Natural groundwater storage can be improved by constructing a subsurface barrier that is a subsurface dam, in order to capture the subsurface flows and raise the groundwater levels (GWLs) in the sediment layers. Subsurface dams are preferable to surface dams because of lower evaporation, higher functionality, lower cost of construction, lessened risk for contamination and the possibility of utilizing land over the dam. Therefore subsurface dams constitute an affordable and effective method for the sustainable development and management of groundwater resources. The aim of this research project was to develop and test methods for the assessment and location of subsurface dams in water resources management. From previous experiences it has been established that locating suitable sites for construction of subsurface dams plays an important role in the overall success of these dams. Therefore, in order to locate suitable sites, two approaches were followed. The first was the Boolean approach using topographical, geological and landcover data in a geographic information system (GIS) environment for a previously glaciated terrain near Stockholm. The results of the Boolean approach were complemented by a groundwater balance model and a topographic wetness index (TWI). The second approach involved spatial multi-criteria analysis (SMCA) applied to a region with different geological and hydrological conditions. SMCA was applied in Northern Pakistan using factors such as topography, geology, landcover, soil thickness and TWI. Two weighting techniques, the analytic hierarchy process (AHP) and the factor interaction method (FIM), were employed and compared. The Factor removal technique was employed to assess the sensitivity of the model for each factor. Aquifer thickness is an important factor while planning subsurface dams and data regarding the soil thickness is often not available at larger scale. Therefore a simplified regolith model (SRM) was developed for estimating the regolith thickness in previously glaciated terrain with a high frequency of rock outcrops, based on a digital elevation model (DEM) and an optimized outcrop search algorithm. In order to analyse the dynamics of the groundwater flow, a transient 3D groundwater flow model was developed for a subsurface dam. Methods applied to locate suitable sites for the construction of subsurface dams showed some promising results and need to be applied and tested in areas with different hydrological and geological conditions. The Boolean approach is a simple method that could be used during early planning stages for locating suitable sites for the construction of subsurface dams. The SMCA framework enabled the integration of knowledge for decision making, where the weights had a more significant influence on the results than the choice of the weighting method. AHP was considered to be the more robust model for assigning weights in this study. The factor removal technique showed that the modeling results were least sensitive to soil depth and most sensitive to land cover for the construction of subsurface dams. SRM showed reasonable results and could be used in engineering projects prior to detailed field investigations in formally glaciated terrain when borehole data is not available. The groundwater flow modelling results helped to develop some sustainable pumping scenarios to demonstrate the benefits of the subsurface dam. Groundwater flow model results also facilitated the selection of a suitable site for placing a subsurface dam in order to maximize the groundwater storage upstream. It was concluded in this project that the subsurface dams could sustainably be used to mitigate the water supply issues in formerly glaciated humid terrain such as in Sweden and dry climatic areas such as in Pakistan. Moreover, subsurface dams can play an important role in water resources management in coastal areas of formerly glaciated terrain, where saltwater intrusion is a rising environmental issue. Also in dry climatic areas like in Pakistan, methods such as SMCA could make the planning step more robust before the actual construction of dams. Themethods and findings presented in this thesis can be considered to be one tentative step of scientific contribution for better analysis, assessment and the location of subsurface dams. / <p>QC 20160210</p>

Thesis (D.Sc.)--Stellenbosch University, 1953. / ENGLISH ABSTRACT: no abstract available / AFRIKAANSE OPSOMMING: geen opsomming

Σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής είναι η ανάλυση της ευστάθειας του δεξίου αντερείσματος του φράγματος του Μόρνου, στο νομό Φωκίδας με τον υπολογισμό του συντελεστή ασφαλείας για διάφορες περιπτώσεις σεισμικής φόρτισης ή/και φόρτισης με νερό. Αρχικά, στο Κεφάλαιο 2 γίνεται μια ανασκόπηση των φραγμάτων σαν τεχνικά έργα και μια ταξινόμησή τους ανάλογα με το σκοπό, τη χρήση, τη γεωμετρία και τα υλικά κατασκευής τους. Στη συνέχεια γίνεται μια αναφορά στα συναφή-συνοδά έργα καθώς και στην ανάγκη ενοργάνωσης και συστηματικής παρακολούθησης τους ώστε να αποφεύγονται μελλοντικές αστοχίες. Στο Κεφάλαιο 3 δίνεται μια συνοπτική περιγραφή του φράγματος και αναφέρονται η γεωγραφική του θέση καθώς και τα κύρια κατασκευαστικά του χαρακτηριστικα. Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζεται το ευρύτερο γεωλογικό πλαίσιο της περιοχής με την ένταξή της σε συγκεκριμένη γεωτεκτονική ζώνη, όπως επίσης και οι γεωλογικές συνθήκες στην περιοχή που εδράζεται το φράγμα. Ακόμα δίνεται η υδρογεωλογική συμπεριφορά των σχηματισμών στην περιοχή, τα κλιματολογικά και βροχομετρικά στοιχεία, ενώ όσον αφορά τη σεισμικότητα, αφού γίνει μια αναδρομή σε ιστορικούς και σύγχρονους σεισμούς της ευρύτερης περιοχής, έχουμε την ένταξή της σε συγκεκριμένη ζώνη σεισμικής επικινδυνότητας. Ακολουθεί το Κεφάλαιο 5 το οποίο αναφέρεται στις εργαστηριακές δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν, αφού πρώτα αναφερθούν ο τρόπος δειγματοληψίας και διαμόρφωσης των αρχικών δειγμάτων σε εργαστηριακά δοκίμια. Το Κεφάλαιο 6 αφορά την τεχνικογεωλογική συμπεριφορά του σχηματισμού με την ταξινόμηση της βραχομάζας του φλύσχη με τα συστήματα RMR (Bieniawski 1973), SMR (Romana 1985) και GSI (Hoek και Brown 1980), ώστε να αποτυπωθεί ο τεχνικογεωλογικός χάρτης της περιοχής του φράγματος με συγκεκριμένες τεχνικογεωλογικές ενότητες. Στη συνέχεια γίνεται περιγραφή των ασυνεχειών της βραχομάζας από μηχανικής άποψης, με την παρουσίαση τεκτονικών διαγραμμάτων (στερεοδιαγράμματα) και την επεξεργασία των παραμέτρων των ασυνεχειών. Στο τέλος του κεφαλαίου, από την ανάλυση των τεκτονικών διαγραμμάτων που προηγήθηκε, παρουσιάζονται οι δυνητικές ολισθήσεις που παρατηρούνται σε συγκεκριμένες θέσεις του δεξιού αντερείσματος του φράγματος, καθώς και ο τεχνικογεωλογικός χάρτης της περιοχής του φράγματος. Στο κεφάλαιο 7 γίνεται η ανάλυση της ευστάθειας του δεξιού αντερείσματος με τα προγράμματα Rocplane και Rocksta τόσο για την περίπτωση της ολίσθησης πάνω σε ασυνέχειες, όσο και για την περίπτωση ολικής αστοχίας. Και στις δύο περιπτώσεις, εξάγεται ο συντελεστής ασφαλείας για διαφορετικές συνθήκες σεισμικής φόρτισης ή φόρτισης του πρανούς με νερό. Στο Κεφάλαιο 8 παρουσιάζονται συγκεντρωτικά τα συμπεράσματα που εξήχθησαν από την συγκεκριμένη διατριβή από τα στάδια της χαρτογράφησης υπαίθρου, τις επιτόπου μετρήσεις, τις εργαστηριακές δοκιμές και την ανάλυση της ευστάθειας, ενώ στο Κεφάλαιο 9 υπάρχει η ελληνική και ξένη βιβλιογραφία στην οποία βασίστηκε η εργασία αυτή. Τέλος, στο Παραρτήµα που συνοδεύει την παρούσα διατριβή παρατίθενται τα έντυπα εργαστηριακών δοκιµών, ο τεχνικογεωλογικός χάρτης της περιοχής καθώς και τα δελτία καταγραφής των παραμέτρων μηχανικής περιγραφής των ασυνεχειών του αντερείσματος στην ύπαιθρο. / -

Η παρούσα Διατριβή Διπλώματος Ειδίκευσης πραγματεύεται την ανάλυση της ευστάθειας του αριστερού (νότιου) αντερείσματος του φράγματος του Μόρνου. Σκοπός της εργασίας η οποία πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια Ερευνητικού Προγράμματος του Εργαστηρίου Τεχνικής Γεωλογίας, είναι η εκτίμηση της ευστάθειας των ανώτερων στρωμάτων του Φλύσχη (Ψαμμιτική φάση του Φλύσχη) στα οποία στηρίζεται η κατασκευή του φράγματος. Η ιδιάζουσα σημασία του φράγματος, σε συνδυασμό με την ιδιαιτερότητα που παρουσιάζει ο φλύσχης, καθιστούν την προσπάθεια αυτή μελέτης του αριστερού αντερείσματος υψίστης σημασίας. Κατά τη χρονική περίοδο 2011 - 2013 πραγματοποιήθηκε στην περιοχή του φράγματος, λεπτομερής έρευνα η οποία περιελάμβανε τη μελέτη τεκτονικών διαγραμμάτων για τον υπολογισμό της ευστάθειας του πρανούς. Για τον λόγο αυτό, κρίθηκε απαραίτητη η διερεύνηση των τεχικογεωλογικών ενοτήτων από τις οποίες καλύπτεται η υπό μελέτη περιοχή, καθώς και εκτίμηση των φυσικών και µηχανικών χαρακτηριστικών των γεωλογικών σχηµατισµών οι οποίοι χαρτογραφήθηκαν. Οι εργασίες αυτές έχουν αποτέλεσμα την εκτίμηση του είδους της αστοχίας καθώς και του προσδιορισμού του συντελεστή ασφάλειας της περιοχής ενδιαφέροντος. Πιο αναλυτικά στο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2, γίνεται μία εισαγωγή στην γενικότερη κατηγορία τεχνικών έργων την οποία αποτελούν τα φράγματα, καθώς και τους σκοπούς που αυτά εξυπηρετούν. Επιπλέον, γίνεται αναφορά στα συνοδά τεχνικά έργα που είναι αναγκαία στην κατασκευή των επιβλητικών αυτών κατασκευών όπως επίσης και την ενόργανη παρακολούθηση η οποία συνοδεύει όλα τα μεγάλα τεχνικά έργα. Το ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3, βασίζεται στην συγκέντρωση και αξιολόγηση των υπαρχόντων στοιχείων για την ευρύτερη περιοχή του αριστερού του φράγματος. Επιπλέον διερευνώνται οι γεωλογικές συνθήκες και γίνεται περιγραφή των γεωλογικών σχηµατισµών που δοµούν την περιοχή. Ακόμη γίνεται αναφορά στο γενικότερο τεκτονικό πλαίσιο µε αναφορά στις τεκτονικές δοµές και τη σεισµικότητα της ευρύτερης περιοχής. Τέλος γίνεται αναφορά στο υδρογεωλογικό καθεστώς µε βάση τη δοµή και τη φυσική κατάσταση των σχηµατισµών, περιγραφή του κύριου υδρογραφικού δικτύου του Μόρνου και καταγραφή των υδρομετεωρολογικών στοιχείων, για τα οποία παρατίθενται και ερµηνεύονται δεδομένα που αφορούν τη βροχόπτωση και τη θερμοκρασία. Στο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4, γίνεται αποτίμηση των φυσικών και δυναμικών παραμέτρων, καθώς και των παραμέτρων αντοχής του βραχώδους υλικού, της ψαμμιτικής φάσης του φλύσχη, του αριστερού αντερείσματος. Η πραγματοποίηση των εργαστηριακών δοκιμών, συνέβαλλε καταλυτικά στη μελέτη της ευστάθειας. Στο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5, πραγματοποιήθηκε εξέταση όλων εκείνων των παραγόντων που είναι δυνατόν να επηρεάσουν την συμπεριφορά του πετρώματος σαν συνόλου (βραχόµαζα). Βασική δηλαδή είναι τόσο η µελέτη του βαθµού αποσάθρωσης, όσο και του προσανατολισµού και των υλικών πλήρωσης των ασυνεχειών του πετρώµατος (διακλάσεις, στρώσεις, σχιστότητα), που τελικά είναι δυνατόν να µεταβάλλουν εντελώς την τεχνική συµπεριφορά της βραχοµάζας του. Για την αποτύπωση των τεκτονικών διαγραμμάτων έγινε χρήση του προγράμματος Dips της εταιρίας Rocscience, από το οποίο προέκυψαν και τα είδη αστοχίας που αναμένονται για το πρανές. Επιπλέον χρησιµοποιήθηκαν τα τρία πιο διαδεδοµένα συστήµατα ταξινόµησης, το γεωµηχανικό σύστηµα ταξινόµησης RMR (Bieniawski 1973), το σύστημα ταξινόμησης SMR (ROMANA 1985) και ο γεωλογικός δείκτης αντοχής - GSI (Hoek και Brown 1980). Τα συστήματα αυτά ταξινόμησης αποτελούν ισχυρή βοήθεια στον υπολογισμό του συντελεστή ασφαλείας για το έργου. Τέλος στο κεφάλαιο αυτό γίνεται περιγραφή των τεχνικογεωλογικών χαρακτηριστικών των σχηµατισµών της περιοχής έρευνας µε βάση κυρίως τη σύσταση, τη δοµή και τη γενικότερη φυσική τους κατάσταση και συµπεριφορά µέσω του τεχνικογεωλογικού χάρτη κλίµακας 1:10000 που κατασκευάστηκε μέσω του προγράμματος ArcMap. Στο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 γίνεται ανάλυση του είδους της ολίσθησης που αναμένεται να δημιουργηθεί στο εν λόγω πρανές. Η ευστάθεια των πρανών, είναι μια κατάσταση της βραχομάζας η οποία εξαρτάται από διάφορους παράγοντες. Τέτοιοι παράγοντες ορίσθηκαν στα κεφ. 4 και 5. Ο μηχανισμός μετακίνησης του πρανούς προϋποθέτει διατμητική παραμόρφωση και μετατόπιση του μέσω της θραύσης του υλικού κατά μήκος μιας ή περισσότερων επιφανειών. Η μετακινούμενη μάζα είναι δυνατόν να κινηθεί πάνω στην επιφάνεια ολίσθησης είτε παραμένοντας ενιαία είτε διαχωρισμένη σε μικρότερες ανεξάρτητες μετακινούμενες μάζες. Οι τύποι αστοχίας που μελετήθηκαν στην εργασία αυτή είναι η περίπτωση ολικής αστοχίας του πρανούς, καθώς και οι δυνητικές περιπτώσεις επίπεδης και σφηνοειδούς ολίσθησης. Για τους παραπάνω τύπους αστοχίας έγινε χρήση των προγραμμάτων Rocplane και Swedge της εταιρίας Rocsciense καθώς και του προγράμματος Rocksta. Στο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7, γίνεται η τελική σύνθεση όλων των συμπερασμάτων που προέκυψαν από την τεχνικογεωλογική χαρτογράφηση, τη γεωτεχνική έρευνα, τις επιτόπου παρατηρήσεις και την ανάλυση ευστάθειας με σκοπό τον υπολογισμό του συντελεστή ασφαλείας του αντερείσματος. Τέλος, στα Παραρτήµατα που συνοδεύουν την παρούσα διατριβή παρατίθενται τα έντυπα εργαστηριακών δοκιµών, τα αποτελέσµατα αναλύσεων ευστάθειας του πρανούς, ο τεχνικογεωλογικός χάρτης της περιοχής έρευνας καθώς και οι χάρτες από το ΑrcMap και φωτογραφίες του αντερείσματος για κάθε τεκτονικό διάγραμμα οι οποίες λήφθηκαν από την επί τόπου παρατήρηση. / -

No description available.

D.Sc. / Please refer to full text to view abstract

A dissertation submitted to the Faculty of Engineering and the Built Environment, University of the Witwatersrand, Johannesburg, in fulfilment of the requirements for the degree of Master of Science in Engineering. / The reliability of using isotropically consolidated specimens in the laboratory determination of liquefaction characteristics of cohesionless sands, as is common practice today, is evaluated. Two series of triaxial tests involved the conventional undrained loading of isotropically and anisotropically consolidated specimens. The third series of tests utilized anisotropically consolidated specimens loaded by following special undrained stress paths. Test results revealed that liquefaction characteristics obtained from isotropically and anisotropically consolidated specimens are different. The effective angles of friction mobilized at peak shear stress and at steady state were greater for anisotropically consolidated specimens. Loading stress path is seen to have no effect on the liquefaction characteristics derived from conventional loading of anisotropically consolidated specimens. The critical stress ratio line is observed to be the line determining the initiation of liquefaction so that any stress path attempting to cross this line, regardless of direction of approach, immediately shows strain-softening behavior leading to liquefaction. / AC 2018

Dam construction has increased exponentially over the past century, primarily in temperate environments. While the impacts of dams in temperate regions have been well-documented, a parallel level of research on dam impacts has not been achieved in tropical environments. The overall objective of this research was to understand the hydrologic impacts of dams in Costa Rica, a representative case study in a tropical environment. To achieve this objective, the following specific objectives were developed: 1) examine the spatial and temporal trend of large dam development within the country; 2) assess large-scale hydrologic impacts (at the national scale); 3) analyze downstream flow of individual dams to determine regional impacts. Analysis of the spatial trend of dam development utilized a geographic information system. The spatial distribution showed no apparent relation to hydroclimate, and additional land-use analysis indicated that basins containing large dams are primarily covered by either forest or crop. Assessment of large-scale impacts used potential reservoir storage to represent the hydrologic impact. Results indicate that large dams in Costa Rica are having a relatively low impact on the surface water component of the hydrologic cycle compared to temperate regions. However, this analysis revealed that two dams, Arenal and Sandillal, are having a disproportionately significant impact on their individual basins. Analysis of flow regime for individual dams followed standard hydrologic analyses of comparing pre- and post-dam discharge data. Variables analyzed included mean, minimum, and peak flows. Results of these analyses revealed that the Arenal- Corobic-Sandillal dam project have resulted in severe disruption to downstream hydrology for all three dams. In contrast, downstream of Ventanas Dam changes in downstream discharge were smaller than those documented for dams in temperate regions. The results of this research indicate that dam impacts in the tropics may be very different from those documented in temperate environments. Consequently, theories developed for temperate areas regarding expected dam impacts may not apply to tropical regions. This has important implications for hydrology, geomorphology and ecology. This study should serve as a step toward development of a more generalized theory of dam impacts in the tropics.

Η εκπόνηση της πτυχιακής αυτής εργασίας πραγματοποιήθηκε στην περιοχή της Αλευράδας Αιτωλοακαρνανίας και ειδικότερα στη θέση του φράγματος των Κρεμαστών με κύριο σκοπό: • την απόκτηση της τεχνογνωσίας που απαιτείται για την κατασκευή τέτοιων υδροηλεκτρικών έργων • τη χαρτογράφηση της περιοχής γύρω από το φράγμα • την επισήμανση των μέτρων αντιμετώπισης σε θέματα διαρροών, μετακινήσεων και στατικότητας που είναι αναγκαίο να λαμβάνονται σε τέτοιας κλίμακας υδροηλεκτρικά έργα • τη μελέτη των τεχνικογεωλογικών χαρακτηριστικών των κροκαλοπαγών και ψαμμιτικών πετρωμάτων / This project was done in the region of Aleurada, Aitoloakarnania and more specificaly at the dam of Kremasta.

In general, tailings dams are expected to seep. Anomalous seepage, especially when induced by internal erosion, is a major concern for owners and operators. The long established techniques for monitoring water seepage provide sparse information which may not be sufficient to detect and map the seepage path. Hence, there exists a great need for non-invasive techniques that would be sensitive to changing seepage conditions. The non-invasive nature of the techniques is particularly important because drilling and other penetrating (invasive) investigation methods are normally avoided. / Non-invasive techniques such as self-potential and high-resolution resistivity have been significantly improved in the past decade and have been successfully used for water retention dam investigation and monitoring. The main difficulty in the use of these techniques in monitoring sulfide rich tailings dams is the presence of electrochemical potentials that renders the interpretation of the acquired self-potential data difficult. / Numerical modelling is one of the latest methods in interpreting self-potential anomalies induced by liquid flow. But, in order to model streaming potentials several parameters need to be measured or estimated; (1) the hydraulic driving force and the hydraulic conductivity are required to solve for the hydraulic pressure distribution; (2) the cross-coupling conductivity distribution is needed to calculate the conduction current source parameter; and (3) the resistivity distribution is needed to determine the resulting potential distribution. / The zeta-potential and the resistivity of three pyrite rich tailings from the Abitibi region in Quebec were measured over the pH range 2 to 5 in different KCl aqueous solutions for the purpose of estimating the magnitude of electrokinetic effect induced by mine water seepage and the electrical resistivity variation induced by particle migration. The experimental and theoretical results obtained in the present study are pertinent to the interpretation of self-potential data. The zeta-potential was found to vary from -27 to -2 mV and the resistivity of the tailings was found to increase when fine particles are eroded.