Reproduction de : Thèse de doctorat : Géographie, Aménagement et Urbanisme : Lyon 2 : 2003. / Thèse soutenue en co-tutelle. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. Index.

Depuis le 19ème siècle, de nombreux dispositifs de protection ont été implantés en montagne pour réduire le risque torrentiel. L'évaluation multi-échelle de leur efficacité est nécessaire pour comparer et choisir les stratégies de maintenance et de gestion de l’occupation des sols. Le chapitre I met en évidence les ambiguïtés du concept d’efficacité évalué selon plusieurs critères dans un contexte d’information imparfaite, issue de sources multiples, inégalement fiables. Pour aider l’évaluation multidimensionnelle, le problème de décision est décomposé en plusieurs sous-problèmes formulés, modélisés, traités puis intégrés. L’état de l’art du chapitre II permet de retenir les méthodes de la sûreté de fonctionnement (SdF) et d'aide à la décision (AD) basées sur le Raisonnement Évidentiel, associant les ensembles flous, les possibilités, les fonctions de croyance et la fusion d’information pour traiter chaque problème. Le chapitre III explicite le concept d'efficacité puis propose une adaptation des méthodes de la SdF à la formulation multi-échelle des problèmes. Le chapitre IV adapte les méthodes d'AD basées sur le Raisonnement Évidentiel, les améliore pour mieux représenter la connaissance disponible et évaluer la qualité d’une décision, et les associe. Le chapitre V propose une méthodologie séquentielle qui intègre ces méthodes pour évaluer les mesures de protection, de l’échelle de l’ouvrage à celle du bassin d’enjeux. Enfin, le chapitre VI discute les résultats, identifie les apports respectifs de l'intégration et des nouvelles méthodes, puis décrit les perspectives de déploiement opérationnel de la méthodologie développée. / Many torrential protective check dams have been built in French mountainous areas since the 19th century. They aim to reduce risk in torrential watersheds. Analysis of their effectiveness is needed to assess residual risk and to choose the best maintenance strategy in a context of reduced budgets. Chapter I introduces main issues due both to definition of effectiveness concept and also the several criteria and system scales that have to be assessed. Moreover, required expertise is based on imperfect information, provided by several sources with different reliability levels. To help such decisions, this thesis proposes to break down general assessment into several smaller decision-making problems. In chapter II, dependability analysis tools and Evidential Reasoning based-decision-aiding methods (ER-DAMs), using fuzzy sets and possibility theories, are chosen to help individual decisions. Chapters III to V then introduce new developments. Effectiveness concept is first defined. A multi-scale dependability analysis helps to describe each decision-making problem. ER-DAMs are then adapted to help effectiveness assessment at each system’s scale. Technical improvements are provided to these methods for a better knowledge representation and final decision. Improved methods are then associated. Finally, individual problems and associated methods are integrated in a generic methodology to help torrential protective measures’ effectiveness assessment at watershed scale. The last chapter VI focuses on discussion of integrative aspects and of ER-DAMs’ specific developments. It gives some elements to improve methods but also to help operational implementation of the generic methodology.

Els treballs d’aquesta tesi es centren geogràficament en el sector del NE de Catalunya, i concretament entre el cap de Creus i la frontera amb França. Es tracta d’una zona amb conques torrencials petites però en les que s’originen inundacions amb una certa freqüència i sovint amb danys importants. Comprèn 11 conques distribuïdes en els termes municipals de Portbou, Colera, Llançà, la Selva de Mar i el Port de la Selva. Les conques presenten unes diferències entre si, però també moltes similituds, ja que es troben en una àrea amb pluges abundants en períodes curts de precipitació. Tenen també un pendent del perfil longitudinal molt brusc, amb els cims de capçalera al voltant dels 600 m. En conseqüència s’originen avingudes sobtades o rierades (flash flood). Geològicament es tracta d’una àrea bastant homogènia, en la que la major part del territori correspon a esquistos i pissarres paleozoïques (cambroordovicianes). Hi ha un petit retall granític en el sector meridional del tram mig de la conca de Llançà. Al fons de les valls els sediments al·luvials han originat les formes recents de tipus terrassa, que aporten informació al respecte de la dinàmica hídrica dels torrents. Hi ha zones recobertes per materials antròpics de recent aportació amb diferents finalitats. Les finalitats es van basar en la cerca del coneixement de la dinàmica dels torrents, de cara a la identificació i determinació de les zones vulnerables als perills d’inundació. Dins d’aquest marc es buscava determinar la freqüència i la magnitud de les inundacions, correlacionant-les amb les característiques geomorfològiques i antròpiques del sistema fluvial. Posteriorment els objectius es van ampliar amb l’anàlisi de la incertesa ja que aparegué aquest problema, de manera general en temàtiques del medi natural i també en la mateixa zona d’estudi. Així es va plantejar determinar el perquè es produeixen aquestes incerteses (aleatòria i epistèmica) i posteriorment mirar de reduir-les. D’aquí va sorgir la necessitat d’innovar i millorar la metodologia d’identificació i cartografia de zones inundables. També es va abordar el problema del canvi climàtic. Com a base del treball es va escollir el “Mètode geomorfològic integrat d’identificació i cartografia de zones inundables” o “Mètode geomorfològic integrat”. Els primers passos de la recerca van ser l’elaboració de la cartografia geomorfològica integrada, de la qual se n’ha derivat la cartografia d’inundabilitat de cada conca. Aquestes cartografies han estat informatitzades mitjançant el programa ArcGIS, i es presenten, a escala 1:3000, en el Volum 2 d’aquest treball, i classificats per conques, començant pel N (la frontera) i acabant pel SE (cap de Creus). Els treballs de camp han estat complementats amb la recollida de dades històriques referents a esdeveniments succeïts en el passat. Amb l’aplicació del Mètode geomorfològic integrat, i a rel de l’aparició de la incertesa abans descrita, es va anar a buscar innovacions i a plantejar la problemàtica de manca de dades prou generals mitjançant l’anàlisi de tipus multiconca-multifunció. Amb el “Mètode geomorfològic integrat” es van identificar, cartografiar i analitzar els elements indicadors de zones inundables, especialment les terrasses, de les quals, en totes les conques, se'n van diferenciar dues: la T0 o llera i la T1 o superior. Les incerteses que aparegueren en l’anàlisi es centraven especialment en els càlculs dels cabals dels torrents en moments punta, però també en les determinacions dels períodes de retorn Tr de les inundacions. Les incerteses es donen, essencialment, a causa de: a) la insuficiència de dades que permetin els càlculs dels cabals i les distorsions derivades de la seva aplicació; b) la insuficiència de dades pluviomètriques; c) la insuficiència de dades en el registre històric; d) la desigualtat en la distribució de la població; e) la imperfecta predicció dels episodis d’inundació a causa de la mida de les conques; i f) la rapidesa i variabilitat de la resposta hidrològica, que fan que el temps d’actuació davant la crescuda sigui molt reduït. Pel que fa a les tipologies de zones inundables, s’ha estudiat les normatives d’àmbit europeu, estatal i autonòmic, amb la finalitat d’aplicar-les a la zona d’estudi. Aparegueren problemes d’aplicabilitat, ja que es basen en el funcionament de grans rius. Els resultats de les conques extenses i de crescuda relativament lenta no encaixaven amb els de les conques petites que tenen avingudes brusques de tipus “flash flood”. Tampoc coincidien en els períodes de retorn ni amb les zonificacions de “Zona Fluvial”, “Sistema hídric” i “Zona Inundable”. És a partir de la cartografia geomorfològica integrada i de tota la resta d’informacions que s’ha arribat a establir una classificació qualitativa de la inundabilitat: alta, mitja i baixa. És la classificació que queda recollida en la cartografia d’inundabilitat, complementada amb altres elements d’interès que hi van relacionats (zona protegida, línies de circulació preferent, punts crítics, etc.). En relació al canvi climàtic s’han buscat referències per poder preveure comportaments en futurs escenaris. S’ha buscat indrets amb possibilitats d’estudiar registres sedimentaris de materials granulomètricament fins i de naturalesa orgànica que permetessin datacions. L’anàlisi multiconca-multifunció, s’ha basat en dos aspectes principals: la magnitud de les precipitacions, i les dades històriques dels efectes de les inundacions. Ha permès la quantificació de les freqüències d’inundació, prenent els períodes dels quals es disposa de més informacions i que són més representatives. S’ha obtingut un promedi de 3 anys de temps de separació entre inundacions o període de retorn. El concepte d’inundació es considera, aquí, que les aigües desbordin de la llera del torrent ocupada per la terrassa inferior T0, i passin a ocupar l’àrea de la terrassa superior T1. En aquest concepte no es té en consideració el gruix d’aigua desbordada ni la magnitud dels efectes ni dels danys ocasionats. De tot el conjunt de treballs, ha sigut possible la formulació de conclusions referents a: - les possibilitats de zonificació de les àrees inundables, - la reducció dels factors d’incertesa característics de les conques - la introducció de millores en el Mètode geomorfològic integrat d’identificació i la cartografia de les zones inundables - la determinació de la freqüència de les inundacions mitjançant l’anàlisi multiconca-multifunció, basat en dos aspectes principals: la magnitud de les precipitacions, i les dades històriques dels efectes de les inundacions Nota: L’estructura d’aquest treball de tesi doctoral desglossa les dades en dos volums. El primer volum comprèn la totalitat dels textos, i el segon només la cartografia: la geomorfològica integrada i la d’inundabilitat, classificades per conques i amb les corresponents llegendes de simbologies gràfiques. / The study area is located in NE Catalonia, Spain, between Cap de Creus and the border with France. The area consists of eleven small basins distributed over the municipalities of Portbou, Colera, Llançà, La Selva de Mar and El Port de la Selva. These basins are prone to devastating flash floods and display differences as well as similarities given that the area is characterised by high intensity short duration rainstorms. The slope of the longitudinal profile of the basins is abrupt and the watershed attains approximately 600 m. Geologically, the area is homogeneous, consisting of palaeozoic schists and slates (cambro ordovician). A small part of the southern sector of the middle of the Llança basin is composed of granite. Recent alluvial terraces are located at the bottom of the valleys and provide valuable insights into stream dynamics. Parts of the study area are covered with diverse materials as a result of human intervention. The aim of the thesis is to improve our understanding of stream dynamics in order to identify the areas that are prone to flood hazards. An attempt was made to determine the frequency and magnitude of floods by correlating them with the geomorphological and anthropogenic characteristics of the fluvial system. Subsequent aims arose given the special characteristics of the study area, which required an analysis of uncertainty (random and epistemic). Special emphasis was placed on innovating and improving the methodology of identification and mapping of flood prone areas. Climate change was also addressed. The “Integrated geomorphological method of identification and mapping of flood hazard areas” or “Integrated geomorphological method” was used. The study consists of two parts. The first part of the study is focused on the integrated geomorphological mapping and the second part is devoted to flood hazards from which the flood hazard map for each basin was derived. These maps were computerized using ArcGis software and are at 1:3000 scale. The basins from the N (the border with France) to the E (Cap de Creus) are classified in volume 2 of the thesis. Field work was complemented by historical data of past events. The multibasin-multifunction analysis was performed to address the uncertainties that resulted from using the integrated geomorphological method. The Integrated geomorphological method enabled us to identify, map and analyse all the features providing evidence of flood prone areas especially fluvial terraces of which two were differentiated in each basin: T0 or lower terrace and T1 or upper terrace. The uncertainties of analysis affected the calculation of peak discharges and the determinations of flood frequency. These uncertainties were attributed to a) paucity of data which resulted in distortions or in the impossibility of discharge calculations, b) scarcity of rainfall data, c) insufficient historical records, d) irregular distribution of population in the basins, e) inaccurate prediction of floods because the size of the basins and f) speed and variability of the hydrological response, which considerably reduces the time for action before the flood. European, national and regional norms and zoning were studied in an effort to make a hazard classification of the flood prone areas. Problems of applicability arose because the norms are based on dynamics of large rivers. The results of the large rivers with relatively slow floods were not consistent with those of small basins that generate flash floods. These results did not coincide with those of return periods nor with the regional zoning of “Zona fluvial”, Sistema hídric” and Zona inundable” in Catalonia. The integrated geomorphological mapping together with all other data enabled us to classify qualitatively flood hazards into: high, medium and low. This classification is presented in the flood hazard mapping and is complemented by other related information (protected zone, preferential flow lines, critical points, etc.). Climate data that could predict future scenarios were obtained. It was not possible to find sedimentary records of fine grained organic sediments to enable dating. The multibasin-multifunction analysis was based on two sets of data: the magnitude of rainfall associated with flooding and historical data of floods. This enabled us to quantify the frequency of flooding by selecting the periods with more data and those that were more representative. A gap of 3 years between flooding or return period was obtained. The concept of flooding considered in the study is as follows: water overflows the lower terrace (T0) and occupies the area of the upper terrace (T1). This concept considers neither the magnitude of overflow nor the damage caused. In the light of our findings, the following conclusions may be drawn: - possibility of zoning flood prone areas - reduction of uncertainty that is characteristic of these basins - improvement in the Integrated geomorphological method of identification and mapping of flood hazard areas - determination of flood frequency by multibasin-multifunction analysis based on two main data: magnitude of rainfall and historical data (effects of floods). NB This doctoral thesis consists of 2 volumes. The first contains the text and the second includes the maps (integrated geomorphological maps and flood hazard maps) classified by basins, and the corresponding legends.

Η περιοχή έρευνας, η οποία καταλαμβάνει τις αυτοτελείς υδρολογικές λεκάνες των χειμάρρων Σέλεμνου, Ξυλοκέρα και Βολιναίου, καταλαμβάνει συνολική έκταση 68.6 km2 και εντοπίζεται στη ΒΔ Πελοπόννησο, στο βόρειο τμήμα του Νομού Αχαΐας. Από βορρά ορίζεται από τον Πατραϊκό Κόλπο και από νότο από το Παναχαϊκό Όρος. Το γεωλογικό υπόβαθρο της περιοχής αποτελούν οι σχηματισμοί της ζώνης Ωλονού – Πίνδου, ενώ το ημιορεινό και πεδινό τμήμα της είναι πληρωμένο από Πλειο-Πλειστοκαινικά και Ολοακινικά ιζήματα. Η περιοχή καλύπτεται κυρίως από φυσική βλάστηση και δάση (46.11%) καθώς και συστήματα καλλιεργειών (46.29%), ενώ υπάρχουν και μικρές εκτάσεις βοσκοτόπων (5.67%). Όσον αφορά τους κατοίκους, εκτός από τις καλλιέργειες και την εκτροφή ζώων, που αποτελούν τις κύριες δραστηριότητές τους, υπάρχει και ένας μικρός αριθμός βιομηχανιών (1.51%) οι οποίες εντοπίζονται κοντά στις αστικές περιοχές. Το μέσο υψόμετρο της περιοχής είναι 480.74 m και η μέση κλίση 42.04%. Οι υψηλές αυτές τιμές δείχνουν ότι στην περιοχή διατηρείται ένα ισχυρό ανάγλυφο. Η διατήρηση του ισχυρού αναγλύφου έχει να κάνει με την ενεργό τεκτονική που έχει δράσει στην περιοχή κατά τη Μεταλπική περίοδο. Μέρος της ενεργού τεκτονικής είναι και ο πλέον υψηλός ρυθμός ανύψωσης που υφίσταται η περιοχή, αφού κοντά στην υπολεκάνη του Ρίου έχει υπολογιστεί στα 4.5 mm/year. Η αύξηση του ρυθμού ανύψωσης κατά το Τεταρτογενές συνεπάγεται την ανάπτυξη του υδρογραφικού δικτύου καθώς επίσης και μεγάλης έκτασης μεταβολή της κοκκομετρίας, από λεπτόκοκκο σε αδρόκοκκο, προς τα πάνω, με παράλληλη αύξηση του όγκου του παραγόμενου υλικού. Η μέση κλίση των λεκανών κυμαίνεται μεταξύ 36.34% και 44.46%, ενώ το μέσο υψόμετρο μεταξύ 441.89 m και 611.99 m. Το υψόμετρο μεγίστης συχνότητας κυμαίνεται από 250 έως 450 m, ενώ ο βαθμός αναγλύφου από 0.143 έως 0.165. Το υδρογραφικό δίκτυο είναι καλά αναπτυγμένο και επικρατεί η κατακόρυφη διάνοιξη των κοιλάδων. Βρίσκεται στο στάδιο νεότητας και η επικρατούσα μορφή του είναι η δενδριτική. Η ανάπτυξή του είναι συνυφασμένη με την ανάπτυξη των τεκτονικών ασυνεχειών ΔΝΔ-ΑΒΑ διεύθυνσης, δεδομένου ότι αποτελούν επιφάνειες αδυναμίας τις οποίες τα ρέοντα ύδατα μπορούν να διαβρώσουν και σχηματίσουν κανάλια επιφανειακής απορροής. Φτάνει μέχρι την 5η τάξη, ενώ η υδρογραφική πυκνότητα κυμαίνεται μεταξύ 2.425 και 3.223 και η συχνότητα μεταξύ 5.175 και 8.742. Η μελέτη των ιστολογικών χαρακτηριστικών των κόκκων στις κοίτες των χειμάρρων έδειξε ότι η ποσοτική παρουσία των λιθολογιών καθώς και μεταβολή του αριθμητικού μέσου σχετίζονται, κυρίως, με την εισροή νέου υλικού (στο ανώτερο και μέσο ρουν) καθώς και με τις ανθρωπογενείς παρεμβάσεις στους χαμηλότερους σταθμούς δειγματοληψίας. Επίσης, τα ποσοστά των ασβεστόλιθων μεταβάλλονται αντίστροφα με τα ποσοστά των κερατόλιθων. Από τη μελέτη των δειγμάτων του Σέλεμνου και του Βολιναίου παρατηρήθηκε ότι η μεταβολή της στρογγυλότητας σχετίζεται με την εισροή νέου υλικού, ενώ στον Ξυλοκέρα, πέραν της εισροής νέου υλικού, έχει μικρή συμμετοχή και ο ανθρωπογενής παράγοντας. Στα δείγματα του Σέλεμνου η σφαιρικότητα επηρεάζεται κυρίως από την εισροή νέου υλικού και δευτερευόντως από τις ανθρωπογενείς παρεμβάσεις. Η σφαιρικότητα στους κόκκους του Ξυλοκέρα επηρεάζεται από την εισροή νέου υλικού. Τέλος, στα δείγματα του Βολιναίου η σφαιρικότητα εξαρτάται κυρίως από την εισροή νέου υλικού και δευτερευόντως από την εκλεκτική ταξινόμηση και την ανθρώπινη παρέμβαση, ενώ δείχνει να αυξάνεται με την απόσταση μεταφοράς. Τα επικρατέστερα σχήματα των κόκκων και στους τρεις χείμαρρους είναι το δισκοειδές και το σφαιρικό, ενώ οι πεπλατυσμένοι και οι κυλινδρικοί εμφανίζονται σε ποσοστό 8-10%. Όσον αφορά τα υποεπιφανειακά ιζήματα της κοίτης, αυτά χαρακτηρίζονται από πολύ πτωχή ταξινόμηση. Ακόμα, παρουσιάζουν θετική έως πολύ θετική ασυμμετρία, που υποδεικνύει την περίσσεια λεπτόκοκκου υλικού το οποίο φιλτράρεται μέσα στο χονδρόκοκκο. Τα ιζήματα αυτά χαρακτηρίζονται από λεπτόκυρτη έως μεσόκυρτη καμπύλη, που σημαίνει ότι παρουσιάζουν μεγαλύτερη διασπορά τιμών στο κέντρο. Αυτό επιβεβαιώνει και την παγίδευση του λεπτού υλικού μέσα στο χονδρόκοκκο, ενώ η ταχύτητα παραμένει σχεδόν σταθερή. Ωστόσο, κατά θέσεις, τα ιζήματα παρουσιάζουν πλατύκυρτη καμπύλη, ως αποτέλεσμα των αυξομειώσεων της ταχύτητας ροής. Από υδρολογικής σκοπιάς, οι πλέον ξηροί μήνες είναι οι Ιούνιος, Ιούλιος και Αύγουστος, ενώ οι μέγιστες τιμές βροχόπτωσης εμφανίζονται κατά τους μήνες Νοέμβριο και Δεκέμβριο. Το ύψος βροχής αυξάνεται με ρυθμό 85 mm ανά 100 m αύξησης του υψομέτρου. Η θερμοκρασία ακολουθεί κανονική κατανομή, με μέγιστα τους μήνες Ιούλιο και Αύγουστο και ελάχιστα τους μήνες Ιανουάριο και Φεβρουάριο. Κυμαίνεται μεταξύ 8 και 26 ºC και ελαττώνεται με ρυθμό 0.75 ºC ανά 100 m αύξησης του υψομέτρου. Η σχετική υγρασία παρουσιάζει παραπλήσια πορεία με αυτή των βροχοπτώσεων, ενώ το αντίθετο παρατηρείται με την πορεία της σχετικής υγρασίας και της θερμοκρασίας. Αντίθετα, η ηλιοφάνεια και η θερμοκρασία παρουσιάζουν παραπλήσιες πορείες. Το κλίμα της περιοχής χαρακτηρίζεται ως εύκρατο με ξηρό θέρος. Ο μέσος ετήσιος όγκος (1975-2004) νερού από βροχόπτωση ανέρχεται σε 71.649x106 m3, που αντιστοιχεί σε ένα μέσο ύψος βροχόπτωσης της τάξης των 1168.84 mm. Ο βροχομετρικός αυτός δείκτης είναι αρκετά υψηλός, αφού ο μέσος δείκτης για τον Ελλαδικό χώρο είναι 823 mm. Η μέση ετήσια ποσότητα που κατεισδύει και γίνεται υπόγειο νερό ανέρχεται σε 13.487x106 m3 ή 223.94 mm νερού, που αντιστοιχεί στο 19.07% του ετήσιου ύψους βροχόπτωσης. Από αυτά, τα 2.24x106 m3 (16.64%) κατεισδύουν στον προσχωματικό υδροφόρο και τα 8.525x106 m3 στους ασβεστόλιθους (63.34%). Οι απώλειες λόγω εξατμισοδιαπνοής υπολογίζονται σε 27.149x106 m3, που αντιστοιχούν σε 439.05 mm νερού ή στο 37.68% του ύψους βροχόπτωσης. Ακόμα, οι απώλειες λόγω επιφανειακής απορροής υπολογίζονται σε 31.013x106 m3 και αντιστοιχούν σε 505.76 mm νερού ή στο 43.25% του συνολικού ύψους βροχόπτωσης. Το ποσοστό αυτό είναι ιδιαίτερα μεγάλο και αποδίδεται στο ισχυρό ανάγλυφο που επικρατεί στην περιοχή. Η γενική κατεύθυνση ροής στα υπόγεια ύδατα του προσχωματικού υδροφόρου είναι Β έως ΒΔ, με τις ισοπιεζομετρικές καμπύλες να μετατοπίζονται κατά την υγρή περίοδο προς την ακτογραμμή. Οι μεταβολές της στάθμης μεταξύ υγρής – ξηρής περιόδου κυμαίνονται μεταξύ 0 και 4.7 m και η μέση διακύμανση της στάθμης ανέρχεται στα 2.05 m. Η υδραυλική κλίση ισούται με 2.5‰ στις περιοχές των λεκανών Σέλεμνου και Ξυλοκέρα και 5-8‰ στην περιοχή της λεκάνης του Βολιναίου. Τα ρυθμιστικά αποθέματα του προσχωματικού υδροφόρου υπολογίζονται στα 3.25x106 m3. Στο πλαίσιο της παρούσας έρευνας, πραγματοποιήθηκε δειγματοληψία και χημική ανάλυση από 20 σημεία ύδατος (σημεία κοίτης και γεωτρήσεις του προσχωματικού υδροφόρου) κατά τα έτη 2005-2008. Οι κύριες πηγές μόλυνσης των επιφανειακών υδάτων είναι οι καλλιεργήσιμες εκτάσεις, εξαιτίας της απόπλυσης και της απορροής λιπασμάτων και φυτοφαρμάκων, καθώς και η εκτροφή ζώων. Ωστόσο, οι τιμές της αμμωνίας, του φωσφόρου και των νιτρωδών και νιτρικών ιόντων δεν είναι υψηλές ώστε να καθιστούν απαγορευτική τη χρήση των επιφανειακών υδάτων για άρδευση ή ακόμα και για ύδρευση (μετά από κατάλληλη επεξεργασία σε ειδικές εγκαταστάσεις). Το σύνολο των δειγμάτων νερού των γεωτρήσεων του προσχωματικού υδροφόρου κατατάσσεται στην κατηγορία CaHCO3. Το νερό του υδροφόρου είναι καλής ποιότητας με την αγωγιμότητα να κυμαίνεται μεταξύ 433 και 771.5 μS/cm. Οι χαμηλές τιμές Cl- και Na+ δεν υποδεικνύουν φαινόμενα υφαλμύρινσης. Έτσι, τα υπόγεια ύδατα κατατάσσονται στις κατηγορίες S1-C2 και S1-C3 του διαγράμματος SAR-EC, που σημαίνει ότι είναι κατάλληλα για άρδευση. Η ανάγκη πρόβλεψης έντονων διαβρωτικών συνθηκών και πλημμυρικών φαινομένων είναι σημαντική γιατί επιτρέπει τον ορθολογικό σχεδιασμό των έργων υποδομής της περιοχής και την αποφυγή εκτεταμένων καταστροφών από αιφνίδια και μη φαινόμενα (βροχοπτώσεις και καταιγίδες). Η ανάγκη αυτή υπαγορεύτηκε εξαιτίας, κυρίως, των σοβαρών συνεπειών στα τεχνικά έργα (π.χ. προσχώσεις σε ταμιευτήρες ή υποχώρηση φραγμάτων) αλλά και στον άνθρωπο. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιήθηκαν ειδικά μοντέλα προσομοίωσης. Για τον υπολογισμό της εδαφικής διάβρωσης στις λεκάνες απορροής, έγινε χρήση της Παγκόσμιας Εξίσωσης Εδαφικής Απώλειας (ΠΕΕΑ) η οποία συνυπολογίζει τις γεωλογικές, γεωμορφολογικές και μετεωρολογικές συνθήκες καθώς και τις χρήσεις γης της περιοχής. Από τη χρήση του μοντέλου, ως περιοχές υψηλού κινδύνου εδαφικής απώλειας ορίζονται οι περιοχές στους οικισμούς Αργυρά, Σελλά και Πιτίτσα καθώς και στα νότια της περιοχής έρευνας. Για τις υψηλές τιμές εδαφικής απώλειας ευθύνονται, κυρίως, το μεγάλο ύψος βροχόπτωσης καθώς και η μορφολογία, αφού οι περιοχές βρίσκονται στην ορεινή ζώνη όπου επικρατούν μεγάλα πρανή με απότομες κλίσεις. Οι περιοχές αυτές εμφανίζουν πολύ υψηλές τιμές στερεοπαροχής, αφού η επιφανειακή απορροή είναι εξίσου μεγάλη. Σε αυτό συμβάλλουν και οι γεωλογικοί σχηματισμοί οι οποίοι παρουσιάζουν μικρά ποσοστά κατείσδυσης, με αποτέλεσμα να αυξάνεται η επιφανειακή απορροή. Για τον υπολογισμό των φερτών υλικών που προέρχονται από την πλευρική και σε βάθος διάβρωση της κοίτης των χειμάρρων, χρησιμοποιήθηκαν οι κοκκομετρικές αναλύσεις των επιφανειακών ιζημάτων και έγινε προσομοίωση ροής για δοσμένες τιμές βάθους ροής. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης έδειξαν ότι, η αύξηση του βάθους ροής (και επομένως της ταχύτητας) συνεπάγεται αύξηση της κινητικής ενέργειας των χειμάρρων και επομένως της ποσότητας του ιζήματος που μπορούν να διαβρώσουν και να μεταφέρουν, με αποτέλεσμα να αυξάνεται και η στερεοπαροχή. Η στερεοπαροχή συνδέεται άμεσα με τις διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στις εκβολές των χειμάρρων (απόθεση, διάβρωση). Όσον αφορά τον εντοπισμό περιοχών πλημμυρικής επικινδυνότητας, εφαρμόστηκαν τρεις μεθοδολογίες, η Υδρολογική Προσομοίωση των λεκανών απορροής, ο υπολογισμός της Ενέργειας του Χειμάρρου και η Πολυπαραγοντική Ανάλυση του Αναγλύφου. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιήθηκαν πραγματικά δεδομένα των μηχανισμών απορροής και κυρίως υδρομετεωρολογικά δεδομένα επί μεγάλο χρονικό διάστημα, έτσι ώστε να ληφθούν υπόψη συνήθεις και ακραίες συνθήκες. Από την εφαρμογή των παραπάνω μεθόδων και τη σύγκρισή τους, προκύπτει μία σύγκλιση αποτελεσμάτων που σημαίνει ότι, τα σημεία που προκύπτουν είναι και τα πιθανότερα για την εκδήλωση πλημμυρικών φαινομένων. Περιοχές που παρουσιάζουν πολύ υψηλό κίνδυνο πλημμυρικής επικινδυνότητας είναι στους οικισμούς Άνω Καστρίτσι, Αργυρά και Σελλά. Ωστόσο, δεν είναι απαραίτητο σε αυτές τις θέσεις να εκδηλωθούν πλημμυρικές απορροές, ούτε και ότι η εμφάνιση τέτοιων φαινομένων αποκλείεται στις υπόλοιπες θέσεις. Από τη μελέτη των διαχρονικών μεταβολών της ακτογραμμής προκύπτει πως, η ακτή, από το στόμιο του χείμαρρου Χάραδρου μέχρι την προβλήτα του Ψαθόπυργου, συνολικά διαβρώνεται. Η διάβρωση αυτή οφείλεται, κυρίως, στον εγκιβωτισμό των χειμάρρων, στην καταστροφή του προφίλ ισορροπίας της παραλίας με την δημιουργία ασφαλτόδρομων και τοιχίων προστασίας, την κατασκευή προβόλων και λιμενικών εγκαταστάσεων, καθώς και στην απόληψη αδρανών υλικών και στον καθαρισμό των κοιτών των χειμάρρων. Η καταγραφή της υφιστάμενης κατάστασης από τη δράση των ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων στις λεκάνες απορροής, καθώς και ο υπολογισμός του υδατικού ισοζυγίου της περιοχής βοηθούν στο σωστό σχεδιασμό των απαραίτητων έργων για την προστασία των υδατικών πόρων. Τα έργα αυτά θα στοχεύουν στην προμήθεια νερού καλής ποιότητας τόσο για ύδρευση όσο και για άρδευση, στην εξασφάλιση και εξοικονόμηση των απαραίτητων ποσοτήτων νερού καθώς και στην προστασία από τα ακραία υδρολογικά φαινόμενα (πλημμύρες, εδαφική διάβρωση, ξηρασίες). Η περιβαλλοντική επιβάρυνση των επιφανειακών υδάτων των χειμάρρων προκαλείται από την απόπλυση φυτοφαρμάκων και λιπασμάτων των καλλιεργούμενων εκτάσεων. Με τη δημιουργία ειδικών ζωνών βλάστησης (θάμνοι, δένδρα, χορτάρι) στα σημεία της όχθης όπου εντοπίζονται πηγές μόλυνσης, μειώνονται τα θρεπτικά συστατικά και άλατα που καταλήγουν στο χείμαρρο αφού δεσμεύονται από τις ζώνες αυτές. Παράλληλα, η καλλιέργεια των επικλινών εκτάσεων κατά τις ισοϋψείς καμπύλες καθώς και σε αναβαθμίδες θα συμβάλλει στη μείωση της εδαφικής απώλειας και της επιφανειακής απορροής φερτών υλικών. Η απόληψη υλικού από τις κοίτες των χειμάρρων Σέλεμνου και Ξυλοκέρα είναι απαγορευτική αφού εγκυμονεί κινδύνους πλημμυρίσματος της παράκτιας οικιστικής ζώνης, ενώ παράλληλα στερεί σε ίζημα την ακτή με αποτέλεσμα να παρατηρούνται φαινόμενα εκτεταμένης διάβρωσης. Αντίθετα, η ελεγχόμενη απόληψη υλικού από την κοίτη του Βολιναίου μπορεί να μειώσει τον κίνδυνο κατολίσθησης στην ακτή. Η εκτεταμένη διάβρωση κατά μήκος της ακτής μπορεί να αποκατασταθεί, έως ένα βαθμό, με την αποκατάσταση του ιζηματολογικού ισοζυγίου. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με την απομάκρυνση των προβόλων και την απαγόρευση κατασκευής έργων (όπως παραλιακά τοιχία και ασφαλτόστρωση της παραλίας) κατά μήκος της ακτής καθώς και με την επανατροφοδότηση της παραλίας που διαβρώνεται με άμμο από την υποπαράκτια ζώνη. Ένα μεγάλο ποσοστό (43.25%) του ετήσιου όγκου νερού που πέφτει στην περιοχή, απορρέει επιφανειακά και καταλήγει στη θάλασσα. Για την αξιοποίησή του, απαραίτητη είναι η κατασκευή φραγμάτων ανάσχεσης σε κατάλληλες θέσεις, τα οποία μειώνουν τη χειμαρρική ροή και αυξάνουν το χρόνο παραμονής του νερού στην κοίτη, με αποτέλεσμα να αυξάνεται και το ποσοστό κατείσδυσης. Παράλληλα, συγκρατούν το στερεοφορτίο των χειμάρρων, το οποίο μπορεί να συλλεχθεί και να χρησιμοποιηθεί για αδρανή υλικά. Η κατασκευή μίας τεχνητής λίμνης στη λεκάνη απορροής του Βολιναίου, μπορεί να εξοικονομεί μέχρι και το 41.16% του ετήσιου όγκου που δέχεται η λεκάνη. Το νερό αυτό θα χρησιμοποιείται για την κάλυψη υδρευτικών και αρδευτικών αναγκών, ύστερα από τον απαραίτητο έλεγχο και επεξεργασία σε ειδικές εγκαταστάσεις. / The aim of this thesis is to analyze the geological, hydrological and hydrogeological conditions of the study area and develop a complete water resources plan which will help in the protection and restoration of water quality. The study area consists of three drainage basins, these of Selemnos, Xylokeras and Volinaios. It covers 68.6 km2 and is located in NW Peloponnese, in the northern part of the prefecture of Achaia. It is bounded in the north by the Gulf of Patras and in the south by Panachaiko Mountain. From a geological perspective, the Olonos – Pindos geotectonic zone comprises the alpine substratum of the area, while Post Alpine sediments (Pliocene – Quaternary age) cover the lowlands. The land cover is constituted by forests (46.11%) and farmland (46.29%), while pasturelands are present (5.67%). Main activities, except farming and pasturing, are small industries (1.51%) next to urban or semi-urban areas. The mean elevation of the study area is 480.74 m and the mean gradient 42.04%, which indicates a high relief. This is due to tectonic activity during the Post – Alpine period that results a high uplifting rate of the area, which in the Rio basin is measured 4.5 mm/year. The mean gradient of the basins varies between 36.34% and 44.46%, the mean elevation between 441.89 m and 611.99 m and the relief ratio between 0.143 and 0.165. The drainage network is well developed with a dendritic pattern and is mostly controlled by the tectonic activity with WSW-ENE direction. According to the Strahler classification, the maximum stream order is 5th while drainage density varies between 2.425 and 3.223 and stream frequency between 5.175 and 8.742. Analysis of textural characteristics for river-bed sediments in the three torrents showed that lithology and mean size are mainly related to the inflow of new material (at the upper sampling stations) and anthropogenic interventions (at the 2-3 lower sampling stations). Pebbles were divided qualitatively into three major categories; limestone, chert and sandstone, with limestone and chert rates showing reverse distribution. Roundness is mainly related to the inflow of new material (for Selemnos and Volinaios), while for Xylokeras to anthropogenic interventions as well. The particle shape is often disc-shaped and spherical and less blade and rod-like. Sphericity is related to lateral sediment sources and to anthropogenic interventions (for Selemnos) and to selective transport as well (for Volinaios). For Xylokeras, sphericity is mainly related to the inflow of new material. Subsurface sediments show very low sorting and positive asymmetry, as a result of fine-grained sediment trapped into coarse-grained, while flow velocity remains steady. From a meteorological perspective, June, July and August are mostly dry, while November and December are mostly wet, with precipitation increasing 85 mm every 100 m of altitude. Maximum temperature is occur during July and August and decreases at a rate of 0.75°C every 100 m of altitude. Minimum values are during January and February. Moisture varies according to rainfall rates and temperature according to sunlight. Moisture and temperature are showing reverse distributions. The climate is mild with dry summer. The mean annual precipitation (period 1975-2004) for the studied area reaches 1168.84 mm that corresponds to 71.649x106 m3. A small amount of the water infiltrates (19.07%), while a significant volume of 31.013x106 m3 (43.25%) runs off and ends up to the sea. Another 27.149x106 m3 (37.68%) are lost through evaporation and transpiration processes. The main direction of underwater flow in the alluvial aquifer is N to NW, while the mean variance of water level is 2.05 m. The hydraulic gradient varies between 2.5‰ (for Selemnos and Xylokeras basins) and 5-8‰ (for the Volinaios basin). Chemical analysis of surface water (torrent flow) and groundwater (alluvial aquifer) took place during 2005-2008. Main contamination sources for surface water are agricultural activities, because of the use of fertilizers and intensive farming that affect nitrogen and phosphorus balance. However, these concentrations are not prohibitive for irrigation or water supply, given that there is appropriate chemical treatment and purification. Groundwater can be classified to the CaHCO3 chemical type that includes generally freshwater with good recharge and renewal conditions. Low concentrations of Cl-, Na+ and electric conductivity between 433 and 771.5 μS/cm define water with good drinking quality. According to the SAR-EC diagram, groundwater is classified to S1-C2 and S1-C3 types, which indicate good irrigation quality. Prediction of erosion and flood hazard is necessary for the right planning and development for the sufficient control of hazards due to natural phenomena (rainfalls and storms). Soil erosion was estimated using the Universal Soil Loss Equation. This model calculates the mean annual soil erosion from cultivated (or non-) land using geological, geomorphological and meteorological data. The results show that regions of high risk for soil erosion are mainly located to Argyra, Sella and Pititsa as well as to the southern part of the area. Sediment transport is high as well due to increased runoff values. Sediment derivation due to bed surface corrosion was calculated using grain size analysis of bed-surface sediments. Sediment derivation is mainly connected to the coastal processes (deposition, erosion). Three models were used to determine regions with high risk of flood hazard; Hydrological Simulation of drainage basins, Stream Power and Relief Factor Analysis. For these models, real meteorological and runoff data were used. These models show a convergence of results which means that the areas of Ano Kastritsi, Argyra and Sella are regions with high risk of flood hazard. An investigation of recent shoreline shifting was also conducted (from Haradros river mouth to Psathopyrgos). The investigation showed that the shoreline is mainly eroded due to human activities such as harbor and road construction, river bed flattening and bed load extraction, causing the disturbance of natural coastal process. Streams can be polluted by a variety of substances from adjacent lands such as soil particles (sediment) and nutrients (nitrogen and phosphorus) through runoff. Vegetation within a riparian zone can slow the overland movement of water and cause sediment and attached nutrients to be deposited on the land before they can reach the stream channel. In addition, contouring and terrace cultivation will minimize soil erosion and sediment transport. Bed load extraction is prohibitive for Selemnos and Xylokeras due to high risk of flood to the coastal urban zone. For Volinaios a selective bed load extraction could prevent a future coastal slide at the river mouth. Coastal erosion can be reduced with the restoration of natural coastal process. This can be achieved with the restriction of human activities across the shoreline such us road, harbor and wall construction as well with sand-supply of the eroded coast. A significance percent (43.25%) of the annual volume of water runs off and ends up to sea. Construction of small dams will result in the reduction of torrential flow and increase water infiltration. Also, suspended and bed-load sediment can be easily collected and used for construction material. In addition, a big dam in Volinaios drainage basin can save up to 41.16% of the annual water of the basin. The water can be used for irrigation and water supply, after appropriate treatment and purification.

Diss. Uppsala : Uppsala universitet, 2005.

Le transport solide par charriage dans les cours d'eau est un problème de longue date dans l'étude des écoulement biphasiques. Les processus physiques impliqués sont en effet mal compris et complexes. Nous présentons une étude expérimentale du mouvement de billes de verre sphériques grossières. Elles étaient entraînées dans un mouvement quasi-bidimensionnel par un écoulement d'eau turbulent peu profond dans un canal à forte pente sur un lit mobile. Nous avons étudié le cas de l'équilibre du transport solide, c'est-à-dire qu'il n'y avait ni érosion ni dépôt de particules sur des intervalles de temps suffisamment longs. Les écoulements ont été filmés par le côté avec une caméra rapide. L'utilisation d'un logiciel de traitement d'images a permis de déterminer les caractéristiques des écoulements comme les trajectoires des particules, leur état de mouvement (arrêt, roulement ou saltation) et la hauteur d'eau. Le premier résultat frappant de nos expériences est que, sur des périodes de temps courtes, le transport par charriage apparaît comme un processus très intermittent. Les grandes fluctuations du débit solide résultent essentiellement de l'arrangement dans le lit mobile de particules. Alors que, pour des pentes modérées, les particules sont principalement transportées en saltation, le régime de roulement est prédominant pour des pentes fortes.