Είναι ευρέως γνωστό ότι οι διαδικασίες της διάβρωσης του εδάφους επηρεάζονται από ένα πλήθος βιοφυσικών και ανθρώπινων παραγόντων και εμφανίζονται με διαφορετικές εντάσεις σε διαφορετικά περιβάλλοντα. Εντούτοις, οι χωρικές και χρονικές κλίμακες των διαδικασιών είναι ακόμα ανεπαρκώς κατανοητές. Ως εκ τούτου, ο έλεγχος και ο υπολογισμός της διάβρωσης και της απόθεσης αποτελεί ένα σύνθετο και δύσκολο στόχο. Επομένως, είναι ανάγκη να βελτιωθεί η κατανόηση των διαδικασιών λαμβάνοντας υπόψη την ποσοτική τους έκφραση, ώστε να είναι σε θέση ειδικοί επιστήμονες να αναλύσουν το αντίκτυπο του φαινομένου αυτού. Αντικείμενο της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής είναι η εκτίμηση μοντέλου διάβρωσης και στερεοπαροχής στον ταμιευτήρα του ομώνυμου φράγματος του ποταμού Πηνειού, στην περιοχή του Νομού Ηλείας. Απώτερος στόχος αυτής της μελέτης είναι ο υπολογισμός και η εκτίμηση του όγκου των φερτών υλών που έχουν αποτεθεί στον ταμιευτήρα του φράγματος, με αποτέλεσμα την πολυετή δυσλειτουργία του, με σκοπό την εφαρμογή πρακτικών που θα δώσουν παράταση στην οικονομική ζωή του έργου. Προς την κατεύθυνση αυτή αναπτύχθηκε μια μέθοδος η οποία συνδυάζει την Παγκόσμια Εξίσωση Εδαφικής Απώλειας (Universal Soil Loss Equation - USLE) με τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφορίας (GIS), συγκεκριμένα το λογισμικό ArcGIS 10. Η USLE υπολογίζει την μακροπρόθεσμη μέση ετήσια απώλεια εδάφους πολλαπλασιάζοντας πέντε συγκεκριμένους παράγοντες που περιγράφουν τα χαρακτηριστικά λεκανών, όπως η διαβρωτικότητα της βροχόπτωσης, η διαβρωσιμότητα του εδάφους, η μορφολογία του εδάφους, η φυτοκάλυψη του εδάφους και η διαχείριση των εδαφών κατά της διάβρωσης. Το GIS χρησιμοποιείται για την αποθήκευση των συντελεστών της USLE ως μεμονωμένα ψηφιακά επίπεδα τα οποία πολλαπλασιάζονται μεταξύ τους για να δημιουργήσουν έναν δυναμικό χάρτη εδαφικής διάβρωσης. Αυτός ο συνδυασμός παρέχει έναν τρόπο εκτίμησης της πιθανής διάβρωσης του εδάφους σε μια περιοχή με τις υπάρχουσες πηγές δεδομένων. Ο εντοπισμός των περιοχών που παρουσιάζουν μεγαλύτερο κίνδυνο διάβρωσης και η χαρτογράφησή τους, συμβάλουν στην πρόληψη της περαιτέρω υποβάθμισης του εδάφους με χρήση των απαραίτητων αντιδιαβρωτικών μέτρων. Για τον υπολογισμό του συντελεστή διαβρωτικότητας της βροχόπτωσης (R) και για την εξαγωγή του χάρτη κατανομής της χρησιμοποιήθηκαν οι μηνιαίες και ετήσιες μετρήσεις βροχόπτωσης από πέντε μετεωρολογικούς σταθμούς που εντοπίζονται στην λεκάνη απορροής ανάντη του φράγματος. Ο συντελεστής διαβρωσιμότητας του εδάφους (Κ) απαιτεί μετρήσεις πεδίου για την εκτίμηση των ιδιοτήτων του εδάφους. Στην παρούσα μελέτη, λόγω αδυναμίας συγκέντρωσης δειγμάτων, οι ιδιότητες του εδάφους εκτιμήθηκαν με γεωλογικά κριτήρια και εν συνεχεία με τη χρήση του GIS δημιουργήθηκε χάρτης κατανομής διαβρωσιμότητας του εδάφους. Με βάση το Ψηφιακό Μοντέλο Αναγλύφου της περιοχής μελέτης υπολογίστηκε ο τοπογραφικός συντελεστής (LS), ενώ βάσει του CORINE και σύμφωνα με τη βιβλιογραφία υπολογίστηκε ο παράγοντας κάλυψης και διαχείρισης γης (C). Τέλος, ο συντελεστής διαχείρισης των εδαφών κατά της διάβρωσης (P) ορίστηκε ίσος με τη μονάδα (1) καθώς δεν έχει παρθεί κανένα μέτρο για την προστασία των εδαφών κατά της διάβρωσης σε όλη την λεκάνη απορροής. Βάσει των παραπάνω υπολογισμών προέκυψε η μέση ετήσια απώλεια εδάφους ανά μονάδα επιφάνειας της λεκάνης απορροής ανάντη του φράγματος, η οποία ανέρχεται στους ----- t/ha ή SE=---- t/km2. Κατόπιν υπολογισμού της μέσης ετήσιας εδαφικής διάβρωσης, βάσει εμπειρικής μεθόδου υπολογίστηκε ο συντελεστής (%) στερεοαπορροής και κατ' επέκταση η μέση ετήσια στερεοαπορροή της λεκάνης ανάντη του φράγματος Πηνειού, η οποία ανέρχεται σε ----- t/ha ή ----- t/km2. Για την συγκεκριμένη λεκάνη απορροής το ----- των παραγόμενων φερτών υλών είναι αυτό που τελικά μεταφέρεται και αποτίθεται κάθε χρόνο στον ταμιευτήρα του φράγματος, τα οποία ανέρχονται σε ------ t. / It’s widely known that the procedures of soil erosion are affected by a number of biophysical and human factors and appeared with different intensities in different places. However, the spatial and temporal scales of the procedures are still poorly understood. Therefore, the control and the calculation of soil erosion and deposition are a complex and difficult task. So, it’s necessary to improve the understanding of the procedures, taking into account their quantitative expression, in order to scientists be able to analyze the impacts of this phenomenon. The main purpose of this thesis is the estimation of the erosion and sediment model in the reservoir of the homonymous dam of river Peneus, in the prefecture of Ilia. The ultimate goal of this study is to calculate and estimate the volume of sediment that have been deposited in the reservoir of the dam, resulting in perennial dysfunction , in order to implement practices that will give extension in the economic life of the project. For this propose a method has been developed that combines the Universal Soil Loss Equation- USLE with Geographic Information Systems- GIS. This method is the software ArcGIS 10. The USLE equation calculates the long-term average annual soil loss by multiplying five specific factors that describe the characteristics of the basins, such as the rainfall erosivity, the soil erodibility, the topography, the vegetation cover of the soil and the management of soil erosion. The GIS system is used to store the USLE’s factors as individual digital levels that are multiplied together to create a dynamic map of soil erosion. This combination provides a way of estimating of the possible erosion of the soil in an area with the existing data sources. The identification of the areas of greatest risk of erosion and their cartography, helped to prevent further soil degradation by using the necessary corrosion measures. For calculating the rainfall erosivity factor (R) and for the extraction of the distribution map of erosion are used monthly and annual rainfall measurements from five meteorological stations located in the watershed upstream of the dam. The soil erodibility factor (K) requires field measurements to estimate the properties of the soil. In this study, due to our inability to obtain samples, soil properties were evaluated with geological criteria and subsequently using the GIS created map distribution of soil erodibility. Based on the digital elevation model of the study area, was calculated the topographic factor (LS), while under CORINE and the literature was calculated the capper and land administration (C). Finally, the factor of soil management against erosion (P) was set equal to one (1) as there has not been taken any step to protect soils against erosion throughout the basin. Based on the above calculation showed average annual soil loss per unit area of the watershed upstream of the dam, which amounts to ---- t/ha or SE=---- t/km2. After calculation the average annual soil erosion, based on the empirical method has calculated the sediment delivery ratio and thus the average annual sediment yield of the watershed upstream of the dam Peneus, which is -----t/ha or ----- t/km2. For this specific watershed the ----% of the produced sediment is what ultimately transported and deposited annually in the reservoir of the dam, which amount to ---- t.

Η χρήση θαλασσίου ύδατος για ψύξη μηχανών σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις και σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας επιτυγχάνεται μέσω εγκαταστάσεων άντλησης θαλασσίου ύδατος. Οι δεξαμενές αυτών των εγκαταστάσεων πρέπει να σχεδιάζονται σύμφωνα με τις οδηγίες του Hydraulic Institute (1998) ώστε να αποφεύγονται ανεπιθύμητα φαινόμενα που επηρεάζουν την απόδοση και τη διάρκεια ζωής των αντλιών. Τέτοια φαινόμενα είναι οι στρόβιλοι, υποβρύχιοι και ελεύθερης επιφάνειας, η υπερβολική προ-ελίκωση της ροής ανάντη κάθε αντλίας, η ανομοιομορφία της ροής στην πτερωτή κάθε αντλίας, οι υπερβολικές χρονικές διακυμάνσεις της ταχύτητας και της ελίκωσης και η συμπαράσυρση αέρα και η δημιουργία φυσαλίδων. Στην παρούσα διατριβή εξετάζεται η δεξαμενή της εγκατάστασης άντλησης θαλασσίου ύδατος μέσω δύο αντλιών που βρίσκεται στον υπό κατασκευή Θερμοηλεκτρικό Σταθμό Φυσικού Αερίου της Δ.Ε.Η. στο Αλιβέρι. Σκοπός της διατριβής είναι η μελέτη της ροής στη συγκεκριμένη δεξαμενή ως προς την κυκλοφορία του ύδατος (γραμμές ροής και τύρβη), τις διατμητικές τάσεις στα τοιχώματα των αγωγών και της δεξαμενής, την προ-ελίκωση της ροής που προσεγγίζει την αντλία και την ανομοιομορφία της στο επίπεδο της πτερωτής της αντλίας, καθώς και η συμπεριφορά της ελίκωσης της ροής στους αγωγούς άντλησης. Η διερεύνηση της ροής γίνεται για αρκετές καταστάσεις λειτουργίας της δεξαμενής ως προς το βάθος ύδατος και τον αριθμό θυροφραγμάτων και αντλιών. Η γεωμετρία του υπολογιστικού πεδίου, το υβριδικό μη-δομημένο πλέγμα και η αριθμητική επίλυση των εξισώσεων ροής πραγματοποιήθηκαν με τα προγράμματα Design Modeler, Meshing και Fluent του ANSYS. Ειδικότερα για το Fluent επιλέχθηκαν τα μοντέλα τύρβης k-ε και k-ω. Τα αποτελέσματα αναλύονται και συγκρίνονται με τα πειραματικά του υδραυλικού μοντέλου (Dimas & Vouros, 2012) σε κλίμακα 1:8.7 κατά Froude. Στις περιπτώσεις όπου είναι ανοικτό μόνο το ένα θυρόφραγμα, έχουμε κυκλοφορία της ροής μεταξύ των δύο θαλάμων των αντλιών κυρίως κοντά στην ελεύθερη επιφάνεια του ύδατος. Στις περιπτώσεις όπου λειτουργεί μόνο η μία αντλία, έχουμε και έντονη κυκλοφορία στο θάλαμο της δεξαμενής που δεν γίνεται άντληση. Η φορά της ελίκωσης της ροής στον αγωγό συμπίπτει στις περισσότερες περιπτώσεις με αυτήν του υδραυλικού μοντέλου. Η γωνία ελίκωσης θ, η οποία υπολογίστηκε με βάση το μέτρο της εφαπτομενικής ταχύτητας, ήταν μεγαλύτερη στο μεγάλο βάθος ύδατος και διαφορετική σε όλες τις περιπτώσεις από αυτήν που μετρήθηκε στο υδραυλικό μοντέλο. / -

L'objectif de cette thèse est d'étudier les mécanismes d'interaction entre une cavité résultant d'un effondrement karstique et une digue fluviale. Il s’agit d'évaluer le rôle potentiel des cavités sous les digues et leurs effets sur ces dernières dans des conditions hydrologiques normales et extrêmes. Par conséquent, le premier point est de proposer une méthode pour évaluer l'influence d'une digue sur la stabilité d’une cavité sous-jacente. Le deuxième point concerne la stabilité de la pente de la digue quand une cavité est présente à proximité, sans prise en compte de l'effondrement de la cavité. Afin d’atteindre les objectifs de la thèse, les influences respectives du positionnement de la cavité par rapport à la digue et des paramètres géométriques et géotechniques ont été étudiées, par des approches analytiques et numériques, pour une meilleure évaluation du risque de rupture de la digue. Une application est proposée, basée sur des observations in situ et des données disponibles pour le secteur du Val d'Orléans (France). Cette zone est protégée des crues de la Loire par 52 km de digues fluviales (les levées), il y a été recensé plus de 600 effondrements karstiques (fontis) de 0,5 à 20 m de diamètre. Les premiers résultats obtenus par la méthode analytique montrent que l'instabilité de la cavité peut augmenter de manière significative lorsqu’elle est se trouve sous le centre de la digue et que cela peut affecter la stabilité de la digue lorsqu'elle en est suffisamment proche. Nous montrons aussi que le risque d'instabilité de la digue augmente en raison de l’apparition des fontis provenant de l’effondrement de cavités karstiques. Ces résultats indiquent qu'il y a un effet significatif de la cavité sur la stabilité de la pente, surtout dans le cas de matériaux saturés (c’est-à-dire en période de forte crue de la Loire) : autrement dit, l’effondrement de la cavité peut contribuer à la rupture de la digue. Une modélisation numérique non linéaire (2D et 3D) a été utilisée pour valider l'approche analytique et permettre la compréhension de l’influence des différents paramètres géométriques et géotechniques de la digue et de la cavité. Les résultats de la modélisation numérique ont confirmé ceux de la méthode analytique. Ces derniers peuvent donc être utilisés dans l’évaluation du risque de rupture de la digue en tenant compte de la probabilité d’existence d'une cavité sous-jacente, de sa position, de son diamètre, mais aussi de l'épaisseur de la couche d'alluvions. Les données numériques prises en compte sont celles du Val d'Orléans / The objective of this thesis is to study the interaction mechanisms between a cavity resulting from a karst collapse and a fluvial dike. The question that arises here is to evaluate the potential role of cavities beneath the dikes and their impact on the dike stability in normal and extreme flood conditions. Therefore, the first main point of the present work is to create a method to assess the influence of a dike on the stability of a cavity beneath it. Thereafter the second main point is to evaluate the stability of the dike slope when a cavity appears underneath without taking into account the collapse of the cavity. To achieve the objectives of the thesis, the dike effect on the cavity stability was investigated by studying the influence of the cavity location relatively to the dike and the interaction mechanisms, in the way to prioritize the geometric and geotechnical parameters for a better evaluation of the risk of dike failure. Numerical and analytical approaches were used. An application is described based on the in situ observations and data for the Val d’Orléans area (France). This area is protected against the Loire’s floods by 52 km of earth dikes (levees), in this area, more than 600 karstic sinkholes from 0.5 to 20 m diameter have been identified. The first results of the analytical method show that the cavity instability can significantly increase when the cavity is located under the centre of the dike, and this can affect the stability of the dike when the cavity is sufficiently close to it. We also show that there is a significant effect of the cavity on the dike slope stability, especially in the saturation state (i.e. during extreme floods): cavity collapse can then contribute to dike collapse. A nonlinear numerical modeling (2D and 3D) was used to validate the analytical approach, and to highlight the influence of the different geometrical and geotechnical parameters of the dike and the cavity. The results of the numerical modeling confirmed those of the analytical method. As operational conclusion, the results of the analytical model can be used to help assessing hazard due to the dike collapse taking into account the likelihood of an existing cavity, its position and diameter, and the thickness of the alluvium layer, regarding the data from the Val d’Orléans area

Cette thèse présente des travaux de deux natures différentes ; (1) l'étude approfondie des travaux de James Reason (Swiss cheese model) et (2) l'activité d'ingénierie d'un modèle (ECHO) pour l'étude des facteurs organisationnels et humains dans l'exploitation des barrages d'EDF. Ces travaux sont articulés autour de la question du rôle, de la valeur et de la place des modèles d'erreur humaine dans la gestion de la sécurité industrielle.Une revue de littérature montre que les dispositions de sécurité dans les barrages sont essentiellement techniques. Les considérations relatives au facteur humain, bien que prégnantes dans l'accidentologie, semblent faire défaut dans les pratiques. Constatant sa très large utilisation, nous présentons en détail le modèle de Reason. Nous mettons en lumière une « double » collaboration (peu documentée) entre recherche et industrie d'une part, sciences humaines et sciences de l'ingénieur d'autre part. Partant de cette double collaboration comme une condition de réussite à des évolutions culturelles de sécurité, nous présentons le processus d'ingénierie qui a permis la conception puis la mise en place d'un modèle facteur humain dans les études de dangers de barrages d'EDF. Nous tentons enfin de mesurer et de présenter les effets produits par ECHO sur les représentations et les pratiques. La discussion porte sur l'intérêt et les modalités de double collaboration dans la sécurité industrielle et espère contribuer à un recadrage du débat sur la nature et la valeur des modèles. / This thesis presents two different works: (1) an in-depth study of James Reason's work (Swiss cheese model) and (2) the engineering activity of a model (ECHO) of organizational and human factors in operation of EDF's dams. These works are articulated regarding the role, value and place of human error models in industrial safety management.A literature review shows that dams' safety is mainly based on technical issues. The considerations relating to human factors, although pervasively present in the accidents, seem to be lacking in practice. After its wide use, we present in detail the Reason's model. We highlight a double collaboration (poorly documented) between research and industry on the one hand, Humanities and engineering Sciences on the second hand. Based on this dual partnership as a success condition for efficient safety culture developments, we present the engineering process associated with the design and the implementation of a human factor model in EDF dams' hazards study. Finally, we try to measure and report the effects produced by ECHO on the representations and practices.The discussion focuses on the interest and modalities for double collaboration in industrial safety and, therefore hopes to contribute to reframe the debate on model's nature and value.