No description available.

No description available.

Shallow coastal environments, particularly sandy tidal basins, are coming under increasing pressures due to human development and a changing climate. This has led to a demand for long-term predictions of sediment transport using deterministic, process-based coastal area models. Due to continually growing model complexity this has involved an increased computational cost, resulting in the development of a variety of methods to speed up computation time while having a minimal impact on model accuracy. The present body of work introduces one of the most popular speed-up methods, the Morphological Factor (MF) method, to the TELEMAC hydro-informatics modelling system. Using the depth-averaged, shallow water hydrodynamic and sediment transport models, TELEMAC 2D and SISYPHE respectively, a long-term simulation of a schematised tidal basin system is conducted. From infinitesimal perturbations to an initially flat bed a highly regular morphological pattern is seen to evolve spontaneously through the processes of self-organisation, subsequently forming the basis of a dynamic and intricate tidal channel network. Due to the time-stepping nature of the model, the initial pattern is responsible for all future simulated morphologies, yet this linkage has received little attention in the literature. Further simulations identify the first stages of the bed pattern as a dissipative structure, requiring more energy from the flow to create and maintain than the initial flat bed itself, which is contradictory to a linear, mechanistic treatment of the system. Dunes, sedimentary bed forms ubiquitous to the coastal zone, have a significant impact on flow speed (and therefore sediment transport and morphological change) through the roughness created by their geometry. Although the effects of dune-scale roughness on the flow and sediment transport are discussed in the literature the impact of a time-evolving roughness feedback between the bed and the flow in a coupled morphological model is poorly understood. In the present work a roughness feedback mechanism is implemented in TELEMAC 2D and SISYPHE and the predicted roughness is validated in a model of the Dyfi Estuary, Wales, using the results of a swathe sonar bathymetric survey. The model results show very promising agreement with the data given the simplifying assumptions made. The tidal residual sediment transport rate in a simplified model case is shown to not only change in magnitude, but also in sign, between cases with and without bed roughness feedback, showing that the method has significant implications for long-term morphological change. Deterministic models are frequently used to predict changes in the long-term, yet their mechanistic nature forces the outcome to be sensitive to initial conditions. Natural systems, however, contain both deterministic and probabilistic elements that create structures and patterns at a variety of different scales, many of which can be captured by process based models such as TELEMAC 2D and SISYPHE. In the present work a stochastic, infinitesimal perturbation is introduced to three otherwise identical long-term model simulations, resulting in system divergence through three independent morphological system parameters. The sensitivity to initial conditions and the important role of self-organisation are seen to produce dynamic morphological behaviour that is inherent to the theory of open, dissipative systems.

Στην παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή προσπαθούμε να δώσουμε μια τάξη μεγέθους της παλιρροϊκής ενέργειας που υπάρχει στα παλιρροϊκά ρεύματα του Στενού Ρίου – Αντιρρίου και προτείνουμε την εγκατάσταση υδροστροβίλων “παλίρροιας” με την οποία θα μπορούσαμε να εξάγουμε την ενέργεια αυτή για να την εκμεταλλευτούμε ως ηλεκτρική ενέργεια στα σπίτια μας. Στο Κεφάλαιο 1, γίνεται μία εισαγωγή σχετικά με το φαινόμενο της παλίρροιας εξηγώντας τον τρόπο και τα αίτια που το δημιουργούν. Στο Κεφάλαιο 2, αναπτύσσονται κάποιες βασικές σχέσης υδραυλικής οι οποίες μας βοηθούν στον υπολογισμό της ταχύτητας και της ισχύς του παλιρροϊκού ρεύματος. Επίσης, γίνεται κατηγοριοποίηση των υδροστροβίλων ‘παλίρροιας’, καθώς παρουσιάζονται συγκεκριμένα μοντέλα εταιριών με τα τεχνικά χαρακτηριστικά τους. Στο Κεφάλαιο 3, περιγράφεται ο αλγόριθμος του οργανισμού EPRI, με τον οποίο γίνεται ο υπολογισμός της συνολικής μέσης ετήσιας παλιρροϊκής ενέργειας, η οποία μπορεί να είναι διαθέσιμη και να “εξαχθεί” από έναν υδατικό πόρο. Προτείνεται μια παραλλαγή της μεθόδου αυτής προσαρμοσμένη στα δικά μας δεδομένα και πραγματοποιείται σύγκριση μεταξύ των δύο. Στο Κεφάλαιο 4, παρουσιάζονται τα αριθμητικά και γραφικά αποτελέσματα για την ισχύ των παλιρροϊκών ρευμάτων του Στενού Ρίου – Αντιρρίου. Ορίζεται η περιοχή μελέτης και επικεντρωνόμαστε σε αυτή για την ανάλυση των χρονοσειρών της ταχύτητας των ρευμάτων. Στο Κεφάλαιο 5, παρουσιάζεται η εγκατάσταση τριών μοντέλων υδροστροβίλων στην περιοχή μελέτης. Τέλος, στο Κεφάλαιο 6, παρουσιάζεται μια περιβαλλοντική μελέτη για το έργο της εγκατάστασης υδροστροβίλων ‘παλίρροιας’ στο Στενό Ρίο – Αντιρρίου και παρατίθενται τα γενικά συμπεράσματα που προέκυψαν από τα προηγούμενα κεφαλαία. Παρατηρήσαμε, ότι η ισχύς του ρεύματος που μπορούμε να εξάγουμε από την περιοχή μελέτης που ορίσαμε είναι κατά μέση τιμή περίπου το 60% του μέγιστου επιτρεπτού που μπορούμε να εξάγουμε από τη συνολική διατομή του Στενού Ρίου - Αντιρρίου. Τα συστήματα των υδροστροβίλων, που προτείνονται μετά από την θεωρητική εφαρμογή τους στην περιοχή μελέτης, φαίνεται να μπορούν να καλύψουν με ηλεκτρική ενέργεια μεγάλο μέρος της περιοχής της Πάτρας. Οι δυσκολίες που θα έχουμε να αντιμετωπίσουμε στην περίπτωση της εγκατάστασης υδροστροβίλων “παλίρροιας” θα είναι ο τρόπος με τον οποίο θα τοποθετηθούν οι βάσεις των υδροστροβίλων στον πυθμένα, λόγω της σύστασης του πυθμένα, αλλά και οι αποστάσεις που θα πρέπει να τηρηθούν από τους πυλώνες της γέφυρας Ρίου – Αντιρρίου, το οποίο θα μπορούσε να λιγοστέψει τον αριθμό τον υδροστροβίλων που θα μπορούσαμε να εγκαταστήσουμε στο σύστημα. Τέλος, ένας σημαντικός παράγοντας που θα πρέπει να εξεταστεί είναι ότι ένα τέτοιο έργο μπορεί από περιβαλλοντικής άποψης να είναι θετικό, αλλά από οικονομικής πλευράς θα αύξανε αρκετά τους λογαριασμούς της Δ.Ε.Η, για λόγους συντηρήσεις, αρχικού κόστους εγκατάστασης, περιβαλλοντικών τελών κτλ. / -

L’étude des variations temporelles de gravité ont une longue tradition en Europe Centrale. Dans la station, J9, située à Strasbourg depuis les années 1970, les trois principaux types de gravimètre (ressort, supraconducteur (SG), absolu) ont été utilisés. Ces séries permettent l’examen des améliorations instrumentales à partir de la stabilité à long terme et de la dérive instrumentale. Nous montrons que le SG est l’instrument le plus performant pour l’étude des marées de longues périodes et de faibles amplitudes. Nous montrons les résultats obtenus par analyse de marée de ces petites ondes. Nous estimons la période de la Free Core Nutation et nous recherchons celle de la Free Inner Core Nutation (FICN), qui n'a pas encore été observée. Pour cela nous faisons une étude précise, afin de séparer les ondes de faible amplitude, au voisinage de périodes possibles de la FICN. / The study of temporal variations of gravity has a long tradition in Central Europe. Since the 1970s three main gravimeter types (spring, superconducting (SG) and absolute) have been set up at the J9 gravity station located in Strasbourg. These series allow us to review the instrumental improvements from the analyses of long term stability and instrumental drift. We show that the SG is the most powerful tool for thestudy of the low frequency and small amplitudes tides. We show the tidal analysis results for these tidal waves. We estimate the period of the Free Core Nutation and we seek the one of the Free Inner Core Nutation (FICN), which has not yet been observed. For this we make a careful study, in order to separate the low-amplitude waves in the vicinity of possible periods of FICN. / La deformación elasto-gravitacional de la Tierra y las correspondientes variaciones temporales de la gravedad asociadas, registradas en la superficie terrestre mediante los gravímetros, son debidas a distintos fenómenos geofísicos con diferentes períodos y amplitudes, incluyendo entre otros a las denominadas mareas terrestres, que son el fenómeno que genera los efectos más fuertes (dichas mareas terrestres son los movimientos inducidos en la Tierra sólida y los cambios en su potencial gravitatorio derivados de las fuerzas de marea generadas por los cuerpos celestes).El objetivo principal de este trabajo consiste en mostrar la importancia tanto de la longitud de las series de datos de gravedad, como de la calidad de dichas series para mejorar nuestro conocimiento sobre la dinámica de la Tierra a través de los análisis de las mareas terrestres. [...]

La Mer d’Iroise est observée depuis 2006, par des radars à haute fréquence (HF) qui estiment les courants de surface. Ces mesures ont une finesse temporelle et spatiale pour permettre de capturer la dynamique fine du domaine côtier. Ce travail de thèse vise à la conception et l’application d’une méthode d’assimilation de ces données dans un modèle numérique réaliste pour optimiser le frottement sur le fond et corriger l’état du modèle afin de mieux représenter la circulation résiduelle de marée et les positions des fronts d’Ouessant en mer d’Iroise. La méthode d’assimilation de données utilisée est le Filtre de Kalman d’Ensemble dont l’originalité est l’utilisation d’une modélisation stochastique pour estimer l’erreur du modèle. Premièrement, des simulations d’ensemble ont été réalisées à partir de la perturbation de différents paramètres du modèle considérés comme sources d’erreur : le forçage météo, la rugosité de fond, la fermeture turbulente horizontale et la rugosité de surface. Ces ensembles ont été explorés en termes de dispersion et de corrélation d’ensemble. Un Lisseur de Kalman d’Ensemble a ensuite été utilisé pour optimiser la rugosité de fond (z0) à partir des données de courant de surface et d’un ensemble modèle réalisé à partir d’un z0 perturbé et spatialisé. La méthode a d’abord été testée en expérience jumelle puis avec des observations réelles. Les cartes du paramètre z0, optimisés, réalisées avec des observations réelles, ont ensuite été utilisées dans le modèle sur une autre période et les résultats ont été comparés avec des observations sur la zone. Enfin, des expériences jumelles ont été mises en place pour corriger l’état modèle. Deux méthodes ont été comparées, une prenant en compte la basse fréquence en filtrant la marée des données et du modèle pour réaliser l’analyse ; l’autre prenant en compte tout le signal. Avec ces expériences, on a tenté d’évaluer la capacité du filtre à contrôler à la fois la partie observée du vecteur d’état (courant de surface) et la partie non-observée du système (température de surface). / The Iroise Sea has been observed since 2006 by High Frequency (HF) radars, which estimate surface currents. These measurements offer high resolution and high frequency to capture the dynamics of the coastal domain. This thesis aims at designing and applying a method of assimilation of these data in a realistic numerical model to optimize the bottom friction and to correct the model state in order to improve the representation of the residual tidal circulation and the positions of the Ushant fronts in the Iroise Sea. The method of data assimilation used is the Ensemble Kalman Filter. The originality of this method is the use of a stochastic modeling to estimate the model error. First, ensemble simulations were carried out from the perturbation of various model parameters which are the model error sources: meteorological forcing, bottom friction, horizontal turbulent closure and surface roughness. These ensembles have been explored in terms of dispersion and correlation. An Ensemble Kalman smoother was used to optimize the bottom friction (z0) from the surface current data and from an ensemble produced from a perturbed and spatialized z0. The method is tested with a twin experiment and then with real observations. The optimized maps of parameter z0, produced with the real currents, were used in the model over another period and the results were compared with independent observations. Finally, twin experiments were conducted to test the model state correction. Two approaches were compared; first, only the low frequency, by filtering the tide in the data and in the model, is used to perform the analysis. The other approach takes the whole signal into account. With these experiments, we assess the filter's ability to control both the observed part of the state vector (currents) and the unobserved part of the system (Sea surface Temperature).