Thesis students
2021
Multirate mass transfer and biofilm growth modeling in porous media
Tesi completa: (contacteu amb l'Escola de Doctorat
per confirmar que sou un doctor acreditat i obtenir l'enllaç a la tesi)Programa: ENGINYERIA DEL TERRENY
Departament: (DECA)
Modalitat: Normal
Data de lectura: 23/07/2021
Director/a de tesi: CARRERA RAMIREZ, JESUS | VALHONDO GONZALEZ, CRISTINA
Tribunal:
PRESIDENT: GÓMEZ HERNÁNDEZ, JAIME
SECRETARI: RODRIGUEZ ESCALES, PAULA - FELICIDAD
VOCAL NO PRESENCIAL: DENTZ, MARCO
Resum de tesi: El modelado de transporte reactivo es una herramienta metodológica para estudiar los procesos físicos, químicos y biológicos acoplados en el sistema terrestre. Es complejo no solo por la naturaleza de las ecuaciones, sino también por los efectos de la heterogeneidad del medio poroso sobre el transporte reactivo. Esta tesis tiene como objetivo profundizar en el conocimiento de los procesos de transporte reactivo para explicar el proceso de degradación bioquímica en medios porosos, con especial énfasis en el papel del biofilm y su crecimiento.En primer lugar, proponemos una solución numérica general y eficiente de transporte reactivo en medios multicontinuum utilizando el enfoque de Transferencia de Masa Multivelocidad (MRMT). Para superar la no linealidad del problema, inducida por una cinética no lineal, utilizamos el método de Newton-Raphson para obtener la solución global. Resolvemos el sistema de ecuaciones en forma de bloque, lo que nos permite reducir las incógnitas a las de zonas móviles y a, mejorando así la eficiencia. La solución se valida por comparación con la solución analítica para cinética lineal. El código se desarrolla de forma orientada a objetos, lo que permite la reutilización del código y el polimorfismo de los datos.En segundo lugar, investigamos las condiciones para la localización química (es decir, la ocurrencia de reacciones que no serían posibles en un medio continuo único). Con este fin, escribimos las ecuaciones de transporte multicontinuum en forma adimensional para encontrar que el transporte reactivo en medios multicontinuum se rige por tres tiempos característicos: la distribución de los tiempos de residencia en zonas inmóviles, y los tiempos de reacción y transporte característicos. Para estudiar la interacción entre estos tres tiempos característicos, simulamos tres sistemas químicos: conservador, reacción única y reacción secuencial. Los resultados demuestran que las reacciones impulsadas por especies que resultan de reacciones previas se localizarán en zonas inmóviles cuyo tiempo de residencia es comparable a los tiempos de reacción. Además, las zonas inmóviles con tiempos de residencia mucho más pequeños que los de transporte pueden agruparse (asumiendo que se asumen reacciones muy rápidas en equilibrio), lo que reduce en gran medida los cálculos.En tercer lugar, realizamos simulaciones de transporte reactivo incorporando reacciones bioquímicas que no solo oxidan el carbono orgánico, sino que también producen biomasa, lo que provoca el crecimiento de biopelículas. Se sabe que el crecimiento de biopelículas causa obstrucciones (es decir, reducción de la permeabilidad), lo que ha concentrado la mayor parte de la investigación sobre el tema. Pero también provoca un cambio significativo en la geometría del espacio poroso y la conectividad, lo que conduce no solo a un aumento general del tiempo medio de residencia en las regiones inmóviles, sino también a su distribución. Como se discutió anteriormente, esto es crítico para la localización (bio) química, especialmente considerando que las reacciones mediadas por microbios tienden a concentrarse en biopelículas. Proponemos un modelo para la evolución de la distribución del tiempo de residencia en zonas inmóviles en respuesta al crecimiento de biopelículas. Probamos este modelo comparándolo con experimentos de laboratorio extraídos de la literatura, donde se han realizado pruebas de trazadores en varias etapas de crecimiento. Los resultados muestran que el modelo MRMT dinámico es capaz de reproducir las características más destacadas de estos experimentos.
Seawater intrusion, transition zone dynamics and reactive mixing - Example of Argentona coastal alluvial aquifer
Autor/a: Goyetche, Tybaud
Programa: INGENIERÍA DEL TERRENO
Departamento: (DECA)
Modalidad: Embargo temporal
Fecha de lectura: 19/07/2021
Mención de Doctor Internacional: No
Director/a de tesis: Dr. Jesús Carrera Ramírez / Dra. Linda Luquot / Dr. Maarten Saaltink
Resumen de la tesis:
La calidad y la disponibilidad del agua dulce en las zonas costeras está afectada por la intrusión marina en los acuíferos costeros. Del mismo modo, la calidad de las aguas costeras y los ecosistemas costeros pueden ser afectados significativamente por la descarga de agua subterráneaal mar. En esta tesis investigamos: (i) el uso de las fluctuaciones periódicas del nivel del mar (como las mareas) para caracterizar los parámetros hidrodinámicos de los acuíferos costeros; (ii) las reacciones químicas que ocurren en la zona de mezcla entre el agua dulce y el agua salada; y (iii) el impacto de las fluctuaciones temporales de alta frecuencia (por ejemplo las tormentas) sobre la zona de mezcla y las reacciones químicas que ocurren en el acuifero. Los metodos estudiados han sido aplicados y validados en el campo experimental de Argentona.Consideramos el acoplamiento hidromecanico sobre la respuesta del acuifero a las fluctuaciones de las mareas. El método de las mareas se aplica por primera vez a un acuífero real donde detallamos todo el proceso desde la adquisición y el filtrado de datos a la obtención de los parámetros hidrodinámicos por modelación numérica. Esto permitió refinar el modelo conceptual y observar el impacto pronunciado de las capas poca permeables sobre la propagación de las fluctuaciones de mareas hacia tierra dentro. Además, hemos investigado sobre las reacciones químicas que ocurren a lo largo de la mezcla entre el agua dulce y el agua salada. El estudio se realiza utilizando el analisis de mezcla acaplado a una herramienta de mezcla reactiva. Los resultados muestran que los acuíferos costeros son unos sistemas bastante complejos con muchas reacciones químicas. Observamos una preponderancia de las reacciones de intercambio catiónico, pero también bastantes reacciones redox usando la materia orgánica como donador de electrones y las moléculas tipo el oxígeno disueltos, los nitratos, los óxidos de hierro o de manganeso como aceptor de electrones. Hemos observado que también ocurren bastantes reacciones asociadas a las rocas que forman el reservorio. Pero vamos más allá de identificarlas, presentamos un método para cuantificar esas reacciones lo que nos permite observar la distribución espacial de las reacciones. Además, al cuantificarlas se puede estimar la composición química del agua que se descarga al mar, y saber cuántos nutrientes se degradan por reacciones en el acuífero y cuantos llegaran al mar.Por último, investigamos el impacto de un evento de lluvia intensa sobre un acuífero costero y su zona de mezcla. Reconocemos que ocurre un desplazamiento de agua dulce en la dirección del mar causado por la recarga del acuífero. Pero también observamos cómo se empuja la interfaz tierra adentro durante la fase de recuperación. Estas condiciones únicas pueden tener un impacto significativo en el balance anual de nutrientes que se liberan al mar. De hecho, al mover la interfaz, se modifican las condiciones químicas y se observa un impacto significativo en las reacciones químicas.
Hydrodynamics and Geochemistry at Multiple Scales: Characterizing Preferential Flow-Paths and Wormholes in Evaporitic Sediments
Enllaç a la tesi: http://hdl.handle.net/10803/672177
Programa: ENGINYERIA DEL TERRENY
Departament: (DECA)
Modalitat: Normal
Data de lectura: 11/05/2021
Director/a de tesi: CARRERA RAMIREZ, JESUS | FERNANDEZ GARCIA, DANIEL
Tribunal:
PRESIDENT: RIVA, MONICA
SECRETARI: SANCHEZ VILA, FRANCISCO JAVIER
VOCAL NO PRESENCIAL: GOLFIER, FABRICE
VOCAL NO PRESENCIAL: COPTY, NADIM
VOCAL NO PRESENCIAL: LUQUOT, LINDA
Resum de tesi: La caracterización de los acuíferos evaporíticos para comprender mejor los procesos hidrodinámicos y geoquímicos es de gran importancia, especialmente en entornos donde tanto la sostenibilidad de ecosistemas únicos como los intereses económicos dependen de las características del acuífero. Este es el caso del núcleo evaporítico del Salar de Atacama (SdA), "motor" de esta tesis, que nos impulsa a perseguir dos objetivos principales. Primero, caracterizar el comportamiento hidráulico del núcleo del SdA, poniendo especial atención en la identificación de estructuras altamente conectadas (caminos de flujo preferente). En segundo lugar, contribuir al conocimiento sobre el desarrollo de zonas de flujo preferente causadas por procesos de disolución (es decir, la dinámica de los agujeros de gusano, comúnmente llamados wormholes) y los correspondientes cambios en el comportamiento del flujo y del transporte.Como primer paso, nos enfocamos en la interpretación de ensayos hidráulicos para la caracterización de los acuíferos. El método de Agarwal para la interpretación de pruebas de recuperación se seleccionó como adecuado para analizar la respuesta del acuífero del SdA a las perturbaciónes impuestas para la estimación de las propiedades hidráulicas. Así, validamos el método en condiciones ideales y no ideales y exponemos sus limitaciones. Estas últimas se superaron modificando la metodología existente y proponiendo un nuevo tiempo equivalente para hacer frente a los caudales de bombeo variables.Al mismo tiempo, realizamos una prueba hidráulica de larga duración en el núcleo de SdA. La complejidad de la dinámica del sistema destacó la necesidad de buscar una metodología diferente para la caracterización de los acuíferos. Terminamos desarrollando un nuevo método de filtrado y corrección mediante el cual se realizó la caracterización del acuífero. El método implica estimar los decensos, corregidos de eventuales errores sistemáticos y estructurales, para ser utilizados como observaciones mientras se calibra automáticamente un modelo de agua subterránea.Una vez validado el nuevo método, lo aplicamos, junto con la inversión estocástica, para caracterizar el núcleo del SdA en términos de variabilidad espacial de la conductividad hidráulica a gran escala, con especial atención a la identificación de estructuras de conectividad. Los resultados mostraron que estas estructuras gobiernan realmente la dinámica del flujo a gran escala. Su identificación se apoyó en información independiente, que se utilizó para verificar la consistencia de los resultados, o sea la capacidad de la inversión estocástica para definir zonas deflujo preferente a gran escala.Finalmente, pasamos a un análisis de escala intermedia, realizando un experimento de laboratorio en condiciones controladas. Realizamos un experimento de disolución, junto con varias pruebas de trazadores, para estudiar la evolución de un patrón de disolución caracterizado por wormholes dominantes. Analizamos la evolución de la dinámica de los wormholes, con especial atención al crecimiento de los wormholes, los cambios en las propiedades hidráulicas, la geometría y la competencia por el flujo. Además, al interpretar las pruebas de trazadores pudimos cuantificar el efecto que estas estructuras tienen sobre el comportamiento hidráulico y de transporte. Para eso, aplicamos el modelo de dispersión de advección múltiple, considerando dos enfoques: ajustando los BTC medidos con parámetros de transporte efectivos y prediciendo la evolución de los BTC a través un modelo de wormholes discreto, aplicado conociendo la geometría del sistema y los parámetros de transporte de la matriz no disuelta. Ambos enfoques son capaces de reproducir los datos experimentales, destacando la capacidad de caracterizar el sistema. Los resultados demuestran también el alto poder predictivo del modelo de wormholes discreto.
2020
Mathematical formulations of water mixing for reactive transport through heterogeneous media
Autor/a: SOLER SAGARRA, JOAQUIN
Programa: INGENIERÍA DEL TERRENO
Departamento: (DECA)
Modalidad: Embargo temporal
Fecha de lectura: 28/07/2020
Mención de Doctor Internacional: No
Director/a de tesis: CARRERA RAMIREZ, JESUS
Abstract
The study of transport of reacting solute through aquifers is relevant in many engineering fields. Reactive transport (RT) is complex because it consists of two phenomena, solute transport and chemical reactions, both of which are affected by heterogeneity. Because of this complexity, RT is solved by using numerical methods obtained from mathematical formulations. This thesis seeks to improve these mathematical formulations for RT and, specifically, to (a) provide a formulation that recognizes the heterogeneity of transport and chemistry at different scales and (b) improve the algorithms to solve RT.
The thesis proposes using water exchange to describe mixing, which controls fast chemical reactions. This choice leads to a family of formulations. The Water Mixing Approach (WMA) is initially proposed as an efficient formulation equivalent tothe Advection Dispersion equation (ADE). Multi-Rate Water Mixing (MRWM) is employed to account explicitly for chemical heterogeneity. Finally, the Multi-Advective Water Mixing Approach (MAWMA) allows distinguishing between dispersion, driven by hydraulic heterogeneity, and mixing, driven by both hydraulic heterogeneity and diffusion. In all these formulations, the entire transport phenomenon may be modeled as water processes. This implies that solute concentration becomes an attribute of water, exclusively relevant for chemical phenomena that become decoupled from transport. The accuracy of these formulations is tested in several cases
DEL VAL ALONSO, LAURA: Advancing in the characterization of coastal aquifers. A multimethodological approach based on fiber optics distributed temperature sensing
Programa: ENGINYERIA DEL TERRENY
Departament: (DECA)
Modalitat: Embargament temporal
Data de lectura: 03/06/2020
Menció de Doctor Internacional: Sí
Director/a de tesi: FOLCH SANCHO, ALBERT | SAALTINK, MAARTEN WILLEM
Programa: ENGINYERIA DEL TERRENY
Departament: (DECA)
Modalitat: Embargament temporal
Data de lectura: 03/07/2020
Menció de Doctor Internacional: No
Director/a de tesi: VÁZQUEZ SUÑÉ, ENRIC | OLIVELLA PASTALLE, SEBASTIAN
Programa: ENGINYERIA DEL TERRENY
Departament: (DECA)
Modalitat: Embargament temporal
Data de lectura: 09/07/2020
Menció de Doctor Internacional: Sí
Director/a de tesi: CARRERA RAMIREZ, JESUS | LUQUOT, LINDA
Enllaç a la tesi: http://hdl.handle.net/10803/669586
Programa: ENGINYERIA DEL TERRENY
Departament: (DECA)
Modalitat: Normal
Data de lectura: 28/07/2020
Menció de Doctor Internacional: No
Director/a de tesi: CARRERA RAMIREZ, JESUS | SAALTINK, MAARTEN WILLEM
Lagrangian modeling of reactive transport in heterogeneous porous media
- Autores: Guillem Solé Marí
- Directores de la Tesis: Daniel Fernández García (dir. tes.), Xavier Sánchez Vila (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2020
- Resumen
Fluid flow, solute transport, and chemical reactions in porous media are highly relevant for multiple applications and in several fields of knowledge. Aquifers are a typical example of porous media, but many others exist, like for instance biological tissues or wastewater treatment filters. Modeling and simulation of transport processes in porous media can be done through Lagrangian methods, which have certain advantages with respect to classical Eulerian methods. Among these advantages, a key one is that the solution of the advective transport term does not generate any numerical dispersion or instabilities, not even in those cases that are strongly dominated by advection, as opposed to what happens with classical Eulerian methods. However, the incorporation of chemical reaccions in the Lagrangian modeling context involves additional challenges and considerations with respect to conservative transport modeling. In this thesis, which is presented as a compendium of publications, new techniques are developed for modeling reactive transport of solutes in porous media from a Lagrangian perspective. Throghout the thesis, two different types of numerical particles are studied: mass-particles and fluid-particles. In both cases, continuum-scale dispersion (or at least part of it) is represented by random walks of numerical particles. Also in both cases, reactive transport simulations require interaction between nearby particles, either for directly computing reactions (when mass-particles are used) or for exchanging solutes (in the fluid-particle case). For this reason, a large part of this thesis revolves around the study of kernel functions, whose purpose is to mathematically represent the support volume of (and interaction between) particles. In this thesis it is shown that these functions, optimized using statistical theories of Kernel Density Estimation (KDE), may be used to simulate all kinds of nonlinear reactions with the mass-particle method known as Random Walk Particle Tracking (RWPT). Then, a new approach is developed for locally optimizing the particles' support volume (represented by the kernel bandwidth), such that it adapts its size and shape in time and space to minimize error. Thereafter, this technique is implemented in a hybrid manner in combination with a spatial discretization (binning) to improve its computational efficiency and to allow the incorporation of boundary conditions. Regarding fluid-particles, in this thesis it is shown that two methods that exist in Lagrangian modeling literature (Smoothed Particle Hydrodynamics or SPH, and Mass Transfer Particle Tracking) are mathematically equivalent, and they only differ in the choice of kernel used for the solute exchange between particles, which simulates dispersive transport. Finally, a novel Lagrangian fluid-particle method is developed, with an algorithm based on Multi-Rate Interaction by Exchange with the Mean (MRIEM), which enables to account for local-scale concentration fluctuation effects, as well as their generation, transport and decay. The method is shown capable of reproducing experimental results of reactive transport in a porous medium with locally mixing-limited conditions.
2019
Título: Upscaling mixing-limited chemical reactions from pore to continuum scale using the dispersive lamella concept.
Programa: INGENIERÍA DEL TERRENO
Departamento: (DECA)
Modalidad: Normal
Fecha de lectura: 17/05/2019
Mención de Doctor Internacional: No
Director de tesis: DENTZ, MARCO | HIDALGO GONZÁLEZ, JUAN JOSÉ
Tribunal:
PRESIDENT: FERNANDEZ GARCIA, DANIEL
SECRETARI: JIMENEZ MARTINEZ, JOAQUIN
VOCAL: LUQUOT, LINDA
Resumen de tesis: Los modelos de transporte reactivo son una herramienta importante para el analisis de procesos físicos y quimicos en los sistemas terrestres. Los procesos de transporte reactivo observados en medios porosos heterogeneos muestra un comportamiento diferente al de las leyes de transporte para medios homogeneos. Los acuiferos exhiben heterogeneidades a todas las escalas, lo que lleva a dinamicas de transporte y reaccion que no pueden explicarse mediante modelos de transporte reactivo tradicionales basados en la ecuacion adveccion-dispersion-reaccion (ADRE). La discrepancia de este comportamiento se remonta a la naturaleza no uniforme de los campos de velocidad de flujo, a complejas distribuciones de concentracion y al grado de mezcla entre los reactivos. La contribucion de estos factores es clave para proporcionar predicciones precisas de las reacciones quimicas. Por lo tanto, la caracterizacion completa de las reacciones quimicas requiere que los modelos determinen los mecanismos basicos que gobiernan la dinamica de mezcla y reaccion. En esta tesis, presentamos una metodologia para la simulacion de reacciones quimicas. La metodologia propuesta es un ¿random walk particle tracking¿ (RWPT) acoplado a reacciones que simula reacciones quimicas bimoleculares, y es equivalente a la ADRE. Las reacciones entre particulas estan determinadas por una probabilidad de reaccion basada en el coeficiente de velocidad de reaccion, el numero total de particulas y el radio de interaccion que describe un volumen de mezcla completa en el que todas las particulas tienen la misma probabilidad de reaccionar. El RWPT se valida frente a soluciones analiticas para diferentes escenarios de flujo con cineticas lentas y rapidas. Ademas estudiamos el impacto del grado de mezcla entre las diferentes especies quimicas y su papel en el comportamiento global de la reaccion. Primero consideramos un desplazamiento reactivo en un flujo de Poiseuille a traves de un canal de poro. Y observamos la sobreestimacion de la eficiencia global de reaccion mediante el uso del coeficiente de dispersion de Taylor en tiempos preasintoticos. Observamos el grado de mezcla de los reactivos en un medio poroso sintetico. Los resultados muestran que las predicciones macroscopicas que utilizan el coeficiente de dispersion hidrodinamica sobreestiman la cantidad de reaccion. Ademas, analizamos el transporte reactivo en un experimento de laboratorio, donde encontramos que la cantidad de reaccion se ve afectada por la cantidad de mezcla debida a la difusion, la cantidad de mezcla debida a la extension de la interfaz y el grado de heterogeneidad del campo de flujo. La contribucion de estos factores induce que la estimacion de la masa total del producto de reaccion por parte de la ADRE falle. Para caracterizar la mezcla incompleta y proporcionar una relacion explicita entre la deformacion del fluido y su impacto en la evolucion temporal de la reactividad quimica, desarrollamos el metodo de la lamela dispersiva basado en el concepto de dispersion efectiva que predice con precision la evolucion de la masa total del producto de la reaccion. El metodo capta el impacto de la deformacion de la interfaz y la coalescencia difusiva. Usando esta metodologia, cuantificamos el impacto de las heterogeneidades de flujo en el grado de mezcla de reactivos en un canal de poro, donde observamos tres regimenes temporales basados en la tasa de produccion de la masa del producto. La prediccion de las lamelas dispersivas capturan la cinetica de la reaccion en el medio poroso sintetico estudiado. Los resultados revelan que la reaccion esta controlada por la interfaz de mezcla entre los reactivos. En la visualizacion experimental a escala de poro, los resultados de las lamelas dipersivas muestran que la reaccion esta controlada por la interfaz de mezcla deformada en los primeros tiempos, y para la fusion de la digitacion en los ultimos tiempos.
Título: Assessment of a groundwater system under global change scenarios: the case of Kwale (Kenya)
Programa: INGENIERÍA DEL TERRENO
Departamento: (DECA)
Modalidad: Embargo temporal
Fecha de lectura: 18/07/2019
Mención de Doctor Internacional: No
Director de tesis: FOLCH SANCHO, ALBERT
Tribunal:
PRESIDENT: COMTE, JEAN-CHRISTOPHE
SECRETARI: PÉREZ FOGUET, AGUSTÍ
VOCAL: MAS PLA, JOSEP
Resumen de tesis: Un dels principals impulsors del global és el canvi climàtic caracteritzat per un augment en el nombre i la durada dels períodes de sequera. El creixement poblacional és un altre factor rellevant que implicarà una major pressió sobre els processos naturals. Aquest augment de població, produirà un increment en la demanda i en la competència. Els efectes del canvi global en els recursos hídrics s¿han d'explorar en detall, especialment en els països en vies de desenvolupament. L'objectiu principal d'aquesta tesi és desenvolupar, combinar i integrar diferents tipus d'eines hidrogeològiques, episodis climàtics i variables socials, per tal d¿entendre més bé els efectes del canvi global a l'Àfrica subsahariana. Per fer-ho, l'aqüífer costaner de Kwale (Kenya) s'ha pres com a referència, ja que és un exemple on les comunitats locals comparteixen els recursos d'aigua subterrània juntament amb noves activitats com la mineria, l'agricultura i el turisme. L'objectiu final és entendre els riscos i impactes en aquest context per tal de millorar la gestió dels recursos hídrics en benefici dels més pobres. L'aqüífer s'ha caracteritzat mitjançant la integració de transsectes geofísics, dades hidroquímiques i isotòpiques, i dades sobre el nivell de l'aigua subterrània. S'han caracteritzat els principals problemes de qualitat de les aigües subterrànies, la contaminació per bacteris fecals (E. coli). S'han analitzat estadísticament diverses variables qualitatives i quantitatives com la geologia, hidrologia, geoquímica, factors de risc sanitari, tipus de pou per a estudiar la seva correlació amb la concentració d'E coli. L¿altre problema és la intrusió salina, de manera que s'han desenvolupat models geoquímics amb el programa PHREEQC. S'ha determinat la sostenibilitat de les aigües subterrànies sota un nou patró d'extracció per part dels usuaris. Aquesta ha estat avaluada durant la sequera La Niña 2016/17. A més, un model numèric de flux ha integrat tota la informació disponible i s¿ha utilitzat com a eina per estudiar com el canvi global pot afectar a l¿aqüífer. S'ha definit un nou índex i aquest s'ha provat en l'àrea d'estudi per a intentar definir el risc de que una llar en concret no tingui accés a l'aigua potable (en termes de quantitat o qualitat). L¿aqüífer és un sistema multicapa format per un aqüífer superficial i profund. L¿estadítica indica que baixos valors d'Eh, una columna d'aigua reduïda i àrees amb infiltració ràpida, són els principals factors relacionats amb la presència de bacteris. Els models geoquímics assenyalen que la intrusió d¿aigua marina tendeix augmentar la dissolució de la calcita. L'efecte principal de La Niña ha sigut una reducció de la recàrrega del 69 % en comparació amb un any amb una mitjana anual de precipitació, i una disminució del nivell en el 86 % dels pous superficials mesurats. S'ha estimat que l'explotació futura augmentarà al voltant d'un 85 % en comparació amb el volum actual. Malgrat la disminució dels nivells durant els períodes secs prolongats i l'increment de l'extracció, un període sec seguit d'un període humit condueix a una recuperació relativament ràpida del sistema. Una altra aplicabilitat del model numèric ha estat utilitzar els resultats d'aquests escenaris futurs juntament amb dades de llars per provar el nou índex. L¿index ajuda a comprendre l'efecte del canvi global en les llars sota un "estat transitori" en lloc d'un "estat estacionari". La present tesi contribueix al coneixement hidrogeològic en un context que representa gran part d'Àfrica oriental. S'han presentat diferents eines per estudiar aquests sistemes que tenen una comprensió limitada. Es mostra la importància d'integrar les dades hidrogeològiques dels usuaris d'una zona i la utilització de fonts alternatives d'informació.
Título: An approach for hydrogeological data management, integration and analysis. Plataforma de Gestió i Anàlisi de dades geològiques e hidrogeològiques a la ciutat de Barcelona.
Enlace a la tesis: http://hdl.handle.net/10803/666507
Programa: INGENIERÍA DEL TERRENO
Departamento: (DECA)
Modalidad: Normal
Fecha de lectura: 08/03/2019
Director de tesis: VÁZQUEZ SUÑÉ, ENRIC | VELASCO MANSILLA, DOMITILA VIOLETA
Tribunal:
PRESIDENT: LANTADA ZARZOSA, MARIA DE LAS NIEVES
SECRETARI: BRUGNACH, MARCELA
VOCAL: GARCÍA ALCARAZ, MARÍA DEL MAR
Resumen de tesis: Les dades recopilades i generades per realitzar un model conceptual hidrogeològic sovint s'emmagatzemen en diferents escales i formats (e.g., mapes, fulls de càlcul o bases de dades). Aquest volum de dades en continu creixement requereix d'eines i metodologies que millorin la seva compilació i gestió per al seu posterior anàlisi. Les contribucions realitzades en aquesta tesi son: (i) proporcionar metodologies dinàmiques i escalables per migrar i integrar múltiples infraestructures de dades (infraestructures de dades espacials i no espacials, o la implementació d'eines TIC); (ii) obtenir un major rendiment de l'anàlisi hidrogeològic tenint en compte el seu context espacial; (iii) proporcionar eines específiques per analitzar processos hidrogeològics i obtenir paràmetres hidràulics que tenen un paper clau en els estudis d'aigües subterrànies; i (iv) difondre software de codi lliure i de fàcil accés que permeti l'estandardització, gestió, anàlisi, interpretació i intercanvi de dades hidrogeològiques amb un model numèric dins d'una única plataforma de informació geogràfica (SIG). S'ha dissenyat una metodologia dinàmica i escalable per harmonitzar i estandarditzar múltiples conjunts de dades de diferents orígens, o bé per connectar aquestes infraestructures de dades amb eines TIC. Aquesta metodologia pot ser implementada en qualsevol tipus de procés de migració i integració de dades (DMI), per a desenvolupar infraestructures de dades espacials i no espacials, o bé per implementar eines TIC a les infraestructures de dades existents per a anàlisi addicionals; millorant així la governança de les dades. Un major rendiment per obtenir els paràmetres hidràulics de l'aqüífer s'adreça des del desenvolupament d'una eina SIG. La interpretació dels assaigs de bombament dins del seu context espacial, pot reduir la incertesa del seu anàlisi amb un coneixement precís de la geometria i els límits de l'aqüífer. Aquest software dissenyat per recopilar, administrar, visualitzar i analitzar els assaigs de bombament en un entorn GIS, dóna suport a la parametrització hidràulica dels models de flux i transport d'aigües subterrànies. Per millorar la quantificació dels paràmetres hidràulics, es va realitzar una compilació, revisió i anàlisi de la conductivitat hidràulica basada en metodologies de mida de gra. Posteriorment, s'ha considerat i discutit la incertesa d'aplicar aquests mètodes en una escala major comparant els resultats de la millora d'escala amb les proves de bombament. Finalment, es presenta una eina SIG lliure, de codi obert i de fàcil aplicació. Aquesta nova generació d'eines SIG pretenen simplificar la caracterització de les masses d'aigua subterrània amb el propòsit de construir models conceptuals ambientals rigorosos. A més, aquesta eina permet estandarditzar, gestionar, analitzar i interpretar dades hidrogeològiques i hidroquímiques. Donat que la seva arquitectura és de codi lliure i obert, es pot actualitzar i ampliar segons les aplicacions personalitzades que cada usuari requereixi.
Título: Laboratory Experiments to Evaluate the Joint Effect Between Heterogeneity and head fluctuation on mixing, effective porosity and tailing
Enlace a la tesis: http://hdl.handle.net/10803/667021
Programa: INGENIERÍA CIVIL
Departamento: (DECA)
Modalidad: Normal
Fecha de lectura: 30/05/2019
Mención de Doctor Internacional: Sí
Director de tesis: CARRERA RAMIREZ, JESUS | FERNANDEZ GARCIA, DANIEL
Tribunal:
PRESIDENT: LE BORGNE, TANGUY
SECRETARI: SANCHEZ VILA, FRANCISCO JAVIER
VOCAL: POOL RAMIREZ, MARIA
VOCAL: ELORZA TENREIRO, FRANCISCO JAVIER
VOCAL: SAALTINK, MAARTEN WILLEM
Resumen de tesis: El transporte en un medio heterogéneo sometido a fluctuaciones temporales del campo de velocidades que esta siendo objeto de varias investigaciones, ya que los flujos de agua subterránea varía naturalmente en el tiempo y por qué es intuitivo que las fluctuaciones temporales de la velocidad deberían mejorar la mezcla y dispersión del soluto. La mezcla se reconoce cada vez más como el proceso crítico para comprender y modelar el transporte reactivo. Sin embargo, como la mezcla está altamente influenciada por la variabilidad espacial de la velocidad y depende no linealmente de las concentraciones, su caracterización por ahora esta lejos de ser la óptima. La visualización de un trazador en el laboratorio a alta resolución espacial y temporal puede ayudar a avanzar en el estudio de los procesos de mezcla. Sin embargo, los bordes irregulares de los granos de arena, las fluctuaciones en la iluminación y el brillo no uniforme contribuyen a producir imágenes con ruido en las concentraciones que normalmente no se pueden usar para estimar directamente la mezcla a escala local. Presentamos una nueva metodología para visualizar los valores locales de la mezcla a partir de imágenes con el ruido proveniente de trazadores ópticos basados en un algoritmo de regresión no paramétrico. Ésta se utiliza para proporcionar una visualización de la dinámica de la mezcla que se produce en un experimento con un trazador óptico realizado en un acuífero heterogéneo construido en laboratorio que consta de dos materiales con contraste en sus propiedades hidráulicas. Los resultados muestran que el método es capaz de proporcionar imágenes óptimas de la mezcla de alta calidad incluso en zonas donde se localizan los bordes de materiales complejos como entre cuerpos de arena diferente en los problemas de transporte, la dispersividad controla la mezcla. Comprender el comportamiento de este parámetro permitiría caracterizar la mezcla. Caracterizar este parámetro es complejo debido a la heterogeneidad y las fluctuaciones espaciales y temporales, de hecho una cantidad de suposiciones son requeridas para hacer manejable el problema. Sorprendentemente, los resultados van en direcciones opuestas. Todos coinciden en que las fluctuaciones de la velocidad transversal a la dirección media del flujo mejoran la dispersión transversal. Los investigadores generalmente están de acuerdo en que los efectos de las fluctuaciones de la velocidad sobre la dispersión longitudinal son mucho más pequeños que en la dispersión transversal. Pero ellos han encontrado que disminuye. Otros que aumenta, otros que permanece sin cambios. Por esta razón, presentamos un experimento especícamente dirigido a evaluar el efecto de las fluctuaciones temporales de la velocidad en el transporte a través de un medio heterogéneo y, especícamente, en la dispersión, la porosidad móvil y las colas. Los resultados muestran que las fluctuaciones en los flujos pueden mejorar la mezcla transversal y la porosidad móvil. Estos fenómenos transfieren más masa al frente de la pluma, que ahora es más móvil en las inclusiones de baja permeabilidad. Como resultado, el coeficiente de macrodispersión longitudinal aparente aumenta sustancialmente debido a las fluctuaciones del flujo. Los experimentos determinaron que el efecto de las fluctuaciones de flujo es máximo cuando el número de kubo está cerca de uno. Los acuíferos costeros son zonas complejas debido a las influencias que se tiene entre de la heterogeneidad, las fuerzas de las aguas subterráneas continentales y las oscilaciones oceánicas. Esta interacción produce una hidrodinámica compleja que afecta la ubicación, la forma y la extensión de la zona de dispersión. Sin embargo, los resultados hasta la fecha son algo contradictorios. Realizamos experimentos de intrusión marina en una caja de arena heterogénea sujeta a oscilaciones en el flujo de agua subterránea.
2018
Título: Physical, geochemical and microbial parameters driving the improvement of water quality in Managed Aquifer Recharge
Programa: INGENIERÍA DEL TERRENO
Departamento: (DECA)
Modalidad: Embargo temporal
Fecha de lectura: 16/11/2018
Mención de Doctor Internacional: No
Director de tesis: FOLCH SANCHO, ALBERT | SANCHEZ VILA, FRANCISCO JAVIER
Tribunal:
PRESIDENT: SCHÜTH, CHRISTOPH
SECRETARI: PUIGAGUT JUAREZ, JAUME
VOCAL: MENCIO DOMINGO, ANNA
Resumen de tesis: La demanda d?aigua arreu del món es preveu que continuarà augmentant a causa de l'increment de la població i el seu desenvolupament. El canvi climàtic, a més, suposarà un agreujant, ja que es preveu que alterarà la periodicitat i intensitat de les precipitacions arreu. Tot aquest marc fa que la gestió sostenible dels recursos hídrics esdevingui tot un repte, especialment durant possibles episodis de sequera. La recàrrega induïda dels aqüífers representa uns solució vàlida per emmagatzemar aigua al subsol, i per tant, assolir alguns dels reptes que la gestió de recursos hídrics presenta. La present tesi doctoral té com a objectiu l?estudi de processos microbiològics, biogeoquímics i físics relacionats amb les basses de recàrrega. Tot aquest coneixement ha permès detectar molts dels aspectes que afecten el correcte funcionament d?aquestes infraestructures, construint les bases per a poder optimitzar-ne el funcionament. S'han triat dos emplaçaments de recàrrega induïda a la Conca del Riu Llobregat com a marc d'investigació. La primera part de la tesi s'ha efectuat al sistema de recàrrega de Sant Vicenç dels Horts (Barcelona), on hi ha instal·lada una barrera reactiva que afavoreix la degradació de contaminants emergents. Allà, s?ha investigat el paper de les comunitats microbianes mitjançant un estudi de patrons microbiològics comparant dos escenaris diferents. S?ha avaluat la contribució de les comunitats microbianes sota els efectes prolongats de la recàrrega i amb la bassa parada. Aquest estudi confirma que els efectes de la recàrrega sobre la diversitat microbiana es podrien assimilar als predits per la Hipòtesi de la Pertorbació Intermèdia. Així mateix, la seqüenciació de les bandes més prominents ha revelat que les espècies principals de microorganismes que es trobaven sota els efectes de la recàrrega tenien capacitats degradatives. A continuació s?ha efectuat un estudi estadístic multivariant, englobant variables de tipus hidroquímic, de mida i distribució de gra en sòls, de tipus operacional i microbiològiques. S?han identificat doncs, les variables més rellevants que afecten les poblacions microbianes. A més, s?han detectat correlacions entre algunes variables hidroquímiques i espècies com ara desnitrificants o metanòtrofes. La segona part de la tesi ha estat emmarcada en el sistema de recàrrega de Castellbisbal (Barcelona). Aquest sistema inclou també una bassa d?infiltració, però sense l?efecte d?una capa reactiva. A Castellbisbal s?han estudiat els processos redox en tot el perfil d?infiltració, des de l?aigua d?infiltració fins a la zona saturada de sota la bassa, passant per la zona no saturada. Tot aquest perfil es va monitoritzar i es van dur a terme quatre campanyes de mostreig durant l?any sencer que ha durat l?estudi. La monitorització ha permès obtenir resultats d?evolució de potencial redox a diferents profunditats, de la temperatura i de tots els paràmetres d?operació (nivells, cabals i taxa d?infiltració). Les campanyes de mostreig han permès caracteritzar hidroquímicament les mostres així com també caracteritzar l?origen de la matèria orgànica present. La integració de tots aquests resultats, especialment pel que fa a la monitorització del potencial redox en el primer metre de sòl ha permès evidenciar la relació que tenen tots ells amb la colmatació al llit de la bassa. El model evidencia la importància de la temperatura en els paràmetres hidràulics. Partint d?aquesta base, s?han desenvolupat dos models biogeoquímics de tipus batch amb l?objectiu d?explicar els processos redox en dos escenaris estiu-hivern. Els models, a més, inclouen diferents fraccions de matèria orgànica dissolta: de caràcter làbil, recalcitrant i una tercera, d?immòbil. S?avaluen, doncs, els canvis en les taxes de degradació de la matèria orgànica a causa de les variacions de temperatura
Título: Subsurface as a bioreactor: Interaction between physical heterogeneity and microbial processes
Programa: INGENIERÍA AMBIENTAL
Departamento: (DECA)
Modalidad:
Fecha de lectura: 12/07/2018
Mención de Doctor Internacional: No
Director de tesis: ROMANÍ CORNET, ANNA M. | SANCHEZ VILA, FRANCISCO JAVIER
Tribunal:
PRESIDENT: SABATER COMAS, FRANCESC
SECRETARI: FERNANDEZ GARCIA, DANIEL
VOCAL: WEIGELHOFER, GABRIELLE
Resumen de tesis: Els sistemes d'infiltració són sistemes de tractament d?aigua on aquesta percola verticalment a través d?un medi porós mentre que una sèrie de processos biogeoquímics tenen lloc. Els biofilms són els principals responsables dels processos biogeoquímics que es donen en el medi porós degut a la seva habilitat per colonitzar sediments així com pel seu rol en la transformació de matèria orgànica i nutrients en sistemes aquàtics i ambients subsuperficials. Al mateix temps un creixement excessiu dels biofilms (bioclogging) en sistemes d?infiltració de sorres poden reduir significativament la capacitat d?infiltració d?aquestes sistemes limitant per tant els processos que s?hi donen. Un dels paràmetres influents en el funcionament d?aquests sistemes és la distribució granulomètrica del sediment ja que aquest determina els paràmetres hidrològics en sediments subsuperficials influenciant el creixement del biofilm així com les taxes dels processos d?eliminació de nutrients i matèria orgànica en fondària. Al mateix temps, la mida del sediment també pot influir en l?ocurrència i extensió del bioclogging. El principal objectiu d?aquesta tesis doctoral és estudiar la influència que tenen diferents distribucions granulomètriques sobre els processos biogeoquímics i sobre el bioclogging en fondària en sistemes d?infiltració de sorres utilitzats com a potencials tractaments terciaris per l?eliminació de matèria orgànica i nutrients en l?aigua. Per assolir aquest objectiu s?han dut a terme dos experiments d?infiltració: (a) un experiment de laboratori amb columnes reblertes de sediment creant 5 distribucions granulomètriques diferents i utilitzades com a sistemes d?infiltració (Capítol I) i (b) un experiment a l?aire lliure amb dipòsits omplerts de sediment creant 2 distribucions granulomètriques diferents (Capítol II i Capítol III). Els resultats d?aquesta tesi mostren com la distribució granulomètrica influencia l?establiment i creixement dels biofilms, les taxes dels processos biogeoquímics així com també el bioclogging en superfície i en fondària. D?acord amb això, sediments grollers (coarse system) permeten majors biomasses en fondària però no mostren eliminació de fòsfor, tot i que degut a majors càrregues d?entrada les taxes dels processos que s?hi donen són majors. La configuració granulomètrica de sediment groller a la capa superior i sediment fi a la capa inferior (coarse-fine system) promou l?acumulació de biomassa a la interfase dels dos sediments fet que resulta amb un hot-spot d?activitat microbiana. A més, promou l?acumulació de nutrients tot i estar formada per sediment groller, possiblement degut al fet que les velocitats del flux en aquest sistema són menors que les d?un sistema groller i per tant el temps de contacte entre l?aigua i el sediment augmenta promovent aquesta assimilació i adsorció de nutrients. L?establiment de biomassa en sediments fins (fine system) resulta en major bioclogging degut a menor porositat inicial en comparació amb sistemes amb sorra grollera a la superfície. Aquesta menor porositat resulta en menor espai disponible per colonitzar, i degut això el biofilm de la capa superior del sistema monocapa fi (fine system) podria assolir l?estat de maduresa abans que el sistema groller-fi (coarse-fine system), això juntament amb els menors fluxos en el sistema fi, afavoreix el despreniment del biofilm superficial i el transport d?aquest en fondària. L?acumulació d?EPS en fondària (degut a producció de bacteris vius o a transport des de capes superiors) és el principal causant de les variacions de la K en fondària (potencial de causar deep-clogging a la llarga). S'ha vist que sediments mixtes de sorres fines i grolleres (mixture system) i sistemes fi-groller (fine-coarse system) resulten en un funcionament similar a la del sediments fins assolint biomasses similars entr
Título: Mechanism and stochastic dynamics of transport in Darcy-scale heterogeneous porous media
Enlace a la tesis: http://hdl.handle.net/10803/620618
Programa: INGENIERÍA DEL TERRENO
Departamento: (DECA)
Modalidad: Normal
Fecha de lectura: 14/06/2018
Mención de Doctor Internacional: No
Director de tesis: DENTZ, MARCO
Tribunal:
PRESIDENT: CVETKOVIC, VLADIMIR
SECRETARI: SANCHEZ VILA, FRANCISCO JAVIER
VOCAL: WILLMANN, MATTHIAS
VOCAL: BIANCHI, MARCO
VOCAL: NEUWEILER, INSA
Resumen de tesis: El transporte de solutos en medios heterogéneos porosos exhibe comportamientos anómalos, que se caracteriza por rasgos que no pueden ser explicados en términos de modelos tradicionales basados en la ecuación de advección-dispersión con coeficientes efectivos constantes. Las características del transporte anómalo son el crecimiento temporal no lineal de la varianza de la concentración de soluto, los perfiles de densidad no gausianos y la curvas de llegada con colas pronunciadas. Entender y predecir el comportamiento del transporte en hidrología subterránea es crucial para aplicaciones ambientales e industriales, como la gestión de aguas subterráneas o la evaluación de riesgos en repositorios de residuos nucleares. La complejidad de estas tareas se debe a la heterogeneidad intrínseca en múltiples escalas de las formaciones geológicas y del gran número de grados de libertad. Por lo tanto, una descripción predictiva del transporte requiere un proceso de upscaling basado en propiedades medibles del medio y el flujo para el que los modelos time domain random walk (TDRW) y continuous time random walk (CTRW) proporcionan un marco adecuado. En esta tesis, se identifican los mecanismos que inducen transporte anómalo y se cuantifica su impacto en el transporte. Se proponen modelos de transporte parametrizados en términos de las propiedades del medio y el flujo. Entre los mecanismos que inducen comportamientos no fickianos, la heterogeneidad del flujo, relacionada con el desorden del medio, desempeña un papel fundamental. Por lo tanto, su impacto se estudia junto con los de otros mecanismos a lo largo de toda la tesis. Primero, se considera el atrapamiento de soluto debido a heterogeneidades físicas o químicas parametrizadas en términos de un ratio de atrapamiento constante y una distribución de tiempos de retorno. Se observan tres regímenes de transporte relacionados con las escalas temporales características del atrapamiento. A tiempos pequeños, el transporte está controlado por la advección hasta que las partículas comienzan a ser atrapadas. A continuación el incremento de la distancia entre partículas móviles e inmóviles origina un régimen superdifusivo que finalmente evoluciona hacia un régimen controlado por el atrapamiento. Después, se estudia el transporte en medios correlacionados en los que el movimiento de las partículas es descrito por un CTRW acoplado parametrizado según la distribución de velocidades del flujo y de las escalas espaciales. El desorden y la correlación generan comportamientos similares en los momentos del desplazamiento de las partículas, pero diferentes en las distribución de posiciones y de tiempos de llegada. A continuación, se estudia la relación entre flujo y transporte bajo diferentes condiciones de inyección, a través de las velocidades eulerianas y lagrangianas. La estadística lagrangiana evoluciona hacia un estado estacionario que depende de los modos de inyección. Se estudia la organización de las velocidades en flujos de Darcy y se desarrolla un CTRW para el transporte que se parametriza solo en términos de las propiedades del medio y del flujo. Este CTRW considera la no estacionariedad a través de modelos de velocidad markovianos. El impacto de la heterogeneidad advectiva se estudia considerando diferentes escenarios de desorden. Finalmente, se cuantifica el impacto de la difusión en medios heterogéneos estratificados considerando dos escenarios de heterogeneidad que se caracterizan respectivamente por velocidades y propiedades de retraso aleatorias. Estos mecanismos originan diferentes muestreos del desorden que generan procesos de transportes duales en tiempo y espacio. El transporte describe un Lévy flight correlacionado en el modelo de velocidades aleatorias y un CTRW correlacionado en el modelo de retraso.
Título: Modeling of reactive transport with particle tracking and kernel density estimators
Enlace a la tesis: http://hdl.handle.net/10803/462148
Programa: INGENIERÍA DEL TERRENO
Departamento: (DECA)
Modalidad: Normal
Fecha de lectura: 23/02/2018
Mención de Doctor Internacional: No
Director de tesis: FERNANDEZ GARCIA, DANIEL | SANCHEZ VILA, FRANCISCO JAVIER
Tribunal:
PRESIDENT: GUADAGNINI, ALBERTO
SECRETARI: SAALTINK, MAARTEN WILLEM
VOCAL: DENTZ, MARCO
Resumen de tesis: Random walk particle tracking methods son una familia de métodos computacionalmente eficientes para resolver problemas de transporte reactivo. Mientras que el número de partículas en las aplicaciones más realistas es del orden de 10 ^ 6 - 10 ^ 9, el número de moléculas reactivas incluso en sistemas diluidos podría ser del orden de las fracciones del número de Avogadro. Así, cada partícula representa en realidad un grupo de moléculas potencialmente reactivas. El uso de un número bajo de partículas puede resultar no sólo en pérdida de precisión, sino que también puede conducir a una reproducción inadecuada del proceso de mezcla, limitado por la difusión. Trabajos recientes han utilizado este efecto como una aproximación para modelar la mezcla incompleta en medios porosos. La principal contribución de esta tesis es proponer un modelo de transporte reactivo utilizando una KDE (Kernel Density Estimation) de las concentraciones que permite obtener los resultados esperados para una solución bien mezclada con un número limitado de partículas. La idea consiste en tratar cada partícula como una muestra extraída del conjunto de moléculas que representa; de esta manera, la localización real de una partícula seguida se ve como una muestra extraída de la función de densidad de la localización de moléculas representadas por esa partícula dada, rigurosamente representada por una función de densidad de núcleo. La probabilidad de reacción puede obtenerse combinando los granos asociados con dos partículas potencialmente reactivas. Demostramos que la desviación observada en las curvas de reacción frente a tiempo en experimentos numéricos reportados en la literatura podría atribuirse al método estadístico utilizado para reconstruir las concentraciones (soporte de partículas fijas) a partir de distribuciones de partículas discretas y no a la aparición de mezclas verdaderamente incompletas. Nuestros resultados muestran que los KDE son potentes herramientas para mejorar la eficiencia computacional y la robustez en simulaciones de transporte reactivo, e indica que la mezcla incompleta en sistemas diluidos debe modelarse basándose en modelos mecánicos alternativos y no en un número limitado de partículas. Motivados por este potencial, ampliamos el modelo KDE para simular la adsorción no lineal, que es un proceso relevante en muchos campos, como la fabricación de productos o la remediación de la contaminación en materiales porosos. Se muestra que el modelo propuesto es capaz de reproducir los resultados de las isotermas de Langmuir y Freundlich y de combinar las características de estos dos modelos clásicos de adsorción. En el modelo de Langmuir, basta con añadir un número finito de sitios de sorción de propiedades de sorción homogéneas y establecer el proceso como la combinación de las reacciones hacia adelante y hacia atrás, cada una de ellas con una reacción preespecificada tarifa. Para modelar la isoterma de Freundlich en su lugar, típica de las concentraciones de soluto de bajo a intermedio, es necesario asignar una constante de equilibrio diferente a cada sitio de sorción especificado, siempre que se extraigan de una distribución truncada de la ley de potencia. Ambos modelos no lineales se pueden combinar en un marco único para obtener un comportamiento observado típico para una amplia gama de valores de concentración. Por último, al clasificar las partículas en estados móviles e inmóviles y emplear probabilidades de transición entre estos dos estados, se tiene en cuenta la porosidad del sistema diluido en el modelo KDE. Las probabilidades de transición son controladas por dos parámetros que determinan implícitamente la porosidad. Los resultados de las simulaciones muestran un buen acuerdo con las soluciones analíticas de soluciones de mezcla completas e incompletas, independientemente del número de partículas.
2017
LEIDAS
Programa: INGENIERÍA DEL TERRENO
Departamento: (DECA)
Modalidad: Normal
Fecha de lectura: 22/09/2017
Calificación: Sobresaliente Cum Laude
Mención de Doctor Internacional: Sí
Director de tesis: SANCHEZ VILA, FRANCISCO JAVIER | FERNANDEZ GARCIA, DANIEL
Tribunal:
PRESIDENT: OR, DANI
SECRETARI: SAALTINK, MAARTEN WILLEM
VOCAL: PORTA, GIOVANNI MICHELE
Resumen de tesis: La major part dels microorganismes de la Terra es troben agrupats en biofilms. Aquestes comunitats microbianes poden proliferar a tot arreu on hi pugui existir vida, sempre que disposin de nutrients i d'una superfície on adherir-se. Alguns biofilms són beneficiosos per a la societat o pel funcionament dels ecosistemes, mentre que altres comporten problemes de salut, ecològics i econòmics. Una caracterització adequada de les dinàmiques microbianes pot ser útil per al disseny i la gestió d'un gran nombre d'aplicacions tecnològiques. La literatura conté nombrosos experiments i models que han contribuït a millorar la seva comprensió. No obstant això, les forces motrius que regulen la seva proliferació en sòls encara no estan ben enteses. Principalment, això és degut a la complexa interacció entre els components biològics, el sòl i les condicions ambientals. En primer lloc, els microorganismes lideren l'activitat biogeoquímica. En segon lloc, l'acumulació de biomassa en sòls altera les propietats hidràuliques d'aquests, tot modificant-ne la capacitat per transportar i retenir aigua i soluts. Per últim, els organismes disposen de mecanismes per combatre l'estrès ambiental. D'una banda, els biofilms ofereixen avantatges a les colònies que hi habiten, augmentant-ne la hidratació i l'eficiència del sistema digestiu. D'altra banda, alguns microbis es poden autoinduir un estat reversible d'inactivitat quan es troben en condicions desfavorables. L'estudi del conjunt de mecanismes que regulen aquests hàbitats defineix l'abast d'aquesta contribució científica. L'objectiu principal de la tesi és el desenvolupament d'un model utilitzat com a eina d'exploració per entendre els processos que succeeixen en sòls. Basat en evidències empíriques, aquest model inclou: (i) els principals compartiments que permeten copsar la complexitat dels biofilms, (ii) els mecanismes que regulen les dinàmiques microbianes a partir de condicions ambientals; i (iii) les interaccions que es donen entre els biofilms, les propietats hidràuliques del sòl i el medi. Aquest document s'estructura en cinc capítols. En el Capítol 1, es revisen les principals peculiaritats de la proliferació de comunitats microbianes i del seu impacte en els sòls. En el segon capítol, es descriuen dos experiments de laboratori, utilitzats per esbrinar les dinàmiques biogeoquímiques espaciotemporals en sòls sota condicions de recàrrega contínua o intermitent. Diferents mesures de biomassa i activitat biològica van mostrar una clara adaptació de la població microbiana a les circumstàncies ambientals. El Capítol 3 presenta un model mecanístic que permet estudiar l'impacte de la biomassa en les propietats hidràuliques de sòls amb saturació variable. El biofilm és representat per un aglomerat de cèl·lules bacterianes i substàncies polimèriques extracel·lulars (EPS), en forma de canals i que augmenta/disminueix el seu volum en funció de la succió. Es deriva i discuteix una nova solució analítica per a la corba de retenció i la permeabilitat. En el Capítol 4, aquestes definicions s'acoblen a un nou model de proliferació de biofilms multi-compartimental. El model resultant permet explorar el comportament microbià sota diferents condicions i també els mecanismes que controlen la resposta a l'estrès. Per aconseguir això, el model està equipat amb indicadors que permeten monitorar diversos factors ambientals i biològics i reaccionar en conseqüència. La generació d'EPS, la capacitat d'inactivació, la producció d'enzims extracel·lulars i el repartiment/reutilització dels recursos han demostrat ser de gran rellevància. Finalment, el Capítol 5 conté les conclusions més importants extretes durant el transcurs de la tesi. En general, el model és capaç de reproduir un nombre de processos d'alta complexitat. D¿aquesta manera, s'ha pogut millorar el coneixement sobre els principals mecanismes que regulen les dinàmiques microbianes i geoquímiques en sòls i el seu impacte en les propietats hidràuliques.
Título: GROUNDWATER MANAGEMENT IN THE PROXIMITY OF A MINE SITE: COBRE LAS CRUCES (SPAIN)
Autor: SCHEIBER PAGÈS, LAURA
Programa: INGENIERÍA DEL TERRENO
Departamento: (DECA)
Modalidad: Normal
Fecha de lectura: 09/06/2017
Calificación: Sobresaliente Cum Laude
Mención de Doctor Europeo/Internacional: No
Director de tesis: AYORA IBAÑEZ, CARLOS | VÁZQUEZ SUÑÉ, ENRIC
Tribunal:
PRESIDENT: CUSTODIO GIMENA, EMILIO
SECRETARI: GÓMEZ GONZÁLEZ, PALOMA
VOCAL: DELGADO MARTIN, JORGE
Resumen de tesis: El entorno natural en el que vivimos, se ve sometido, en mayor o menor medida, a la presión de la actividad humana, siendo el agua uno de los elementos más sensibles. Por esta razón, conscientes de esta situación, desde todos los foros (Administración, Empresas y stakeholders) se está imponiendo la práctica nuevos estándares impensables durante las décadas del desarrollo industrial, encaminados a lograr compatibilizar el medio ambiente y la Industrial (en especial, en esta tesis, la actividad minera). Un nuevo modelo de minería pretende lograr un equilibrio entre buenas prácticas ambientales y eficiencia, de forma que la producción está ligada al respeto ambiental. El acuífero Niebla-Posadas (NP) constituye uno de los recursos hídricos, dentro de la cuenca del Guadalquivir, que da apoyo a la agricultura tradicional de la zona y es la fuente de agua potable para varias poblaciones. En las últimas décadas, la competencia por este recurso se ha incrementado debido a la expansión de la agricultura de regadío y afectado a su vez por el desarrollo de la actividad minera con la apertura de la mina Cobre Las Cruces (CLC). CLC es una de las minas de cobre a cielo abierto más moderna e importante de Europa, donde se ha implementado unas metodologías de gestión de aguas pioneras dentro de la industria minera. Uno de los puntos fuertes de esta metodología es el Sistema de Drenaje y Reinyección (SDR) de las aguas subterráneas en el entorno de la actividad minera. El SDR permite drenar las aguas subterráneas antes de que puedan aflorar en la corta minera, mediante una serie de pozos construidos formando un anillo a su alrededor. Asimismo, estas aguas, una vez tratadas para cumplir los requerimientos ambientales exigidos, son reinyectadas al acuífero mediante otro conjunto de pozos que rodean los pozos de extracción. Las aguas subterráneas en las inmediaciones del CLC presentan mala calidad natural, de forma que resultan inapropiadas para su uso directo sin previo tratamiento. Las elevadas concentraciones naturales que algunos componentes presentaban, alertaron inicialmente a la opinión pública. No obstante, hoy ha podido demostrarse que esta no se debe a la actividad minera sino a procesos naturales. El objetivo principal de esta tesis es proporcionar una serie de herramientas que permitan mejorar la metodología de gestión de las aguas subterráneas en un entorno minero. Desarrollar este marco metodológico es de gran interés y puede constituir una herramienta de apoyo para la gestión sostenible y protección de los recursos hídricos subterráneos, en zonas afectadas por actividades mineras. La combinación de todos estos aspectos metodológicos se ha centrado y aplicado al caso CLC, lo que ha permitido: validar su uso conjunto con el fin de conocer y cuantificar los aspectos básicos de la hidrodinámica subterránea en un entorno minero complejo y definir las bases para una gestión sostenible de los recursos hídricos de la zona.
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Título: Water resources assessment in cold regions: the Upper Tuul River basin, Mongolia
Autor: DANDAR, ENKHBAYAR
Programa: INGENIERÍA DEL TERRENO
Departamento: (DECA)
Modalidad: Normal
Fecha de lectura: 21/06/2017
Calificación: Sobresaliente Cum Laude
Mención de Doctor Europeo/Internacional: No
Director de tesis: CARRERA RAMIREZ, JESUS | SAALTINK, MAARTEN WILLEM
Tribunal:
PRESIDENT: GIRÁLDEZ CERVERA, JUAN VICENTE
SECRETARI: OLIVELLA PASTALLE, SEBASTIAN
VOCAL: VÁZQUEZ SUÑÉ, ENRIC
Resumen de tesis: La extracción de agua subterránea crece en la mayoría de los países en desarrollo y representa un problema en Mongolia, donde los recursos de agua son limitados, están distribuidos de manera irregular, y la mayoría de las aguas superficiales se congelan en invierno. El agua subterránea representa la principal (del orden del 80%) fuente de suministro, lo que hace importante el cálculo de la recarga. El cálculo se complica en zonas frías por los cambios de fase y el permafrost, que cubre el 63% del país, y hace que los modelos convencionales de balance de agua en el suelo sean imprecisos. Hemos desarrollado un modelo de balance de agua y energía de dos compartimentos que incluye sublimación, congelación y fusión, así como la difusión de vapor como mecanismo de transferencia de agua y energía. También reconoce el efecto de la orientación de la pendiente sobre la radiación, que puede ser importante en zonas de montaña. Hemos aplicado este modelo a la Cuenca Alta del Río Tuul. Para incluir el efecto de los distintos tipos de suelo y vegetación, dividimos la cuenca en 12 zonas en función de la elevación, la orientación y la pendiente. Por otro lado, hemos tenido que corregir, en función de la altitud, los datos de precipitación y temperatura y humedad relativa del aire, solo disponibles en estaciones situadas en valles. Los resultados muestran que la recarga es relativamente alta y retrasada respecto al deshielo, ya que una parte se asocia a la fusión del hielo profundo, que ocurre mucho más tarde. Lo más importante es que la difusión de vapor desempeña un importante papel tanto en el balance energético como en el hídrico. Exceptuando algunos eventos de alta precipitación, la mayor parte de la recarga está asociada al flujo difusivo de vapor, que aporta no solo agua sino también energía para fundir el hielo profundo. La difusión de vapor es máxima al final de la primavera y principios del verano, cuando el suelo se calienta, favoreciendo la evaporación, pero el subsuelo permanece frío, lo que produce condensación. El gradiente térmico se invierte en otoño e invierno, pero no tanto el flujos de vapor porque las diferencias de presión de vapor disminuyen al bajar la temperatura. El flujo de calor latente descendente asociado a la difusión de vapor se compensa en gran medida por una conducción de calor hacia arriba, que es mucho mayor que en regiones templadas. El acuífero aluvial de Ulán Bator suministra agua a la ciudad y sufre la creciente demanda de agua. Para abordar esta inquietud, hemos construido un modelo numérico, que es un desafío, no sólo por la falta de datos, sino también porque el río se congela en invierno. Los ríos fluyen bajo el hielo gracias al agua subterránea, que aporta energía para impedir la congelación total del río, que desaparece cuando los niveles del agua subterránea se deprimen por bombeo. En la actualidad, el río sigue fluyendo bajo el hielo en ambos extremos del acuífero aluvial. El de aguas abajo, hacia el oeste, recibe la descarga del acuífero, mientras que en el extremo este recibe la descarga de acuíferos aguas arriba. Pero, en la parte central, el río está completamente congelado. De hecho, el lecho del río llega a secarse en Abril, probablemente debido a la sublimación y a que el agua derretida se infiltra. Si el bombeo del agua subterránea aumenta, ya sea en el acuífero aluvial de Ulán Bator o en los de aguas arriba, es probable que la parte del río que actualmente fluye también se seque o se congele completamente en invierno. Esto no será un problema importante desde un punto de vista cuantitativo, porque el almacenamiento del acuífero es suficiente para soportar el bombeo invernal, incluso si se aumenta, pero podría tener otras implicaciones ambientales y culturales. Por ello, sería deseable hacer estudios de detalle en ambos extremos del acuífero.
Título: Induced Seismicity in Enhanced Geothermal Systems: Assessment of Thermo-Hydro-Mechanical Effects
Autor: DE SIMONE, SILVIA
Programa: INGENIERÍA DEL TERRENO
Departamento: Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental (ECA)
Fecha de lectura: 29/03/2017
Calificación: Sobresaliente Cum Laude
Mención de Doctor Europeo/Internacional: No
Director de tesis: CARRERA RAMIREZ, JESUS | VILARRASA RIAÑO, VÍCTOR
Título: A reactive barrier to enhance the removal of emerging organic compounds during artificial recharge of aquifers through infiltration basins
Autor: VALHONDO GONZALEZ, CRISTINA
Programa: INGENIERÍA DEL TERRENO
Departamento: Departamento de Ingeniería del Terreno, Cartográfica y Geofísica (ETCG)
Fecha de lectura: 03/02/2017
Calificación: Sobresaliente Cum Laude
Mención de Doctor Internacional: Sí
Director de tesis: CARRERA RAMIREZ, JESUS | AYORA IBAÑEZ, CARLOS
2016
Title: A hydrogeological approach in urban underground infraestructures
- Author: ALEJANDRO SERRANO JUAN
- Speciality: Civil Enginyeering
- Date: July 2016
- Director: Enric Vàzquez-Suñé / Estanilao Pujades Garnes
Title: GIS Platform for management of shallow geothermal resources
- Author: MARIA DEL MAR GARCIA ALCARAZ
- Speciality: Civil EnginyieeringEnginyeria del Terreny
- Date: Marzo de 2016
- Director: Enric Vàzquez-Suñé /Violeta Velasco Mansilla
Título: Transport of water, vapour, heat and solutes in concrete for storing radioactive waste
- Author: M.CARME CHAPARRO SANCHEZ
- Speciality: Enginyeria del Terreny
- Date: Marzo de 2016
- Director: Maarten Saaltink/Josep M. Soler Matamala
Title: Assessment of groundwater recharge in urban areas
- Author: Maria Isabel Estefania Tubau Fernández
- Speciality:Enginyeria Civil
- Date: Febrer de 2016
- Director: Enric Vàzquez Suñé/Jesús Carrera Ramírez
2015
Title: Geochemical kinetics during CO2 sequestration: the reactivity of the Hontomín CAPROCK and the hydration of MgO
- Author: Davila, Gabriela
- Specialty: Ingeniería Civil
- Date:06/11/2015
- Director: SOLER MATAMALA, JOSEP MARIA/CAMA ROBERT, JORDI
Title: Criterios técnicos para la gestión de recursos geotérmicos someros en acuíferos urbanos.
- Author: Alejandro García Gil
- Date: 29/10/2015
- Directores: Dr. José A. Sánchez Navarro, Dr. Enric Vázquez Suñé, Dr. Antonio Pérez García
Title: Risk managment of complex aquifers contaminated by chemical mixtures : numerical tools and human health risk assessment
- Author: Henri, Christopher
- Date: 07/09/2015
- Director: Dr. Daniel Fernandez García
Title: Mixing and speciation algorithms for geochemical and reactive transport problems
- Author: Gaspari, Francesca
- Specialty: Ingeniería Civil
- Date: 30/04/2015
- Directores: SAALTINK, MAARTEN Y CARRERA RAMIREZ, JESUS
Title: Processes affecting the efficiency of limestone, aragonite and dolostone in passive treatments for AMD
- Author: Ofeddu, Francesco
- Specialty: Ingeniería Civil
- Date:30-10-2015
- Director: SOLER MATAMALA, JOSEP MARIA/CAMA ROBERT, JORDI
Title: Coupled heat and water flow dynamics in dry soils: application to a multilayer waste cover
- Author: Gran Esforzado, Meritxell
- Specialty: Ingeniería del Terreno
- Date: 27/05/2015
- Directores:SAALTINK, MAARTEN Y CARRERA RAMIREZ, JESUS
Title: Dissolution kinetics of C-S-H gel and durability of mortar
- Author: Trapote, Ana
- Specialty: Ingeniería Civil
- Date: January 2015
- Director: SOLER MATAMALA, JOSEP MARIA/CAMA ROBERT, JORDI
Title: Disolved CO2 effect on the reactivity of the Hontomín reservoir rocks
- Author: María García Rios
- Specialty: Ingeniería Civil
- Date: February 2015
- Director: CAMA ROBERT, JORDI , LUQUOT, LINDA, SOLER MATAMALA, JOSEP MARIA
2014
Title: Estimación de la recarga media anual de acuíferos: Aplicación al Baix Ebre
- Author: Espinosa, Sara
- Specialty: Ingeniería del Terreno
- Date: 29/09/2014
- Director: Emilio Custodio
Title: Estimation of aquifers hydraulic parameters by three different tecniques: geostatistics, correlation and modeling.
- Author: Barahona, Marco
- Specialty: Ingeniería del Terreno
- Date: 28/02/2014
- Director: SANCHEZ VILA, FRANCISCO JAVIER/FERNANDEZ GARCIA, DANIEL
2013
Title: Anomalous Dynamics of Darcy Flow and Diffusion Through Heterogeneous Media
- Author: Anna Russian
- Specialty: Ingeniería del Terreno
- Date: 1 of March de 2013
- Directores: Marco Dentz y Jesús Carrera
Title: Occurrence and fate of emerging contaminants in urban groundwater. A case study: Barcelona
- Author: Anna Jurado Elices
- Specialty: Ingeniería del Terreno
- Date: September 2013
- Directores: Enric Vazquez/Jesus Carrera
Title: A methodology to assess the combined effect of climate change and groundwater overexploitation over the Upper Guadiana basin, Spain
- Author: Gonzalo Sapriza
- Specialty: Ingenería del Terreno
- Date: 20 December 2013
- Director: Jesus Carrera/Jorge Jodar
Title: Interaction between groundwater and underground constructions
- Author: Estanislao Pujades
- Specialty: Ingeniería del Terreno
- Date: November 2013
- Directores: Enric Vazquez/Jesus Carrera
Title: Sediment- water interaction in a water reservoir affected by acid mine drainage: experimental and modeling.
- Author: Esther Torres
- Specialty: Ingeniería Civil
- Date: October 2013
- Director: Carlos Ayora
Title: Study of impacts on the vadose zone deriving from use of braksih inland aquifer desalted water
- Author: Javier Valdés
- Date: December 2013
- QUALIFICATION: Apto cum Laude
- Director: Lucila Candela
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Title: GIS-based hydrogeologica platform for sedimentary media
- Author: Domitila Violeta Velasco
- Specialty: Ingeniería del Terreno
- Date: 17/12/2013
- Director: Enric Vazquez
2012
Title: Thermo-Hydro-Mechanical Impacts Of Carbon Dioxide (Co2) Injection In Deep Saline Aquifers
- Author: Victor Vilarrasa Riaño
- Specialty:Ingeniería Civil
- Date: 20 of July de 2012
- Directores: Jesús Carrera
Title: Riego y fertilización nitrogenada en maíz: efecto sobre el rendimiento del cultivo y la contaminacion subterránea por nitratos
- Author: Ricard Poch
- Specialty: Eng. del Terreny
- Date: 2012
- QUALIFICATION: Apto
- Director: Lucila Candela
Title: Interaction Between Groundwater And Tbm (Tunnel Boring Machine) Excavated Tunnels
- Author: Jordi Font
- Specialty: Ingeniería del Terreno
- Date: 26 of September de 2012
- Directores: Enric Vàzquez / Jesús Carrera
Title: Tools and analysis of spatio-temporal dynamics in heterogeneous aquifers: Applications to artificial recharge and forced-gradient solute transport
- Author: Daniele Pedretti
- Specialty:Ingeniería del Terreno
- Date: 21 of December de 2012
- Directores: Xavier Sánchez Vila, Daniel Fernández García & Diogo Bolster
2011
Title: Modelling of post-closure behavior for municipal solid waste landfills: settlement and slope stability
- Author: Li Yu
- Specialty:Ingeniería del Terreno
- Date: 8 of July de 2011
- Directores: Jesús Carrera, Paco Batlle
Title: Effect of redox conditions on the fate of emerging organic micropollutants during artificial recharge of groundwater: batch experiments
- Author: Manuela Barbieri
- Specialty:Ingeniería del Terreno
- Date: 22 of July de 2011
- Directores: Jesús Carrera, Xavier Sánchez Vila, Carlos Ayora
Title: Assessment of nitrate leaching in an agricultural area (Sa Pobla, Majorca): experimental and modelling approaches. A regional analysis based on a GIS-numerical model coupling application
- Author: Kelly Wallis
- Programa: Eng. del Terreny
- Año: 2011
- QUALIFICATION: Apto cum-laude
- Director: Lucila Candela
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2010
Title: A Randomwalk Particle Tracking Methodology To Model Reactive Transport In Heterogeneous Porous
- Author: Adolfo Castro
- Specialty:Ingeniería del Terreno
- Date: 8 of January de 2010
- Director: Marco Dentz / Xavier Sánchez-Vila
Title: Aquifer recharge from intensively irrigated farmland. Several approaches
- Author: Joaquín Jiménez-Martínez
- Specialty:Ingeniería del Terreno
- Date: 6 of July de 2010
- Director: Lucila Candela
Title: Denitrification with pyrite for bioremediation of nitrate-contaminated groundwater
- Authora: Clara Torrentó Aguerri
- Specialty:Ingeniería del Terreno
- Date: 29 de October de 2010
- Directores Jordi Cama, Albert Soler, Jordi Urmeneta
Title: A Code For Multiphase Reactive Transport Modeling Of Concentrated Solutions Under Extreme Dry Conditions
- Author: Pablo Andrés Gamazo Rusnac
- Specialty:Ingeniería del Terreno
- Date: 20 de December de 2010
- Directores: Jesús Carrera, Maarten Saaltink
