amb conductivitat heterogènia. El mètode es prova primer utilitzant un cas sintètic que imita l'experiment del tanc per a establir el nombre mínim de membres del conjunt i la millor tècnica per a evitar el col·lapse del filtre. Després, la seua aplicació a les dades del tanc mostra que el NS-EnKF amb reinici pot beneficiar-se de la inflació de Bauser per a reduir la grandària del conjunt i arribar a una bona identificació conjunta tant de la font de contaminants com de l'heterogeneïtat espacial de les conductivitats. En la tercera part, el filtre de Kalman de conjunts suavitzat amb assimilació múltiple de dades (ES-MDA) s'empra per a la identificació simultània d'una font de contaminants i la distribució espacial de la conductivitat hidràulica utilitzant el r-EnKF com a punt de referència. El resultat mostra que l'ES-MDA pot superar al r-EnKF, marginalment, per al cas sintètic específic analitzat amb el mateix consum de CPU, i pot funcionar molt millor que el r-EnKF a canvi d'un major cost de CPU. La quarta i última part investiga el rendiment de l'ES-MDA en un problema d'identificació d'una injecció de contaminant que varia en el temps. S'analitza la influència de diferents intervals d'observació i esquemes de inflació de la covariància en la determinació de la corba d'injecció. El resultat mostra que l'ES-MDA funciona molt bé en la identificació de la corba d'injecció quan la discretització no és massa alta, però troba problemes de fluctuació amb discretitzacions massa fines. La freqüència amb la qual es mostregen les dades d'observació és un factor influent en aquesta aplicació, mentre que el nombre d'iteracions o els mètodes d'inflació de la covariància tenen menys efecte. / [EN] As part of the data assimilation methods, the ensemble-based methods have gained popularity in hydrogeology given their ability to deal with huge amounts of observed data simultaneously. More recently, researchers have started to employ these methods to deduce contamination source information in synthetic cases. Based on these previous work, we take a step further to evaluate their performance in sandbox experiments. The main objective of this thesis is to verify the capacity of the ensemble-based methods in identifying contaminant sources and complex geological heterogeneity. The thesis could be divided into four parts. In the first part, the restart ensemble Kalman filter (r-EnKF) is used for the spatiotemporal identification of a point contaminant source in a sandbox experiment, together with the identification of the position and length of a vertical plate inserted in the sandbox that modifies the geometry of the system. The results show that the r-EnKF is capable of identifying both contaminant source information and aquifer-geometry-related parameters. The second part shows an application of the restart normal-score ensemble Kalman filter (NS-EnKF) with covariance inflation in a heterogenous conductivity laboratory experiment. The method is first tested using a synthetic case that mimics the sandbox experiment to establish the minimum number of ensemble members and the best technique to prevent filter collapse. Then, its application to the sandbox data shows that the restart NS-EnKF can benefit from Bauser's inflation to reduce the ensemble size and to arrive to a good joint identification of both the contaminant source and the spatial heterogeneity of conductivities. In the third part, the ensemble smoother with multiple data assimilation (ES-MDA) is employed for the simultaneous identification of a contaminant source and the spatial distribution of hydraulic conductivity while using the r-EnKF as a benchmark. The outcome shows that the ES-MDA is able to outperform the r-EnKF, marginally, for the specific synthetic case analyzed with almost the same CPU consumption, and it can perform far better than the r-EnKF just with a cost of larger CPU usage. The forth and last part investigates the performance of the ES-MDA in a time-varying release history identification problem. The influence of different observation intervals and inflation factor schemes on the determination of the release curve are discussed. The outcome shows that the ES-MDA performs great in recovering release history when the history curve is discretized in not too many steps, and that it fails when the discretization is large. The frequency at which observation data are sampled is an influential factor in this application, while the number of iterations or the inflation scheme have less effect. / Thanks to the institutions that financed my studies. The support to carry out my work was received from the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness through project CGL2014-59841-P, and from the Spanish Ministry of Education, Culture and Sports through a fellowship for the mobility of professors in foreign research and higher education institutions to my supervisor, reference PRX17/00150 / Chen, Z. (2020). Stochastic Identification of Pollutant Sources in Aquifers by the Ensemble Kalman Filter [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/160628 / TESIS

[ES] Dentro de las temáticas asociadas al campo de acción de la Ingeniería Ambiental se encuentra la referente a la gestión adecuada de los residuos sólidos que son generados por las comunidades. Los residuos sólidos urbanos (RSU) se han constituido en una de las problemáticas que debe ser atendida por los países de forma prioritaria, dadas las tendencias crecientes en su aumento y para los cuales se requiere la adopción de estrategias que permitan su aprovechamiento y disposición adecuada. Por tanto, las administraciones locales, regionales y nacionales deben tomar decisiones de forma eficiente para que se realice una gestión correcta de estos residuos que tenga presente las particularidades de su región. Dentro de estas particularidades se encuentra, entre otros elementos, la caracterización de la población, la cantidad de RSU generados, el clima, las mejores técnicas y tecnologías disponibles, las tendencias y políticas nacionales, la disponibilidad de recursos económicos, los planes de ordenamiento territorial, la legislación vigente y las características del servicio público de limpieza. Todos estos aspectos pueden influir dentro de la toma de decisiones para cada una de las etapas definidas dentro del proceso de gestión de este tipo de residuos. En este marco de trabajo, en esta investigación se presenta una metodología para la toma de decisiones relacionada con la gestión de residuos sólidos en grandes ciudades. La investigación se ha desarrollado tomando como referencia la ciudad de Bogotá (Colombia) y, particularmente, dos zonas de esta ciudad llamadas Engativá y Suba (denominadas "localidades" según la división administrativa de la ciudad). En estos emplazamientos se han desarrollado alternativas para la selección de estrategias que permitan la gestión de RSU más adecuada. La investigación se ha desarrollado en tres fases. En primera instancia, se han analiza-do las características de la generación de residuos en la ciudad mediante una ruta analítica que integra el análisis espacial junto con el tratamiento estadístico de datos, para evaluar y predecir su comportamiento en cada una de las zonas de Bogotá. En la segunda parte de la investigación, se realizó el análisis predictivo de la generación de estos residuos a través de tres herramientas de inteligencia artificial: árboles de decisión (Decision trees), redes neuronales artificiales (RNA) y máquinas de soporte vectorial (Support Vector Machines, MSV). Como etapa final, se realizó el planteamiento y desarrollo del modelo metodológico, incorporando tanto aspectos predictivos como variables económicas, y se analizó el comportamiento del modelo a través de redes neuronales artificiales de tipo Long Short Term Memory (LSTM), foco principal del presente trabajo. De igual forma, dentro de esta última fase se presenta también la revisión del comportamiento del modelo a través de la implementación de máquinas de soporte vectorial, como estrategia comparativa del rendimiento de las RNA frente a otros posibles modelos que pueden implementarse a este tipo de procesos. Como principal resultado obtenido de la investigación realizada, se concluye que las redes neuronales artificiales constituyen una alternativa viable para el planteamiento de modelos que incluyan todas las etapas de la gestión de los RSU de una ciudad. Por otra parte, se ha comprobado que el modelo diseñado se encuentra estructurado de forma que permite la modificación, inclusión, precisión y optimización de la informa-ción de forma permanente. Todo ello constituye una gran ventaja, ya que mejora de forma continua la eficiencia de la metodología propuesta. De este modo, la metodología propuesta puede ser aplicada en zonas determinadas de ciudades con características similares, en la medida que los países vayan estableciendo y fortaleciendo sus sistemas de información de forma confiable para así obtener datos más precisos, lo cual es un proc / [CA] Dins de les temàtiques associades al camp d'acció de l'Enginyeria Ambiental es troba la referent a la gestió adequada dels residus sòlids que són generats per les comunitats. Els residus sòlids urbans (RSU) s'han constituït en una de les problemàtiques que ha de ser atesa pels països de forma prioritària, donades les tendències creixents en el seu augment i per als quals es requereix l'adopció d'estratègies que permeten el seu aprofitament i disposició adequada . És així que les administracions locals, regionals i nacionals han de prendre decisions de manera eficient perqué es realitze una gestió correcta d'aquests residus tenint present les particularitats de la seva regió, dins de les que es poden trobar la caracterització de la població, la quantitat de RSU generats, el clima, les millors tècniques i tecnologies disponibles, les tendències i polítiques nacionals, la disponibilitat de recursos econòmics, els plans d'ordenament territorial, la legislació vigent, les característiques del servei públic de neteja, entre altres elements, els quals poden influir dins de la presa de decisions per a cadascuna de les etapes definides dins el procés de gestió d'aquest tipus de residus. És així com es presenta en aquesta investigació una metodologia per a la presa de decisions relacionada amb la gestió de residus sòlids en grans ciutats, prenent com a referència la ciutat de Bogotà (Colòmbia), i particularment dues zones d'aquesta ciutat anomenades Engativá i Suba (denominades "localitats" segons la divisió administrativa de la ciutat), com una alternativa per a la selecció de la millor estratègia que permeta l'adequada gestió de RSU d'aquesta regió. En primera instancia, s'analitza el comportament de la generació de residus de la ciutat a través d'una ruta analítica que integra l'anàlisi espacial juntament amb el tractament estadístic de dades, per avaluar i predir el comportament de la generació dels RSU a cadascuna de les zones de Bogotà. Com a segona part de la investigación, es va realitzar l'anàlisi predictiva de la generació d'aquests residus a través de tres eines d'intel·ligència artificial, per a això es va incorporar l'aplicació d'arbres de decisió (Deci-sion trees), xarxes neuronals artificials (RNA) i màquines de suport vectorial (Support Vector Machines, MSV). Com a principal resultat obtingut de la investigació realitzada, es conclou que les xarxes neuronals constitueixen una alternativa viable per al plantejament de models que incloguen totes les etapes de la gestió dels RSU d'una ciutat. D'altra banda, s'ha comprovat que el model dissenyat es troba estructurat de manera que permet la modificació, inclusió, precisió i optimització de la informació de forma permanent, la qual cosa constitueix en un avantatge, ja que permet de forma contínua millorar la eficiència de la metodologia proposada i aplicarla en una zona determinada d'una ciutat amb característiques similars en la mesura que els països van establint i enfortint els seus sistemes d'informació de forma fiable per així obtenir dades més precises, la qual cosa és un procés que Colòmbia té com a meta de curt termini. Com a etapa final, es va realitzar el plantejament del model metodològic incorporant aspectes predictius així com variables econòmiques, i es va analitzar el comportament d'aquest a través de xarxes neuronals artificials de tipus Long Short Term Memory (LSTM), focus principal del present treball. De la mateixa manera, dins d'aquesta última fase es presenta el mateix model, però en aquesta ocasió es va realitzar la revisió del seu comportament a través de la implementació de màquines de suport vectorial, com a estratègia comparativa del rendiment de les RNA enfront d'altres possibles models que poden implementarse a aquesta mena de processos. / [EN] Ensuring the proper management of solid waste generated by communities is included among the topics associated within the scope of environmental engineering. Municipal solid waste (MSW) has become one of the problems that countries must place a priority on addressing, given the trends of its increasing generation. Strategies must be adopted that facilitate MSW use and its proper disposal. Therefore, local, regional and national governments must make decisions in an efficient manner, taking into account the particularities of their region, in order to correctly manage this waste. These particularities include the characterization of their population, amount of MSW generated, climate, best available techniques and technologies, national guidelines and policies, availability of economic resources, land use plans, current legislation, characteristics of the public sanitation service, among other components. These factors can influence decision-making in each defined stage in the process of MSW management. Accordingly, this research study presents a methodology for decision-making regarding solid waste management in large cities. The city of Bogotá (Colombia) is used as a reference, specifically, two areas of the city named Engativá and Suba Bogotá (called "localities", which are based on the administrative division of the city). The goal of the methodology is to determine an alternative to select the best strategy to facilitate proper MSW management in the region. First, the behavior of waste generation in the city was analyzed through an analytical approach that integrates spatial analysis with statistical data processing to evaluate and forecast the behavior of MSW generation in each area of Bogotá. The second part of the study was a predictive analysis of MSW generation which employed the following three artificial intelligence tools: decision trees, artificial neural networks (ANN), and support-vector machines (MSV). Lastly, the methodological model was proposed, which incorporated predictive aspects as well as economic variables. The model was analyzed by Long Short-Term Memory (LSTM) artificial neuronal networks, the primary focus of this research. Similarly, within this last phase, the same model is presented, but a review of its behavior was conducted by implementing support-vector machines, as a comparative strategy of ANN performance with respect to other possible models that can be implemented in these types of processes. The primary conclusion of this research is that neural networks are a viable alternative to develop models that include all stages of MSW management in a city. While these mathematical models require a large amount of data to minimize the results' margin of error, with the data obtained for the modelling the ANNs were properly adapted and showed satisfactory performance according to the proposed methodology. Moreover, the study demonstrated that the designed model is structured in such a manner that it allows for continuous modification, inclusion, precision and optimization of the information. This is an advantage as it enables the proposed methodology's efficiency to be improved on an ongoing basis, in order for it to be applied to a specific area in a city with similar characteristics. The above is dependent on countries establishing and strengthening their information systems in a reliable manner, in order to obtain more precise data, which is a short-term goal for Colombia. / Solano Meza, JK. (2021). Propuesta metodológica basada en redes neuronales artificiales para la determinación de la gestión óptima de residuos sólidos urbanos: aplicación en las localidades de Suba y Engativá de la ciudad de Bogotá (Colombia) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/168119 / TESIS