1,721,081 research outputs found
On the identification of hydrogeological reservoirs in a proglacial catchment and their future groundwater storage
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Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
Full text link“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Storage hydropower in a changing climate: Understanding, predicting, and mitigating thermal impacts on rivers
No full text(EN)
Freshwater ecosystems are increasingly affected by the combined pressures of climate change and storage hydropower operations. In regulated rivers, water withdrawals reduce downstream discharge and thermal buffering, while turbine releases generate rapid fluctuations in flow (hydropeaking) and temperature (thermopeaking). These alterations in flow and thermal regimes can significantly impact aquatic ecosystems. To limit such effects, mitigation measures such as residual flow releases, regulation basins, or diversion tunnels may be implemented. These measures entail substantial investments and must be evaluated for both present effectiveness and long-term robustness, as climate change and regulation jointly alter river thermal regimes.
While mitigation strategies are well studied in terms of discharge regulation, their thermal effects remain insufficiently documented. Yet, climate change is expected to intensify temperature-related stressors, making it crucial to determine whether hydropeaking mitigation measures effectively reduce thermal disturbances or inadvertently exacerbate them. Assessing the effects of mitigation measures under current and future climate conditions requires process-based models that can predict the evolution of stream temperature dynamics. However, models able to simulate both seasonal trends and subdaily fluctuations remain scarce.
This study aimed to assess how the thermal regime of a regulated peri-Alpine river could evolve under climate change and in response to hydropower mitigation. This first required identifying the key physical processes and input data necessary for robust stream temperature modelling in a regulated system. The resulting model was then used to simulate future thermal conditions under climate scenarios and, finally, to assess the effectiveness of typical mitigation strategies under both present and future conditions.
The stream temperature model was developed within the HEC-RAS platform for a 22-km long reach of a regulated river reach in Switzerland, with a 10-min timestep over the annual time-scale. High-frequency temperature observations enabled model calibration and evaluation. While the initial model captured annual dynamics reasonably well (Mean Absolute Error: 0.78-2.10 °C; Kling-Gupta Efficiency: 0.55-0.85), daily and seasonal accuracy remained limited. Incorporating two key processes—local shading correction and streambed heat exchange—substantially improved performance (MAE: 0.48-0.83 °C; KGE: 0.85-0.93), underlining the need for targeted data and process representation.
The calibrated model was then used to simulate stream temperature under climate change scenarios. Projections indicate that mean annual water temperatures may rise by up to 4°C by 2080–2090 under Representative Concentration Pathway (RCP) 8.5, with daily mean temperatures exceeding 15°C for nearly half the year, an important threshold for stream ecology impacts. Whilst these trends are comparable to those in unregulated rivers, river regulation introduces distinct spatial and seasonal patterns in climate change impacts. The residual flow reach is particularly susceptible to warming due to reduced discharge; but deep reservoir releases help moderate temperature extremes downstream of the dam and the hydropower plant. Furthermore, unlike in unregulated rivers where the strongest warming typically occurs in summer, climate change impacts in this regulated system are projected to be most pronounced in autumn and winter due to the thermal inertia of the reservoir. Indicators used to assess thermopeaking impacts remain largely unaffected by climate change, provided that hydropower operation remains unchanged.
The thermal effects of three hydropeaking mitigation strategies were evaluated under both current and future climate conditions: increased residual flow, a regulation basin, and a diversion tunnel. Residual flow increases provided the most consistent benefits, reducing thermal gradients and lowering the number of days exceeding 15 °C by up to 35 per year. Regulation basins helped attenuate short-term thermal fluctuations but had limited influence beyond this timescale. The diversion tunnel offered little thermal improvement and, in some sections, exacerbated extremes by reducing instream flow. Under future climate scenarios, the relative performance of the mitigation measures remained similar, but only residual flow increases retained the ability to limit threshold exceedances. Their effectiveness may nonetheless decline under stronger warming due to rising reservoir temperatures, highlighting the need to consider future thermal regimes when assessing mitigation strategies.
This study highlights the importance of integrating stream temperature into the evaluation of hydropower impacts and mitigation strategies, particularly under climate change. Hydropower can generate both adverse effects and buffering benefits, but its influence must be assessed using ecologically relevant criteria. Existing thermopeaking indicators mainly reflect short-term fluctuations and fail to capture long-term changes in the thermal regime. In this context, process-based thermal models offer a robust framework to simulate present and future conditions across multiple timescales, linking key physical processes to ecological thresholds.
(FR)
Les écosystèmes d’eau douce sont de plus en plus affectés par les pressions combinées du changement climatique et de l’exploitation hydroélectrique par stockage. Dans les rivières régulées, les prélèvements d’eau réduisent le débit aval et l’inertie thermique, tandis que les éclusées induisent des fluctuations rapides de débit (hydropeaking) et de température (thermopeaking). Ces altérations des régimes hydrologiques et thermiques peuvent avoir des impacts significatifs sur les écosystèmes aquatiques. Pour en limiter les effets, des mesures d’assainissement de la force hydraulique telles que les augmentations de débit résiduel, les bassins de régulation ou les galeries de dérivation peuvent être mises en œuvre. Ces mesures impliquent des investissements importants et doivent être évaluées non seulement pour leur efficacité actuelle, mais aussi à long terme, car le changement climatique et la régulation hydrologique modifient conjointement les régimes thermiques des rivières.
Si les mesures d’assainissement ont été largement étudiées pour leurs effets sur le débit, leurs conséquences thermiques restent peu documentées. Or, le changement climatique devrait accentuer les pressions thermiques, rendant essentiel de déterminer si les mesures de d’assainissement atténuent réellement les perturbations thermiques ou risquent au contraire de les aggraver. Évaluer leur efficacité dans les conditions climatiques actuelles et futures nécessite des modèles numériques capables de prédire l’évolution du régime thermique des cours d’eau. Cependant, les modèles capables de simuler à la fois les tendances saisonnières et les fluctuations infrajournalières restent rares.
Cette étude visait à comprendre comment le régime thermique d’une rivière régulée de région péri-alpine pourrait évoluer sous l’effet du changement climatique et de différentes mesures d’assainissement. Elle a d’abord consisté à identifier les processus physiques clés et les données nécessaires pour développer un modèle thermique robuste d’une rivière régulée. Le modèle a ensuite été utilisé pour simuler les conditions thermiques futures selon différents scénarios climatiques, puis pour évaluer l’efficacité de mesures d’assainissement typiques dans les conditions actuelles et futures.
Le modèle thermique a été développé sur HEC-RAS pour un tronçon de 22 km d’une rivière régulée en Suisse, avec un pas de temps de 10 minutes sur une année complète. Un réseau de capteurs de température à haute résolution a permis la calibration et l’évaluation du modèle. La version initiale reproduisait correctement les dynamiques annuelles (MAE : 0.78-2.10 °C ; KGE : 0.55-0.85), mais ses performances restaient limitées aux échelles journalière et saisonnière. L’intégration de deux processus clés – la correction du rayonnement solaire pour tenir compte de l’effet d’ombrage et les échanges thermiques entre le lit et la rivière – a considérablement amélioré les résultats (MAE : 0.48-0.83 °C ; KGE : 0.85-0.93), soulignant l’importance de données ciblées et d’une représentation explicite des processus thermiques dominants.
Le modèle calibré a ensuite servi à simuler l’évolution des températures selon des scénarios climatiques. Sous le scénario RCP 8.5, les températures annuelles moyennes de la rivière pourraient augmenter jusqu’à 4 °C d’ici 2080–2090, avec des températures journalières dépassant 15 °C pendant près de la moitié de l’année, un seuil critique pour les écosystèmes aquatiques. Bien que ces tendances soient similaires à celles observées dans des rivières non régulées, la régulation induit des réponses spatiales et saisonnières spécifiques. Le tronçon à débit résiduel est particulièrement vulnérable en raison du faible débit, tandis que le turbinage d’eau provenant des couches profondes du réservoir atténue les extrêmes en aval du barrage. Contrairement aux rivières naturelles où le réchauffement maximal se produit en été, les effets du changement climatique sont ici plus marqués en automne et en hiver en raison de l’inertie thermique du réservoir. Les indicateurs caractérisant le thermopeaking restent globalement stables si l’exploitation hydroélectrique ne change pas.
Les effets thermiques de trois mesures d’assainissement ont été évalués dans les conditions climatiques actuelles et futures : l’augmentation du débit résiduel, un bassin de rétention, et une galerie de dérivation. L’augmentation du débit résiduel a apporté les bénéfices les plus constants, en réduisant les gradients thermiques et le nombre de jours dépassant 15 °C (jusqu’à 35 jours par an). Les bassins de rétention ont permis d’atténuer les fluctuations thermiques à court terme, mais ont eu peu d’effet sur le régime thermique au-delà de cette échelle temporelle. La galerie de dérivation a montré peu de bénéfices sur le régime thermique et a même parfois accentué les extrêmes en réduisant le débit dans certaines sections. Pour les scénarios climatiques projetés, l’efficacité relative des mesures reste similaire, mais seule l’augmentation du débit résiduel présente une capacité significative à limiter les dépassements de seuils thermiques. Toutefois, son efficacité pourrait diminuer dans des scénarios de réchauffement plus intense, en raison de l’élévation des températures des réservoirs.
Cette étude souligne l’importance d’intégrer la température de l’eau dans l’évaluation des impacts de la force hydraulique et des mesures d’assainissement, en particulier dans un contexte de changement climatique. Les installations hydroélectriques peuvent engendrer des effets négatifs comme offrir une forme d’atténuation, mais leur influence doit être évaluée à l’aide de critères écologiques pertinents. Les indicateurs actuels de thermopeaking reflètent principalement les fluctuations thermiques à court terme, sans rendre compte des évolutions à une échelle temporelle plus longue. Dans ce contexte, les modèles thermiques de type process-based offrent un cadre robuste pour simuler les conditions présentes et futures avec des échelles temporelles variables, en reliant les processus physiques aux seuils écologiques.
(DE)
Gewässerökosysteme stehen zunehmend unter dem kombinierten Einfluss des Klimawandels und der Nutzung der Speicherwasserkraft. In regulierten Fliessgewässern verringern Wasserentnahmen den Abfluss und die thermische Pufferkapazität im Unterlauf. Der Turbinenbetrieb verursacht zudem Schwall-Sunk-Schwankungen von Abfluss (hydropeaking) und Wassertemperatur (thermopeaking). Solche Veränderungen des hydrologischen und thermischen Regimes können aquatische Lebensräume erheblich verändern. Um solche Einflüsse zu begrenzen, können ökologische Sanierungsmassnahmen, wie die Erhöhung des Restwassers, die Anlage von Ausgleichsbecken oder die Errichtung von Entlastungsstollen, umgesetzt werden. Da Klimawandel und Speicherung gemeinsam das thermische Regime der Gewässer beeinflussen, müssen Massnahmen sowohl hinsichtlich ihrer aktuellen Wirksamkeit als auch ihrer langfristigen Robustheit bewertet werden, da sie beträchtliche Investitionen darstellen.
Sanierungsmassnahmen bezüglich der Abflussregulierung sind zwar gut untersucht, ihre thermischen Auswirkungen sind jedoch bislang unzureichend dokumentiert. Da zu erwarten ist, dass der Klimawandel temperaturbedingte Stressfaktoren verstärkt, ist es umso wichtiger zu klären, ob Massnahmen gegen Schwall-Sunk die resultierenden thermischen Belastungen tatsächlich mindern oder unbeabsichtigt verstärken. Für die Bewertung der Wirksamkeit unter heutigen und zukünftigen Klimabedingungen sind prozessbasierte Temperaturmodelle erforderlich, welche die Entwicklung des thermischen Regimes in Fliessgewässern abbilden können. Solche Modelle, die sowohl saisonale Trends als auch subtägliche Schwankungen simulieren, sind nach wie vor selten.
In der vorliegenden Studie wurde untersucht, wie sich das Temperaturregime eines regulierten peri-alpinen Fliessgewässers unter dem Einfluss des Klimawandels und verschiedener Sanierungsmassnahmen der Wasserkraft entwickeln könnte. Zu diesem Zweck wurden zunächst die entscheidenden physikalischen Eingangsdaten und Prozesse ermittelt, die für eine verlässliche Modellierung der Wassertemperatur in einem regulierten System erforderlich sind. Mithilfe des entwickelten Modells wurden anschliessend zukünftige thermische Bedingungen unter verschiedenen Klimaszenarien simuliert und schliesslich die Wirksamkeit typischer Sanierungsmassnahmen unter aktuellen und künftigen Bedingungen bewertet.
Das Temperaturmodell wurde mittels der Modellierungsumgebung HEC-RAS für einen 22 km langen Flussabschnitt in der Westschweiz mit einem Zeitintervall von 10 Minuten über ein ganzes Jahr entwickelt. Mithilfe eines Netzwerks von Temperatursensoren bzw. deren Daten konnte das Modell kalibriert und bewertet werden. Die erste Variante des Modells bildete die jährliche Dynamik zufriedenstellend ab (MAE: 0,78-2,10 °C; KGE: 0,55-0,85), zeigte jedoch auf der täglichen und saisonalen Zeitskala nur eine begrenzte Genauigkeit. Durch die Integration zweier entscheidender Prozesse – die Korrektur der lokalen Beschattung und des Wärmeaustauschs mit dem Flussbett – verbesserte sich die Güte deutlich (MAE: 0,48-0,83 °C; KGE: 0,85-0,93), was auch die Bedeutung gezielter Felddaten und einer expliziten Prozessdarstellung unterstreicht.
Anschliessend wurde das kalibrierte Modell verwendet, um die Temperaturentwicklung unter verschiedenen Klimaszenarien zu simulieren. Den Projektionen zufolge könnten die mittleren Jahrestemperaturen der Fliessgewässer bis 2080-2090 unter dem Szenario RCP 8.5 um bis zu 4 °C steigen. Dabei würden die Tagesmittelwerte der Wassertemperaturen während fast der Hälfte des Jahres 15 °C überschreiten, was einen kritischen Schwellenwert für aquatische Ökosysteme darstellt. Während sich diese Tendenzen mit denen in nicht regulierten Fliessgewässern decken, zeigt sich unter Regulierung ein spezifisches, räumlich und saisonal unterschiedliches Muster. Aufgrund geringer Abflüsse ist die Restwasserstrecke besonders anfällig für Erwärmung, während die tief gelegene Ausleitung aus dem Speichersee extreme Temperaturen im Unterlauf abmildern kann. Im Unterschied zu natürlichen Fliessgewässern, in denen die stärkste Erwärmung im Sommer eintritt, zeigen sich im regulierten System die grössten Veränderungen im Herbst und Winter – ein Effekt der thermischen Trägheit des Speichers. Die Indikatoren des Thermopeakings bleiben weitgehend stabil, sofern sich der Kraftwerksbetrieb nicht verändert.
Die thermischen Auswirkungen von drei Sanierungsvarianten wurden unter heutigen sowie zukünftigen Klimabedingungen analysiert. Es wurden eine Erhöhung des Restwassers, ein Ausgleichsbecken und ein Entlastungsstollen untersucht. Die Restwassererhöhung zeigte die deutlichsten Vorteile: Sie verringerte die thermischen Gradienten und reduzierte die Anzahl der Tage mit Temperaturen über 15 °C um bis zu 35 pro Jahr. Das Ausgleichsbecken dämpfte kurzfristige thermische Schwankungen, hatte aber kaum Einfluss auf das längerfristige Temperaturregime. Der Entlastungsstollen zeigte kaum positive Effekte und verschärfte in einzelnen Abschnitten die Extremwerte durch verringerten Abfluss. Unter zukünftigen Klimaszenarien blieb die relative Wirksamkeit der Massnahmen ähnlich, doch nur die Restwassererhöhung vermochte es weiterhin, Schwellenwertüberschreitungen zu begrenzen. Ihre Wirksamkeit könnte jedoch bei starker Erwärmung abnehmen, da die Speichertemperaturen steigen. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, Sanierungsoptionen auch im Hinblick auf zukünftige Temperaturentwicklungen zu bewerten.
Die vorliegende Studie unterstreicht die Bedeutung der Wassertemperatur als zentrales Kriterium in der Bewertung von ökologischen Auswirkungen der Wasserkraftnutzung und von Sanierungsmassnahmen – insbesondere im Kontext des Klimawandels. Die Wasserkraft kann, je nach Situation, sowohl nachteilige als auch dämpfende Effekte auf das Temperaturregime haben. Ihre Wirkung muss anhand ökologisch relevanter Kriterien beurteilt werden. Bisherige Thermopeaking-Indikatoren erfassen vor allem kurzfristige Schwankungen und vernachlässigen längerfristige Veränderungen des Temperaturregimes. Prozessbasierte Temperaturmodelle bieten hier einen robusten Ansatz, um aktuelle und zukünftige Zustände mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu simulieren und physikalische Prozesse mit ökologischen Schwellenwerten zu verknüpfen
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Full text linkWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
An automated data integration framework for stochastic downscaling of coarse- resolution digital elevation models
No full textSpaceborne remote sensing has enabled near-global mapping of the Earth’s topography. However, satellite-derived digital elevation models (DEMs) are unsuited for modeling fine- scale Earth surface processes due to their limited spatial resolution. To this day, fine- resolution DEMs remain sparsely distributed across the planet owing to the technical chal- lenges and substantial costs for producing densely sampled data sets. Over the last decade, multispectral satellite imagery (MSI) has become widely available, providing abundant fine- resolution data for monitoring the Earth’s surface. Although rendering no elevation infor- mation, MSI has the potential to provide indirect fine-scale information about topography. Statistical downscaling enables prediction of attributes at scales finer than that of the input data. Multiple-point statistics (MPS) simulation is a powerful alternative for stochastic downscaling due to its ability to replicate complex spatial patterns and assess the uncer- tainty of the predictions. Conceptually, MPS simulation methods could be employed for downscaling of coarse-resolution DEMs by extracting spatial information from available fine-resolution DEMs and MSI of better-measured data sets. The application of MPS sim- ulation for downscaling of DEMs is compelling, but there are many issues to be addressed. Trends in elevation pose a challenge for stochastic downscaling of mountainous terrain. MPS simulation algorithms are also notably difficult to parameterize, often requiring man- ual parameter calibration. As a result, the integration of disparate data sources, such as DEMs and MSI, into the downscaling becomes a daunting task.
Addressing these challenges requires the development of an automated data integra- tion approach. In this thesis, a MPS-driven data integration framework for stochastic downscaling of coarse-resolution DEMs is developed. The approach is composed of algo- rithms designed for three primary tasks: the statistical downscaling of data sets with trends, the automation of the downscaling process, and the integration of secondary data into the downscaling. The first contribution of this thesis is a novel MPS-driven downscaling al- gorithm with inbuilt capabilities for handling data sets with trends. Terrain elevation is modeled as a spatial signal expressed as the sum of a deterministic trend and a stochastic residual component. The approach enables accurate downscaling of coarse-resolution DEMs of either flat or steep terrain. The second contribution addresses the parametrization of the MPS-driven downscaling algorithm. An automation routine is used to infer optimal algo- rithm parameters by framing the parameter calibration task as an optimization problem. The framework provides an efficient alternative for automatic generation of statistically ac- curate fine-resolution DEMs. The third contribution builds upon the two aforementioned developments by integrating finer-resolution MSI-sourced data as secondary information into the downscaling process. Elevation and MSI data with varying spatial resolutions are integrated based on a probabilistic framework. The approach enables to enhance the struc- tural accuracy of the fine-resolution simulated DEMs and to reduce the inherent uncertainty associated with the downscaling.
Developments in this thesis provide an efficient, low-cost alternative for fine-scale prob- abilistic topographic mapping based on the integration of available finer-resolution terrain and imagery data. Future research should focus on evaluating potential applications of the downscaled DEMs for the study of Earth surface processes, the planning and design of infrastructures, and the risk assessment of natural hazards.
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La télédétection spatiale a permis une cartographie quasi globale de la topographie terrestre. Cependant, les modèles numériques d’élévation (MNE) dérivés des satellites ne sont pas adaptés à la modélisation des processus de surface à petite échelle en raison de leur faible résolution spatiale.
A ce jour, les MNE à haute résolution sont répartis de manière lacunaire sur la planète en raison des défis techniques et des coûts substantiels d’acquisition d’un ensemble de données à cette haute résolution. Au cours de la dernière décennie, l’imagerie satellitaire multispectrale (ISM) est devenue massivement disponible, fournissant d’abondantes données d’observation de la surface terrestre à haute résolution. Bien qu’il ne donne aucune information sur l’élévation, l’ISM a le potentiel de fournir des informations indirectes sur la topographie à haute résolution. L’interpolation statistique permet de prédire les attributs à des échelles plus fines. Les simulations statistiques multipoints (MPS) sont une alternative crédible pour l’amélioration stochastique de la résolution, en raison de sa capacité à reproduire des modèles spatiaux complexes et à évaluer l’incertitude des prévisions. Sur le plan conceptuel, les MNE basses résolution peuvent ˆetre amélioré en ajoutant à l’aide de MPS les informations présentes dans des MNE et ISM a haute résolution. L’application de MPS pour le downscaling stochastique des MNE est crédible, mais de nombreux problèmes doivent ˆetre résolus. Les trends de l’altitude posent un défi pour le downscaling stochastique du terrain montagneux. Les algorithmes de simulation MPS sont également particulièrement difficiles à paramétrer, nécessitant souvent un
étalonnage manuel. Par conséquent, l’intégration de données disparates, telles que MNE et ISM, devient une tâche ardue.
Relever ces défis nécessite le développement d’une approche automatisée d’intégration des données. Dans cette thèse, un framework d’intégration de données basée sur les MPS est développé pour le downscaling stochastique des MNE basse résolution. L’approche est composée d’algorithmes con¸cus pour trois tâches principales: le downscaling statistique des ensembles de données avec trends, l’automatisation du processus de downscaling et l’intégration des données secondaires dans le processus. La première contribution de cette thèse est un nouvel algorithme MPS de downscaling avec la capacité de gérer des données avec des trends. L’élévation du terrain est modélisée comme un signal spatialisé exprimé comme la somme d’un trend déterministe et d’une composante résiduelle stochas tique. L’approche permet le downscaling des MNE de terrain plat aussi bien qu’escarpé. La deuxième contribution traite de l’automatisation de la paramétrisation de l’algorithme, en l’expriment comme un problème d’optimisation. Le framework fournit une alternative efficace pour la génération automatique de MNE à haute résolution statistiquement correcte. La troisième contribution s’appuie sur les deux développements susmentionnés en intégrant des données ISM à haute résolution en tant qu’informations secondaires dans le processus de downscaling. Les données d’élévation et radiométriques avec différentes résolutions spatiales sont intégrées en utilisant une approche probabiliste. L’approche permet d’améliorer la précision structurelle des MNE simulés et de réduire l’incertitude inhérente au downscaling.
Les développements de cette thèse fournissent une alternative efficace et bon marché à l’acquisition de donnée topographique à haute résolution basée sur l’intégration de données de terrain et d’imagerie multispectraux à plus haute résolution. Les recherches futures devraient se concentrer sur l’évaluation des applications potentielles des MNE à haute résolution pour l’étude des processus de surface terrestre, la planification et la conception des infrastructures, et l’évaluation des risques naturels
Glacier meltwater–groundwater connectivity in alpine proglacial areas : the case of the Otemma glacier
No full textHigh-Alpine water resources are subject to rapid changes in the context of climate change. There, rapid glacier melt, combined with reduced snow accumulation and earlier snowmelt, will lead to a modification of the flow regime with a shift of the peak discharge to earlier months and reduced flow in summer. The ex- tent of such changes has been thoroughly studied for large basins, as water resource availability is of key im- portance to maintain favorable ecological conditions (residual flow requirements) and for human purposes so as hydropower production, drinking water or irrigation. At a more local scale however, and specifically in the case of small alpine glaciated catchments, changes in water supply are accompanied by strong geomor- phological processes. In particular, the production and release of glacial sediments and their paraglacial reworking lead to the formation of a range of proglacial landforms in which water, from different sources, may infiltrate. While recent studies have recognized its role to sustain water availability, the groundwater dynamics in such environments is still heavily understudied. It remains particularly challenging to assess how such systems may react to climate change since limited process understanding of the hydrogeological functioning of such catchments has been provided.
In this study, based on a case Study in the Swiss Alps, the Otemma glacier, I developed an integrated anal- ysis framework based on a wide range of field data and modelling to obtain detailed insights into (i) the hydrological response at the catchment-scale; (ii) a detailed perceptual model of the assemblage of dif- ferent hydrogeological units with an assessment of the timescales at which they provide baseflow; (iii) a focused study on a key understudied landform, (iv) an estimation of the seasonal water contributions from rain, snow- and icemelt and (v) a perceptual model of groundwater connectivity between landforms.
We show that the functioning of recently deglaciated proglacial areas is governed by multiple hydrogeolog- ical structures, which release water at different timescales and seasons. Steep superficial landforms mostly transmit rain and meltwater especially during the early melt season and have a rapid discharge recession of the order of days. As water converges towards the bottom of the valley, we observe a diversity of wa- ter sources, either generated by rapid surface flow, slow bedrock leakages or rapid subsurface flow in the coarse hillslope deposits. Flatter deposits, such as the outwash plain, appear to have a larger potential to re- lease groundwater at seasonal timescales (weeks to months). However, based on a more complex modelling framework, we estimated a rather limited mobile storage, leading to limited baseflow. They may however have a more significant ecological value. Finally, we identified that, with about 75 mm of storage in summer, the largest groundwater aquifer at an annual scale is located in bedrock fractures. Results show that base- flow in winter is mostly dominated by the connection of such a bedrock aquifer to a subglacial sediment system which slowly releases water in winter and maintains a residual baseflow of the order of 0.5 mm d−1.
In the context of rapid glacier retreat, we expect the formation of more superficial deposits and flat outwash plains. Here, the formation of potential future outwash plains are not expected to provide a significant ad- ditional baseflow. Overall, at the seasonal scale, an extension of superficial deposits will not greatly modify the active groundwater storage at the catchment-scale, so that drier conditions are expected, especially in late summer, due to earlier snowmelt and reduced surface available for icemelt. In that perspective, while catchment-scale bedrock storage should not significantly change and bedrock exfiltration will maintain a limited baseflow seasonally, the mechanisms of bedrock recharge and drainage remain more uncertain. In particular, the effect on recharge of the interplay between more liquid precipitation and earlier and more ephemeral snow and early soil development are still poorly understood. Moreover, the gradual disconnec- tion of the bedrock aquifer system from the subglacial system due to glacier recession may also prove to increase drainage rates and thus lead to faster baseflow recession in winter.
As a conclusion, we showed that multiple landforms store and transmit water at varying timescales from days in the hillslopes, to weeks in flatter glacial deposits and to months in the bedrock. Each of these pro- cesses may be of interests for future research and we have here provided a detailed framework to understand and to assess these landforms in other alpine catchments
Towards a hydrogeomorphological understanding of proglacial catchments: an assessment of groundwater storage and release in an Alpine catchment
Full text linkProglacial margins form when glaciers retreat and create zones with distinctive ecological, geomorphological and hydrological properties in Alpine environments. There is extensive literature on the geomorphology and sediment transport in such areas as well as on glacial hydrology, but there is much less research into the specific hydrological behavior of the landforms that develop after glacier retreat in and close to proglacial margins. Recent reviews have highlighted the presence of groundwater stores even in such rapidly draining environments. Here, we describe the hydrological functioning of different superficial landforms within and around the proglacial margin of the Otemma glacier, a temperate Alpine glacier in the Swiss Alps; we characterize the timing and amount of the transmission of different water sources (rain, snowmelt, ice melt) to the landforms and between them, and we compare the relationship between these processes and the catchment-scale discharge. The latter is based upon a recession-analysis-based framework. In quantifying the relative groundwater storage volumes of different superficial landforms, we show that steep zones only store water on the timescale of days, while flatter areas maintain baseflow on the order of several weeks. These landforms themselves fail to explain the catchment-scale recession patterns; our results point towards the presence of an unidentified storage compartment on the order of 40 mm, which releases water during the cold months. We suggest attributing this missing storage to deeper bedrock flowpaths. Finally, the key insights gained here into the interplay of different landforms as well as the proposed analysis framework are readily transferable to other similar proglacial margins and should contribute to a better understanding of the future hydrogeological behavior of such catchments
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