Dpto. Proyectos e Ingeniería Rural - Landa Ingeniaritza eta Proiektuak Saila

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http://hdl.handle.net/2454/10459

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Accuracy of methods for field assessment of rill and ephemeral gully erosion
(Elsevier, 2006) Casalí Sarasíbar, Javier; Loizu Maeztu, Javier; Campo-Bescós, Miguel; Santisteban Comino, Luisa María de; Álvarez-Mozos, Jesús; Proyectos e Ingeniería Rural; Landa Ingeniaritza eta Proiektuak
To properly assess soil erosion in agricultural areas, it is necessary to determine precisely the volume of ephemeral gullies and rills in the field by using direct measurement procedures. However, little information is available on the accuracy of the different methods used. The main purpose of this paper is to provide information for a suitable assessment of rill and ephemeral gully erosion with such direct measurement methods. To achieve this objective: a) the measurement errors associated to three methods used for field assessment of channel cross sectional areas are explored; b) the influence of the number of cross sections used per unit channel length on the assessment accuracy, is analysed and; c) the effect of the channel size and shape on measurement errors is examined. The three methods considered to determine the cross sectional areas were: micro-topographic profile meter (1); detailed measurement of section characteristic lengths with a tape (2); measurement of cross section width and depth with a tape (3). Five reaches of different ephemeral gully types 14.0 or 30.0 m long and a set of six 20.4 to 29.4 m long rill reaches were selected. On each gully reach, the cross sectional areas were measured using the three above mentioned methods, with a separation (s) between cross sections of 1 m. For rills, the cross sectional areas were measured with methods 1 and 3, with s= 2 m. Then, the corresponding total erosion volumes were computed. The volume calculated with method 1 with s= 1 m for gullies and s= 2 m for rills was taken as the reference method. For each channel, and for each one of the possible combinations of s and measurement method (m), the relative measurement error and the absolute value of the relative measurement error (Ersm and |Ersm| ), defined with respect to the reference one, was calculated. |Ersm| much higher than 10% were obtained very easily, even for small s values and for apparently quasi prismatic channels. Channel size and shape had a great influence on measurement errors. In fact, the selection of the more suitable method for a certain gully shape and size seemed to be much more important than s, at least when s< 10 m. Method 1 always provided the most precise measurements, and its results were the less dependent on s. However, s must be <5 m to guarantee an error smaller than 10%. Method 2 is not recommended, because it is difficult, time consuming and can lead to large errors. Method 3 seems to be enough for small, wide and shallow gullies, and for small rills, but only if s is shorter than 5 m. Results obtained after the analysis of rill measurement errors were similar to those of gullies. The analysis of Ersm and |Ersm| when calculating channel volumes using a unique representative cross section highlighted the importance of correctly selecting the adequate cross section. Due to the high error values that this method can entail, it is not considered as advisable whenever accurate erosion measurements are pursued.
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The added value of stratified topographic correction of multispectral images
(MDPI, 2016) Sola Torralba, Ion; González de Audícana Amenábar, María; Álvarez-Mozos, Jesús; Proyectos e Ingeniería Rural; Landa Ingeniaritza eta Proiektuak; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
Satellite images in mountainous areas are strongly affected by topography. Different studies demonstrated that the results of semi-empirical topographic correction algorithms improved when a stratification of land covers was carried out first. However, differences in the stratification strategies proposed and also in the evaluation of the results obtained make it unclear how to implement them. The objective of this study was to compare different stratification strategies with a non-stratified approach using several evaluation criteria. For that purpose, Statistic-Empirical and Sun-Canopy-Sensor + C algorithms were applied and six different stratification approaches, based on vegetation indices and land cover maps, were implemented and compared with the non-stratified traditional option. Overall, this study demonstrates that for this particular case study the six stratification approaches can give results similar to applying a traditional topographic correction with no previous stratification. Therefore, the non-stratified correction approach could potentially aid in removing the topographic effect, because it does not require any ancillary information and it is easier to implement in automatic image processing chains. The findings also suggest that the Statistic-Empirical method performs slightly better than the Sun-Canopy-Sensor + C correction, regardless of the stratification approach. In any case, further research is necessary to evaluate other stratification strategies and confirm these results.
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Análisis de la información sobre accidentes en el sector agrario recogida en los medios de comunicación en el decenio 2004 a 2013
(2017) Arnal Atarés, Pedro; Jarén Ceballos, Carmen; Proyectos e Ingeniería Rural; Landa Ingeniaritza eta Proiektuak
El presente trabajo trata de sacar a la luz muchos accidentes que ocurren en el sector agrario y a los que no se da la importancia debida haciendo que este sector parezca menos peligroso de lo que realmente es. Del análisis de los resultados encontrados en los medios de comunicación podemos deducir que al año se producen una media de 255 accidentes, con un promedio de 147 muertes, es decir, casi una cada dos días. El número de sucesos está condicionado por las noticias publicadas en cada sitio, por lo que en aquellas zonas en las que los medios de comunicación son más sensibles al problema aparecerán más sucesos que aquellas otras en las que se publican menos noticias sobre el tema. Al final se analizan los datos oficiales tanto para los accidentes de tráfico como para la siniestralidad laboral del sector. En el primer caso se utiliza la información de la Dirección General de Tráfico y en el segundo los datos del Ministerio de Empleo y Seguridad Social, que es el encargado de las estadísticas de accidentes laborales. Finaliza el trabajo con unas conclusiones sobre los resultados obtenidos y unas recomendaciones para tratar de mejorar la situación.
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Análisis textural de la ortofoto PNOA para la actualización de bases de datos geográficas de cultivos permanentes
(2017) Ciriza Labiano, Raquel; González de Audícana Amenábar, María; Proyectos e Ingeniería Rural; Landa Ingeniaritza eta Proiektuak
Los cultivos permanentes como los olivos, las viñas o los árboles frutales son importantes en la agricultura europea desde el punto de vista de su relevancia especial y económica. En al ámbito agricola, es muy común que los organismos públicos utilicen bases de datos geográficas con el fin de gestionar y controlar las ayudas económicas proporcionadas por la Comunidad Europea asociadas estos cultivos, lo que requiere mantenerlas actualizadas y vigentes. Tradicionalmente, la actualización de las bases de datos agrícolas se ha realizado mediante técnicas de fotointerpretacíón y visitas a campo lo que resulta costoso y poco eficiente desde el punto de vista económico y temporal. En este contexto, en esta tesis doctoral se desarrolla una metodología de apoyo a la actualizacíón del Registro de Cultivos Permanentes de Navarra que permita reducir el máximo posible las parcelas a fotointerpretar, basada en la detección automática de cambios en la Ortofoto PNOA (RGB-.NIR, 0,25m de resolución espacial y 8 bits de resolución radiométrica). La actualización de esta base de datos utilizando ortofoto planteaba el reto de desarrollar una metodologia adaptada a trabajar a nivel regional con una imagen de gran tamaño, muy precisa geométricamente pero poco adecuada desde el punto de vista puramente radiométrico. En este contexto, la utilización de información espacial como la textura, descrita a partir de los parámetros de Haralick y los basados en planos wavelet, y la estructura, definida utilizando los parámetros derivados de semivariogramas, han permitido suplir esta carencia de la imagen pero, a la vez, ha supuesto un nuevo desafio por ser su cálculo muy demandante desde el punto de vista de los recursos de procesamiento y tiempo requeridos. Con el objetivo de desarrollar una metodología eficiente, operativa y precisa, se ha establecido el conjunto de parámetros texturales y estructurales que optimizan la identificación de cambios en el Registro de Cultivos, demostrándose que utilizar únicamente los parámetros identificados como óptimos en la clasificación mejora la capacidad predictiva de la misma. También se ha demostrado que adaptar las características de la imagen a las particularidades de los objetos a discriminar mejora calidad de la identificación de cambios, lo que justifica la utilización de ortofotos de 0,5m y 6 bits para actualizar el Registro de Frutales de Navarra. Paralelamente, se ha observado que los parámetros texturales y estructurales pueden variar al cambiar la superficie de cálculo de una parcela, concretándose que en las parcelas de frutal los parámetros analizados requieren una superficie mínima de 20x20m para estabilizarse. En relación con este resultado, se ha confirmado que es recomendable clasificar de forma estratificada por tamaño de parcela. Finalmente, se ha analizado la utilidad de diferentes técnicas de detección de cambios, comparando técnicas basadas en el análisis de ortofotos multitemporales y procedimientos basados en la utilización de una sola ortofoto en combinación diferente clasificadores como análisis discriminante y Random Forest. Los resultados de este último análisis recomiendan la utilización de del clasificador Random Forest y una sola imagen. La metodología propuesta, desarrollada en una zona piloto compuesta por aproximadamente 2100 parcelas, permite identificar cambios en el registro con una exactitud y una precisión del 0,938 y 0,733 respectivamente, obteniendo una tasa de cambios identificados de 0,704 y una tasa d e cambios identíficados de 0,967. Finalmente, con el fin de validar la metodología definida en la zona piloto, se ha actualizado el Registro de Frutales de .Navarra de las Comarcas Agrarias VI y VII de Navarra, lo que implica el análisis de cerca de 74000 parcelas. La aplicación de la metodología definida a una zona más amplia ha requerido adaptar el procedimiento a las necesidades del proceso productivo. En este contexto, la metodología propuesta permite identificar las parcelas a fotointerpretar a partir del grado de certeza de clasificación que proporciona el algoritmo Random Forest, limitando la misma a aquellas parcelas clasificadas con un bajo grado de certeza o porcentaje de pertenencia. En la presente tesis doctoral se ha demostrado la utilidad de los parámetros de Haralíck, los basados en planos wavelet y en el semivatiograma, calculados a partir de la ortofoto a nivel de parcela, para actualizar el Registro de Frutales de Navarra. Los resultados obtenidos justifican el uso de la ortofoto como fuente de información altemativa a las imágenes satelitales. El uso de ortofotos en aplicaciones de teledeteccíón extiende la utílídad de esta fuente de información que, en la mayoría de los casos, está disponible a los usuarios de forma gratuita. La implementación de metodologías como la desarrollada en esta tesis doctoral supondría un aumento considerable de la eficiencia de la actualización de las BDG de cultivos permanentes, lo que ayudaría a controlar los requisitos de la Política Común Europea de asignación de subvenciones y tomar decisiones en el ámbito rural.
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Analysis of surface roughness in agricultural soils using in-situ measurements and remote sensing techniques
(2017) Martínez de Aguirre Escobar, Alejandro; Álvarez-Mozos, Jesús; Giménez Díaz, Rafael; Proyectos e Ingeniería Rural; Landa Ingeniaritza eta Proiektuak
El término rugosidad superficial del suelo es utilizado para describir las variaciones de elevación de la superficie del suelo (micro-relieve). La rugosidad afecta diferentes procesos hidrológicos importantes como el almacenamiento superficial, la infiltración, la escorrentía y la erosión del suelo. Al mismo tiempo, la rugosidad superficial también afecta la retrodispersión de las microondas en la superficie del suelo y determina el coeficiente de retrodispersión observado por los sensores radar. Debido a esto, su caracterización y cuantificación es relevante en diferentes áreas científicas. Sin embargo, el conocimiento actual sobre esta cuestión está lejos de ser completo y aceptado universalmente. Además, el micro-relieve natural de los suelos agrícolas puede verse afectado también de muy diferentes maneras por la acción del laboreo. En esta tesis doctoral, se ha llevado a cabo experimentación en suelos agrícolas afectados por diferentes tipos de tratamientos de laboreo, persiguiendo los siguientes objetivos: (i) La evaluación y caracterización de diferentes parámetros de rugosidad. (ii) El análisis de la influencia de la escala de medida de la rugosidad en la retrodispersión radar. (iii) El análisis de la influencia del tamaño de la muestra de rugosidad en la retrodispersión radar. (iv) La evaluación de las técnicas de Laser Escáner Terrestre y la denominada “Structure from Motion” para cuantificar la rugosidad superficial. Con todo ello, se espera que esta tesis doctoral contribuya a un mejor entendimiento del fenómeno de la rugosidad superficial del suelo y su caracterización en suelos agrícolas.
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Analysis of the hydrological and erosive behavior of agrararian watersheds in Navarre (Spain) by experimentation and modelling
(2017) Chahor, Youssef; Casalí Sarasíbar, Javier; Giménez Díaz, Rafael; Proyectos e Ingeniería Rural; Landa Ingeniaritza eta Proiektuak
It is general knowledge that agrarian activities causes important effects on the environment. It is therefore necessary to better understand these effects as well as propose controlling measures. To this end, the information obtained from agrarian watersheds (experimental) is very valuable. However, simulation models enable the extension of this knowledge to wider zones, once calibrated in limited zones such as the mentioned experimental watersheds. Computer tools allow for medium- and long- term analysis of the implications of changes in use and management of soil, which is essential to advance in the control of environmental problems derived from agrarian activities. Among the issues caused or enhanced by agrarian activities, hydric erosion of the soil must be mentioned, which is the main focus of this thesis, in its traditionally recognized categories: sheet, rill, and gully erosion. The main objectives of this thesis are: evaluate the AnnAGNPS model as a tool to estimate runoff and sediment exports in a small experimental watershed (Latxaga, 207 ha), with homogeneous soil use and representative of wider zones of Navarre; carry out the same exercise in a larger watershed (Cemborain, 50 km2), much more complex regarding relief, climate, and soil use and management; explore the capacity of the model to simulate scenarios, aimed at its utilization as a management tool; evaluate, in an extensive zone with high gully activity, the capacity of the APEGT module, integrated within AnnAGNPS, to identify the locations of the hydrographic watersheds where the apparition of ephemeral gullies (EGs) are expected; evaluate the observation capacity of orthophotos to characterize EG erosion in wide zones and throughout long periods of time, providing data on the main characteristics of the phenomenon in a zone of Navarre, and evaluate the TIEGEM model, integrated within AnnAGNPS, to predict EG erosion in Navarre. The evaluation of AnnAGNPS for runoff and sediment exports was carried out firstly in the experimental Latxaga watershed, almost entirely cultivated with winter cereal, and secondly in the Cemborain watershed (analysis limited to runoff), with 24% of its surface cultivated (the remaining 40% and 30% are respectively, forests and brushland). Results indicate that good calibration was performed for runoff for both watersheds, with satisfactory behavior of the model when validating the first case, but unsatisfactory for the second case. Calibration considered variation of CN only, searching for adequate simulation at monthly levels, then escalated to seasonal and annual scales. Calibration consisted of adjusting the initial CN values, as well as adding new CN values during Winter and Spring. Nevertheless, it was necessary to utilize unrealistic CN values in some cases, with could raise questions on the validity of the model. On one hand, this could be due to the necessity of adjusting the elevated infiltration observed in the zones during dry periods only by CN; infiltration was much higher than expected in accordance with soil texture. This could have happened due to the presence of preferential flows, verified in the zone. On the other hand, adjustment of simulated runoff in Winter and Spring presented the opposite effect (although less pronounced): it was necessary to increase CN values as a consequence of: i) very low CN values at the beginning of Autumn, and ii) decrease of infiltration by preferential flow paths due to the expansion of soil (consequence of elevated soil humidity during Winter). This behavior seems to evidence the own limitations of the CN method for small watersheds or in those where local or peculiar phenomena could have great transcendence and not be adequately simulated. Evaluation of the model for the simulation of sediment exports resulted less satisfactory. Calibration, after an innovative sensibility analysis where six parameters that intervened in the process were identified, provided good results, aimed at the optimization of annual simulations. However, validation provided poor results. The complex erosion processes of the watershed, despite its reduced size, and the necessity of utilizing more detailed topographic information, could be the cause of such poor results in the validation stage. The use of more complex submodels or models is suggested, within the AnnAGNPS environment, such as CONCEPTS, which enables a more detailed simulation of sediment dynamics. Nevertheless, these verifications seem to decrease the applicability of AnnAGNPS for our conditions, given the high requirements for data and detailed calculations, inadequate for general use in practice. In any case, this tool can be very useful when long term trends are necessary, rather than absolute values. In this sense, it must be mentioned that scenario analysis provides very realistic results. The APEGT module for the location of EG heads, based on the CTI (Compound Topographic Index), more specifically on its critical value, CTIc, has been evaluated for a homogeneous zone regarding climate, and soil use and management. Great variability has obtained throughout the years analyzed. This indicates that the processes that control the formation of EGs are much more complex than what is generally admitted, including subsurface flows (exfiltration of seepage), preferential flow paths, soil humidity regime conditions (influence in turn by its position within the environment), etc. The variability observed resulted similar across the years, which enables the affirmation that CTIc can be representative and therefore useful to estimate the average location of EGs in a homogeneous zone at the long term. This coincides and is coherent with the objectives established by the designers of AnnAGNPS. For the correct analysis of the CTI method, it was necessary to identify two values: CTIc1 corresponds to the watershed zones where special conditions are present that favor new heads, while CTIc2 enables identification of the zones where head migration is not possible anymore. Multitemporal analysis of orthophotos, at detailed scale and throughout long periods of time, obtained at the same moments each year, permitted a good characterization of the EG erosion phenomenon in an extensive area with significant savings in resources. In a similar reflection of what was previously exposed, the low repetitiveness in the apparition of EGs (it is rare that gullies form in the same microwathershed) also highlights the complexity of the phenomenon, controlled by very different factors. The evaluation of the AnnAGNPS model was carried out in four small watersheds affected by EGs, and the study presented herein, although modest, is the most complete carried out up to date. This highlights the scarcity of existing data to proceed with these evaluations, evidencing the difficulties in data obtainment and providing value to methodological approaches such as those aforementioned (orthophotos). Calibration was carried out only by variation of the τc (critical shear stress) parameter, aimed at an adequate simulation of the moment of EG apparition as well as their shape and volume. It must be mentioned that, during the calibration phase, adequate identification of the events that caused the apparition of each EGs was accomplished by the model. However, estimation of volume has not been very successful. This has been fundamentally conditioned by the poor predictions of gully length.
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Assessing hillslope-channel connectivity in an agricultural catchment using rare-earth oxide tracers and random forests models
(Universidad de la Rioja, 2017) Masselink, Rens Hein; Temme, A.J.A.M.; Giménez Díaz, Rafael; Casalí Sarasíbar, Javier; Keesstra, Saskia D.; Proyectos e Ingeniería Rural; Landa Ingeniaritza eta Proiektuak; Institute on Innovation and Sustainable Development in Food Chain - ISFOOD
Soil erosion from agricultural areas is a large problem because of off-site effects like the rapid filling of reservoirs. To mitigate the problem of sediments from agricultural areas reaching the channel, reservoirs and other surface areas it is important to understand hillslope-channel connectivity and catchment connectivity. To determine the functioning of hillslope-channel connectivity and the continuation of transport of these sediments in the channel, it is necessary to obtain data on sediment transport from the hillslopes to the channels. Simultaneously, the factors that influence sediment export out of the catchment need to be studied. For measuring hillslope-channel sediment connectivity, rare-earth oxide (REO) tracers were applied to a hillslope in an agricultural catchment in Navarre, Spain, preceding the winter of 2014-2015. The results showed that during the winter no sediment transport from the hillslope to the channel was detected. To test the implication of the REO results at the catchment scale, two contrasting conceptual models for sediment connectivity were assessed using a random forest (RF) machine learning method. The RF method was applied using a 15-year period of measured sediment output at the catchment scale. One model proposes that small events provide sediment for large events, while the other proposes that only large events cause sediment detachment and small events subsequently remove these sediments from near and in the channel. For sediment yield prediction of small events, variables related to large preceding events were the most important. The model for large events underperformed and, therefore, we could not draw any immediate conclusions whether small events influence the amount of sediment exported during large events. Both REO tracers and RF method showed that low intensity events do not contribute any sediments from the hillslopes to the channel in Latxaga catchment. Sediment dynamics are dominated by sediment mobilization during large (high intensity) events. Sediments are for a large part exported during those events, but the system shows a memory of the occurrence of these large events, suggesting that large amounts of sediments are deposited in and near the channel after these events. These sediments are gradually removed by small events. To better understand the delivery if sediments to the channel and how large and small events influence each other, more field data on hillslope-channel connectivity and within-channel sediment dynamics is necessary.
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Assessing soil properties controlling interrill erosion: an empirical approach under Mediterranean conditions
(Wiley, 2017) Ollobarren del Barrio, Paul; Giménez Díaz, Rafael; Campo-Bescós, Miguel; Landa Ingeniaritza eta Proiektuak; Institute on Innovation and Sustainable Development in Food Chain - ISFOOD; Proyectos e Ingeniería Rural; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
Soil erodibility is a complex phenomenon that comprises a number of different soil properties. However, most current (empirical) erodibility indices are based on only a few soil properties. A feasible soil characterization of interrill erosion (IE) prediction at large scale should be based on simple, quick and inexpensive tests to perform. The objective of this work was to identify and assess those soil properties that best reflect soil vulnerability to IE. Twenty‐three agricultural soil samples located in Spain and Italy were studied. Forty‐nine different physical and chemical soil properties that presumably underpin IE were defined. Experiments were carried out in the field (in microplots using simulated rainfall) and in the lab. The most relevant variables were detected using multivariate analysis. Six key variables were finally identified: RUSLE K factor, a granulometric/organic matter content index, exchangeable sodium percentage, shear strength, penetration resistance and permeability of soil seal. The latter is proposed as a useful technique to evaluate soil susceptibility to crusting even when the crust is not present at the time of the field survey. The selected variables represented a wide range of soil properties, and they could also be successfully applied to different soils with different characteristics than those evaluated in our experiments.
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Assessment of soil factors controlling ephemeral gully erosion on agricultural fields
(Wiley, 2017) Ollobarren del Barrio, Paul; Campo-Bescós, Miguel; Giménez Díaz, Rafael; Casalí Sarasíbar, Javier; Landa Ingeniaritza eta Proiektuak; Institute on Innovation and Sustainable Development in Food Chain - ISFOOD; Proyectos e Ingeniería Rural; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
The soil factor is crucial in controlling and properly modeling the initiation and development of ephemeral gullies (EGs). Usually, EG initiation has been related to various soil properties (i.e. sealing, critical shear stress, moisture, texture, etc.); meanwhile, the total growth of each EG (erosion rate) has been linked with proper soil erodibility. But, despite the studies to determine the influence of soil erodibility on (ephemeral) gully erosion, a universal approach is still lacking. This is due to the complex relationship and interactions between soil properties and the erosive process. A feasible soil characterization of EG erosion prediction on a large scale should be based on simple, quick and inexpensive tests to perform. The objective of this study was to identify and assess the soil properties – easily and quickly to determine – which best reflect soil erodibility on EG erosion. Forty‐nine different physical–chemical soil properties that may participate in establishing soil erodibility were determined on agricultural soils affected by the formation of EGs in Spain and Italy. Experiments were conducted in the laboratory and in the field (in the vicinity of the erosion paths). Because of its importance in controlling EG erosion, five variables related to antecedent moisture prior to the event that generated the gullies and two properties related to landscape topography were obtained for each situation. The most relevant variables were detected using multivariate analysis. The results defined 13 key variables: water content before the initiation of EGs, organic matter content, cation exchange capacity, relative sealing index, two granulometric and organic matter indices, seal permeability, aggregates stability (three index), crust penetration resistance, shear strength and an erodibility index obtained from the Jet Test erosion apparatus. The latter is proposed as a useful technique to evaluate and predict soil loss caused by EG erosion.
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Assessment of the adequacy of EN ISO 15927-4 reference years for photovoltaic systems
(Wiley, 2015) García Ruiz, Ignacio; Torres Escribano, José Luis; Proyectos e Ingeniería Rural; Landa Ingeniaritza eta Proiektuak
The long-term performance prediction of photovoltaic systems requires representative meteorological data from a particular location. Among the numerous proposals in the field of solar energy, most of them include procedures oriented towards the generation of test reference years (TRYs). These synthetic years are composed of the concatenation of 12 actual months of the time series of meteorological measurements. Using TRYs to simulate the performance of different types of solar energy systems reduces the computational effort of the simulation and simplifies the analysis of the results. In this sense, the technical standard EN ISO 15927-4 describes a procedure for constructing a reference year suitable for evaluation of the annual heating and cooling long-term needs in buildings. In this work, the adequacy of the EN ISO 15927-4 reference year for photovoltaic systems was studied. The electricity production obtained by simulation with this TRY was compared with that obtained by the Weather Year for Solar Systems. This latter reference year only uses the monthly thermal energy collected by the system as a selection parameter of typical months. This comparison was performed for seven locations in the USA considering two 5.6 kWp grid-connected photovoltaic systems that only differ in the solar tracking system. The suitability of the EN ISO 15927-4 reference year for the estimation of the electrical energy generated by a photovoltaic system has been proved, showing good results in the annual and daily predictions in most of the cases studied.
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La atención a las emergencias en las zonas rurales. Modelos de personal operativo de los servicios de bomberos
(2017) Echeverría Iriarte, Francisco Javier; Jarén Ceballos, Carmen; Proyectos e Ingeniería Rural; Landa Ingeniaritza eta Proiektuak
En 2013 un estudio sobre la ubicación de los parques de bomberos en España y de su cobertura territorial identificó deficiencias en relación a la población que no dispone de atención apropiada en un tiempo considerado como adecuado. La protección de las personas, de los bienes y del medio ambiente frente a los incendios y otro tipo de emergencias son tanto un derecho de los ciudadanos como un servicio público que debe ser prestado. Por ello, las administraciones públicas deben dedicar importantes recursos para garantizar esta protección de una forma rápida, eficaz y eficiente. Esta protección, que en los países desarrollados está garantizada en las zonas urbanas, resulta costosa de asegurar con las mismas prestaciones en las zonas rurales más despobladas o de difícil acceso. Queda claro que la prestación de servicios de protección contra incendios y su nivel de respuesta no es una trivialidad, siendo los costes para poner en marcha y mantener las estructuras necesarias para ello muy elevados. La planificación de la distribución de los recursos y de su ubicación más idónea, con el fin de que puedan prestar el óptimo nivel de respuesta, resulta ser una cuestión compleja. Por ello, y sobre todo en momentos de crisis económica, la decisión de mantener y aumentar el número de parques de bomberos, determinar su ubicación, su cartera de servicios y su dotación, tanto de personal como de equipamiento, no es una decisión fácil. Algunos países del entorno europeo tienen establecidas las normas para la implantación y dimensionamiento del Servicio de Bomberos, lo que viene a conocerse como fire cover, término que describe la distribución y el despliegue de los recursos de bomberos, situación esta que no las más afectadas por esta falta de atención, siendo necesario adoptar medidas que permitan dar solución a esta situación. En países Europeos del entorno la solución pasa por implementar el modelo de bombero profesional localizado. Señalar que es precisamente en las zonas rurales y en zonas urbanas no muy pobladas donde se ha desarrollado la figura del bombero profesional localizado, ya que en estas zonas los riesgos son limitados y la probabilidad de que éstos pasen a ser considerados siniestros es baja. Por lo general, estas zonas no justifican la presencia del bombero presencial para atenderlas, pero sí requieren garantía y calidad técnica en la respuesta a las emergencias. Los servicios de bomberos localizados, además de prestar un servicio básico a la sociedad, favorecen el arraigo de su población, por lo general rural, evitando el fenómeno de la deslocalización, lo que beneficia el desarrollo de las áreas donde se implantan o cuando menos, contribuye a su sostenimiento. Hoy en día, hay disponible información georreferenciada relativa a localización de núcleos urbanos y rurales, distribución de población, ubicación de parques de bomberos, estructura de la red viaria de comunicación, etc. de toda la superficie peninsular. Las herramientas SIG facilitan el manejo de esta información y permiten realizar simulaciones para, en este caso concreto, conocer qué superficie y qué población es atendida al emplazar un parque de bomberos en una determinada localización. Objeto de esta tesis es presentar dichos modelos que a día de hoy no están implantados en España y que sin lugar a dudas contribuirán a mejorar la seguridad de la población rural. Podemos concluir afirmando que se hace necesario conocer el actual mapa de coberturas territoriales de los servicios de bomberos de España, para lo cual el empleo de las herramientas GIS resulta imprescindible, pudiendo una vez determinadas las carencias existentes establecer los emplazamientos más adecuados para la ubicación de nuevos parques de bomberos. Coincidiendo con las conclusiones del encuentro Exchange of Experts de Barcelona, a la vista de la situación de la atención a las emergencias en las zonas rurales en España y en relación a la reducción de los tiempos de respuesta en dichas zonas, entendemos que el modelo “localizado”, ampliamente implantado en Europa, podría dar solución a las carencias existentes resultando ser eficaz y eficiente en las mismas.
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Automatic detection of uprooted orchards based on orthophoto texture analysis
(MDPI, 2017) Ciriza Labiano, Raquel; Sola Torralba, Ion; Albizua, Lourdes; Álvarez-Mozos, Jesús; González de Audícana Amenábar, María; Proyectos e Ingeniería Rural; Landa Ingeniaritza eta Proiektuak
Permanent crops, such as olive groves, vineyards and fruit trees, are important in European agriculture because of their spatial and economic relevance. Agricultural geographical databases (AGDBs) are commonly used by public bodies to gain knowledge of the extension covered by these crops and to manage related agricultural subsidies and inspections. However, the updating of these databases is mostly based on photointerpretation, and thus keeping this information up-to-date is very costly in terms of time and money. This paper describes a methodology for automatic detection of uprooted orchards (parcels where fruit trees have been eliminated) based on the textural classification of orthophotos with a spatial resolution of 0.25 m. The textural features used for this classification were derived from the grey level co-occurrence matrix (GLCM) and wavelet transform, and were selected through principal components (PCA) and separability analyses. Next, a Discriminant Analysis classification algorithm was used to detect uprooted orchards. Entropy, contrast and correlation were found to be the most informative textural features obtained from the co-occurrence matrix. The minimum and standard deviation in plane 3 were the selected features based on wavelet transform. The classification based on these features achieved a true positive rate (TPR) of over 80% and an accuracy (A) of over 88%. As a result, this methodology enabled reducing the number of fields to photointerpret by 60–85%, depending on the membership threshold value selected. The proposed approach could be easily adopted by different stakeholders and could increase significantly the efficiency of agricultural database updating tasks.
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Ayer y hoy de la estela discoidea en Navarra
(Gobierno de Navarra. Institución Príncipe de Viana, 1994) Ukar Muruzábal, Jesús; Proyectos e Ingeniería Rural; Landa Ingeniaritza eta Proiektuak
El presente trabajo analiza y cataloga las estelas discoideales en Navarra.
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Bean moisture diffusivity and drying kinetics: a comparison of the liquid diffusion model when taking into account and neglecting grain shrinkage
(Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA), 2007) Resende, O.; Correa, P. C.; Jarén Ceballos, Carmen; Moure Gil, José; Proyectos e Ingeniería Rural; Landa Ingeniaritza eta Proiektuak; Tecnología de Alimentos; Elikagaien Teknologia
El objetivo de este trabajo fue ajustar el modelo de difusión líquida para predecir las pérdidas de volumen de grano en el secado de judía (Phaseolus vulgaris L.). Se recolectaron granos de judía con una humedad del 0,92 y se sometieron a un proceso de secado, bajo condiciones controladas, a diferentes temperaturas entre 25 y 55°C y humedades relativas entre 20 y 75%. El volumen de cada grano, considerado como una esfera, fue obtenido utilizando como diámetro el promedio de las tres diagonales principales durante el proceso del secado. Las pérdidas de volumen de grano se determinaron por la relación entre el contenido de agua inicial y final. A partir de los resultados obtenidos, se concluye que el modelo de difusión representa satisfactoriamente la cinética del secado de la judía, y que tiene en cuenta las pérdidas de volumen del grano. El coeficiente de difusión, con valores comprendidos entre 10,8 × 10(-10) y 67,0 × 10(-10) m(2) s(-1), aumenta con la temperatura. La variación del coeficiente de difusión con la temperatura puede ser descrita por la expresión de Arrhenius, con una energía de activación de 40,08 kJ mol(-1).
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Beyond precipitation: physiographic gradients dictate the relative importance of environmental drivers on savanna vegetation
(Public Library of Science, 2013) Campo-Bescós, Miguel; Muñoz Carpena, Rafael; Kaplan, David A.; Southworth, Jane; Zhu, Likai; Waylen, Peter; Proyectos e Ingeniería Rural; Landa Ingeniaritza eta Proiektuak
Background: Understanding the drivers of large-scale vegetation change is critical to managing landscapes and key to predicting how projected climate and land use changes will affect regional vegetation patterns. This study aimed to improve our understanding of the role, magnitude and spatial distribution of the key environmental factors driving vegetation change in southern African savanna, and how they vary across physiographic gradients. Methodology/Principal Findings: We applied Dynamic Factor Analysis (DFA), a multivariate times series dimension reduction technique to ten years of monthly remote sensing data (MODIS-derived normalized difference vegetation index, NDVI) and a suite of environmental covariates: precipitation, mean and maximum temperature, soil moisture, relative humidity, fire and potential evapotranspiration. Monthly NDVI was described by cyclic seasonal variation with distinct spatiotemporal patterns in different physiographic regions. Results support existing work emphasizing the importance of precipitation, soil moisture and fire on NDVI, but also reveal overlooked effects of temperature and evapotranspiration, particularly in regions with higher mean annual precipitation. Critically, spatial distributions of the weights of environmental covariates point to a transition in the importance of precipitation and soil moisture (strongest in grass-dominated regions with precipitation,750 mm) to fire, potential evapotranspiration, and temperature (strongest in tree-dominated regions with precipitation.950 mm). Conclusions/Significance: We quantified the combined spatiotemporal effects of an available suite of environmental drivers on NDVI across a large and diverse savanna region. The analysis supports known drivers of savanna vegetation but also uncovers important roles of temperature and evapotranspiration. Results highlight the utility of applying the DFA approach to remote sensing products for regional analyses of landscape change in the context of global environmental change. With the dramatic increase in global change research, this methodology augurs well for further development and application of spatially explicit time series modeling to studies at the intersection of ecology and remote sensing.
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Bulk optical of potato flesh in the 500 – 1900 nm range
(Springer US, 2015) López Maestresalas, Ainara; Aernouts, Ben; Van Beers, Robbe; Arazuri Garín, Silvia; Jarén Ceballos, Carmen; Baerdemaeker, Josse de; Saeys, Wouter; Proyectos e Ingeniería Rural; Landa Ingeniaritza eta Proiektuak; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
In this study, the optical properties of potato flesh tissue were estimated using double-integrating sphere (DIS) measurements combined with an inverse adding-doubling (IAD) light propagation model. Total reflectance, total transmittance, and unscattered transmittance were measured for the wavelength range 500– 1900 nm with 5-nm resolution. From these measurements, the bulk optical properties (absorption coefficient, scattering coefficient, and anisotropy factor) of 53 potato tubers of the Hermes cultivar were estimated. The estimated absorption coefficient spectra were dominated by water and starch absorption bands, the main chemical components of potato tissue. Comparison of these values to those reported in literature for similar products showed comparable absorption profiles. The obtained scattering coefficient spectra showed a smooth decrease from 166 to 160 cm−1 in the near-infrared (NIR) spectral range with increasing wavelength, which is common for biological tissues. The anisotropy factor spectra obtained for the full wavelength range studied ranged between 0.949 and 0.959 with a maximum variability of 0.009 among the set of samples used. The information obtained in this study is essential to understand the effects of absorption and scattering on the propagation of light through the potato tubers in order to design more efficient sensors for non-destructive quality evaluation.
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Caracterización del modelo HEC-HMS en la cuenca de río Arga en Pamplona y su aplicación a cinco avenidas significativas
(Universidad Católica de la Santísima Concepción (Chile), 2012) López Rodríguez, José Javier; González Moreno, Miguel Ángel; Scaini, Anna; Goñi Garatea, Mikel; Valdenebro García, José Vicente; Gimena Ramos, Faustino; Proyectos e Ingeniería Rural; Landa Ingeniaritza eta Proiektuak
Pamplona es una ciudad que es atravesada por el río Arga a lo largo de una llanura aluvial, que es susceptible de inundaciones cuando se producen avenidas de cierta magnitud. Ante esta situación es importante contar con un modelo hidrológico que permita simular los caudales del río que atraviesa el núcleo urbano, a partir de los datos de los distintos pluviómetros existentes en la cuenca, y que sirva para alimentar a modelos hidráulicos que permitan definir las zonas inundables asociadas a distintos niveles de probabilidad. Con esta finalidad, se ha montado y caracterizado el modelo HEC-HMS de la cuenca del río Arga en Pamplona, y posteriormente, se ha aplicado a las cinco avenidas más significativas de los últimos años, de las que se disponen de los mínimos datos de caudal y precipitación necesarios. HEC-HMS es un modelo lluviaescorrentía que se basa en estructurar la cuenca origen en subcuencas asociadas a los cauces de la red fluvial. El flujo base en los hidrogramas observados se ha estimado mediante el filtro de Eckhardt. Después de realizar un análisis de sensibilidad de los parámetros inciertos del modelo, en el que se ha observado que el más sensible es el CN, se ha aplicado el modelo con los datos de las series de precipitación de las estaciones automáticas, y con los datos de las automáticas más las manuales, en este segundo caso los resultados han mejorado significativamente obteniéndose resultados satisfactorios.
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Caracterización y control de la erosión por cárcavas
(Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa, 1997) Casalí Sarasíbar, Javier; López Rodríguez, José Javier; Giráldez Cervera, Juan Vicente; Proyectos e Ingeniería Rural; Landa Ingeniaritza eta Proiektuak
El modelo propuesto para el estudio de la erosión en cárcavas efímeras ha podido calibrarse con valores razonables de los parámetros, para simular la aparición y desarrollo de una cárcava medida, aunque los caudales que la originaron sólo pudieron ser estimados. El modelo simuló adecuadamente la magnitud de la erosión y la forma del cauce, incluyendo su variación espacial. Aunque el caudal no fue medido, es razonable pensar que la situación real no estará muy alejada de la utilizada en la calibración, por lo que el modelo también podrá calibrase adecuadamente en ese caso. La hipótesis de transporte de sedimentos no equilibrado parece muy aplicable, y no ha sido necesario alejarse mucho de las estimaciones de equilibrio para conseguir resultados aceptables, aunque son necesarios estudios específicos. El uso del modelo así calibrado con otras lluvias arroja resultados coherentes. Los parámetros a los que el modelo se muestra más sensible son densidad y tamaño de las partículas y coeficiente n de Manning. El coeficiente K y el esfuerzo cortante crítico τc de la ecuación para calcular la erosión en el lecho tienen gran transcendencia en la forma del cauce. Aunque el modelo está aún muy poco contrastado y evidentemente adolece de limitaciones, puede ser un buen punto de partida para abordar el estudio de los procesos de la erosión en cárcavas, pues se realizado un tratamiento que abarca una buena parte de la complejidad implicada.
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Challenges in Life Cycle Assessment (LCA) of stabilised clay-based construction materials
(Elsevier, 2017) Marcelino Sádaba, Sara; Kinuthia, John; Oti, Jonathan; Seco Meneses, Andrés; Proyectos e Ingeniería Rural; Landa Ingeniaritza eta Proiektuak
The preference of clay-based materials for sustainable construction is well-established. The establishment ofsustainability credentials of emergent construction materials is very subjective, and most available tools are notfully equipped to deal with individual material systems, such as composite cement- or lime-based cementitioussystems, including clay-based blocks and bricks. The main problem emanates from the challenges of the audit ofeach aspect of the material processing, and especially the quantification of the most relevant inputs into thecomposite product. The variability in material ingredients, and lack of data for each aspect of the manufacturingprocesses involved creates major challenges. Incorporation of materials with long and complex recyclingprocesses further exacerbate the challenge. These incorporations create problems in terms of accurate materialtrails and data for input in a robust Life Cycle Assessment (LCA) of individual products. This paper reports on asimplified approach towards full LCA of seven clay-based brick products developed in UK (4) and Spain (3), based on known material data and estimated energy inputs in the manufacturing processes. The UK-based brickscomprise of Lower Oxford Clay (LOC), stabilised using combinations of hydrated lime, Ground Granulated Blast-furnace Slag (GGBS) and Portland cement (PC). In order to test the robustness of the proposed approach, resultson UK-based bricks are compared with a parallel LCA on clay-based product developed in Spain. Finally, theclay-based products are compared with a typical Portland cement-based concrete block andfired clay brick. Inthe LCA, boundary conditions includefixed transport, thus attempting to factor only the material ingredients,their known atmospheric emissions, and estimated energy inputs during processing. Results suggest that themost challenging aspect in the undertaking of LCA is the availability of reliable input data. Results also show thatthere are numerous parameters that can reliably and corroboratively facilitate the comparison of performance, besides carbon dioxide emissions.
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Characterization of optical losses due to tracking systems on a linear solar thermal concentrator
(2015) Sallaberry, Fabienne Michéle; Torres Escribano, José Luis; Pujol Nadal, Ramón; Proyectos e Ingeniería Rural; Landa Ingeniaritza eta Proiektuak
La energía solar térmica es capaz de proporcionar una fracción considerable de las demandas actuales y futuras de energía en ambos sectores industriales y domésticos. Este hecho se refleja en el creciente interés de nuevos diseños de captadores solares en la última década con el fin de satisfacer las crecientes demandas de calefacción. Para una amplia gama de temperaturas de funcionamiento, los captadores solares pueden usar sistemas de concentración ópticos para optimizar su eficiencia. Sin embargo, como la concentración óptica se basa en la radiación directa, es necesario utilizar un seguidor solar siguiendo la dirección del sol para maximizar la cantidad de radiación solar útil recibida. La selección de unos sistemas de seguimiento apropiados comparados con el factor de concentración óptica es esencial para lograr una eficiencia óptima del captador. De lo contrario, el concentrador tendrá perdidas ópticas altas debido al inadecuado enfoque de la radiación solar directa sobre su receptor, independientemente de su calidad. A pesar de que los captadores solares de concentración se mencionan en algunas Normas Internacionales, los métodos de ensayo no siempre se pueden aplicar fácilmente a los diseños inusuales de captadores. Por otra parte, estos métodos de ensayo consideran el seguidor solar como parte del captador solar de modo que no se caracteriza el impacto de su precisión en la eficiencia global del captador. Por estas razones, esta tesis tiene como objetivo contribuir a la estimación de los errores de seguimiento de los seguidores solares en un solo eje para captadores solares térmicos, y en particular para captadores lineales. Y, por lo tanto, su objetivo es estimar las perdidas ópticas resultantes del seguidor.