Les observacions realitzades amb radar meteorològic estan subjectes a diversos factors que condicionen en gran mesura la seva qualitat. La tesi estudia un d'aquests factors, la variabilitat de les condicions de radio propagació (CRP) de 1'energia de microones del radar. Es van considerar tres aspectes diferents de les CRP rellevants per la meteorologia radar: un estudi local de CRP; els efectes de la variabilitat de les CRP sobre les Estimacions Quantitatives de Precipitació amb radar (EQP); i un estudi de viabilitat de predicció operativa de CRP. L'anàlisi estadística de les CRP fou realitzada considerant cinc anys d'observacions de radiosondatge a Barcelona. Els valors mitjans del gradient vertical de refractivitat (GVR) confirmen el predomini de les condicions estàndard, -40 unitats N/km en el primer quilòmetre de la troposfera. No obstant, la distribució de freqüències del GVR indica una tendència a la superrefracció. A més, es va trobar un marcat cicle estacional amb màxim superrefractiu estival, d'acord amb altres observatoris propers continguts a la base de dades de la US Navy Historical Electromagnetic Propagation Condition Data Base. Aquests resultats són representatius per equips operant en microones a la zona litoral catalana, en particular pels equips de la Xarxa de Radars Meteorològics del Servei Meteorològic de Catalunya. L'anàlisi de variabilitat de les CRP sobre les EQP radar va centrar-se en els procediments de correcció de bloqueig topogràfic. Concretament es va considerar el sistema de correcció operatiu a la xarxa de radars meteorològics dels EUA (NEXRAD). Aquest sistema fou implementat per simular el bloqueig en diversos blancs propers al radar meteorològic de Vallirana. La variabilitat obtinguda en la correcció fou generalment petita, i en situacions de moderada superrefracció, superava 1 dB en comparació a les correccions obtingudes sota propagació normal. No obstant, en casos de superrefracció intensa s'assolien diferencies superiors que podien ser significatives, especialment si persistien per llargs períodes coincidents amb episodis de precipitació. La sortida del model de predicció numèrica del temps MASS fou utilitzada per elaborar pronòstics de CRP (VRG i un índex de conducció o ducting) vàlids a la zona de radiosondatge. Posteriorment es van construir diversos pronòstics modificats elaborats a partir de combinacions lineals entre pronòstics i observacions anteriors i la seva tendència. Això va permetre obtenir millores significatives en els pronòstics, especialment pel GVR, tot i que en alguns casos la persistència de les observacions de radiosondatge van produir millors resultats en els índexs de verificació. La tesi va fer-se amb suport del projecte europeu CARPEDIEM i dins del marc de la Acció Integrada Europea COST 717 dedicada a la Utilització de les Observacions Radar en Models Hidrològics i de Predicció Numèrica.

La present investigació suposa una contribució a l'anàlisi de la resposta hidrològica i fluvial de conques de muntanya al Pre-Pirineu, i al desenvolupament de metodologies de caracterització de la precipitació integrada per subconques, així com la granulometria de rius de graves, de manera que es millorin els resultats de models hidrològics e hidràulics. Concretament, s'analitza i modelitza la resposta hidrològica i fluvial de la conca del riu Isàbena (420 km2) durant el període Abril 2000- Abril 2002, escollida com a representativa de les condicions i processos hidrològics del Pre-pirineu. Es plantegen dues escales d'estudi: conca i llera fluvial. A nivell de conca, s'ha determinat la importància del gradient sud-nord (1,84%/km) i s'han derivat polinomis per estimar arealment la precipitació, aspecte essencial per a una correcta caracterització pluviomètrica en el marc de l'anàlisi d'events de crescuda. A continuació, mitjançant dades de camp i modelització s'ha analitzat la resposta hidrològica de la conca a events de crescuda, i la influència dels diferents aportacions de les subconques a l'hora de formar l'ona d'avinguda principal a l'Isàbena, observant-se una contribució predominant de les conques del nord. El coeficient mitjà d'escolament per flux superficial a la conca és de 0,12. A nivell de llera, s'han estudiat dos dos trams trenats de 11 km de longitud. En primer lloc, s'ha analitzat la variabilitat espacial de la granulometria de la llera, a una resolució detallada, mitjançant l'ús combinat de mesures de camp i teledetecció. L'ús de semivariogrames ha permès caracteritzar la textura de la imatge digitals de la llera, que es relaciona amb la granulometria. Els errors mitjans en l'estimació de paràmetres característics (D50 i D84) es situen al volant del 20 al 30%, respectivament. Pel tram inferior en estudi el D50 mig és de 3,2 cm, mentre que pel superior, 25 km aigües amunt, és de 7,5 cm. Aquesta informació de base, juntament amb els hidrogrames generats anteriorment, ha permès la posterior modelització hidràulica bidimensional del trànsit de les avingudes. Finalment, l'anàlisi detallada de les variables hidràuliques de les diferents crescudes ha portat a modelitzar processos d'inici de moviment del material de la llera. Aquests resultats s'han relacionat amb processos d'incissió observats a camp. Aquests processos són especialment intensos al tram inferior en estudi, que és on de la modelització s'ha trobat un menor cabal llindar d'inici de moviment, concretament 14 m3/s. La present tesis afronta, per tant, l'anàlisi del comportament del flux en crescudes, des de la seva generació a partir de la precipitació fins a la seva sortida de la conca com a cabal fluvial. Aquest enfocament ha de servir de base per a estudis similars de la dinàmica del sediment, que permetin afrontar de forma integrada la gestió fluvial de rius com l'Isàbena, i aplicar-la a d'altres conques del Pre-Pirineu. / La presente investigación supone una contribución al análisis de la respuesta hidrológica y fluvial de cuencas de montaña en el Pre-Pirineo, y al desarrollo de metodologías de caracterización de la precipitación integrada por subcuencas, así como la granulometría de ríos de gravas, de manera que se mejoren los resultados de modelos hidrológicos e hidráulicos. En concreto, se analiza y modeliza la respuesta hidrológica y fluvial de la cuenca del río Isábena (420 km2) durante el periodo Abril 2000- Abril 2002, escogida como representativa de las condiciones y procesos hidrológicos del Pre-Pirineo. Se plantean dos escalas de estudio: cuenca y cauce. Al nivel de cuenca, se ha determinado la importancia del gradiente sur-norte (1,84%/km) y se han derivado polinomios para una mejor estimación areal de la precipitación, aspecto esenciales para una correcta caracterización pluviométrica en el marco del análisis de eventos de crecida. A continuación, mediante datos de campo y modelización se ha analizado la respuesta hidrológica de la cuenca a eventos de crecida, y la influencia de los diferentes aportes de las subcuencas a la hora de formar la onda de avenida principal en el Isábena, observándose una contribución predominante de la cuencas del norte. El coeficiente medio de escorrentía por flujo rápido en la cuenca es de 0,12. A nivel de cauce, se han estudiado dos tramos trenzados a lo largo de 11 km. En primer lugar, se ha analizado la variabilidad espacial de la granulometría del cauce, con una resolución de detalle, mediante el uso combinado de trabajo de campo y teledetección. El uso de semivariogramas ha permitido caracterizar la textura de las imágenes digitales del cauce, que se relaciona con la granulometría. Los errores medios en la estimación de parámetros característicos (D50 y D84) se sitúan alrededor del 20 al 30% respectivamente. Para el tramo inferior en estudio el D50 medio es de 3,2 cm, mientras que para el superior, situado unos 25 km aguas arriba, el D50 es de 7,5 cm. Esta información de base, junto con los hidrogramas generados anteriormente, ha permitido la posterior modelización hidráulica bidimensional del tránsito de las avenidas. Finalmente, el análisis detallado de las variables hidráulicas de las diferentes crecidas ha llevado a modelizar procesos de inicio de movimiento del material del cauce. Dichos resultados se han relacionado con procesos de incisión observados en campo. El material del tramo inferior en estudio presenta procesos de incisión especialmente intensos, y fue donde la modelización estimó un menor caudal de inicio de movimiento del material del cauce, concretamente 14 m3/s. La presente tesis aborda, por tanto, el análisis del comportamiento del flujo en crecidas, desde su generación en la cuenca a partir de la precipitación hasta su salida de la cuenca como caudal fluvial. Este enfoque ha de servir de base para estudios similares de la dinámica del sedimento, que permitan abordar de forma integrada la gestión fluvial de ríos como el Isábena, y aplicarla a otras cuencas del Pre-Pirineo. / The aim of this research is to analyze fluvial and hydrological response of Pre-Pyrenean mountain basins, and to develop methodologies to estimate rainfall at subbasin scale, and also grain size distribution of gravel-beds at reach scale, in order to improve the results of hydrologic and hydraulic models. In particular, fluvial and hydrological response of the Isabena river basin (420 km2) has been studied and modeled during a 2-year period (April 2000- April 2002), as a representative of conditions and processes of Pre-Pyrenean basins. Two study scales are faced: basin and riverbed. At basin scale, a south north rainfall gradient (1,84%/km) and polynomials to average precipitation spatially have been found, and this aspects are considered as essential to understand rainfall distribution during storm events. Besides, combining field data and modeling, hydrologic response of the basin has been analyzed, together with the effect of partial contribution from subbasins to form the main flood wave. Northern subbasins contributed with 84% of surface runoff, and the average basin runoff coefficient was 0,12. At riverbed level, 11 km of braided riverbed are studied. First, grain size spatial variability is studied, at a 1:1000 scale, through field measurements and airborne remote sensing. The texture of riverbed digital images is studied with semivariograms, and related to grain size distribution. Average error in D50 and D84 estimates were between 20 and 30%. An average D50 of 3.2 cm was found for the lower reach, whereas a 7.5 cm D50 was found for an upstream reach. This basic data, together with hydrographs previously generated, allowed a 2D hydraulic flood modeling of these events. At last, a study of initiation of motion processes was conducted from the hydraulic modeled data, and related to riverbed erosion observed through fieldwork. The minimum threshold discharge to initiate motion (14 m3/s) was found at the lower reach, where erosion processes have been more intense. This PhD thesis is devoted to analyze the behavior of surface water during floods in the Isábena basin, from its input as rainfall to its exit as discharge at the outlet. This approach must be followed by similar ones devoted to sediment, in order to be able to face in integrated way river management problems of river like the Isábena, and extend this approach to other Pre-Pyrenean basins.

Data availability is extremely important for water management. Without data it would not be possible to know how much water is available or how often extreme events are likely to occur. The usually available hydro-meteorological data often have a limited representativeness and are affected by errors and uncertainties. Additionally, their collection is resource-intensive and, thus, many areas of the world are severely under-monitored. Other areas are seeing an unprecedented – yet local – wealth of data in the last decades. Additionally, the spread of new technologies together with the integration of different approaches to water management science and practice have uncovered a large amount of soft information that can potentially complement and expand the possibilities of water management. This thesis presents a series of studies that address data opportunities for water management. Firstly, the hydro-meteorological data needs for correctly estimating key processes for water resource management such as precipitation and discharge were evaluated. Secondly, the use of non-traditional sources of information such as social media and human behaviour to improve the efficiency of flood mitigation actions were explored. The results obtained provide guidelines for determining basic hydro-meteorological data needs. For instance, an upper density of 24 rain gauges per 1000 km2 for spatial precipitation estimation beyond which improvements are negligible was found. Additionally, a larger relative value of discharge data respect to precipitation data for calibrating hydrological models was observed. Regarding non-traditional sources of information, social memory of past flooding events was found to be a relevant factor determining the efficiency of flood early warning systems and therefore their damage mitigation potential. Finally, a new methodology to use social media data for probabilistic estimates of flood extent was put forward and shown to achieve results comparable to traditional approaches. This thesis significantly contributes to integrated water management by improving the understanding of data needs and opportunities of new sources of information thus making water management more efficient and useful for society. / All vattenförvaltning kräver tillgång till data. Data behövs för att kunna fastställa t.ex. hur mycket vatten som finns och sannolikheten för stora översvämningar. De hårda hydro-meteorologiska data som normalt är tillgängliga har inte sällan en begränsad representativitet och påverkas av fel och osäkerheter. Dessutom är datainsamling nästan alltid resurskrävande och därför finns hårda data i begränsad utsträckning, eller inte alls, i stora delar av världen. Samtidigt har man under senaste decennierna fått tillgång till en oöverträffad – men lokal – mängd data i vissa områden. Spridningen av ny teknik har, tillsammans med integreringen av olika vetenskapliga metoder inom vattenförvaltning och praktik, påvisat värdet av mjuk information som potentiellt kan komplettera hårda data och förbättra möjligheterna till en god vattenförvaltning. Denna avhandling presenterar studier som belyser vilka möjligheter vattenförvaltningen har vid olika tillgång på hårda data och mjuk information. Först utvärderades vilka krav som kan ställas på hydro-meteorologiska data för att korrekt kunna beskriva nyckelprocesser som nederbörd och vattenföring vid bestämning av vattenresurser. Därefter utforskades möjligheterna att förbättra översvämningsberäkningar med hjälp av mjuk information från sociala medier och rörande mänskligt beteende. Resultaten gav riktlinjer för att bestämma värdet av hydro-meteorologiska data. Till exempel visades att information om nederbördens rumsliga fördelning inte förbättras nämnvärt vid en mätartäthet över 24 regnmätare per 1000 km2. Det relativa värdet av vattenföring visade sig också vara större än för nederbörd för att kalibrera hydrologiska modeller. Det visade sig att en befolknings minne av tidigare översvämningar påverkar effektiviteten hos tidiga varningssystem för översvämningar och deras möjlighet att begränsa skador. Slutligen har en ny metod föreslagits för att använda sociala medier för sannolikhetsberäkningar av översvämmade områden. Metoden visade sig leda till resultat som var jämförbara med traditionella metoder. Avhandlingens huvudsakliga bidrag till en integrerad vattenförvaltning är att öka förståelsen för vilka data som krävs för olika förvaltningsmål och vilka möjligheter som finns att utnyttja mjuk information för att effektivisera vattenförvaltningen göra den mer användbar för samhället. / La disponibilitat de dades és extremadament important per a la gestió de l’aigua. Sense dades no seria possible conèixer ni la quantitat d'aigua disponible ni la freqüència d’esdeveniments extrems. Les dades hidrometeorològiques normalment disponibles tenen una representativitat limitada, es veuen afectades per errors i incerteses i la seva recol•lecció requereix nombrosos recursos, cosa que produeix que moltes zones del món no estiguin adequadament monitoritzades. Així i tot, en les últimes dècades s’ha generat una quantitat de dades sense precedents però de manera localitzada. A més, la difusió de noves tecnologies, juntament amb la integració de diferents enfocaments han permès utilitzar una gran quantitat de dades “toves” per complementar i ampliar les possibilitats en la gestió de l'aigua. Aquesta tesi presenta estudis que aborden algunes de les oportunitats ofertes per les dades per a millorar la gestió de l'aigua. En primer lloc es va avaluar la quantitat necessària de dades hidrometeorològiques per estimar correctament processos clau per a la gestió dels recursos hídrics. En segon lloc es va explorar l'ús de fonts no tradicionals d'informació per millorar l'eficiència de la mitigació d'inundacions. Per exemple, es va identificar una densitat màxima de 24 pluviòmetres per 1000 km2 per estimar la distribució espacial de precipitació, per sobre de la qual les millores són insignificants. A més, es va observar que les dades d’escorrentia tenen un valor relatiu més gran per al calibratge de models hidrològics que les dades de precipitació. Pel que fa a la informació no tradicional, la memòria social d’anteriors inundacions es va identificar com un factor rellevant per a determinar l'eficiència dels sistemes d'alerta d'inundacions i, per tant, del seu potencial per mitigar danys. Finalment, es va proposar una nova metodologia per utilitzar informació provinent de xarxes socials per a realitzar estimacions probabilístiques d'extensió d’inundacions i es va demostrar el seu potencial per aconseguir resultats comparables als d’enfocaments tradicionals. Aquesta tesi aporta avenços significatius per a la gestió integrada de l'aigua mitjançant la millora de la comprensió de les necessitats de dades i de les oportunitats presentades per noves fonts d'informació. D’aquesta manera contribueix a una gestió de l'aigua més eficient i útil per a la societat. / La disponibilidad de datos es sumamente importante para la gestión del agua. Sin datos no sería posible determinar la cantidad de agua disponible o la frecuencia de eventos extremos. Los datos hidrometeorológicos normalmente disponibles tienen una representatividad limitada, son afectados por errores e incertidumbres y su recolección requiere de abundantes recursos, lo cual causa que muchas zonas del mundo no estén adecuadamente monitorizadas. En contraste, en las últimas décadas se ha generado una cantidad de datos sin precedentes pero de manera localizada. Además, la difusión de nuevas tecnologías, conjuntamente con la integración de distintos enfoques, ha permitido usar una gran cantidad de datos “blandos” para complementar y ampliar las posibilidades en la gestión del agua. Esta tesis presenta estudios que abordan las oportunidades ofrecidas por los datos para mejorar la gestión del agua. En primer lugar se evaluó la cantidad necesaria de datos hidrometeorológicos para estimar correctamente procesos clave para la gestión de recursos hídricos. En segundo lugar se exploró el uso de fuentes no tradicionales de información para mejorar la eficiencia de la mitigación de inundaciones. Por ejemplo, se identificó una densidad máxima de 24 pluviómetros por 1000 km2 para estimar la distribución espacial de precipitación más allá de la cual las mejoras son insignificantes. Además se observó que los datos de escorrentía tienen un mayor valor relativo para la calibración de modelos hidrológicos que el de los datos de precipitación. Respecto a la información no tradicional, la memoria social de inundaciones pasadas fue identificada como un factor relevante para determinar la eficiencia de los sistemas de alerta de inundaciones y, por lo tanto, de su potencial para mitigar daños. Finalmente, se propuso una nueva metodología para usar información proveniente de redes sociales para realizar estimaciones probabilísticas de extensión de inundaciones y se demostró su potencial para conseguir resultados comparables a los de enfoques tradicionales. Esta tesis aporta avances significativos para la gestión integral del agua a través de la mejora de la comprensión de las necesidades de datos y de las oportunidades presentadas por nuevas fuentes de información, contribuyendo a una gestión del agua más eficiente y útil para la sociedad.