[EN] Investigations related to the comprehensive understanding of the relationship between surface and groundwater under the conjunctive water management of complex water resource systems requires establishing new tools and methods to jointly assess the natural processes of hydrological systems. When the water resources of a system with strong interaction of surface water and groundwater are evaluated, the approach in terms of conjunctive use is ideal for avoiding the duplication of resources in a simulated complex system. This thesis proposes a generic methodology for integrating models of aquifer into systems with conjunctive use, through efficient water exchange evaluation given in the river-aquifer interactions, with intensive interaction of surface water and groundwater. The main objective of this thesis is to propose a useful methodology for integrating aquifers into systems with conjunctive use, efficiently evaluating the flow exchange between surface and ground massess of a basin. The specific objectives are: (i) review and summarize the state of the art of the methodologies used to assess the river-aquifer relationships into models with conjunctive use; (ii) develop a generic methodology of conjunctive water resource management in complex basins; (iii) adapt a tool for estimating surface and groundwater flow contributions; (iv) implementing a mathematical routine for evaluating nonlinear boundary conditions (in terms of the Eigenvalues technique); (v) implement a tool of approximation of hydrogeological parameters for aquifers integrated on conjunctive use systems; (vi) integrate and apply different techniques, methods and tools in the evaluation of case studies; (vii) evaluate the regionalized effect of climate change on groundwater masses of the aquifer model of the main case study. The implementation methodology considers the following aspects: i. Avoid duplication of resources, conjunctively getting surface and infiltration contributions in the same hydrological model. ii. Propose and validate the operation of an assessment tool to evaluate the interchange flow given into river-aquifer interactions, through the efficient evaluation of nonlinear boundary conditions. iii. Propose a tool to generate and evaluate hydrogeological parameters for its use in models of Eigenvalues aquifers. iv. Propose and evaluate a particular methodology for analyzing the regionalized impact of climate change on groundwater masses on the case study aquifer. On this thesis auxiliary tools were implemented for modeling and simulating the conjunctive water resources in a complex basin such as the case study: the Duero River Basin, Spain. The results of implementing the methodology, tools and specific methods on a complex case study were satisfactory, to achieve the validation of the methodology and adaptations of pre-existing tools and methods. The use of semi-distributed and conceptual rainfall-runoff models allow to selectively separate the components of surface flow and underground recharge into masses of a same water system, avoiding duplication in the evaluation of water resources. In particular, the contribution of the approximated numerical solutions have proven to be a powerful and efficient improvement proposal into the evaluation process of conjunctive water resources use in simple and complex aquifer models, demonstrated in the case studies of Beniardá- Polop and the Duero aquifers. The analysis of the regionalized impact of climate change on groundwater massesof the Duero Basin is associated with the impact on the average recharge obtained respect to the climate scenarios of the IPCC AR5 (RCP 4.5, 6.0 and 8.5, periods 2046-2065 and 2081-2100). / [ES] Las investigaciones que profundizan en el conocimiento integral de las relaciones entre el agua superficial y subterránea, en el marco de la gestión conjunta de recursos de sistemas hídricos complejos, requiere establecer nuevas herramientas y métodos que permitan evaluar conjuntamente los procesos naturales de sistemas hidrológicos. Cuando se evalúan los recursos hídricos de un sistema con interacción intensa de aguas superficiales y subterráneas, el enfoque de evaluación con carácter de uso conjunto es el ideal para evitar la duplicidad de recursos simulados en un sistema complejo. Esta tesis propone una metodología genérica para integrar modelos de acuífero en sistemas de uso conjunto, mediante la evaluación eficiente del intercambio de agua dado en las relaciones río-acuífero de un sistema con interacción intensiva de sus aguas superficiales y subterráneas. El objetivo principal de esta tesis es proponer una metodología útil para la integración de acuíferos en sistemas de uso conjunto, evaluando eficientemente el intercambio de flujo entre masas superficiales y subterráneas de una cuenca hidrológica. Los objetivos particulares son: (i) revisar y sintetizar el estado del arte sobre metodologías de evaluación de relaciones río-acuífero en modelos de uso conjunto; (ii) desarrollar una metodología genérica de evaluación conjunta de recursos hídricos en cuencas complejas; (iii) adecuar una herramienta de estimación de aportaciones superficiales y subterráneas; (iv) implementar una rutina matemática para la evaluación de condiciones de contorno no lineales (en términos de la técnica de Autovalores); (v) implementar una herramienta de aproximación de parámetros hidrogeológicos para acuíferos integrados en sistemas de uso conjunto; (vi) integrar y aplicar distintas técnicas, métodos y herramientas en la evaluación de casos de estudio; (vii) evaluar el efecto del cambio climático regionalizado sobre masas subterráneas del modelo de acuífero del caso de estudio principal. La implementación metodológica considera los siguientes aspectos: i. Evitar duplicidad de recursos, obteniendo conjuntamente aportaciones superficiales e infiltración en un mismo modelo hidrológico. ii. Proponer y validar el funcionamiento de una herramienta de evaluación del intercambio de flujo por relaciones río-acuífero, mediante la evaluación eficiente de condiciones de contorno no lineales. iii. Proponer una herramienta para generar y evaluar parámetros hidrogeológicos para su uso en modelos de acuífero por Autovalores. iv. Proponer y evaluar una metodología particular para analizar el impacto del cambio climático regionalizado sobre las masas subterráneas del acuífero del caso de estudio. En esta tesis se implementaron herramientas auxiliares para la modelación y simulación conjunta de recursos hídricos de una cuenca compleja, caso de estudio: Cuenca hidrológica del Río Duero, España. Los resultados de implementar la metodología, sus herramientas y métodos particulares sobre un caso de estudio complejo han sido satisfactorios, al lograr validar la metodología y las adecuaciones sobre herramientas y métodos pre-existentes. El uso de modelos lluvia escorrentía de tipo conceptual y semi-distribuido permite la separación de las componentes de flujo superficial y la recarga selectiva a masas subterráneas del mismo sistema hidrológico, evitando duplicidad en la evaluación del recurso hídrico. En particular, el aporte de las soluciones numéricas aproximadas han demostrado ser una propuesta potente y mejora eficiente del proceso de evaluación del uso conjunto de recursos hídricos en modelos de acuífero sencillos y complejos, demostrado en los casos de estudio del Acuífero Beniardá-Polop y el Acuífero del Duero. El análisis del impacto de cambio climático regionalizado sobre masas subterráneas del Duero está asociado al impacto sobre el valor medio de recarga para los escenario / [CAT] Les investigacions que profundisen en el coneiximent integral de les relacions entre l'aigua superficial i subterranea, en el marc de la gestio conjunta de recursos de sistemes hídricos complexos, requerix establir noves ferramentes i metodos que permeten evaluar conjuntament els processos naturals de sistemes hidrologics. Quan s'evalüen els recursos hídricos d'un sistema en interaccio intensa d'aigües superficials i subterranees, l'enfocament d'evaluacio en caracter d'us conjunt es l'ideal per a evitar la duplicitat de recursos simulats en un sistema complex. Esta tesis propon una metodologia generica per a integrar models d'acuífero en sistemes d'us conjunt, mediant l'evaluacio eficient de l'intercanvi d'aigua donat en les relacions riu-acuífero d'un sistema en interaccio intensiva de les seues aigües superficials i subterranees. L'objectiu principal d'esta tesis es propondre una metodologia util per a l'integracio d'acuíferos en sistemes d'us conjunt, evaluant eficientment l'intercanvi de decorriment entre masses superficials i subterranees d'una conca hidrologica. Els objectius particulars son: (i) revisar i sintetisar l'estat de l'art sobre metodologies d'evaluacio de relacions riu-acuífero en models d'us conjunt; (ii) desenrollar una metodologia generica d'evaluacio conjunta de recursos hídricos en conques complexes; (iii) adequar una ferramenta d'estima d'aportaments superficials i subterranees; (iv) implementar una rutina matematica per a l'evaluacio de condicions de rodalia no llinials (en termens de la tecnica d'Autovalores); (v) implementar una ferramenta d'aproximacio de parametros hidrogeológicos per a acuíferos integrats en sistemes d'us conjunt; (vi) integrar i aplicar distintes tecniques, metodos i ferramentes en l'evaluacio de casos d'estudi; (vii) evaluar l'efecte del canvi climatic regionalisat sobre masses subterranees del model d'acuífero del cas d'estudi principal. L' implementación metodologica considera els següents aspectes: i. Evitar duplicitat de recursos, obtenint conjuntament aportaments superficials i infiltracio en un mateix model hidrologic. II. Propondre i validar el funcionament d'una ferramenta d'evaluacio de l'intercanvi de decorriment per relacions riu-acuífero, mediant l'evaluacio eficient de condicions de rodalia no llinials. III. Propondre una ferramenta per a generar i evaluar parametros hidrogeológicos per al seu us en models d'acuíferos per Autovalores. IV. Propondre i evaluar una metodologia particular per a analisar l'impacte del canvi climatic regionalisat sobre les masses subterranees de l'acuífero del cas d'estudi. En esta tesis se implementaron ferramentes auxiliars per a la modelación i simulación conjunta de recursos hídricos d'una conca complexa, cas d'estudi: Conca hidrologica del Riu Duero, Espanya. Els resultats d'implementar la metodologia, les seues ferramentes i metodos particulars sobre un cas d'estudi complex han segut satisfaents, al conseguir validar la metodologia i les adequacions sobre ferramentes i metodos pre-existents. L'us de models pluja escorrentía de tipo conceptual i semi-distribuit permet la separacio de les components de decorriment superficial i la recarrega selectiva a masses subterranees del mateix sistema hidrologic, evitant duplicitat en l'evaluacio del recurs hídrico. En particular, l'aporte de les solucions numeriques aproximades han demostrat ser una proposta potent i millor eficient del proces d'evaluacio de l'us conjunt de recursos hídricos en models d'acuífero senzills i complexos, demostrat en els casos d'estudi de l'acuífero Beniardá-Polop i l'acuífero del Duero. L'analisis de l'impacte de canvi climatic regionalisat sobre masses subterranees del Duero està associat a l'impacte sobre el valor mig de recarrega per als escenaris climatics de l'AR5 de l'IPCC (RCP 4.5, 6.0 i 8.5, de Periodos 2046-2065 i 2081-2100). / Hernández Hernández, MA. (2015). Metodología de integración de modelos de acuífero en sistemas de uso conjunto, mediante la evaluación eficiente de condiciones de contorno no lineales presentes en relaciones río-acuífero [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/59448 / TESIS

En las últimas décadas se han agravado los problemas de aguas en casi todo el planeta. Las causas de este proceso son bien conocidas: mientras que el agua dulce es un recurso finito y vulnerable; hay un sostenido incremento del uso por parte de la sociedad (por la cultura del consumo), un aumento de las presiones contaminantes, y los efectos del cambio climático se dejan sentir con mayor intensidad. Esta creciente escasez de agua útil, hace que los métodos y formas de gestión empleados tradicionalmente ---mientras el agua era abundante--- ya no sean adecuados. Los nuevos criterios deben gestionar la escasez de forma racional y sostenible, ya que no se está ante eventos esporádicos de sequía, sino ante una situación estructural con la que hay que convivir de ahora en adelante. La economía estudia el empleo de los recursos escasos, y por ello tiene mucho que aportar para elaborar y precisar estos nuevos criterios de gestión. La idea central de esta tesis es incorporar la visión, los métodos y criterios económicos en la tarea de gestionar y planificar el uso y conservación de los recurso hídricos. En esta tesis doctoral se han desarrollado dos programas informáticos para realizar análisis económicos en sistemas de recursos hídricos. Ambos son programas genéricos, aptos para ser empleados en casi cualquier cuenca o sistema de recursos hídricos, y funcionan coordinadamente con el Sistema Soporte de Decisión (SSD) AQUATOOL, desarrollado previamente en el DIHMA de la Universidad Politécnica de Valencia. El programa EcoGes realiza la asignación del agua cruda de forma económicamente eficiente, repartiendo el agua con criterios de mercado. El programa considera la hidrología, las infraestructuras o condicionantes físicos y los costos de movilización o disposición a pagar por el uso del agua, para distribuir el recurso entre los usuarios a lo largo del tiempo. Internamente se optimiza una función no-lineal separable de beneficio neto en una red de flujo. El programa / Collazos, G. (2004). Sistema soporte de decisión para evaluación y optimización económica de sistemas de recursos hídricos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/14009 / Palancia

Con el aumento de la población y de la demanda de bienes y servicios a escala global, se ha producido un deterioro en la calidad y disponibilidad del agua, poniendo de manifiesto la necesidad inminente de un cambio de mentalidad en la sociedad. Este cambio debe incluir, tanto la intensificación de las disposiciones legales que permitan prevenir la contaminación, como el desarrollo e implementación de tecnologías de depuración más eficaces, sostenibles y respetuosas con el ambiente. En la actualidad, en la mayoría de países desarrollados el tratamiento de aguas residuales urbanas está basado en los sistemas de fangos activados como tratamiento principal. Estos sistemas se caracterizan por presentar un elevado consumo energético y una alta generación de fango biológico, que debe ser sometido a algún tratamiento de estabilización previo a su reutilización o disposición final. Una alternativa a estas tecnologías son los sistemas basados en procesos anaerobios, cuya implementación supone mayor sostenibilidad, menor coste económico y energético, y menor impacto ambiental. Sin embargo, es necesario superar las limitaciones asociadas a las bajas velocidades de crecimiento de la biomasa anaerobia (en comparación con los microorganismos aerobios) y a la baja eficacia en la separación de la biomasa mediante procesos de sedimentación. La combinación del proceso anaerobio de degradación de la materia orgánica con un proceso de filtración con membranas, permite superar los inconvenientes mencionados, pudiéndose establecer tiempos de retención celular elevados sin necesidad de incrementar el volumen de reacción y obtener un efluente de alta calidad. Una de las ventajas de los sistemas anaerobios es la recuperación de parte de la energía contenida en la materia orgánica en forma de metano. Sin embargo, cuando hay presencia de sulfato en el medio se desarrollan bacterias sulfatorreductoras, las cuales compiten por los sustratos, reduciéndose la eficiencia en la conversión de materia orgánica a metano, y generando sulfuro de hidrógeno (sulfurogénesis), que inhibe los procesos biológicos y disminuye la calidad del biogás generado. Debido a la importancia que tiene el proceso de sulfurogénesis en los sistemas de tratamiento de aguas residuales, varios autores han propuesto modelos matemáticos que incluyen los procesos biológicos, físicos y químicos asociados a las bacterias sulfatorreductoras. Sin embargo, no existe un modelo global que permita simular en conjunto los procesos que tienen lugar tanto en la línea de agua como en la de fango, y donde esté incluido este proceso. También es destacable la ausencia de una metodología sistemática para la calibración de los parámetros de los modelos anaerobios de tratamiento de aguas residuales. El objetivo principal de la presente tesis doctoral es la modelación matemática del tratamiento anaerobio de aguas residuales urbanas con elevado contenido de sulfato. Con este fin, se ha desarrollado un modelo matemático capaz de describir el proceso biológico de sulfurogénesis y se ha propuesto una metodología de calibración de los parámetros. El modelo desarrollado ha sido incorporado al modelo global Biological Nutrient Removal Model No. 2 (BNRM2). Tanto el modelo como la metodología de calibración han sido validados mediante simulación con el programa DESASS, comparando los resultados predichos por el modelo con los valores experimentales obtenidos en un biorreactor anaerobio de membranas a escala demostración / Durán Pinzón, F. (2013). Modelación matemática del tratamiento anaerobio de aguas residuales urbanas incluyendo las bacterias sulfatorreductoras. Aplicación a un biorreactor anaeroio de membranas [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/34778 / TESIS

[ES] La definición que entrega el diccionario de la Real Academia Española de la Lengua sobre Epidemiología indica que ésta es una ciencia y como tal, tiene aquellos elementos propios de un conjunto sistematizado de conocimientos entre los que se destaca la metodología, aquella que analiza los procedimientos usados en el objeto de estudio. Desde el surgimiento del ser humano se ha podido evidenciar, a lo largo de la historia, cómo se ha hecho uso del agua en el abastecimiento tanto a nivel de sustento y salud, como en el nivel industrial. Igualmente, se puede evidenciar la evolución de la epidemiología para analizar las enfermedades que principalmente se transmiten por aguas contaminadas y cómo la metodología ha hecho avances tan significativos que permiten predecir el comportamiento de los patógenos y mitigar las consecuencias de un posible contagio. El desarrollo de la epidemiología se ha volcado principalmente en el área de la medicina en la cual ha mostrado una enorme evolución al afrontar grandes retos como la propagación de las enfermedades infecciosas y el replanteamiento continuo de los modelos de análisis. No obstante, esta ciencia se puede adaptar a cualquier área del conocimiento humano como la gestión de los recursos hídricos y más concretamente en la gestión de las redes de abastecimiento de agua urbana. La puesta en marcha de una red de abastecimiento de agua en una ciudad, cuyas dimensiones y construcción generalmente son monumentales, implica un diseño y una operabilidad que surge de la aplicación de modelos matemáticos y/o estadísticos, los cuales permiten analizar las distintas condiciones de funcionamiento antes de iniciar obras. Ese comportamiento puede caracterizarse a partir de métodos de resolución basados en los procedimientos epidemiológicos y que han sido contrastados ampliamente en forma empírica y funcional. En toda red de suministro existen dos componentes independientes e interdependientes, como lo son la gestión de la demanda y la gestión de fallos. En ambos hay incertidumbres que, generalmente, provienen de variables externas, aleatorias, que dificultan su cuantificación y por lo mismo, su predicción. Para la gestión de la demanda, resulta importante la aplicación de modelos de estimación de la demanda precisos, pues con ellos se pueden determinar las capacidades y cargas que soporte la red. A la par, para la gestión de fallos en las redes, resultan importantes modelos de estimación precisos que ayuden a mitigar el impacto de contingencias generadas por fallos en cascada y la propagación de éstos hasta un posible colapso. En los procesos de gestión de demanda se vienen utilizando principalmente los modelos de series temporales, llegando a la aplicación de modelos que impliquen el algoritmo SAX. En los procesos de gestión de fallos se han aplicado métodos como el análisis de supervivencia y más recientemente, las redes neuronales, llegando a los sistemas multiagente con los modelos SIR, SIRS y SEIR. El desarrollo de los modelos SAX se pueden apreciar en un caso de estudio de la ciudad de Franca en Brasil, en la que se combinan patrones de similitud entre sectores con patrones de las MINDIST que respaldan los métodos predictivos, mejorando su precisión y facilitando la detección de lecturas anormales en los medidores de flujo e incluso la presencia de usos o fugas inesperados. El Modelo Basado en Agentes (MBA) se puede desarrollar mediante, por ejemplo, la herramienta NetLogo, y su aplicación en una red de suministro resulta muy efectiva para determinar el comportamiento de los posibles fallos en cascada; ejemplo de ello se aprecia en el caso de estudio de la ciudad de Coro en Venezuela en la que se pueden establecer momentos para cada comportamiento: susceptibilidad, infección (fallo) y recuperación; proporcionando así un modelo predictivo mejorado para este tipo de situaciones. / [CAT] La definició que lliura el diccionari de la Reial Acadèmia Espanyola de la Llengua sobre l'Epidemiologia indica que aquesta és una ciència i com a tal té aquells elements propis d'un conjunt sistematitzat de coneixements entre els quals es destaca la metodologia, aquella que analitza els procediments usats en l'objecte d'estudi. Des del sorgiment de l'ésser humà s'ha pogut evidenciar al llarg de la història, com s'ha fet ús de l'aigua en l'abastament tant pel que fa al suport i la salut, com al nivell industrial. Igualment, es pot evidenciar l'evolució de l'epidemiologia per analitzar les malalties que principalment es transmeten per aigües contaminades i com la metodologia ha fet avanços tan significatius que permeten predir el comportament dels patògens i mitigar les conseqüències d'un possible contagi. El desenvolupament de l'epidemiologia s'ha abocat principalment a l'àrea de la medicina on ha mostrat una enorme evolució en afrontar grans reptes com la propagació de les malalties infeccioses i el replantejament continu dels models d'anàlisi. Això no obstant, aquesta ciència es pot adaptar a qualsevol àrea del coneixement humà com la gestió dels recursos hídrics i més concretament en la gestió de les xarxes d'abastament d'aigua urbana. La posada en marxa d'una xarxa d'abastament d'aigua en una ciutat, les dimensions i la construcció de la qual generalment són monumentals, implica un disseny i una operativitat que sorgeix de l'aplicació de models matemàtics i/o estadístics, els quals permeten analitzar les diferents condicions de funcionament abans d'iniciar obres. Aquest comportament es pot caracteritzar a partir de mètodes de resolució basats en els procediments epidemiològics i que han estat contrastats àmpliament en forma empírica i funcional. En tota xarxa de subministrament hi ha dos components independents i interdependents, com ho són la gestió de la demanda i la gestió de fallades. En tots dos hi ha incerteses que generalment provenen de variables externes, aleatòries, que dificulten la quantificació i, per tant, la seva predicció. Per a la gestió de la demanda, és important l'aplicació de models d'estimació de la demanda precisos, ja que s'hi poden determinar les capacitats i les càrregues que suporti la xarxa. Alhora, per a la gestió d'errors a les xarxes, són importants els models d'estimació precisos que ajudin a mitigar l'impacte de contingències generades per errors en cascada i la propagació d'aquests fins a un possible col·lapse. En els processos de gestió de demanda, s'utilitzen principalment els models de sèries temporals, arribant a l'aplicació de models que impliquin l'algorisme SAX. En els processos de gestió de fallades s'han aplicat mètodes com l'anàlisi de supervivència i, més recentment, les xarxes neuronals; arribant als sistemes multiagent amb els models SIR, SIRS i SEIR. El desenvolupament dels models SAX es poden apreciar en un cas d'estudi de la ciutat de Franca al Brasil, en què es combinen patrons de similitud entre sectors amb patrons de MINDIST que donen suport als mètodes predictius millorant-ne la precisió i facilitant la detecció de lectures anormals als mesuradors de flux i fins i tot la presència d'usos o fugues inesperades. El Model Basat en Agents (MBA) es pot desenvolupar mitjançant l'eina NetLogo i la seva aplicació en una xarxa de subministrament resulta molt efectiva per determinar el comportament de les possibles fallades en cascada. Exemple d'això s'aprecia en el cas d'estudi de la ciutat de Coro a Veneçuela en què es poden establir moments per a cada comportament: susceptibilitat, infecció (fallida) i recuperació, proporcionant així un model predictiu millorat per a aquest tipus de situacions. / [EN] The definition of Epidemiology given by the dictionary of the Real Academia Española de la Lengua states that it is a science and, as such, it exhibits those elements of a systematized set of knowledge, among which the methodology, which analyzes the procedures used in the object of study, stands out. Since the emergence of the human being, it has been possible to demonstrate throughout history, how water has been used in supply at the level of both sustenance and health, as well as at the industrial level. Likewise, the evolution of epidemiology can be evidenced to analyze diseases that are mainly transmitted by contaminated water and how the methodology has made such significant advances that allow predicting the behavior of pathogens and mitigating the consequences of possible contagion. The development of epidemiology has focused mainly on the area of medicine, in which it has shown enormous evolution when facing great challenges such as the spread of infectious diseases and the continuous rethinking of analysis models. However, this science can be adapted to any area of human knowledge, such as the management of water resources and more specifically the management of urban water supply networks. Implementing a water supply network in a city, whose dimensions and construction are generally monumental, implies design and operability aspects that arise from applying mathematical and/or statistical models, which allow the analysis of the different conditions of operation before starting its operation. This behavior can be characterized by resolution methods based on epidemiological procedures, which have been widely contrasted empirically and functionally. In any supply network, there are two independent and interdependent components, such as demand management and fault management. In both, there are uncertainties that generally come from external, random variables, which make it difficult to quantify and therefore to predict. Regarding demand management, the application of accurate demand estimation models is essential, since the capacities and loads supported by the network can be determined by using them. At the same time, for network failure management, accurate estimation models are also key to help mitigate the impact of contingencies generated by cascading failures and their propagation until a possible collapse. In demand management processes, time series models have been mainly used, including the application of models that involve the SAX algorithm. In failure management processes, methods such as survival analysis and, more recently, neural networks have been applied; reaching multi-agent systems with the SIR, SIRS, and SEIR models. The development of SAX models can be seen in a case study from the city of Franca in Brazil, in which patterns of similarity between districts are combined with MINDIST patterns that support predictive methods, improving their accuracy and facilitating the detection of errors, abnormal readings on flow meters and even the presence of unexpected uses or leaks. The Agent-Based Model (MBA) can be developed using, for example, the NetLogo tool, and its application in a supply network is very effective in determining the behavior of possible cascading failures. An example can be seen in the case study of the city de Coro in Venezuela in which moments for each behavior can be established: susceptibility, infection (failure), and recovery. This provides an improved predictive model for this type of situation. / Navarrete López, CF. (2023). Metodologías epidemiológicas de análisis de datos para la operación y gestión de redes de abastecimiento urbano de agua [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/195739

Tesis por compendio / [ES] En el contexto actual de escasez de recursos que sufre el planeta (biomasa, agua y energía), la tecnología basada en los cultivos de microalgas para el tratamiento de aguas residuales aparece como una tecnología muy interesante que permite no sólo la eliminación de los nutrientes (N y P) presentes en el agua, sino también la recuperación de estos nutrientes en la producción de una biomasa algal de alto valor con diversas aplicaciones: generación de biogás, producción de biocombustibles y biofertilizantes, elaboración de fármacos y cosméticos, etc. Estudios previos han demostrado que el efluente de un reactor anaerobio de membranas (AnMBR) resulta ser un medio de cultivo óptimo para el crecimiento de las microalgas. No obstante, la mayoría de los estudios existentes se han llevado a cabo a escala laboratorio en condiciones controladas de luz, temperatura, pH, carga de nutrientes, etc., y normalmente siempre en experimentos batch. Este trabajo consiste en el estudio y modelación matemática del proceso de cultivo de microalgas en una planta piloto de fotobiorreactores de membrana (MPBR) operando en continuo y en condiciones outdoor para el tratamiento del efluente de un sistema AnMBR que trata agua residual urbana real. Durante la fase de experimentación de los cultivos de microalgas se han llevado a cabo diversos experimentos en la planta MPBR donde se han evaluado diversos factores que afectan al crecimiento de las microalgas: temperatura, luz solar, tiempo de retención celular (TRC), carga de nutrientes o tiempo de retención hidráulico (TRH), sistema de recirculación del cultivo y el volumen en zona oscura. Los resultados obtenidos muestran la enorme importancia de las condiciones ambientales (luz solar y temperatura) en el rendimiento de los cultivos de microalgas. La temperatura óptima del cultivo de microalgas con predominancia del género Scenedesmus sp. resultó estar en torno a los 25ºC, mientras que temperaturas por debajo de 20ºC y por encima de 25ºC afectaron negativamente a la productividad de biomasa. La operación del sistema de fotobiorreactores (FBR) sin membranas para TRH 8 días y en condiciones ambientales favorables consiguió reducir la concentración de nutrientes por debajo de los límites de vertido que marca la Directiva 98/15/CE (10 mg N·L-1 y 1 mg P·L-1) alcanzando valores de eliminación de 75,2% de N y 77,9% de P. La operación del sistema MPBR permitió desacoplar el TRC del TRH en la operación de los FBR, lo que resultó en una mejora general del rendimiento de los cultivos de microalgas y permitió obtener un efluente libre de sólidos con alto potencial de reutilización. Los sistemas de recirculación del cultivo de microalgas comparados en el estudio (bombeo mecánico vs sistema airlift) no afectaron significativamente al rendimiento del cultivo. Por otro lado, reduciendo el volumen en zona oscura de un 27,2% al 13,6% en el sistema MPBR se consiguió un incremento del 40% en la productividad de biomasa. Mediante el uso de los datos obtenidos en planta piloto se ha desarrollado un modelo matemático de crecimiento de microalgas que permite simular de manera muy precisa (R2 = 0,9954) el comportamiento de los cultivos de microalgas en un sistema MPBR. Este modelo utiliza la notación y terminología de los modelos ASM, y consta de un total de 14 componentes (10 solubles y 4 suspendidos), 11 procesos gobernados por la cinética y los equilibrios ácido-base que determinan el pH del medio. Además, el modelo considera los efectos la luz y la temperatura en el crecimiento. Como novedad interesante respecto a otros modelos matemáticos de crecimiento de microalgas ya publicados, este modelo contempla, en condiciones de ausencia de P en el medio de cultivo, el crecimiento de las microalgas a partir del polifosfato almacenado internamente. El modelo desarrollado en este trabajo pretende ser una herramienta para facilitar la implementación futura de la tecnología de cultivos de microalgas en una EDAR a escala industrial. / [CAT] En el context actual d'escassetat de recursos que sofreix el planeta (biomassa, agua i energia), la tecnologia basada en els cultius de microalgues per al tractament d'aigües residuals apareix com una tecnologia molt interessant que permet no només l'eliminació dels nutrients (N i P) presents a l'aigua, sinó també la recuperació d'aquests nutrients amb la producció d'una biomassa algal d'alt valor amb diverses aplicacions: generació de biogàs, producció de biocombustibles i biofertilitzants, elaboració de fàrmacs i cosmètics, etc. Estudis previs han demostrat que l'efluent d'un reactor anaerobi de membranes (AnMBR) resulta ser un mitjà de cultiu òptim per al creixement de les microalgues. Tot i això, la majoria dels estudis existents s'han dut a terme a escala laboratori en condicions controlades de llum, temperatura, pH, càrrega de nutrients, etc., i normalment sempre en experiments batch. Aquest treball consisteix en l'estudi i la modelació matemàtica del procés de cultiu de microalgues en una planta pilot de fotobioreactors de membrana (MPBR) operant en continu i en condicions outdoor per al tractament de l'efluent d'un sistema AnMBR que tracta aigua residual urbana real. Durant la fase d'experimentació dels cultius de microalgues s'han dut a terme diversos experiments a la planta MPBR on s'han avaluat diversos factors que afecten al creixement de les microalgues: temperatura, llum solar, temps de retenció cel·lular (TRC), càrrega de nutrients o temps de retenció hidràulic (TRH), sistema de recirculació del cultiu i el volum en zona obscura. Els resultats obtinguts mostren l'enorme importància de les condicions ambientals (llum solar i temperatura) en el rendiment dels cultius de microalgues. La temperatura òptima del cultiu de microalgues amb predominança del gènere Scenedesmus sp. va resultar estar entorn als 25ºC, mentre que temperatures per sota de 20ºC i per sobre de 25ºC van afectar negativament a la productivitat de biomassa. L'operació del sistema de fotobioreactors (FBR) sense membranes per a TRH 8 dies i en condicions ambientals favorables va aconseguir reduir la concentració de nutrients per sota dels límits d'abocament que marca la Directiva 98/15/CE (10 mg N·L-1 i 1 mg (P·L-1) assolint valors d'eliminació de 75,2% de N i 77,9% de P. L'operació del sistema MPBR va permetre desacoblar el TRC del TRH en l'operació dels FBR, la qual cosa va resultar en una millora general del rendiment dels cultius de microalgues i va permetre obtenir un efluent lliure de sòlids amb un alt potencial de reutilització. Els sistemes de recirculació del cultiu de microalgues comparats en aquest estudi (bombeig mecànic vs sistema airlift) no van afectar significativament al rendiment del cultiu. D'altra banda, reduint el volum en zona obscura del 27,2% al 13,6% al sistema MPBR es va aconseguir un increment del 40% en la productivitat de biomassa. Mitjançant l'ús de les dades obtingudes a la planta pilot s'ha desenvolupat un model matemàtic de creixement de microalgues que permet simular de manera molt precisa (R2 = 0,9954) el comportament dels cultius de microalgues en un sistema MPBR. Aquest model utilitza la notació i la terminologia dels models ASM, i consta d'un total de 14 components (10 solubles i 4 suspesos), 11 processos governats per la cinètica i els equilibris àcid-base que determinen el pH del medi. A més, el model considera els efectes de la llum i la temperatura en el creixement. Com a novetat interessant respecte d'altres models matemàtics de creixement de microalgues ja publicats, aquest model contempla, en condicions d'absència de P en el mitjà de cultiu, el creixement de les microalgues a partir del polifosfat emmagatzemat internament. El model desenvolupat en aquest treball pretén ser una eina per facilitar la implementació futura de la tecnologia de cultius de microalgues a una EDAR a escala industrial. / [EN] In the actual context of resource scarcity along the world (biomass, water and energy), microalgae-based technology for wastewater treatment appears as a promising technology that allows not only nutrient removal (N and P) from wastewater, but also the recovery of these nutrients for the production of high-value algal biomass which has different applications: biogas generation, biofuel and biofertilizer production, pharmaceuticals and cosmetics manufacturing, etc. Previous studies have proved that the effluent from an anaerobic membrane bioreactor (AnMBR) could be a suitable growth medium for microalgae cultivation. However, most of the existing studies have been carried out at bench scale under controlled conditions of light, temperature, pH, nutrient load, etc., when working in batch mode. The present work consists of the study and mathematical modelling of an outdoor pilot-scale membrane photobioreactor (MPBR) for microalgae cultivation under continuous operation for treating the effluent of an AnMBR system fed with real municipal wastewater. During the experimental phase of microalgae cultivation, different experiments were carried out in the MPBR plant to evaluate the main factors that affect microalgae growth: temperature, solar light irradiance, biomass retention time (BRT), nutrient load or hydraulic retention time (HRT), the algae culture recirculation system and the non-photic volume. The results obtained show the significant effect of the environmental conditions (solar light and temperature) on the microalgae cultivation performance. Optimum temperature for the microalgae cultures with a predominance of the genus Scenedesmus sp. resulted to be around 25ºC, while temperatures below 20ºC and above 25ºC negatively affected biomass productivity. During the operation of the photobioreactors (PBRs) system without membranes at HRT of 8 days and under favourable environmental conditions, it was possible to comply with effluent nutrient discharge limits established by Directive 98/15/CE (10 mg N·L-1 and 1 mg P·L-1) and to achieve nutrient removal efficiencies of 75.2% of N and 77.9% of P. The MPBR plant allowed decoupling BRT and TRH in the PBRs operation, which resulted in a general improvement of the microalgae cultivation performance and allowed to obtain a solid-free effluent with high potential for reuse applications. The microalgae culture recirculation systems compared in the study (mechanical pumping vs airlift system) did not significantly affect the culture performance. Moreover, reducing the non-photic volume fraction in the MPBR system from 27.2% to 13.6% resulted in an increase of 40% in biomass productivity. A mathematical model of microalgal growth was developed by making use of the data obtained in the pilot plant. This model was able to reproduce accurately (R2 = 0.9954) the overall microalgae cultivation performance in an MPBR system. This model uses the notation and terminology of the ASM models, and it considers a total of 14 components (10 soluble and 4 suspended), 11 processes governed by kinetics and acid-base equilibria to calculate the pH of the medium. In addition, the model considers the effects of solar light and temperature on microalgae growth. As an interesting novelty with respect to other published mathematical models of microalgae growth, this model contemplates the possibility of using the stored polyphosphate for growing in the absence of P in the culture medium. The model developed in this work is intended to be a tool to promote the future implementation of microalgae cultivation technology on full-scale WWTP. / This research was supported by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness (MINECO, Projects CTM2011-28595-C02-01/02, CTM2014-54980-C2-1-R and CTM2014-54980-C2-2-R) jointly with the European Regional Development Fund (ERDF) and Generalitat Valenciana (GVA-ACOMP2013/203), which are gratefully acknowledged. The authors also like to acknowledge the support received from Generalitat Valenciana via one VALi+d post-doctoral grant (APOSTD/2014/049). / Viruela Navarro, A. (2023). Modelación matemática del proceso de crecimiento de microalgas en el tratamiento de aguas residuales Aplicación a un fotobiorreactor de membranas (MPBR) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/195826 / Compendio

Flooding is of great concern world-wide, causing damage to infrastructure, property and loss of life. Low-income countries, in particular, can be negatively affected by flood events due to their inherent vulnerabilities. Moreover, data to perform studies for flood risk management in low-income regions are often scarce or lacking sufficient quality. This thesis proposes new methodologies and explores the use of unconventional sources of information in flood hazard assessment in areas where the quantity or sufficient quality of traditional hydrometrical data are lacking.  One method was developed to account for errors in spatially averaged rainfall, from a sparse rain-gauge network, used as input to a rainfall-runoff model. A spatially-averaged and event-dependent rainfall depth multiplier led to improvements of the hydrographs at calibration. And by using a distribution of the multiplier, identified from previous events in the catchment, improvement in predictions could also be obtained. A second method explored the possibility of reproducing an unmeasured extreme flood event using a combination of models, post-event data, precipitation and an uncertainty-analysis framework. This combination allowed the identification of likelihood-associated parameter sets from which the flood hazard map for the extreme event could be obtained. A third and fourth study made at the regional scale explored the value of catchment similarities, and the effects of climate on the hydrological response of catchments. Flood frequency curves were estimated for 36 basins, assumed ungauged, using regional information of short flow records, and local information about the frequency of the storm. In the second regional study, hydro-climatic information provided great value to constrain predictions of series of daily flow from a hydrological model. Previously described methods, used in combination with unconventional information within an uncertainty analysis, proven to be useful for flood hazard assessment at basins with data limitations. The explored data included: post-event measurements of an extreme flood event, hydro-climate regional information and local precipitation data. The methods presented in this thesis are expected to support development of hydrological studies underpinning flood-risk reduction in data-poor areas. / Extremt höga vattenflöden ställer till stora problem i hela världen. De skadar infrastruktur och egendom och orsakar död. Framför allt kan låg- och medelinkomstländer vara väldigt sårbara för extrema flöden. I dessa länder saknas dessutom ofta data som behövs för att kunna bedöma översvämningsrisker, eller så finns bara data av dålig kvalitet. Denna avhandling föreslår nya metoder som använder okonventionella informationskällor vid bedömning av översvämningsrisker i områden där traditionella hydrologiska data saknas eller har otillräcklig kvalitet. En metod utvecklades för att ta hänsyn till fel i rumslig medelnederbörd beräknad från ett glest nät av nederbördsmätare att användas som indata i en nederbörds-avrinningsmodell. Användning av en multiplikator för medelvärdesbildad nederbörd, i tid och rum, för enskilda högflödestillfällen ledde till förbättrad modellkalibrering. Genom att använda multiplikatorfördelningar, identifierade från tidigare högflödestillfällen i avrinningsområdet, kunde också prognoser förbättras. En andra metod använde sig av möjligheten att reproducera ett extremt högflöde inom ramen för en osäkerhetsanalys med hjälp av en kombination av modeller, nederbördsdata och data som uppmätts i efterhand. Denna kombination gjorde det möjligt att identifiera parametervärdesuppsättningar med hophörande sannolikheter ur vilka det gick att erhålla en översvämningskarta för det höga flödet. En tredje och fjärde studie i regional skala utforskade värdet av likheter mellan avrinningsområden och hur områdenas hydrologiska gensvar beror av klimatet. Kurvan för kumulativa högflödesfrekvenser (flood frequency curve, FFC) kunde skattas med hjälp av lokal nederbördsinformation och regional information om korta tidsserier av vattenföring från 36 avrinningsområden som antogs sakna vattenföringsdata. I den andra regionala studien visade sig hydroklimatisk information av värde för att avgränsa godtagbara prognoser för daglig vattenföring från en hydrologisk modell. Tidigare beskrivna metoder, använda tillsammans med okonventionell information inom ramen för en osäkerhetsanalys, visade sig vara användbara för att bedöma översvämningsrisker i avrinningsområden med databegränsningar. Bland utforskade data fanns: mätningar i efterhand av ett extremt högflöde, hydroklimatisk regional information och lokala nederbördsmätningar. Metoderna i denna avhandling förväntas kunna stödja utvecklingen av hydrologiska studier av höga flöden och översvämningar i områden med bristande datatillgång. / Las inundaciones ocasionan daños a la infraestructura, propiedad y pérdida de vidas a nivel mundial. Los países en desarrollo son los más vulnerables a inundaciones, la calidad y cantidad de datos hidro-climatológicos disponibles en los mismos dificulta el desarrollo de estudios para la evaluación de riesgo a esta amenaza. Esta tesis propone métodos en la que se hace uso de fuentes de información no-convencionales para la evaluación de riesgo por inundación en regiones con datos escasos o limitados. Un método considera el error asociado a la precipitación promedio sobre cuencas en modelos lluvia-escorrentía como un factor multiplicador del histograma del evento. El uso de la precipitación promedio junto con una distribución probabilística del factor multiplicador como datos de entrada a un modelo de lluvia-escorrentía mejoraron los hidrogramas durante los periodos de calibración y predicción. Un segundo método exploró la posibilidad de reproducir un evento extremo de inundación usando una combinación de modelos hidrológicos e hidráulico, un análisis de incertidumbre, datos hidrométricos recopilados después del evento y datos de precipitación registrados durante-el-evento. Dicha combinación permitió la identificación de los parámetros de los modelos y la elaboración un mapa de amenaza por inundaciones para dicho evento. Adicionalmente, se estimaron curvas de frecuencia de inundaciones para 36 cuencas, asumidas no aforadas, mediante un método de regionalización que usa registros de caudal de corta duración disponibles en la región. Dichas curvas fueron extendidas haciendo uso de información local sobre la frecuencia de las tormentas. Se encontró que la información hidro-climatológica tiene un gran valor para reducir el rango de incertidumbre de las simulaciones de caudal diaria de un modelo hidrológico. Los métodos anteriores se usaron en combinación con información no-convencional dentro de un análisis de incertidumbre y han probado su utilidad para la evaluación de riesgo por inundaciones en cuencas con registros escasos o limitados. Los datos utilizados en esta tesis incluyen datos hidrométricos recopilados pasado el evento, registros hidro-climatológicos regionales y precipitación local. Se espera que los métodos presentados aquí contribuyan al desarrollo de estudios hidrológicos importantes para la reducción del riesgo por inundaciones en regiones con déficit de registros hidro-climatológicos.