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A markov chain monte carlo method for inverse stochastic modeling and uncertainty assessment

Fu, Jianlin 07 May 2008 (has links)
Unlike the traditional two-stage methods, a conditional and inverse-conditional simulation approach may directly generate independent, identically distributed realizations to honor both static data and state data in one step. The Markov chain Monte Carlo (McMC) method was proved a powerful tool to perform such type of stochastic simulation. One of the main advantages of the McMC over the traditional sensitivity-based optimization methods to inverse problems is its power, flexibility and well-posedness in incorporating observation data from different sources. In this work, an improved version of the McMC method is presented to perform the stochastic simulation of reservoirs and aquifers in the framework of multi-Gaussian geostatistics. First, a blocking scheme is proposed to overcome the limitations of the classic single-component Metropolis-Hastings-type McMC. One of the main characteristics of the blocking McMC (BMcMC) scheme is that, depending on the inconsistence between the prior model and the reality, it can preserve the prior spatial structure and statistics as users specified. At the same time, it improves the mixing of the Markov chain and hence enhances the computational efficiency of the McMC. Furthermore, the exploration ability and the mixing speed of McMC are efficiently improved by coupling the multiscale proposals, i.e., the coupled multiscale McMC method. In order to make the BMcMC method capable of dealing with the high-dimensional cases, a multi-scale scheme is introduced to accelerate the computation of the likelihood which greatly improves the computational efficiency of the McMC due to the fact that most of the computational efforts are spent on the forward simulations. To this end, a flexible-grid full-tensor finite-difference simulator, which is widely compatible with the outputs from various upscaling subroutines, is developed to solve the flow equations and a constant-displacement random-walk particle-tracking method, which enhances the com / Fu, J. (2008). A markov chain monte carlo method for inverse stochastic modeling and uncertainty assessment [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1969 / Palancia
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Propuesta de implementación de un sistema complementario de abastecimiento de agua para uso sanitario proveniente de las aguas pluviales para cubrir los periodos de desabastecimiento del servicio de agua potable municipal SEMACEL, en la Institución Educativa Manuel de Piérola Castro del distrito de Celendín, departamento de Cajamarca / Proposal to implement a water supply system for sanitary use by using rainwater to compensate the periods of water shortages, from the municipal water service SEMACEL, at the Manuel de Pierola Castro educational institute located in Celendin, Cajamarca

Camones Villanueva, Jesús Ivan, Pahuara Silva, Angelo Martín 26 September 2021 (has links)
El Perú es uno de los países con mayores reservas de agua dulce en el mundo, ocupando el octavo lugar con una reserva de 1.89% de la disponibilidad mundial de agua dulce superficial. Sin embargo, a pesar de que existe abundante oferta del recurso hídrico, las brechas de acceso al agua son cada vez mayores. Los pueblos de la sierra peruana, no son ajenos a esta realidad, ya que, no cuentan con un eficiente abastecimiento de agua. Frente a esta problemática, el objetivo de la presente investigación es proponer un sistema de abastecimiento de agua en la I.E. Manuel de Piérola Castro, aprovechando la alta precipitación del distrito de Celendín. Para ello, se visitó la zona de estudio para determinar la oferta hídrica pluvial, estimar la demanda de consumo de agua de la I.E. Manuel de Piérola Castro y conocer la realidad problemática del distrito de Celendín. En el distrito de Celendín se registra precipitaciones medias de 6.28 mm por día, equivalentes a 5.1 litros de agua por metro cuadrado de cubierta de captación, lo cual, representa una alta capacidad de aprovechamiento de agua de lluvias para uso sanitario. A su vez, la instalación del sistema de aprovechamiento propuesto resulta factible debido al bajo costo que este representa. Finalmente, se evidencia beneficios de utilizar agua de lluvia, puesto que, significarían un ahorro en el pago a la entidad administradora de agua potable, se garantiza la continuidad del servicio de agua y se contribuye al manejo sostenible de los recursos hídricos. / Peru is a country that has one of the largest freshwater reserves in the world with it ranking 8th globally with a reserve of 1.89% of the total global amount of surface freshwater in the world. However, despite the abundance of this resource, the gaps in access to water are increasing. This situation is common among people living in the Peruvian highlands because they don’t have access to freshwater. The objective of this current investigation is to propose the use of a water supply system at I.E. Manuel de Piérola Castro that takes advantage of the high amount of rainfall in the district of Celendín. To do this, the study area was visited in order to determine the rainwater supply, estimate the demand for water consumption at I.E. Manuel de Piérola Castro and learn about the problematic reality that the Celendín district is going through. In the district of Celendín, 6.28 mm of average rainfall is recorded per day, which is equivalent to 5.1 liters of water in one square meter of catchment cover. This demonstrates the potential of using rainwater for sanitary use as the catchment cover of the Educational Institution Manuel de Piérola Castro covers more than 1300 square meters. Additionally, the installation of the proposed harvesting system is feasible due to its low cost. Finally, there are many benefits to using the proposed system such as savings on bills to the drinking water administration entity, guaranteed continuity of water, and sustainable water mismanagement. / Tesis
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Evaluación del uso de imágenes satelitales y sig para calcular la producción de sedimentos (escombros) en el control de huaycos - Quebradas de Carossio, Castilla y Quirio en Chosica / Evaluation of the use of satellite images and gis to calculate the production of sediments (debris) in the control of huaycos - quebradas de carossio, castilla and quirio in chosica

Pareja Dominguez, Marco Antonio, Pascual Figueroa, Henry Douglas 02 October 2021 (has links)
La presente investigación se desarrolla en torno a la problemática de pérdidas económicas y humanas recurrentes en áreas pobladas causadas por el flujo de escombros, conocido en Perú como “huayco” y sobre el cual hay poca información. Para evaluar el uso de las imágenes satelitales y SIG para calcular la producción de sedimentos (escombros) en el control de huaycos en tres quebradas de alto riesgo con pendientes que van del 29% al 35%. Para ello, era necesario obtener los volúmenes de erosión del suelo en la cuenca alta transportados por el flujo de escombros y los volúmenes retenidos por las barreras, especialmente para el ENSO 2017. Por lo que, se evaluaron las características geológicas, geomorfológicas e hidrológicas, así como la ocurrencia de eventos extremos; asimismo, se analizó el cambio geomorfológico con el uso del SIG e imágenes usando cartografía de los años 1960 y 1976 e imágenes satelitales del 2011 y 2013. Las investigaciones de campo posteriores al hecho del ENSO 2017 permitieron verificar que las mallas geodinámicas evitaron la pérdida de vidas humanas y daños materiales. No fue posible obtener resultados para todos los eventos destructivos porque no hay cartografía y las imágenes satelitales disponibles no tienen suficiente resolución temporal, espacial o presentan nubosidad mayor al 20%. Por lo que, se determinó que no es factible calcular la producción de sedimentos (escombros) en el control los huaycos en las quebradas en estudio mediante el uso de imágenes satelitales y el SIG. / This research is based on the recurring problem of economic and human losses occur in populated areas caused by the debris flow, known in Peru as “huayco” and for which there is little information. To evaluate the use of satellite images and Geographical Information System (GIS) to calculate sediment (debris) production in three high-risk creeks with slopes ranging from 29% to 35%. For that, it is necessary to obtain the volumes of both soil erosion in the upper basin transported by the debris flow and the retained solids by the barriers. Therefore, the geological, geomorphological, and hydrological characteristics were evaluated, as the occurrence of extreme events; Likewise, the geomorphological change was analyzed with the use of the GIS and images using cartography from the years 1960 and 1976 and satellite images from 2011 and 2013. It was no possible to obtain results for all the destructive events because there are no cartographies and the available satellite images do not have enough temporal or spatial resolution or present cloudiness greater than 20%. Therefore, it was determined that it is not feasible to calculate sediment (debris) production to control the huaycos in the streams under study using satellite images and the GIS. / Tesis
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Diseño hidráulico del sistema de agua potable de la localidad de Huancapon, distrito de Huancapon, provincia de Cajatambo, departamento de Lima

Tipiani Rodríguez, Humberto Gustavo January 2014 (has links)
Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El documento digital no refiere asesor / Determina el óptimo Diseño hidráulico del Sistema de Agua Potable del Centro Poblado de Huancapon, a fin de mejorar la calidad de vida de la población. Con la finalidad de incrementar la cobertura de los servicios de abastecimiento de agua potable, en forma permanente con caudales y presiones adecuadas que contribuyan a mejorar la salud de la población, se hace necesario tomar medidas a corto y mediano plazo, para hacer un proyecto de mejoramiento del sistema de agua potable existente y la instalación de unidades de saneamiento adecuadas para la eliminación de excretas por parte de las familias no beneficiadas con el sistema de alcantarillado. / Trabajo de suficiencia profesional
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Macroinvertebrados bentónicos del submareal somero de la Isla San Lorenzo, Callao, Perú

Santamaría Espinoza, José Antonio January 2014 (has links)
Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Caracteriza la composición de las comunidades de macroinvertebrados bentónicos del submareal somero de la isla San Lorenzo. Los muestreos se realizaron a lo largo de 13 transectos perpendiculares a la línea de costa, cada transecto presentó cuatro estaciones entre los 3 y 20 m de profundidad, en el periodo de junio y noviembre del 2010. Posteriormente, en base al análisis de muestras se obtuvieron los datos de número de especies, número de individuos y peso húmedo por taxa. La composición de las comunidades fue analizada en base a tres factores: sustrato, profundidad (4 rangos) y exposición al oleaje, además se evaluó la influencia de estos factores sobre estas comunidades. Los resultados mostraron que los fondos submareales de la isla San Lorenzo albergan un importante número de invertebrados macrobentonicos, registrando un total de 219 taxa dominados por los Phyla Annelida, Mollusca y Arthropoda. Los análisis multivariados mostraron que el único factor que influye significativamente en la composición de las comunidades es el tipo de sustrato. Los fondos de sustrato rocoso y mixto fueron los tipos de sustrato que presentaron el mayor número de taxa, individuos, mayor biomasa, diversidad y riqueza de especies, en cambio los sustratos arenoso y fangoso presentaron valores inferiores. Se concluye que la composición de las comunidades de invertebrados bentónicos en la Isla San Lorenzo, el único factor que influye significativamente es el tipo de sustrato, y que estas comunidades poseen valores de diversidad específica entre altos y moderados. / Tesis
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Análisis del comportamiento de barreras flexibles mediante la variabilidad de parámetros de energía y localización como medida de diseño para la contención de flujo de detritos en la quebrada primero de mayo –Lurigancho Chosica

Cornejo Falcon, Brenda Anapaula, Mañuico Pérez, Bryan Aarón 26 February 2021 (has links)
La presente tesis aplica un análisis de tendencias asociados a la variación de la energía de impacto y localización que tienen las barreras flexibles ante eventos de flujos de detritos. Esto para establecer y considerar la variabilidad anteriormente mencionada como un parámetro de diseño para barreras flexibles y, por consiguiente, desarrollar una propuesta de ingeniería eficaz que permita maximizar el comportamiento de las barreras flexibles y sea aplicable a diferentes proyectos que consideren como propuesta estructuras de contención dinámica para frenar el impacto de los flujos de detritos. Todo esto tomando en cuenta los parámetros geotécnicos e hidro morfológicos de la zona, con principal importancia en la pendiente y la precipitación como desencadenante de eventos de flujos de detritos. El estudio se desarrolló en la quebrada Primero de Mayo ubicado en el distrito de Lurigancho, departamento de Lima, Perú. Tomando en cuenta que es una quebrada sin presencia de estructuras de contención previas y con un crecimiento poblacional no controlado que aumenta el riesgo de pérdidas económicas y sociales en la zona. Las simulaciones del comportamiento de las barreras flexibles ante diferentes situaciones de energía y localización se desarrollaron en el software Rocfall para establecer el número de barreras necesario para contener el flujo de detritos de la zona y plantear cuatro diferentes iteraciones para el estudio. / The proposal of a probabilistic factor is presented to determine the percentage of failure that can occur in shallow foundations, in our case footings. In this article we will present a comparison between the safety factor (F.S), defined by the standard E050 Soils and Foundations, and the probability of failure. This method will be executed through the simulation of input data, such as specific weight, cohesion, angle of friction and load stress. For this simulation process, the Monte Carlo method will be applied. Once the soil resistance values ​​have been obtained, considering its normal distribution and the stress, the probabilities of failure will begin to be analyzed using the strength and stress density curves. Finally, we will analyze the relationship that will occur between the F.S and the probability of failure to observe the behavior when increasing the parameters for resistance. / Trabajo de investigación
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Sensibilidad de la circulación oceánica a escalas intra-estacional y estacionales frente a la costa del Perú debido al forzamiento atmosférico en un modelo regional a alta resolución

Saavedra Juan de Dios, Miguel Fidencio January 2010 (has links)
Estudia el área comprendida entre las latitudes 3◦N - 223◦S y 90◦O - 69◦O de longitud, en el océano Pacífico suroriental, mediante simulación numérica de la circulación atmosférica y oceánica, utilizando el Modelo Numérico de Circulación Oceánica Regional Oceanic Model (ROMS), empleando como forzante el vector esfuerzo generado por la acción del viento. Los vientos se obtuvieron mediante simulaciones numéricas efectuadas con el modelo atmosférico “The Weather Research And Forecasting Model” (WRF). Los resultados del análisis realizado con los datos de QuikSCAT y los simulados con el modelo WRF, correspondientes a velocidades horizontales de viento, los esfuerzos, y rotacional sobre la superficie oceánica, demuestran que los datos de las velocidades del viento simulados representan adecuadamente la circulación atmosférica sobre el ´área de estudio. Los valores de correlacion correspondientes son cercanos a la unidad. El ciclo estacional de la Temperatura Superficial del Mar (TSM) y salinidad, obtenidos con el modelo ROMS, forzado con datos de WRF (ROMS -WRF), reproduce satisfactoriamente la intrusión de aguas cálidas durante el verano, la intensificación del frente de afloramiento y la lengua de agua fría que se extiende a lo largo del Ecuador durante el invierno. Los patrones estacionales de salinidad, obtenidos mediante la simulación de ROMS -WRF, también son concordantes con las descripciones científicos de campo realizadas sobre el área de estudio. / Tesis
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Variabilidad estacional del Transporte de Ekman y Bombeo de Ekman a lo largo de la costa peruana y sus principales fuentes de variabilidad local durante el periodo 2007-2015

Aparco Lara, Jonathan January 2016 (has links)
Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Determina la contribución relativa a la variabilidad estacional de los procesos originados como respuesta de la interacción océano-atmosfera (Transporte de Ekman y Bombeo de Ekman) mediante el uso de vectores de vientos superficiales de origen satelital a lo largo de la costa peruana, comprendidos entre el 2007 y el 2015. Para obtener señales estacionales se empleo filtros de señales temporales de alta frecuencias (i.e., variabilidad menor a 90 días). Como resultado se obtuvieron señales estacionales bien definidas en el espacio, se identifico patrones espaciotemporales de los mecanismos físicos inducidos por el viento, además de estimar el porcentaje de contribución relativa estacional de ambos procesos. Los factores que afectan la variabilidad espacio-temporal de los vientos costeros (temperatura del mar, la orografía y la morfología de la línea de costa) fueron analizados empleando datos satelitales de Temperatura Superficial del Mar (TSM) e información topográfica (ETOPO). La linealidad entre los gradientes de la TSM y de la variabilidad espacio-tiempo del esfuerzo de viento fueron analizados en base a la relación empírica de acoplamiento entre ambas variables, logrando identificar que el “Drop-off” de los vientos costeros muestran coherencia con las bajas temperaturas a lo largo de la franja costera, finalmente se ha encontrado coherencia entre principales cambios morfológicos del límite costero y las variaciones en la intensidad del esfuerzo de viento a lo largo de la región de estudio. / Tesis
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Cálculo y diseño hidráulico de un reservorio de regulación diaria de 350 m3 para riego, en la comunidad campesina de Miraflores - provincia de Huamalíes, departamento de Huánuco

Gonza Placido, Luque January 2017 (has links)
Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Presenta los cálculos hidráulicos para la construcción del reservorio para riego con capacidad de 350 m3, así como sus correspondientes obras de arte. Para ello amplia la frontera agrícola de la zona de estudio, dota de una infraestructura de almacenamiento de agua para riego, incrementa la disponibilidad de riego de la comunidad de Miraflores y mejora la distribución y garantiza el agua diaria de campaña agrícola. Además, proporciona información y conceptos de la ingeniería hidráulica, y las herramientas necesarias para el diseño y calculo hidráulico de obras hidráulicas relacionados a la captación, conducción y regulación del recurso agua para la comunidad campesina de Miraflores con la finalidad de almacenar este recurso en un reservorio para así ampliar la frontera agrícola y la eficiencia en el sistema de riego en la comunidad en estudio. / Tesis
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Modelización integrada con aprendizaje automático para evaluar la contaminación por nutrientes en las masas de agua actual y bajo el efecto del cambio climático. Aplicación a la Demarcación Hidrográfica del Júcar

Dorado Guerra, Diana Yaritza 26 February 2024 (has links)
Tesis por compendio / [ES] La contaminación del agua representa un desafío ambiental crítico a nivel global y en la Unión Europea (UE), particularmente en la región mediterránea de España. El crecimiento poblacional, la demanda creciente de alimentos y combustibles, junto con el cambio climático, intensifican la contaminación por nutrientes en los cuerpos de agua. Esta contaminación amenaza la calidad del agua y los ecosistemas acuáticos, así como la salud humana. La complejidad de las vías de transporte de nutrientes hace que su monitoreo y mitigación sean complicados. Se requieren modelos integrales que vinculen procesos y relaciones de causa y efecto para controlar eficazmente la contaminación. En la región mediterránea, como la Demarcación Hidrográfica del Júcar (DHJ), la interacción entre agua superficial y subterránea es clave, pero los modelos tradicionales presentan limitaciones. Esta tesis aborda estos desafíos al caracterizar la contribución de nutrientes a las masas de agua superficiales de la DHJ, evaluar medidas de reducción de la contaminación, considerando el cambio climático a largo plazo y aplicar técnicas de aprendizaje supervisado para predecir la concentración de nitratos. El acoplamiento de modelos hidrológicos y de calidad del agua, junto con el aprendizaje automático, ofrece una comprensión profunda y valiosa de los factores detrás de la contaminación por nutrientes y proporciona una base sólida para la toma de decisiones y la gestión sostenible del agua en la DHJ y regiones similares. Esta tesis fue estructurada como un compendio de tres artículos que abarcan estos desafíos. El primer artículo profundiza en la compleja interacción entre las aguas superficiales y las subterráneas en las cuencas de la DHJ, centrándose en la dinámica de la contaminación por nitratos. Los resultados muestran una correlación directa entre las concentraciones de nitratos en ríos y acuíferos a lo largo del eje principal de los ríos Júcar y Turia, lo cual destaca el papel fundamental de las aportaciones de agua subterránea en la contribución a los niveles de nitratos de los ríos. Además, el estudio identifica regiones aguas abajo con actividades agrícolas y urbanas intensificadas como focos de contaminación por nitratos. El segundo artículo aborda la vulnerabilidad de la calidad de las aguas superficiales al cambio climático y escenarios de reducción de la contaminación difusa y puntual en las cuencas de la DHJ a largo plazo. Los resultados indican que, en los escenarios de cambio climático, se espera que aumenten significativamente las masas de agua con un mal estado de amonio, fósforo y DBO5, y en menor proporción las masas en mal estado de nitratos. En concreto, las concentraciones medias de amonio y fósforo podrían duplicarse durante los meses de bajo caudal. Para mantener la calidad actual del agua, se requieren reducciones sustanciales de al menos el 25% de la contaminación difusa por nitratos y del 50% de las cargas puntuales de amonio, fósforo y DBO5. El tercer artículo presenta un enfoque innovador para simular la concentración de nitratos en masas de agua superficiales mediante modelos de aprendizaje automático. Aprovechando los métodos de selección de características y los algoritmos random forest (RF) y eXtreme Gradient Boosting (XGBoost), el estudio logró una gran precisión en la predicción de la concentración de nitratos. Estos modelos analizaron 19 variables de entrada, que abarcan factores ecológicos, hidrológicos y ambientales, junto con datos de concentración de nitratos procedentes de estaciones de aforo de la calidad de las aguas superficiales. En particular, la investigación destaco que la localización desempeña un papel dominante, explicando el 87% de la variabilidad de los nitratos en relación con la concentración de nitrógeno y fósforo. Esta investigación destaco el potencial del aprendizaje automático en la predicción de la calidad del agua y la evaluación de riesgos. / [CA] La contaminació de l'aigua representa un desafiament ambiental crític a nivell global i a la Unió Europea (UE), particularment a la regió mediterrània d'Espanya. El creixement poblacional, la demanda creixent d'aliments i combustibles, juntament amb el canvi climàtic, intensifiquen la contaminació per nutrients en els cossos d'aigua. Aquesta contaminació amenaça la qualitat de l'aigua i els ecosistemes aquàtics, així com la salut humana. La complexitat de les vies de transport de nutrients fa que el seu monitoratge i mitigació siguin complicats. Es requereixen models integrals que vinculin processos i relacions de causa i efecte per a controlar eficaçment la contaminació. A la regió mediterrània, com la Demarcació Hidrogràfica del Xúquer (DHJ), la interacció entre aigua superficial i subterrània és clau, però els models tradicionals presenten limitacions. Aquesta tesi aborda aquests desafiaments en caracteritzar la contribució de nutrients a les masses d'aigua superficials de la DHJ, avaluar mesures de reducció de la contaminació, considerant el canvi climàtic a llarg termini i aplicar tècniques d'aprenentatge supervisat per a predir la concentració de nitrats. L'acoblament de models hidrològics i de qualitat de l'aigua, juntament amb l'aprenentatge automàtic, ofereix una comprensió profunda i valuosa dels factors darrere de la contaminació per nutrients i proporciona una base sòlida per a la presa de decisions i la gestió sostenible de l'aigua en la DHJ i regions similars. Aquesta tesi va ser estructurada com un compendi de tres articles que abasten aquests desafiaments. El primer article aprofundeix en la complexa interacció entre les aigües superficials i les subterrànies en les conques de la DHJ, centrant-se en la dinàmica de la contaminació per nitrats. Els resultats mostren una correlació directa entre les concentracions de nitrats en rius i aqüífers al llarg de l'eix principal dels rius Xúquer i Túria, la qual cosa destaca el paper fonamental de les aportacions d'aigua subterrània en la contribució als nivells de nitrats dels rius. A més, l'estudi identifica regions aigües avall amb activitats agrícoles i urbanes intensificades com a focus de contaminació per nitrats. El segon article aborda la vulnerabilitat de la qualitat de les aigües superficials al canvi climàtic i escenaris de reducció de la contaminació difusa i puntual en les conques de la DHJ a llarg termini. Els resultats indiquen que, en els escenaris de canvi climàtic, s'espera que augmentin significativament les masses d'aigua amb un mal estat d'amoni, fòsfor i DBO5, i en menor proporció les masses en mal estat de nitrats. En concret, les concentracions mitjanes d'amoni i fòsfor podrien duplicar-se durant els mesos de baix cabal. Per a mantenir la qualitat actual de l'aigua, es requereixen reduccions substancials d'almenys el 25% de la contaminació difusa per nitrats i del 50% de les càrregues puntuals d'amoni, fòsfor i DBO5. El tercer article presenta un enfocament innovador per a simular la concentració de nitrats en masses d'aigua superficials mitjançant models d'aprenentatge automàtic. Aprofitant els mètodes de selecció de característiques i els algorismes random forest (RF) i extremi Gradient Boosting (XGBoost), l'estudi va aconseguir una gran precisió en la predicció de la concentració de nitrats. Aquests models van analitzar 19 variables d'entrada, que abasten factors ecològics, hidrològics i ambientals, juntament amb dades de concentració de nitrats procedents d'estacions d'aforament de la qualitat de les aigües superficials. En particular, la recerca destaco que la localització exerceix un paper dominant, explicant el 87% de la variabilitat dels nitrats en relació amb la concentració de nitrogen i fòsfor. Aquesta recerca destaco el potencial de l'aprenentatge automàtic en la predicció de la qualitat de l'aigua i l'avaluació de riscos. / [EN] Water pollution poses a critical environmental challenge globally and in the European Union (EU), particularly in the Mediterranean region of Spain. Population growth, increasing demand for food and fuels, coupled with climate change, intensify nutrient pollution in water bodies. This pollution threatens water quality, aquatic ecosystems, and human health. The complexity of nutrient transport pathways makes monitoring and mitigation challenging. Comprehensive models that link processes and cause-and-effect relationships are required to effectively control pollution. In the Mediterranean region, such as the Júcar River Basin District (RBD), the interaction between surface and groundwater is crucial, but traditional models have limitations. This thesis addresses these challenges by characterising the contribution of nutrients to surface waters in the Júcar RBD, evaluating pollution reduction measures considering long-term climate change, and applying supervised learning techniques to predict nitrate concentrations. The coupling of hydrological and water quality models, along with machine learning, provides a deep and valuable understanding of the factors behind nutrient pollution and establishes a solid foundation for decision-making and sustainable water management in the Júcar RBD and similar regions. This thesis is structured as a compendium of three articles that encompass these challenges. The first article delves into the complex interaction between surface and groundwater in the Júcar RBD basins, focusing on nitrate pollution dynamics.The results reveal a direct linear correlation between nitrate concentrations in rivers and aquifers along the main axes of the Júcar and Turia rivers, highlighting the fundamental role of groundwater contributions to river nitrate levels. Additionally, the study identifies downstream regions with intensified agricultural and urban activities as nitrate pollution hotspots. This research not only identifies pollution sources but also offers a means to predict nitrate concentrations and assess the effectiveness of pollution prevention measures. The second article addresses the vulnerability of surface water quality to climate change and long-term diffuse and point source pollution reduction scenarios in the Júcar RBD basins. In a region where nutrient concentrations are of particular concern, the study investigates how changing climatic conditions, including rising temperatures and altered precipitation patterns, affect nitrate, ammonium, phosphorus, and biochemical oxygen demand (BOD5) levels. The results indicate that under climate change scenarios, significantly more water bodies are expected to be in poor condition for ammonium, phosphorus, and BOD5, and to a lesser extent, nitrate. Specifically, average concentrations of ammonium and phosphorus could double during low-flow months. To maintain current water quality, substantial reductions of at least 25% in diffuse nitrate pollution and 50% in point source loads of ammonium, phosphorus, and BOD5 are required. This research underscores the importance of water quality management strategies. The third article introduces an innovative approach to simulate nitrate concentrations in surface water bodies using machine learning models. Leveraging feature selection methods and artificial intelligence algorithms, including random forest (RF) and eXtreme Gradient Boosting (XGBoost), the study achieved high precision in predicting nitrate concentrations. These models analysed 19 input variables spanning ecological, hydrological, and environmental factors, along with nitrate concentration data from surface water quality gauging stations. In particular, the research highlighted the dominant role of location, explaining 87% of nitrate variability in relation to nitrogen and phosphorus concentration. This research showcased the potential of machine learning in water quality prediction and risk assessment. / We appreciate the help provided by the Júcar River Basin District Authority (CHJ), who gathered field data. The first author’s research was partially funded by a PhD scholarship from the food research stream of the programme “Colombia Científica—Pasaporte a la Ciencia”, granted by the Colombian Institute for Educational Technical Studies Abroad (Instituto Colombiano de Crédito Educativo y Estudios Técnicos en el Exterior, ICETEX). The authors thank the Spanish Research Agency (AEI) for the financial support to RESPHIRA project (PID2019-106322RB- 100)/AEI/10.13039/501100011033. The contributors gratefully acknowledge funding for open access charge: CRUE-Universitat Politècnica de València / Dorado Guerra, DY. (2024). Modelización integrada con aprendizaje automático para evaluar la contaminación por nutrientes en las masas de agua actual y bajo el efecto del cambio climático. Aplicación a la Demarcación Hidrográfica del Júcar [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202898 / Compendio

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