Exploring Document Clustering Techniques for Personalized Peer Assessment in Exploratory Courses

Proceedings of: Computer-Supported Peer Review in Education: Synergies with Intelligent Tutoring Systems (CSPRED 2010), Pittsburgh, Pennsylvania USA, June 14th, 2010.Peer review has been proposed as a complement to project-based learning in courses covering a wide and heterogeneous syllabus. By reviewing peers' projects, students can explore other subjects thoroughly apart from their own project topic. This objective relies however in a proper distribution of the works to review, which is a complex and time-consuming task. Beyond simple topic selection, students may report different types of works, which influence their peers' assessment; for example, works focused on a project development approach versus in-depth literature researches. Introducing detailed metadata is time-consuming (thus users are typically reluctant) and, even more important, prone to error. In this paper we explore the potential of text mining and natural language processing technologies for automatic classification of texts, in order to facilitate the adaptation and diversification of the works assigned to the students for review, in the context of a course on Artificial Intelligence.This work was partially funded by Best Practice Network ICOPER (Grant No. ECP-2007-EDU-417007), Learn3 project, “Plan Nacional de I+D+I” TIN2008-05163/TSI, and eMadrid network, S2009/TIC-1650, “Investigación y Desarrollo de tecnologías para el e-learning en la Comunidad de Madrid”.Publicad

A Supporting System for Adaptive Peer Review based on Learners' Profiles

Proceedings of: Computer-Supported Peer Review in Education: Synergies with Intelligent Tutoring Systems (CSPRED 2010), Pittsburgh, Pennsylvania USA, June 14th, 2010.Intelligent tutoring systems cover a wide range of educational processes. There are however scarce attempts to apply those principles for adapting peer review processes according to the student's profile in the educational settings. In this paper, the Adaptive Peer Review methodology is reviewed, paying special attention to the problem of building the student profile. A supporting system based on such Adaptive Peer Review methodology is then introduced, which should facilitate teachers the adoption and deployment of adaptation to the student in peer assessment experiences in real educational settings. Experimental results supporting the ideas presented are briefly discussed.This work was partially funded by the Best Practice Network ICOPER (Grant No. ECP-2007-EDU-417007), the Learn3 project, “Plan Nacional de I+D+I” TIN2008-05163/TSI, and the eMadrid network, S2009/TIC-1650, “Investigación y Desarrollo de tecnologías para el e-learning en la Comunidad de Madrid”.Publicad

Towards efficient provision of feedback supported by learning analytics

Proceedings of: 2012 12th IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies (ICALT 2012). Rome, Italy, 04-06 July, 2012.Problem-based learning lab sessions shape a demanding environment, both for students as well for the teaching staff, due to the additional support required. This applies particularly to overcrowded classes. Under these conditions, some aspects do not perform well, like the efficiency of the provision of feedback and the orchestration of the session, jeopardizing the effectiveness of the learning activity. Based on empirical observation, a characterization of lab sessions has been carried out, integrating both qualitative and quantitative parameters describing the interactions that take place. Based on such characterization, a supporting tool is proposed to make use of the students' logs, learning analytics and visualization techniques for providing monitoring and awareness mechanisms for leveraging the detected problems and thus improving the learning and assessment processes.Research partially supported by the Spanish Plan Nacional de I+D+I projects “Learn3: Towards Learning of the Third Kind” (TIN2008-05163/TSI) and “EEE” (TIN2011-28308-C03-01), and the Madrid regional project “eMadrid: Investigación y desarrollo de tecnologías para el e-learning en la Comunidad de Madrid” (S2009/TIC-1650).Publicad

Revisión entre pares como instrumento de aprendizaje

Proyecto de Innovación Docente en las asignaturas de Organización de Contenidos Audiovisuales y e Inteligencia en Redes de ComunicacionesEste artículo describe la experiencia de innovación docente llevada a cabo este último curso basada en la aplicación de la metodología de revisión entre iguales como instrumento para el aprendizaje, desarrollada en las asignaturas Organización de Contenidos Audiovisuales (Ingeniería Técnica de Telecomunicación, especialidad Sonido e Imagen) durante el curso 2003-04 e Inteligencia en Redes de Comunicaciones (Ingeniería de Telecomunicación) durante el curso 2004-05. Los experimentos realizados muestran la utilidad de la metodología de revisión entre pares como instrumento para el aprendizaje, percibido de forma subjetiva por los alumnos participantes y demostrado empíricamente en un experimento de control mediante preguntas test, descrito en este documento.

Metodología adaptativa para procesos colaborativos de evaluación en entornos de aprendizaje

La evolución de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones está suscitando profundos cambios sociales. Esta transformación plantea nuevos retos educativos derivados de la necesidad de preparar a los individuos para la Sociedad del Conocimiento. Paralelamente, las tendencias pedagógicas actuales ponen el énfasis en tres factores clave en el proceso de aprendizaje. Por una parte, el rol activo desempeñado por el estudiante, protagonista de su propio desarrollo formativo. Por otra, la realidad social del aprendizaje, insistiendo en la importancia de las interacciones entre los alumnos y el aprendizaje colaborativo. Finalmente, la necesidad de adaptación al alumno, en respuesta a los modelos de aprendizaje cognitivo. En sintonía con los nuevos modelos pedagógicos, la introducción de las nuevas tecnologías en el ámbito educativo ha abierto múltiples posibilidades, facilitando el seguimiento del alumno, el acceso personalizado a los contenidos y la interacción entre los diferentes actores del proceso, dando pie a escenarios participativos en los que prima la iniciativa del alumno. En consecuencia, en las últimas décadas la actividad educativa se está viendo sometida a profundos cambios, reflejo de la transformación experimentada por la sociedad, la evolución de las teorías pedagógicas en que se sustenta y la introducción de nuevas tecnologías. Parte consustancial al proceso educativo, la evaluación no escapa a esta evolución. Así, asistimos a un auge de modelos de evaluación alternativos, caracterizados por la participación activa de los alumnos y un propósito marcadamente formativo. Entre ellos, la metodología de revisión entre iguales se encuadra perfectamente en las tendencias pedagógicas actuales, asumiendo el alumno la responsabilidad de evaluador y facilitando el intercambio de conocimiento mediante la colaboración entre autores y revisores. No obstante, la aplicación de la revisión entre iguales en entornos educativos generalmente obedece a un planteamiento indiferenciado, ignorando las pautas de adaptación al alumno derivadas de las propias corrientes pedagógicas en que se sustenta. Esta tesis aborda el problema de integrar la adaptación al alumno, clave en la pedagogía actual, en la metodología de evaluación entre iguales. A raíz del estudio de los modelos pedagógicos, se plantea la influencia del perfil cognitivo del alumno en los resultados del proceso de revisión entre iguales y la consecuente conveniencia de adaptar dicho proceso en función de las características de los estudiantes. El análisis de las actividades y mecanismos de aprendizaje asociados a la evaluación entre iguales conduce a identificar el proceso de asignación de revisores como el mecanismo de actuación característico de la metodología en el que integrar la adaptación al alumno. Partiendo de dichas premisas, se ha propuesto un modelo genérico, flexible, expresivo e intuitivo, para especificar los criterios de asignación de revisores. Para facilitar la adopción de la metodología, se ha desarrollado un sistema de asignación de revisores que, mediante el modelo anterior, permite introducir en dicho proceso de selección criterios pedagógicos y de adaptación adicionales a los requisitos intrínsecos de validez del proceso. Finalmente, la evaluación empírica ha sido objetivo prioritario de esta tesis, lo que ha llevado a la aplicación de la metodología propuesta en entornos educativos reales. Su uso en dos asignaturas de muy diferente naturaleza ha permitido contrastar y refinar las ideas teóricas desarrolladas, y evaluar la validez, generalidad y usabilidad tanto del modelo teórico propuesto como del sistema implementado. Los resultados experimentales validan las hipótesis en que se fundamenta esta tesis, confirmando la influencia del nivel de desempeño del alumno y el efecto del criterio de asignación de revisores en los resultados del proceso. ____________________________________________The evolution of the Information and Communication Technologies is causing deep social changes. This transformation raises new educational challenges, stemmed from the necessity to train the individuals for the Knowledge Society. In parallel, current pedagogical trends emphasize three key factors in the learning process. On one hand, the active role played by the student, main character of his/her own formative development. On the other hand, the social nature of learning, insisting on the importance of interactions among the students and collaborative learning. Finally, the need to adapt the learning process according to student’s characteristics, in response to cognitive learning models. According to novel pedagogical models, the introduction of Information and Communication Technologies in the educational context gives new chances, making easy student monitoring, access to personalized contents and interaction among the different actors involved in the process, generating scenarios in which students’ active participation and initiative prevail. Therefore, during the last decades the educational activity has been experimenting deep changes, reflection of the social transformation, the evolution of the pedagogical theories on which it is based and the introduction of new technologies. Evaluation, as an inherent part of the educational process, is also affected by this evolution. Thus, a peak of alternative evaluation models, characterized by active participation of the students and a strong formative propose, can be witnessed. Among them, peer review fits naturally in the current pedagogical framework, making the students take the responsibility of evaluation and facilitating knowledge exchange by means of collaboration between authors and reviewers. Nevertheless, application of peer review in educational environments usually follows a non-differentiating approach, ignoring the guidelines about adaptation promoted by the very same schools of pedagogy on which it is based. This thesis tackles the problem of integrating adaptation to the student, essential for current pedagogy, in the educational peer review methodology. As a result of the study of pedagogical models, it is proposed the influence of the student’s cognitive profile in the results of the peer review process, and the consequent need for adapting such process depending on students’ characteristics. The analysis of the activities and learning mechanisms related to peer evaluation leads to identify the author-reviewer matching process as the characteristic mechanism of the methodology in which the adaptation should be integrated. Based on the previous premises, a generic, flexible, expressive and intuitive model has been proposed for specifying the criteria to be applied for matching the reviewers. In order to facilitate the adoption of the proposed methodology, a reviewers assignment system has been developed which, based on the latter model, allows to consider pedagogical and adaptive criteria in the process of reviewers selection, in addition to the validity requirements intrinsic to the process. Finally, a main objective of this thesis has been its empiric evaluation, which has led to the application of the proposed methodology to real educational environments. Its application to two completely different subjects has allowed to contrast and adjust the theoretical ideas proposed, and to evaluate the validity, capacity for generalization of the proposed model as well as the developed system. Experimental results validate the hypotheses on which this thesis is based, confirming the influence of the student’s level of knowledge and the effect of the reviewers matching criteria in the process results

Orchestration and Feedback in Lab Sessions: Improvements in Quick Feedback Provision

Proceedings of: 6th European Conference of Technology Enhanced Learning, EC-TEL 2011, Palermo, Italy, September 20-23, 2011The benefits of formative assessment and the provision of quick feedback to the learners are unquestionable. A lot of effort needs however to be devoted by the teacher in order to assess the learner's status and providing quality and valuable feedback when actually implementing these techniques in real-world situations during active learning activities. The aim of this work is to offer teachers a tool that facilitates the quick provision of relevant feedback to the students, implemented as backchannel notifications in a lab session for ensuring scalability. Although being a work-in-progress, the aforementioned tool has been partially evaluated in a real course on programming multimedia applications.This research has been partially supported by the project “Learn3: Towards Learning of the Third Kind” (TIN2008-05163/TSI) of the Spanish “Plan Nacional de I+D+i" and the Madrid regional project “eMadrid: Investigación y Desarrollo de tecnologías para el e-learning en la Comunidad de Madrid” (S2009/TIC-1650)

Enhancing Orchestration of Lab Sessions by Means of Awareness Mechanisms

Proceedings of: 7th European Conference of Technology Enhanced Learning: 21st Century Learning for 21st Century Skills (EC-TEL 2012), Saarbrücken (Germany), 18-21 September, 2012Orchestrating learning is a quite complex task. In fact, it has been identified as one of the grand challenges in Technology Enhanced Learning (TEL) by the Stellar Network of Excellence. The objective of this article is to provide teachers and students with a tool to help them in their effort of orchestrating learning, that makes use of awareness artefacts. Using this powerful mechanism in lab sessions, we propose four different aspects of orchestration as the target for improvement: the management of the resources in the learning environment; the interventions of the teacher and provision of formative feedback; the collection of evidences for summative assessment; and the re-design of the activity, adjusting some parameters for future enactments. The proposal has been tested in a real course of Multimedia Applications with junior students (3rd course), measuring the benefits for the orchestration.This research has been partially supported by the project “Learn3: Towards Learning of the Third Kind” (TIN2008-05163/TSI) of the Spanish “Plan Nacional de I+D+i", the Madrid regional project “eMadrid: Investigación y Desarrollo de tecnologías para el e-learning en la Comunidad de Madrid” (S2009/TIC-1650) and the “EEE project” (TIN2011-28308-C03-01) of the Spanish “Plan Nacional de I+D+i"

Assessment of Knowledge and Competencies in 3D Virtual Worlds: A Proposal

Proceedings of: Key Competencies in the Knowledge Society World Computer Congress (KCKS 2010). Brisbane, Australia, September 20-23, 2010.Digital natives demand a more active approach to learning. Moreover, the acquisition and assessment of competencies, rather than the mere transmission of information, is becoming more relevant in the Knowledge Society. 3D virtual worlds are a promising environment to meet both of these requirements. In a 3D virtual world, learners are immersed in a rich environment that allows them to have an active experience through their avatars and interaction devices. The learning process in traditional learning management systems has been widely studied, but there is relatively little literature about the use of 3D virtual worlds for learning, although the expectations are high and the possibilities opened immense. This paper focuses on an important part of the teaching and learning process: the assessment. Our aim is to present a set of techniques adapted to this novel 3D medium that allows assessing knowledge, skills, and competencies by using the elements inherent to 3D virtual worlds (avatars, synthetic characters, smart objects) and take advantage of the new dimension introduced.This research is supported by the following projects: The Spanish project “Learn3: Towards Learning of the Third Kind” (TIN2008-05163/TSI) within the Spanish “Plan Nacional de I+D+I”, the Madrid regional project “eMadrid: Investigación y Desarrollo de tecnologías para el e-learning en la Comunidad de Madrid” (S2009/TIC-1650), the European eContentPlus Project “iCoper: Interoperable Content for Performance in a Competency-driven Society” (PPI-2008-A-12).Publicad

Respuestas de los consumidores a los hoteles certificados medioambientalmente: el efecto moderador de la conciencia medioambiental sobre la formación de intenciones comportamentales

Este estudio desarrolla un modelo que explora la relación entre las prácticas verdes, la imagen verde, la conciencia medioambiental y las intenciones comportamentales de los clientes en un contexto hotelero certificado. Para testar empíricamente el modelo propuesto se realizaron 502 encuestas personales a clientes hoteleros en España. Los resultados muestran como las percepciones de los clientes sobre las prácticas verdes tienen un efecto directo y positivo en la imagen verde de las compañías hoteleras. Al mismo tiempo, esta imagen influye directa y positivamente sobre las intenciones de comportamiento de los clientes hacia los hoteles certificados medioambientalmente. También se demuestra que cuanto mayor sea la conciencia medioambiental de los consumidores, mayor será su intención de hospedarse, realizar comentarios positivos y pagar una prima por alojarse en hoteles certificados. Por último, la conciencia medioambiental ejerce un efecto moderador sobre la relación causal entre la imagen verde y las intenciones comportamentales.This study develops a model that investigates the relationship among green practices, green image, environmental consciousness and the behavioral intentions of customers in a certified hotel context. The study examines the direct and the moderating role of environmental consciousness in the formation of behavioral intentions based on green initiatives. To test the proposed model empirically, 502 personal surveys of hotel customers were conducted in Spain. The findings show that customer perceptions of green practices have a positive direct effect on a hotel´s green image. At the same time, this environmental image has positive direct effects on customer behavioral intentions towards certified hotels. The authors also found that the higher the environmental consciousness of consumers, the greater their intention to stay, to spread positive word-of-mouth and pay a premium for environmentally-certified hotels. Finally, consumer environmental consciousness also exerts a moderating effect on the causal relationship between green image and behavioral intentions

Hydroeconomic Analysis of the Sustainable Use of Land and Water Resources under Droughts and Climate Change

El objetivo principal de la tesis es desarrollar un modelo hidroeconómico integrado de la cuenca del Ebro para el análisis de la política del agua. El modelo se utiliza para evaluar los impactos de las sequías y la escasez de agua en el contexto del cambio climático. Los resultados y las implicaciones políticas pueden utilizarse como guías para otras regiones semiáridas y áridas que enfrentan problemas similares de escasez de agua. Los resultados brindan información a las partes interesadas y los tomadores de decisiones sobre los impactos de las sequías y el cambio climático, y cómo las diferentes alternativas de gestión del agua podrían contribuir a abordar sus efectos. Se analiza la sostenibilidad del sistema hídrico del Ebro teniendo en cuenta la fiabilidad, resiliencia y vulnerabilidad del sector del riego, junto con la protección de los ecosistemas dependientes del agua.Los modelos matemáticos que reproducen las interacciones temporales y espaciales del uso del agua son la base del análisis hidroeconómico. Estos modelos optimizan y simulan los sistemas de agua para identificar las compensaciones en los usos del agua por sector y ubicación espacial. Se pueden examinar muchos problemas relacionados con el agua, como el crecimiento económico, el suministro de agua, la adaptación y mitigación del cambio climático, los daños por control de inundaciones o los caudales ambientales. La mejora de la resiliencia del sistema de agua, para reducir las pérdidas por escasez de agua, implica acciones que incluyen la expansión del almacenamiento de presas, la reutilización del agua, la desalinización del agua de mar, el precio del agua y el comercio del agua. El análisis hidroeconómico incorpora múltiples disciplinas como los procesos biofísicos, las actividades económicas o los ecosistemas acuáticos en un marco capaz de abordar las dimensiones temporales y espaciales del problema de la escasez de agua. En este sentido, el análisis hidroeconómico puede contribuir a resolver los problemas de escasez de agua, dando respuesta a las inquietudes sobre la gestión del agua.La investigación principal se muestra en tres capítulos (capítulos 2 a 4), donde se utiliza el análisis hidroeconómico para abordar el cambio climático y los problemas de gestión del agua. La cuenca del Ebro en España es nuestro caso de estudio, aunque los hallazgos podrían ser útiles para otras cuencas áridas y semiáridas con características económicas y climáticas similares. El estudio compara las alternativas de gestión del agua y su contribución a la sostenibilidad del sistema hídrico, logrando tanto la protección de la seguridad hídrica humana como la biodiversidad del ecosistema de los impactos de la escasez de agua, las sequías y el cambio climático. Los hallazgos en el Ebro podrían contribuir a los avances en la política del agua en cuencas de todo el mundo que enfrentan problemas de escasez de agua y empeoran la degradación de los ecosistemas, como las cuencas en la región mediterránea, el Medio Oriente y Asia Central, el suroeste de los Estados Unidos o Australia.El primer estudio del Capítulo 2, presenta el modelo hidroeconómico de la cuenca del Ebro. El modelo integrado vincula tres componentes: el componente hidrológico de forma reducida, el componente económico regional y el componente ambiental. El componente hidrológico de forma reducida se calibra mediante la inclusión de variables no observadas para cerrar el balance de masa entre los caudales estimados y observados. El componente económico regional está calibrado con programación matemática positiva (PMP), reproduciendo el uso de agua y suelo observado en condiciones de línea base. Este método supone que los agricultores maximizan los beneficios del uso del agua y la tierra, y se utilizan las condiciones de primer orden para la calibración. La restricción de caudal ambiental mínimo en la desembocadura del río representa el componente ambiental. El modelo se utiliza para analizar las distribuciones espaciales y sectoriales del agua en condiciones de sequía, comparando el instrumento económico de los mercados de agua con el instrumento institucional de cooperación de los actores. El cumplimiento de los caudales ambientales en la desembocadura del río se evalúa tomando diferentes prioridades para la asignación de agua entre las regiones aguas arriba y aguas abajo. Bajo políticas alternativas, el análisis identifica los impactos de sequías y escasez de agua, y su distribución entre regiones y sectores.En el Capítulo 3, se incluye el uso del agua por parte de los ecosistemas en el modelo hidroeconómico. Representar los beneficios de los ecosistemas requiere vincular la salud de los ecosistemas con las variaciones hidrológicas y también determinar el valor económico de los servicios ecosistémicos. La integración de los beneficios ambientales en el modelo hidroeconómico es el método para capturar las interacciones entre los beneficios privados (provistos por las actividades económicas) y los beneficios públicos (provistos por los ecosistemas). La simulación de la distribución del agua en condiciones de sequía se utiliza para evaluar políticas hídricas que combinan instrumentos económicos e institucionales.El componente ambiental del modelo vincula los beneficios que los ecosistemas brindan a la sociedad, el estado ambiental y los flujos de agua que sustentan el ecosistema acuático. La relación entre las condiciones ambientales y los caudales se establece y calibra mediante estudios previos sobre los procesos biofísicos involucrados.La Autoridad de la Cuenca del Ebro ha utilizado estos estudios para fijar los caudales ambientales mínimos en la cuenca.El componente ambiental incluye la representación del estado de salud y los consiguientes beneficios ambientales, cubriendo los principales tramos de la cuenca del río. Esta es una mejora significativa con respecto a la literatura hidroeconómica anterior, donde la representación ambiental se limita a ciertas partes y ubicaciones específicas de los ríos. La representación ambiental captura la interacción espacial entre las asignaciones de agua para actividades económicas y para los ecosistemas. El modelo hidroeconómico se ha utilizado para analizar las compensaciones entre los beneficios públicos y privados proporcionados por las actividades económicas y los ecosistemas. El análisis de las alternativas de gestión del agua contribuye a identificar las asignaciones de agua adecuadas que mantienen el sistema de agua en buen estado.El tercer estudio en el Capítulo 4 es una mejora del modelo hidroeconómico presentado en el Capítulo 2. El modelo hidroeconómico incluye la dimensión temporal, agregando aspectos dinámicos al modelo presentado en el Capítulo 2, y el paso de tiempo se ha cambiado de anual a mensual. Las principales represas de la cuenca están incluidas en el modelo, lo que permite la simulación y evaluación de alternativas de política hídrica a través de múltiples periodos de tiempo. La capacidad de las presas, los aportes de agua a la cuenca y la operación y evaporación de las presas son algunas de las variables que incorpora el modelo para representar las presas.La escala temporal del modelo hidroeconómico es mensual, promoviendo el análisis de una variedad de períodos de sequía, desde varios meses hasta varios años. El modelo hidroeconómico compara la sustentabilidad del sistema de agua bajo condiciones climáticas cambiantes. Como consecuencia del cambio climático, en zonas áridas y semiáridas, como la cuenca del Ebro, los episodios de sequía serán más intensos, frecuentes y prolongados. Por lo tanto, los impactos económicos y ambientales de las sequías se verán agravados en estas condiciones.Las simulaciones de cambio climático se basan en datos históricos, proyecciones de cambio climático y en un método avanzado de simulación de flujo de agua llamado Cópulas. Este método ajusta la distribución conjunta de dos meses consecutivos para capturar su interdependencia. La ventaja de este procedimiento es que puede generar flujos de corriente que replican las condiciones climáticas históricas y proyectadas con sequías más intensas y duraderas.La incertidumbre y el riesgo relacionados con la sequía y el cambio climático se identifican mediante las funciones de distribución acumulativa de la disponibilidad de agua y las pérdidas de beneficios. El análisis revela la exposición del sistema de agua a pérdidas, y luego se consideran políticas alternativas para reducir los impactos de las sequías y el cambio climático. Bajo estas políticas de gestión, se evalúa la confiabilidad, resiliencia y vulnerabilidad del sistema de agua para enfrentar la escasez de agua por el cambio climático.Esta tesis presenta algunas innovaciones metodológicas y empíricas sobre estudios previos sobre escasez de agua. El análisis hidroeconómico realizado aquí muestra la relevancia de la modelización integrada de los recursos hídricos para avanzar en la gestión sostenible a escala de cuenca. Los resultados sostenibles requieren información adecuada de los procesos complejos que subyacen al ciclo del agua en las cuencas, para una evaluación precisa de las compensaciones ambientales y económicas. La representación de los beneficios ambientales y de cambio climático realizada en esta investigación contribuye al fortalecimiento de la metodología de modelación hidroeconómica. Empíricamente, los resultados muestran la superioridad de la cooperación institucional para la gestión sostenible del agua, en relación con otras políticas como los mercados de agua o las inversiones en eficiencia del riego. La investigación informa sobre la contribución de las diferentes opciones de gestión del agua para reducir los riesgos de los impactos económicos y ambientales del cambio climático.The main objective of the thesis is developing an integrated hydroeconomic model of the Ebro basin for water policy analysis. The model is used to assess the impacts from droughts and water scarcity in the context of climate change. The results and policy implications can be used as guides for other semiarid and arid regions, facing similar water scarcity problems. The results provide information to stakeholders and decision makers on the impacts of droughts and climate change, and how different water management alternatives could contribute in addressing their effects. The sustainability of the Ebro water system is analyzed taking into account the reliability, resilience and vulnerability of the irrigation sector, together with the protection of water dependent ecosystems. Mathematical models that reproduce the temporal and spatial interactions of water use are the basis for hydroeconomic analysis. These models optimize and simulate water systems to identify trade-offs in water uses by sector and spatial location. Many water related problems can be examined, such as economic growth, water supply, climate change adaptation and mitigation, flood control damage or environmental flows. The enhancement of water system resilience, to reduce losses from water shortages, involves actions that include expanding dam storage, water reuse, seawater desalination, water pricing, and water trading. Hydro-economic analysis incorporates multiple disciplines such as biophysical processes, economic activities, or aquatic ecosystems in a framework capable of addressing the temporal and spatial dimensions of the water scarcity problem. In this regard, hydro-economic analysis can contribute to solve water scarcity problems, giving answers to water management concerns. The main investigation is displayed in three chapters (chapters 2 to 4), where hydroecomic analysis is used to address climate change and water management issues. The Ebro basin in Spain is our case of study, although findings could be useful for other arid and semi-arid basins with similar economic and climatic characteristics. The study compares water management alternatives and their contribution to the sustainability of the water system, by achieving both the protection human water security and ecosystem biodiversity from the impacts of water scarcity, droughts, and climate change. The findings in the Ebro could contribute to the water policy advancements in basins around the world facing water scarcity problems and worsening ecosystem degradation, such as basins in the Mediterranean region, the Middle East and Central Asia, Southwestern United States, or Australia. The first study in Chapter 2, presents the hydroeconomic model of the Ebro Basin. The integrated model links three components: the reduced form hydrological component, the regional economic component, and the environmental component. The reduced form hydrological component is calibrated by including non-observed variables to close the mass balance between estimated and observed stream flows. The economic regional component is calibrated with positive mathematical programming (PMP), reproducing the observed water and land use under baseline conditions. This method assumes that farmers maximize benefits from water and land use, and the first order conditions are used for calibration. The constraint of minimum environmental flow at the river mouth represents the environmental component. The model is used to analyze the spatial and sectoral distributions of water under drought conditions, comparing the economic instrument of water markets with the institutional instrument of stakeholders’ cooperation. Compliance with environmental flows in the river mouth is evaluated by taking different priorities for water allocation between upstream and downstream regions. Under alternative policies, the analysis identifies the impacts of droughts and water scarcity, and their distribution among regions and sectors. In Chapter 3, the use of water by ecosystems is included in the hydroeconomic model. Representing the benefits of ecosystems requires linking the health of ecosystems with hydrological variations, and also determining the economic value of the ecosystem services. The integration of environmental benefits into the hydroeconomic model is the method for capturing the interactions between private benefits (provided by economic activities) and public benefits (provided by ecosystems). The simulation of water distribution under drought conditions is used to evaluate water policies that combine economic and institutional instruments. The environmental component of the model links the benefits that ecosystems provided to society, the environmental status, and the stream flows that sustain the aquatic ecosystem. The relationship between environmental conditions and stream flows is established and calibrated by previous studies on the involved biophysical processes. The Ebro Basin Authority has used these studies to settle the minimum environmental flows in the basin. The environmental component includes the representation of health status and subsequent environmental benefits, covering the main sections of the river basin. This is an significant improvement over previous hydroeconomic literature, where the environmental representation is limited to certain parts and specific locations of rivers. The environmental representation captures the spatial interaction between water allocations for economic activities and for ecosystems. The hydroeconomic model has been used to analyze the trade-offs between private and public benefits provided by economic activities and ecosystems. The analysis of water management alternatives contributes to identify suitable water allocations that maintain the water system in good status. The third study in Chapter 4 is an enhancement of the hydroeconomic model presented in Chapter 2. The hydroeconomic model includes the temporal dimension, adding dynamic aspects to the model presented in Chapter 2, and the time step has been changed from yearly to montly. The main dams in the basin are included in the model, allowing the simulation and evaluation of water policy alternatives through multiple time periods. Dam capacity, water inflows into the basin, and dam operation and evaporation are some of the variables that incorporate the model to represent dams. The temporal scale of the hydroeconomic model is monthly, promoting the analysis of a variety of drought spells, from several months to multiple years. The hydroeconomic model compares the sustainability of the water system under changing climatic conditions. As a result of climate change, in arid and semi-arid areas, such as the Ebro basin, drought events will be more intense, frequent, and longer. Therefore, the economic and environmental impacts of droughts will be aggravated under these conditions. Climate change simulations rely on historic data, climate change projections, and on an advance method of water inflow simulation called Copulas. This method fits the joint distribution of two consecutive months to capture their interdependence. The advantage of this procedure is that it can generate stream flows that replicate historical and projected climatic conditions with long-lasting and more intense droughts. Uncertainty and risk related to drought and climate change are identified by the cumulative distribution functions of water availability and benefit losses. The analysis reveals the exposition of the water system to losses, and then alternative policies are considered for reducing the impacts of droughts and climate change. Under these management policies, the reliability, resilience, and vulnerability of the water system are evaluated to confront water scarcity from climate change. This thesis presents some methodological and empirical innovations over previous studies on water scarcity. The hydroeconomic analysis conducted here shows the relevance of the integrated modeling of water resources in order to advance sustainable management at basin scale. Sustainable outcomes require adequate information of the complex processes underlying the water cycle in basins, for an accurate assessment of the environmental and economic trade-offs. The representation of environmental benefits and climate change undertaken in this research contributes to the strengthening of the hydroeconomic modeling methodology. Empirically, the results show the superiority of institutional cooperation for sustainable water management, in relation to other policies such as water markets or investments in irrigation efficiency. The research informs about the contribution of different water management options in reducing the risks of economic and environmental impacts from climate change.<br /