Faidherbia albida (Del.) A. Chev. (syn. Acacia albida, Del.) est un arbre a usages multiples de la famille des légumineuses, très répandu en Afrique. Sa stratégie face à la sécheresse apparaît très originale : il est présent en zone semi-aride mais sa phénologie est inversée par rapport aux pluies : il débourre en fin de saison des pluies, fructifie et croît en cours de saison sèche, puis perd ses feuilles au début de la nouvelle saison des pluies. Son fonctionnement hydrique est très peu connu. Nous avons mené des suivis saisonniers du fonctionnement hydrique d'arbres adultes en parc agroforestier (Burkina Faso, Afrique de l'Ouest ; 920 mm de pluies). Le potentiel hydrique de base est reste élevé tout au long de la saison sèche, indiquant que les arbres accédaient en permanence à des horizons de sol très bien pourvus en eau. Les racines descendaient jusqu'au voisinage de la nappe (-7 à -15 m selon les sites). La teneur isotopique en oxygène de l'eau du sol, de la nappe et de la sève brute indiquait que les arbres absorbaient essentiellement au voisinage de la nappe, sauf au moment des pluies, où ils opéraient un basculement vers la surface. Les arbres transpiraient intensément, notamment au début de la saison sèche (environ 400 l/jour pour un arbre de 65 cm de diamètre, mesuré par une méthode de flux de sève). Mais la densité des tiges était faible, et la transpiration annuelle de la composante arbre des parcelles est restée inférieure à 5 % des pluies. En cours de saison sèche, la contrainte hydrique édaphique a augmenté modérément (légère diminution des potentiels hydriques de base, réduction de 50 % de la conductance hydraulique totale spécifique sol-feuilles). Les composantes édaphique et atmosphérique de la contrainte hydrique ont probablement contribué à la fermeture des stomates en cours de saison sèche. Nous avons suivi les variations de l'efficience intrinsèque d'utilisation de l'eau (rapport de l'assimilation nette à la conductance stomatique, A/g) à l'aide de la composition isotopique en carbone des feuilles. A/g a diminué en cours de saison sèche malgré la fermeture de stomates. La capacité photosynthétique a donc pu être affectée, et nous avons recherché une cause nutritionnelle. La teneur en azote foliaire a effectivement chuté de 50 % en cours de saison sèche : F. albida n'absorbait et ne fixait probablement l'azote que dans une étroite " fenêtre " correspondant à l'initiation foliaire, lorsque les horizons de surface sont encore humectés et que l'azote de surface reste mobilisable. La croissance radiale s'est arrêtée précocement en cours de saison sèche, avant la chute des feuilles : elle était peut-être aussi tributaire de la réduction de la capacité photosynthétique. La chute des feuilles a commencé après les nouvelles pluies, elle serait donc indépendante de la sécheresse édaphique : en revanche, l'étroite " fenêtre " d'assimilation et de fixation prédisposerait à la sénescence des feuilles en cours de saison sèche, et pourrait expliquer leur abscission. La stratégie d'utilisation de l'eau de juvéniles qui n'ont pas encore atteint la nappe est certainement très critique, et pourrait expliquer pourquoi certaines provenances à croissance rapide montrent de faibles taux de survie dans les essais pratiqués en zone sèche. Nous avons utilisé des provenances panafricaines à croissance initiale contrastée pour décrire la diversité des caractères écophysiologiques de F. albida au stade jeune plant. Nous avons testé les facteurs : provenance, disponibilité en eau du sol et site expérimental (en serre à Nancy-France ou en pépinière à Ouagadougou-Burkina Faso), facteurs qui sont susceptibles d'affecter I'effïcience d'utilisation de l'eau intégrée (W : rapport biomasse sèche produite sur eau consommée). La fixation de l'azote peut également moduler W, en jouant soit sur A, soit sur l'allocation de carbone pour la symbiose. La fixation de l'azote a été estimée par l'abondance naturelle de l'azote 15, et modulée par l'apport de phosphore. Les provenances vigoureuses présentaient une surface foliaire et une transpiration plus importantes et investissaient moins dans la croissance racinaire. Les écarts de vigueur entre provenances étaient très réduits sur le site plus contraignant de Ouagadougou : les provenances vigoureuses perdaient une grande partie de leur avantage de croissance initiale, montrant une moindre rusticité. Ces éléments semblent essentiels pour interpréter leur médiocre survie en zone sèche. Les différences inter-provenances de W, A/g et de discrimination isotopique du carbone, étaient significatives mais modérées. A/g était meilleur pour les provenances les plus vigoureuses, un fait confirmé par la discrimination isotopique du carbone. Mais la relation entre W et la discrimination isotopique du carbone différait entre provenances, probablement en raison de différences dans les processus non-photosynthétiques. Les provenances vigoureuses, qui fixaient davantage d'azote, présentaient des valeurs de W plus faibles pour une même valeur de la discrimination isotopique du carbone. Des pertes de carbone, liées peut-être aux exigences de la symbiose pourraient expliquer ceci. La relation entre W et la discrimination isotopique du carbone, testée sur les deux sites, différait principalement à cause des différences de déficit de saturation de l'air. La relation entre A/g et la discrimination isotopique du carbone semblait conservée au contraire. Nous en concluons qu'il existait un lien étroit entre A/g et la discrimination isotopique du carbone, démontrant la pertinence de l'utilisation du carbone 13 sur le terrain pour estimer A/g, mais pas W. Faidherbia albida apparaît en définitive comme une espéce phréatophyte à l'état adulte, ce qui I'affranchit relativement de la contrainte hydrique édaphique. Son débourrement très tardif a peu d'impact sur son fonctionnement hydrique, mais affecte grandement la nutrition, et probablement la photosynthèse et la croissance. Au stade juvénile, les stomates se ferment très rapidement en réponse à une sécheresse édaphique modérée, montrant une stratégie " d'évitement " de la sécheresse. Nous concluons que F. albida représente un excellent modèle végétal pour l'étude de l'impact de la sécheresse à différents stades physiologiques. (Résumé d'auteur)

L'équilibre densitaire entre l'eau douce et l'eau salée dans les aquifères côtiers est un phénomène instable difficile à caractériser. La validation des modèles hydrogéologiques 2D/3D reste alors délicate sur la seule base de données ponctuelles d'observation en forages. Dans ce but, la tomographie de résistivité électrique (ERT) constitue une technique d'investigation pertinente pour la caractérisation haute résolution de la distribution 2D/3D du sel au sein de l'aquifère.<br />Une méthodologie de validation croisée entre les modèles géo-électriques et les modèles d'écoulement densitaire a été développée. Dans un premier temps, l'interprétation par modélisation inverse des mesures ERT fournit des informations pertinentes pour la structuration et le paramétrage des modèles hydrogéologiques (géométrie du réservoir, vitesses d'écoulement, etc.). Dans un deuxième temps, une validation qualitative est obtenue par comparaison entre la distribution des salinités interprétée d'après les résultats du modèle géo-électrique d'inversion et celle simulée par le modèle d'écoulement densitaire. Enfin, une validation quantitative est obtenue par comparaison entre la réponse géo-électrique théorique des salinités simulées par le modèle hydrogéologique (préalablement transformées en résistivité par application d'un modèle hydro-pétrophysique) et les mesures ERT acquises sur le terrain.<br />La fiabilité de la méthode a été précisée par des analyses de sensibilité conduites sur les différents modèles utilisés (géo-électrique, hydrogéologique et hydro-pétrophysique) et son applicabilité a été testée sur trois contextes hydrogéologiques et climatiques différents. Ainsi, aux Îles-de-la-Madeleine (Canada), les remontées salines sous les captages d'eau ont été caractérisées. Sur l'îlot M'Ba (Nouvelle-Calédonie), les variations spatiales de la recharge contrôlant le développement de la lentille d'eau douce ont été évaluées. Enfin, sur le tombolo de Pikine (Sénégal), les phénomènes évapotranspiratoires et concentrateurs intenses affectant les dépressions inter-dunaires ont été quantifiés.

In arid regions, mountain catchments are the major contributor to the total natural water yield. Due to generally low groundwater tables, subsurface underflow - referred to as mountain-front recharge - is important in distinction to the surface runoff at the mountain front. The extent of the groundwater basin is hereby often vague. Approaches to assess mountain-front recharge are mostly based on groundwater data and integrate over time and space. This, however, cannot provide prognostic and time-dependent estimates of subsurface inflow to the adjacent alluvial basin aquifer. Consequently, the proposed strategy builds on rainfall based approaches. Temporal and spatial resolution is in this case mostly limited by data scarcity regarding hydrological characteristics of the catchment area and high-resolution rainfall data. The proposed novel strategy combines three approaches to tackle these challenges. A newly developed conceptual hydrologic model provides time-dependent estimates based on fully distributed monthly rainfall. For distinct response units and seasons, non-linear relationships between rainfall and recharge describe the hydrogeologic response. The derivation of the response functions is based on a mass balance and considers the principal recharge mechanisms. Parameterisation makes use of available expert knowledge on geomorphology and seasonal rainfall characteristics. As an efficient tool to assess uncertainties, fuzzy arithmetic is used for complementary long-term average water balance estimates. This technique allows considering fuzziness in rainfall input, crop water use in mountain oases, and best available assumptions on recharge as portion of rainfall. Uncertainty regarding the potential, albeit unknown extent of groundwater basins is portrayed based on continuous surfaces which represent the degree of membership to a distinct geographical entity (termed as fuzzy regions). Distinct subsets of these fuzzy regions represent potential groundwater basins for water balance assessment. The proposed strategy was applied on the large scale in an arid karst mountain range in northern Oman. The two complementary assessment approaches result in similar ranges of values. They are in good agreement with inversely computed inflow to a steady state groundwater model for the adjacent basin aquifer. The results of the conceptual hydrologic model are confirmed by the plausibility of average recharge rates for distinct response units and seasons. This shows that less intense winter rainfall contributes mainly to groundwater recharge. Uncertainties due to the vague extent of the groundwater basin are about 30 % of the total mean annual value. An option to mitigate this uncertainty is the complementary consideration of adjacent aquifer systems in future studies. Hydrogeologic survey and observation of groundwater levels in the alluvial basin aquifer in near distance to the mountains is a way to underpin these findings in future studies. This recommenddation applies not only to the discussed study area, but also to mountain block systems in general. / In ariden Gebieten haben Gebirgseinzugsgebiete einen wesentlichen Anteil am gesamten natürlichen Wasserdargebot. Aufgrund i. Allg. tief liegender Grundwasserspiegel ist - in Abgrenzung zum Oberflächenabfluss am Gebirgsrand - auch der unterirdische Abstrom (mountain-front recharge) von besonderer Bedeutung. Die Ausdehnung des unterirdischen Einzugsgebiets ist dabei oft vage. Ansätze zur Abschätzung des mountain-front recharge basieren meist auf Grundwasserdaten und integrieren in Zeit und Raum. Damit können allerdings keine prognostischen oder zeitabhängigen Schätzungen für den Zustrom zur benachbarten alluvialen Aquifer gemacht werden. Daher wird im folgenden ein niederschlagsbasierter Ansatz vorgeschlagen. Das vorgeschlagene neue Konzept kombiniert drei Ansätze, um den genannten Herausforderungen zu begegnen. Mit einem neu entwickelten konzeptionellen hydrologischen Modell auf Basis verteilter Niederschläge werden monatliche Werte für die Grundwasserneubildung bereitgestellt. Es basiert auf nicht-linearen Beziehungen zwischen Niederschlag und Grundwasserneubildung für definierte hydrologisch homogene Einheiten und Jahreszeiten. Deren Ableitung basiert auf einer Massenbilanz und berücksichtigt die wesentlichen Neubildungsmechanismen. Die Parametrisierung basiert auf Expertenwissen zu Geomorphologie und Niederschlagscharakteristika. Fuzzy Arithmetik wird zur Berücksichtigung von Unsicherheiten in einer ergänzenden mittleren jährlichen Wasserbilanz verwendet. Damit können Unschärfen im Niederschlagsinput, beim Pflanzenwasserbedarf in Gebirgsoasen und best verfügbaren Schätzungen der Neubildung als Bruchteil des Niederschlags effizient berücksichtigt werden. Mittels kontinuierlicher Oberflächen, die den Grad der Zugehörigkeit zu einer bestimmten geographischen Entität anzeigen (fuzzy regions) werden Unsicherheiten in der räumlichen Ausdehnung der unterirdischen Einzugsgebiete beschrieben. Definierte Teilmengen dieser fuzzy regions werden dann bei den Wasserhaushaltsbetrachtungen als potentielle Grundwassereinzugsgebiete verwendet. Der vorgeschlagene Ansatz wurde in einer ariden, teils verkarsteten Gebirgsregion im Norden des Sultanats Oman angewendet. Die beiden sich ergänzenden Ansätze zur Abschätzung der Grundwasserneubildung ergaben im langjährigen Mittel vergleichbare Werte. Diese stimmten auch gut mit den Ergebnissen einer inversen Grundwassermodellierung überein. Die Plausibilität der Neubildungsraten für bestimmte hydrologisch homogene Einheiten und Jahreszeiten spricht für die Verlässlichkeit der Ergebnisse des konzeptionellen hydrologischen Modells. Offensichtlich tragen insbesondere die weniger intensiven Winterniederschläge wesentlich zur Grundwasserneubildung bei. Die Unsicherheiten bezüglich der Ausdehnung des Grundwassereinzugsgebiets belaufen sich auf ca. 30 % des mittleren jährlichen Dargebots. Die komplementäre Betrachtung benachbarter Grundwassereinzugsgebiete ist ein denkbarer Weg, diese Unsicherheit in Zukunft zu reduzieren. Ein wesentlicher Beitrag um die Ergebnisse dieser Studie zukünftig weiter zu untermauern wären hydrogeologische Erkundung und Beobachtung von Grundwasserständen im alluvialen Aquifer, insbesondere nahe dem Gebirgsrand. Diese Empfehlung gilt über dieses Fallbeispiel hinaus für vergleichbare Systeme, in denen ein Gebirgseinzugsgebiet den Aquifer in der angrenzende Ebene speist.

FERREIRA, Karla Patrícia Martins. A formação de sentido e o sentido da vida: o círculo ecobiográfico com educadores e as experiências afetivas formadoras em sua relação com o semiárido cearense. 2011. 190f. Tese (Doutorado em Educação) – Universidade Federal do Ceará, Faculdade de Educação, Programa de Pós-Graduação em Educação Brasileira, Fortaleza-CE, 2011. / Submitted by Raul Oliveira (raulcmo@hotmail.com) on 2012-07-05T13:09:30Z No. of bitstreams: 1 2011_Tese_KPMFerreira.pdf: 2083329 bytes, checksum: 840bb3a598de603f1c041e98a0f77696 (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Josineide Góis(josineide@ufc.br) on 2012-07-19T15:54:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2011_Tese_KPMFerreira.pdf: 2083329 bytes, checksum: 840bb3a598de603f1c041e98a0f77696 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-07-19T15:54:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2011_Tese_KPMFerreira.pdf: 2083329 bytes, checksum: 840bb3a598de603f1c041e98a0f77696 (MD5) Previous issue date: 2011 / A humanidade conta a sua história ao longo da vida, ao fio do tempo, transmitindo de geração para geração seus conhecimentos e experiências e, a partir dessa teia de relações, é capaz de se reconhecer, saber em que ponto está para então passar o bastão e continuar, formar-se e transformar-se, dando continuidade à espiral de crescimento. Esta pesquisa teve como objetivo trazer à discussão a importância da relação afetiva com o ambiente, nas experiências formadoras de educadores, em especial com o entorno característico de uma comunidade do sertão semiárido cearense, chamada Missi. Vislumbrei apresentar suas histórias. Histórias de vidas simples, ricas, de uma região onde as escolas são altamente vulneráveis às variações climáticas, tendo seu calendário alterado pelas chuvas ou pelas secas. A afetividade é a base deste estudo e destaco sua relevância nos caminhos de formação humana, por acreditar que todas as nossas ações e escolhas são influenciadas pelos afetos, que são compreendidos aqui como todos os sentimentos e emoções. Trabalhei com a abordagem Histórias de Vida e Formação que é, ao mesmo tempo, teoria, método e intervenção graças a seu aspecto formador. Com o intuito de ter acesso aos afetos, utilizei várias estratégias e linguagens tais como desenho, poesia, música, fotografia, relatos orais gravados e narrativas escritas. Durante este percurso, em que eu mesma passei por uma (nova) experiência de formação humana, foi gerada uma metodologia de pesquisa: o Círculo Dialógico-Afetivo Ecobiográfico, que chamei sinteticamente de Círculo Ecobiográfico, no qual é valorizada a relação com o ambiente e os aspectos afetivos e biográficos nela envolvidos, salientando seu papel formador. O Círculo Ecobiográfico encontra sua raiz no reconhecimento dos afetos como todos os sentimentos e todas as emoções (SAWAIA, 1997, 2000; DAMÁSIO, 2004) e floresce a partir das sementes dos estudos pautados no Círculo de Cultura de Paulo Freire e em sua proposta de Educação Popular (FREIRE, 2000, 2005, 2007, 2008); nas Histórias de Vida e Formação, em especial em suas perspectivas intergeracional (LANI-BAYLE, 1997, 2006) e voltada para o ambiente (PINEAU, 2008); na relação afetiva com o ambiente através da Perspectiva Eco-Relacional (FIGUEIREDO, 2003) e dos Mapas Afetivos (BOMFIM, 2003). O Círculo Dialógico-Afetivo Ecobiográfico pauta-se essencialmente na intencionalidade de apreensão da afetividade, na relação dialógica entre pesquisador(a) e sujeitos como maneira de estabelecer e viver os vínculos, na adoção de um percurso (auto)biográfico que privilegia as perspectivas intergeracional e ambiental, no destaque à interação com o ambiente como um aspecto essencial no processo formador, na utilização de diversas linguagens que permitam o acesso aos sentimentos e emoções relacionados ao ambiente e no compromisso de uma investigação que envolva formação e intervenção. / L‟humanité raconte son histoire au long de la vie, au fil du temps, transmettant de génération en génération ses connaissances et expériences, et, à partir de cette toile de relations, elle est capable de se reconnaître, de savoir où elle est pour passer alors le relais et continuer, se former et se transformer, donnant suite à la spirale de la croissance. Cette recherche a eu comme but discuter l‟importance du rapport affectif avec l‟environnement, dans les expériences formatrices des éducateurs, spécialement avec le contexte environnemental caractéristique d‟une communauté du sertão semi-aride du Ceará (Brésil), nommée Missi. J‟ai souhaité présenter leurs histoires. Des histoires de vies simples, riches, d‟une région où les écoles sont très vulnérables aux variations climatiques, son calendrier étant modifié suivant les pluies ou les sécheresses. L‟affectivité est la base de cette étude et je mets en relief son importance dans les chemins de formation humaine, car je pense que toutes nos actions et tous nos choix sont influencés par les affects, qui sont ici compris comme tous les sentiments et toutes les émotions. J‟ai choisi l‟abordage Histoires de Vie et Formation qui est, au même temps, théorie, méthode et intervention par son aspect formateur. Dans l‟intention d‟avoir accès à l‟affectivité, j‟ai utilisé plusieurs stratégies et langages, comme le dessin, la poésie, la musique, la photographie, les récits oraux enregistrés et les récits écrits. Au long de ce parcours, dans lequel je suis moi même passée par une (nouvelle) expérience de formation humaine, une méthodologie de recherche a été générée : le Cercle Dialogique-Affectif Ecobiographique, que j‟ai appelé synthétiquement Cercle Ecobiographique, dans lequel on valorise le rapport avec l‟environnement et les aspects affectifs et biographiques y concernés, mettant en évidence leur rôle formateur. Le Cercle Ecobiographique trouve sa racine dans la reconnaissance des affects comme tous les sentiments et toutes les émotions (SAWAIA, 1997, 2000 ; DAMÁSIO, 2004) et il fleurit à partir des semences des études orientées par le Cercle de Culture de Paulo Freire et sa perspective de l‟Education Populaire (FREIRE, 2000, 2005, 2007, 2008) ; par les Histoires de Vie et Formation, spécialement dans les perspectives intergénérationnelle (LANIBAYLE, 1997, 2006) et écoformationnelle (PINEAU, 2008) ; par la relation affective avec l‟environnement au moyen de la Perspective Eco-Relationnelle (FIGUEIREDO, 2003) et des Cartes Affectives (BOMFIM, 2003). Le Cercle Dialogique-Affectif Ecobiographique se fonde essentiellement sur l‟intentionnalité de l‟appréhension de l‟affectivité, sur la relation dialogique entre le(la) chercheur(se) et les sujets comme une manière d‟établir et vivre les liens, sur l‟adoption d‟un parcours (auto)biographique qui privilégie les perspectives intergénérationnelle et environnementale, sur le rôle attribué à l‟interaction avec l‟environnement comme un aspect fondamental dans le procès de formation, sur l‟utilisation de plusieurs langages qui permettent l‟accès aux sentiments et aux émotions par rapport à l‟environnement et sur l‟engagement d‟une investigation impliquant la formation et l‟intervention.

In arid regions, mountain catchments are the major contributor to the total natural water yield. Due to generally low groundwater tables, subsurface underflow - referred to as mountain-front recharge - is important in distinction to the surface runoff at the mountain front. The extent of the groundwater basin is hereby often vague. Approaches to assess mountain-front recharge are mostly based on groundwater data and integrate over time and space. This, however, cannot provide prognostic and time-dependent estimates of subsurface inflow to the adjacent alluvial basin aquifer. Consequently, the proposed strategy builds on rainfall based approaches. Temporal and spatial resolution is in this case mostly limited by data scarcity regarding hydrological characteristics of the catchment area and high-resolution rainfall data. The proposed novel strategy combines three approaches to tackle these challenges. A newly developed conceptual hydrologic model provides time-dependent estimates based on fully distributed monthly rainfall. For distinct response units and seasons, non-linear relationships between rainfall and recharge describe the hydrogeologic response. The derivation of the response functions is based on a mass balance and considers the principal recharge mechanisms. Parameterisation makes use of available expert knowledge on geomorphology and seasonal rainfall characteristics. As an efficient tool to assess uncertainties, fuzzy arithmetic is used for complementary long-term average water balance estimates. This technique allows considering fuzziness in rainfall input, crop water use in mountain oases, and best available assumptions on recharge as portion of rainfall. Uncertainty regarding the potential, albeit unknown extent of groundwater basins is portrayed based on continuous surfaces which represent the degree of membership to a distinct geographical entity (termed as fuzzy regions). Distinct subsets of these fuzzy regions represent potential groundwater basins for water balance assessment. The proposed strategy was applied on the large scale in an arid karst mountain range in northern Oman. The two complementary assessment approaches result in similar ranges of values. They are in good agreement with inversely computed inflow to a steady state groundwater model for the adjacent basin aquifer. The results of the conceptual hydrologic model are confirmed by the plausibility of average recharge rates for distinct response units and seasons. This shows that less intense winter rainfall contributes mainly to groundwater recharge. Uncertainties due to the vague extent of the groundwater basin are about 30 % of the total mean annual value. An option to mitigate this uncertainty is the complementary consideration of adjacent aquifer systems in future studies. Hydrogeologic survey and observation of groundwater levels in the alluvial basin aquifer in near distance to the mountains is a way to underpin these findings in future studies. This recommenddation applies not only to the discussed study area, but also to mountain block systems in general.:1 Mountains - 'water towers' for water resources systems in arid regions 2 Mountain hydrology and water resources assessment 2.1 Mountain hydrology and mountain-front recharge 2.2 Essential aspects to advance mountain hydrology 2.2.1 Rainfall characteristics and options for data acquisition 2.2.2 Groundwater-surface water interactions and availability of reference values 2.3 Approaches to the assessment of mountain-front recharge 2.3.1 Options to assess groundwater recharge 2.3.2 Arid zone water balance modelling - options and limitations 2.3.3 Key components for assessing mountain-front recharge 2.4 Linear reservoir models to describe base flow recession 3 Approaches to deal with uncertainty with a special focus on fuzzy sets 3.1 Probability based uncertainty assessment versus fuzzy reasoning 3.2 Fuzzy sets and related methods 3.3 Ranges of application in hydrology and water resources management 4 A novel strategy for estimating groundwater recharge in arid mountain regions 5 Fuzzy-based tools to portray uncertainties in water balance assessment 5.1 Fuzzy Recharge Areas: From qualitative data to quantitative conclusions 5.1.1 The concept of the Fuzzy Recharge Areas 5.1.2 Consideration of adjacent basins 5.2 Water balance assessment based on fuzzy arithmetic 5.2.1 Outline of the calculation procedure 5.2.2 Implementation of the fuzzy arithmetic operators 5.2.3 Implementation of the regionalisation approach APLIS 6 A conceptual hydrologic model to assess mountain-front recharge 6.1 Basic idea 6.2 Model structure 6.3 Calculation procedure using histograms of rainfall depths 6.4 Non-linear seasonal rainfall-recharge relationships 6.4.1 Derivation of the rainfall-recharge relationships 6.4.2 Sensitivity analysis 6.4.3 Response functions based on extreme parameter sets 6.5 Subsurface routing based on linear reservoir models 7 Case Study: Groundwater recharge assessment for the Barka Region (Oman) 7.1 Study area 7.1.1 Topography 7.1.2 Climate 7.1.3 Evapotranspiration 7.1.4 Rainfall characteristics 7.1.5 Geology and Hydrogeology 7.1.6 Soils 7.1.7 Runoff characteristics 7.1.8 Vegetation and irrigated agriculture in mountain oases 7.2 Recharge mechanisms in the study area 7.3 Assessment of mountain-front recharge - Methodology 7.3.1 Data Processing of Fuzzy Recharge Areas 7.3.2 Determining response units 7.3.3 Water use in mountain oases 7.3.4 Long-term average considerations based on fuzzy arithmetic 7.3.5 Time-dependent assessment using the conceptual hydrologic model 7.4 Assessment of mountain-front recharge - Results 7.4.1 Long-term average considerations 7.4.2 Time-dependent estimates 7.5 Consideration of uncertainties 7.6 Discussion & Conclusions 7.6.1 Water resources assessment in the study area 7.6.2 Modelling approaches 8 Summary 9 Prospects for future work List of Figures List of Tables List of Symbols List of Abbreviations Appendix A: Sensitivity of the response function to variations of the different model parameters B: Histograms of subsurface outflow at the mountain front QMFR based on different parameterisations of the conceptual hydrologic model References / In ariden Gebieten haben Gebirgseinzugsgebiete einen wesentlichen Anteil am gesamten natürlichen Wasserdargebot. Aufgrund i. Allg. tief liegender Grundwasserspiegel ist - in Abgrenzung zum Oberflächenabfluss am Gebirgsrand - auch der unterirdische Abstrom (mountain-front recharge) von besonderer Bedeutung. Die Ausdehnung des unterirdischen Einzugsgebiets ist dabei oft vage. Ansätze zur Abschätzung des mountain-front recharge basieren meist auf Grundwasserdaten und integrieren in Zeit und Raum. Damit können allerdings keine prognostischen oder zeitabhängigen Schätzungen für den Zustrom zur benachbarten alluvialen Aquifer gemacht werden. Daher wird im folgenden ein niederschlagsbasierter Ansatz vorgeschlagen. Das vorgeschlagene neue Konzept kombiniert drei Ansätze, um den genannten Herausforderungen zu begegnen. Mit einem neu entwickelten konzeptionellen hydrologischen Modell auf Basis verteilter Niederschläge werden monatliche Werte für die Grundwasserneubildung bereitgestellt. Es basiert auf nicht-linearen Beziehungen zwischen Niederschlag und Grundwasserneubildung für definierte hydrologisch homogene Einheiten und Jahreszeiten. Deren Ableitung basiert auf einer Massenbilanz und berücksichtigt die wesentlichen Neubildungsmechanismen. Die Parametrisierung basiert auf Expertenwissen zu Geomorphologie und Niederschlagscharakteristika. Fuzzy Arithmetik wird zur Berücksichtigung von Unsicherheiten in einer ergänzenden mittleren jährlichen Wasserbilanz verwendet. Damit können Unschärfen im Niederschlagsinput, beim Pflanzenwasserbedarf in Gebirgsoasen und best verfügbaren Schätzungen der Neubildung als Bruchteil des Niederschlags effizient berücksichtigt werden. Mittels kontinuierlicher Oberflächen, die den Grad der Zugehörigkeit zu einer bestimmten geographischen Entität anzeigen (fuzzy regions) werden Unsicherheiten in der räumlichen Ausdehnung der unterirdischen Einzugsgebiete beschrieben. Definierte Teilmengen dieser fuzzy regions werden dann bei den Wasserhaushaltsbetrachtungen als potentielle Grundwassereinzugsgebiete verwendet. Der vorgeschlagene Ansatz wurde in einer ariden, teils verkarsteten Gebirgsregion im Norden des Sultanats Oman angewendet. Die beiden sich ergänzenden Ansätze zur Abschätzung der Grundwasserneubildung ergaben im langjährigen Mittel vergleichbare Werte. Diese stimmten auch gut mit den Ergebnissen einer inversen Grundwassermodellierung überein. Die Plausibilität der Neubildungsraten für bestimmte hydrologisch homogene Einheiten und Jahreszeiten spricht für die Verlässlichkeit der Ergebnisse des konzeptionellen hydrologischen Modells. Offensichtlich tragen insbesondere die weniger intensiven Winterniederschläge wesentlich zur Grundwasserneubildung bei. Die Unsicherheiten bezüglich der Ausdehnung des Grundwassereinzugsgebiets belaufen sich auf ca. 30 % des mittleren jährlichen Dargebots. Die komplementäre Betrachtung benachbarter Grundwassereinzugsgebiete ist ein denkbarer Weg, diese Unsicherheit in Zukunft zu reduzieren. Ein wesentlicher Beitrag um die Ergebnisse dieser Studie zukünftig weiter zu untermauern wären hydrogeologische Erkundung und Beobachtung von Grundwasserständen im alluvialen Aquifer, insbesondere nahe dem Gebirgsrand. Diese Empfehlung gilt über dieses Fallbeispiel hinaus für vergleichbare Systeme, in denen ein Gebirgseinzugsgebiet den Aquifer in der angrenzende Ebene speist.:1 Mountains - 'water towers' for water resources systems in arid regions 2 Mountain hydrology and water resources assessment 2.1 Mountain hydrology and mountain-front recharge 2.2 Essential aspects to advance mountain hydrology 2.2.1 Rainfall characteristics and options for data acquisition 2.2.2 Groundwater-surface water interactions and availability of reference values 2.3 Approaches to the assessment of mountain-front recharge 2.3.1 Options to assess groundwater recharge 2.3.2 Arid zone water balance modelling - options and limitations 2.3.3 Key components for assessing mountain-front recharge 2.4 Linear reservoir models to describe base flow recession 3 Approaches to deal with uncertainty with a special focus on fuzzy sets 3.1 Probability based uncertainty assessment versus fuzzy reasoning 3.2 Fuzzy sets and related methods 3.3 Ranges of application in hydrology and water resources management 4 A novel strategy for estimating groundwater recharge in arid mountain regions 5 Fuzzy-based tools to portray uncertainties in water balance assessment 5.1 Fuzzy Recharge Areas: From qualitative data to quantitative conclusions 5.1.1 The concept of the Fuzzy Recharge Areas 5.1.2 Consideration of adjacent basins 5.2 Water balance assessment based on fuzzy arithmetic 5.2.1 Outline of the calculation procedure 5.2.2 Implementation of the fuzzy arithmetic operators 5.2.3 Implementation of the regionalisation approach APLIS 6 A conceptual hydrologic model to assess mountain-front recharge 6.1 Basic idea 6.2 Model structure 6.3 Calculation procedure using histograms of rainfall depths 6.4 Non-linear seasonal rainfall-recharge relationships 6.4.1 Derivation of the rainfall-recharge relationships 6.4.2 Sensitivity analysis 6.4.3 Response functions based on extreme parameter sets 6.5 Subsurface routing based on linear reservoir models 7 Case Study: Groundwater recharge assessment for the Barka Region (Oman) 7.1 Study area 7.1.1 Topography 7.1.2 Climate 7.1.3 Evapotranspiration 7.1.4 Rainfall characteristics 7.1.5 Geology and Hydrogeology 7.1.6 Soils 7.1.7 Runoff characteristics 7.1.8 Vegetation and irrigated agriculture in mountain oases 7.2 Recharge mechanisms in the study area 7.3 Assessment of mountain-front recharge - Methodology 7.3.1 Data Processing of Fuzzy Recharge Areas 7.3.2 Determining response units 7.3.3 Water use in mountain oases 7.3.4 Long-term average considerations based on fuzzy arithmetic 7.3.5 Time-dependent assessment using the conceptual hydrologic model 7.4 Assessment of mountain-front recharge - Results 7.4.1 Long-term average considerations 7.4.2 Time-dependent estimates 7.5 Consideration of uncertainties 7.6 Discussion & Conclusions 7.6.1 Water resources assessment in the study area 7.6.2 Modelling approaches 8 Summary 9 Prospects for future work List of Figures List of Tables List of Symbols List of Abbreviations Appendix A: Sensitivity of the response function to variations of the different model parameters B: Histograms of subsurface outflow at the mountain front QMFR based on different parameterisations of the conceptual hydrologic model References

No description available.

L'équilibre arbre-herbe dans la savane tropicale est reconnu comme l'une des principales<p>énigmes de l'écologie des plantes. Les origines du difficile équilibre entre ces formes de vie<p>sur des dizaines de millions de kilomètres carrés à l'échelle mondiale sont en partie attribuées<p>aux perturbations fréquentes induites par les feux de végétation dont les effets varient dans<p>l'espace et dans le temps selon les conditions environnementales. Les résultats de recherche<p>dépendent de l’échelle et les conclusions tirées d’études locales sont rarement transposables à<p>d’autres échelles. La question du transfert d'échelle s’avère donc cruciale dans l'étude des<p>effets du feu, et nécessite une approche transdisciplinaire.<p>En raison de la variété des échelles couvertes, cette étude constitue une première dans la<p>confrontation de données sur l’historique des feux dérivé de l'imagerie satellitaire à des<p>données de terrain incluant des mesures détaillées sur la structure et la composition de<p>végétation, ainsi que des propriétés édaphiques et topographiques. Elle s’est focalisée sur la<p>composante ligneuse de par son caractère pérenne et son influence sur les processus<p>écologiques majeurs. Sur une zone de plus de 2000 km², le Parc National du W du Niger<p>(PNWN), où le feu est utilisé comme outil pour la gestion et la conservation des écosystèmes<p>semi-arides, une carte de l'historique des feux a été élaborée à partir d'images MODIS de 250<p>m de résolution spatiale et de résolution temporelle journalière couvrant une période de sept<p>années (2002-2009). Pour comprendre la variabilité, à la fois dans l'espace et le temps, de la<p>propagation du feu dans la végétation, nous avons étudié les caractéristiques de distribution<p>des feux en termes de régime du feu (i.e. période d'occurrence et fréquence) et de structure<p>spatiale (métriques paysagères). Les relations causales plausibles entre les régimes du feu, les<p>conditions édaphiques et topographiques à l'échelle régionale comme locale, et les<p>caractéristiques de la végétation ligneuse (composition et structure) ont été examinées à<p>travers des analyses multivariées et des modèles d'équations structurales. Nous avons aussi<p>examiné plus en détails les stratégies adaptatives mises en oeuvre par les ligneux, et les<p>interactions biologiques qui sous-tendent l'organisation spatiale des ligneux à travers une<p>approche des processus ponctuels.<p>Les résultats montrent que l'activité du feu dans le PNWN se caractérise par une hétérogénéité<p>spatio-temporelle induite principalement par les conditions édapho-topographiques via la<p>structure de la végétation ligneuse. Les feux précoces de gestion créent des pare-feux<p>efficaces, limitant une large extension des feux de saison tardifs. Cependant, ces feux tardifs<p>pourraient ne pas être aussi destructifs comme qu’on le suppose généralement. En effet,<p>l'adaptation des espèces aux différents régimes defeu correspond à des stratégies de croissance<p>contrastées. Dans le cas des feux tardifs, les surfaces terrières et hauteurs moyennes les plus<p>fortes sont rencontrées, permettant aux arbres de résister au feu. Quant aux zones non<p>affectées par les feux l'analyse "patron-processus" désigne clairement la facilitation entre<p>ligneux comme un processus fondamental de l'organisation spatiale périodique du couvert, une<p>structure émergente qui empêche le passage du feu. Bien qu’ils ne se substituent pas aux<p>études expérimentales, ces résultats basés sur une expérimentation naturelle à large échelle<p>apportent des informations nouvelles précieuses tant au niveau fondamental que pour la mise<p>en place d'une gestion raisonnée du PNWN.<p><p><p>The tree-grass equilibrium in tropical savanna is recognized as one of plant ecology's main<p>conundrums. The origins of the difficult balance between these life forms over tens of millions<p>of square kilometers worldwide are in part attributed to the frequent disturbances caused by<p>vegetation fires effects of which vary in space and time depending on local environmental<p>factors. Research results are scale-dependent and findings from local studies are rarely<p>transposable to higher levels of ecosystem organization. The question of scaling (scale<p>transfer) is therefore crucial in the study of fire effects, and requires a multidisciplinary<p>approach.<p>Because of the variety of scales covered, this study is a premiere in the confrontation of<p>satellite-imagery derived fire history data with detailed field data including measurements of<p>vegetation parameters (structure and composition), as well as soil and topographic properties.<p>The study focuses on the woody component, because of its perennial character and its<p>influence on major ecological processes. On an area of more than 2000 km², the W National<p>Park of Niger (WNPN) where fire is used as a tool for the management and conservation of<p>semi-arid ecosystems, a fire history map was elaborated from MODIS images with a 250 m<p>spatial resolution and a daily temporal resolution over a period of seven years (2002-2009). To<p>understand the variability, both in space and time, of fire propagation in vegetation, we studied<p>the fire distribution characteristics in terms of fire regime (i.e. timing and frequency) and<p>spatial structure (landscape metrics). Plausible causal relationships at regional and local scales<p>between fire regimes, edaphic and topographic conditions, and the woody vegetation<p>(composition and structure) characteristics were examined through multivariate analyses and<p>structural equations models. We also examined in detail the woody species adaptive strategies<p>as well biological interactions, which underlie their spatial organization, using point statistics.<p>Results show that the WNPN fire's activity is characterized by spatial and temporal<p>heterogeneity induced mainly by edaphic and topographic conditions via the structure of the<p>ligneous component. Prescribed early season fires create effective firewalls, limiting wide late<p>season fires. However, these late fires might not be as destructive as is commonly assumed.<p>Indeed, species adaptation to different fire regimes corresponds to contrasting growth<p>strategies. In the case of late fires, increased basal areas and mean tree heights were<p>encountered, enabling trees to resist fire and escape flames. As for the unburned areas, the<p>"pattern-process" analysis clearly indicates that facilitation between shrubs is a fundamental<p>process determining the woody cover periodic spatial organization, an emergent structure that<p>prevents fire spread.<p>Although they do not replace experimental studies, these results based on a large-scale natural<p>experiment provide valuable new information both on a fundamental level and for setting up<p>the rational management of the WNPN. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished