The impounding of estuaries is currently a popular approach to urban regeneration in the UK, with barrages constructed (Tees, Wansbeck, Tawe, Cardiff Bay, Lagan and Clyde) or proposed (Usk, Loughor, Neath, Hayle, Avonmouth and Ipswich) nationwide. Impounding fundamentally alters the dynamics of estuaries with consequences in terms of sedimentation patterns and rates, ecology, flooding, groundwater, etc. This thesis presents the findings from research into the effects of impounding on estuarine water quality. A series of surveys of a range of physical and chemical parameters were carried out within four estuaries representing the complete range of tidal modification by barrage construction. Internal versus external controls on water quality are distinguished. General water quality in estuarine impoundments is good, but significant problems occur where water bodies show entrenched density stratification, with anoxia and associated increases in ammonia and metal concentrations developing. Stratification related problems are worse in partial than total tidal exclusion impoundments (although a higher rate of tidal overtopping shortens the isolation periods of deep anoxic waters), and low water quality at depth is observed over the majority of the year. The potential for eutrophication is increased by barrage construction, although phosphorus (generally the limiting nutrient) is shown to be catchment sourced, with internal cycling from sediment insignificant. Sediment thickness is shown not to be a control on water quality, although sediment build-up over time eventually leads to a loss of amenity value. Sterol fingerprints are used to identify sewage inputs to the impoundments. Advice for barrage planners and designers is given, including the exclusion and removal of saline water, provision of destratification/aeration devices, control of nutrient inputs, and modelling of sediment loads and deposition. This study has shown that catchment management is fundamental in the sustainability of estuarine impoundments.

L'étude de la sécurité sismique des grands barrages-voûtes existants ou devant être construits dans des zones sujettes à des tremblements de terres nécessite une modélisation numérique des différents éléments intervenants dans son comportement dynamique. Les sols de fondation ainsi que l'eau du réservoir jouent un rôle important dans l'analyse dynamique des barrages. On parle ainsi souvent d'un système barrage-réservoir-fondation. Le choix des différents paramètres de modélisation devient alors primordial pour l'obtention d'un modèle représentatif de la réalité. L'OFEN (Office fédéral de l'énergie en Suisse) a entrepris des études et recherches à long terme sur les principaux barrages suisses. Un réseau d'accélérographes permettant d'enregistrer l'amplitude des mouvements à différents points des barrages lors de tremblements de terres a été installé. Trois barrages-voûtes suisses seront ainsi modélisés ; soit le barrage Mauvoisin qui a une hauteur de 250 mètres, le barrage d'Émosson d'une hauteur de 180 mètres ainsi que le barrage Punt-dal-Gal qui a pour sa part une hauteur de 130 mètres. La modélisation des barrages sera réalisée à l'aide du logiciel EADC-3D-2008 qui est spécialisé dans la modélisation des barrages et qui permet de considérer l'interaction barrage-réservoir-fondation. Pour évaluer l'efficacité des modèles à l'étude, les simulations seront comparées aux données réellement enregistrées par les accélérographes lors de tremblements de terre. Afin de déterminer l'influence de chaque paramètre de modélisation, une étude paramétrique des différents modèles sera réalisée. Trois tailles de modèles seront ainsi générés ; soit un grossier, un intermédiaire et un raffiné. Un paramètre sera modifié tout en gardant les autres invariables. La rigidité ainsi que l'amortissement du barrage et du sol seront analysés en tenant compte de l'amortissement du réservoir par propagation d'onde. Pour la sollicitation, l'hypothèse d'excitation simultanée des supports sera considérée car la base de données disponible pour des analyses qui tiennent compte de l'excitation variable est encore insuffisante. Finalement, l'influence de la rigidité du sol et du barrage ainsi que celle de l'amortissement du barrage et de la fondation sur l'altération de la réponse sismique des modèles, en fonction de la taille du maillage, seront démontrées.

Cette thèse contribue au domaine de la modélisation numérique de l’influence de l’hétérogénéité sur le comportement hydro-thermique d’un barrage en remblai. Les conductivités hydrauliques à saturation des couches du noyau de barrage sont estimées par la méthode géostatistique en considérant la continuité spatiale de la teneur en particules fines, la teneur en eau et la densité sèche. Les valeurs plus faibles de conductivités hydrauliques dans la partie aval du noyau sont fournies à partir de la modélisation numérique de la dissolution, de transport, de l’exsolution, et de la diffusion du gaz à la frontière amont du noyau. Les conductivités hydrauliques à saturation prédites ainsi que les valeurs les plus faibles de conductivités hydrauliques non saturées dans la partie aval sont utilisées comme paramètres d’entrée dans la simulation numérique de l’influence de l’hétérogénéité. Cinq études paramétriques ont été effectuées avec la présence d’une ou plusieurs couches dans le noyau, incluant des valeurs variables de conductivité hydraulique, afin d’étudier l’influence de la variabilité de la conductivité hydraulique ainsi que de l’emplacement et l’épaisseur de couches perméables face à la réponse thermique. Le modèle numérique permet également de simuler la réponse thermique mensuelle du noyau, ce qui révèle l’existence d’une autre zone plus perméable dans la partie inférieure du noyau. / This thesis contributes to the field of numerical modeling of the influence of heterogeneity on the hydro-thermal behavior of an embankment dam. The layering saturated hydraulic conductivities are estimated by the geostatistical method with the consideration of spatial continuities of fines content, water content and dry density. The lower values of hydraulic conductivities in the downstream portion of the core are provided from the numerical study on the dissolution, transportation, exsolution and diffusion of the gas at the upstream boundary. The predicted saturated hydraulic conductivities as well as the lower value of unsaturated hydraulic conductivities in the downstream portion are used as input parameters in the numerical simulation of heterogeneous influence. Five parametric studies performed with presence of one or more layers within the core with increased values of hydraulic conductivity are simulated in numerical models to investigate the influence from variable values of hydraulic conductivities as well as the changing locations and thickness of pervious layers on the thermal response. The numerical model also simulates the monthly thermal response of the core, which reveals the existence of another more pervious zone in the lower portion of the core.

Most dam break studies require complex numerical simulations and advanced knowledge in hydraulics. A number of programs are available to perform these simulations and the choice regarding the software to be used must be done within the resources available and the complexity of the problem to be addressed. It remains that this choice is also influenced by the experience and by the knowledge of the analyst. This study reports the simulations results of a comparative study performed for three (3) cases of varying complexity with the software NWS FLDWAV and HEC RAS. Thus, the rupture of a dam in a rectangular channel with uniform characteristics showed that both of the software allows obtaining almost identical results. The other two cases associated with the historical failure of Teton Dam (Idaho, United States) and the combined failure of Drummond and Rock Forest dams (Québec, Canada) showed significant differences in dam breach flow rates and maximum tailwater levels. A comparative analysis of the results leads to recommendations intended for users of these softwares.

In Quebec, the concrete dams over fifty years are systematically studied since the Saguenay earthquake (1988, 6.2 on the Richter scale) because they were not sized for such hazards. For calculation of the reliability codes for Hydro-Quebec structures, different parameters on the morphology of structure and the physical and mechanical parameters are needed. Among these, the shear strength of interfaces (concrete-concrete, concrete-rock, rock-rock) is particularly important because it determines the safety factor in large part. Moreover, it is commonly accepted that the roughness of the surfaces of rock discontinuities determines the mechanical behavior in shear. This study is divided into two parts: a study of taking samples from two dams of Hydro-Quebec and the conception of an artificial rock-concrete contact. Firstly, from shear tests realized under constant normal load, achieved on contacts from two dams, the principal component study of mechanical and roughness parameters was conducted to determine the parameters dominate (Z[subscript 2], Z[subscript 4], Extent).In addition, a field classification of discontinuities is proposed. The latter depends on various parameters such as the angularity of the surface, filling or oxidation of the surfaces of the discontinuity. Artificial rock-concrete contact has been studied in its entirety by various statistical and geostatistical methods in order to describe as precisely as possible its surface roughness. Once the last known, a map of coring with a 150 mm diameter core sampler has been decided. The collected areas are those with features of roughness, for example, a high angularity. Once the coring performed, samples were tested for shear resistance under a constant normal load It follows a study of mechanical and roughness parameter and an underline of scale effect.

Le travail de thèse porte sur l'analyse du couplage écoulement – contrainte dans les roches fracturées et son application aux barrages. Le rapport de thèse est composé de 5 chapitres. Le premier chapitre présente une synthèse des travaux réalisés sur les roches fracturées et plus particulièrement sur le couplage écoulement – contrainte. L’accent est mis sur la modélisation numérique. Le second chapitre concerne la formulation de l’Élément Composite pour les roches fracturées. Il présente cet élément pour le problème mécanique ensuite pour le problème d’écoulement. Le 3ème chapitre présente l’extension de l’élément composite aux roches fracturées en prenant en compte le couplage contrainte – écoulement. Après une présentation de la formulation mathématique, on décrit l’introduction de cet élément dans un code de calcul. Le chapitre décrit aussi le fonctionnement de cet élément pour une fracture soumise à une contrainte normale puis à un cisaillement. Le 4ème chapitre traite de l’application de l’élément composite aux masses de roches fracturées contenant des drains. La performance de l’élément composite pour ce type d’applications est montrée à travers sa confrontation à la méthode des éléments finis classique. Le dernier chapitre présente l'application de l'élément composite à l'analyse du barrage de Xiaowan ayant un système de fondation complexe. La fondation contient trois ensembles de fractures et des drains. Cet exemple montre les performances de l'élément composite pour l'analyse des projets à géométrie complexe contenant des fractures. / The thesis concerns analysis of the stress-seepage coupling in fractured rock mass and its application on dams. The thesis is composed of 5 chapters. The first chapter presents a literature review on researches conducted on fractured rock mass and on seepagestress coupling in fractured rock with a particular focus on numerical modeling. The second chapter concerns the formulation of the composite element method for fractured rock mass. It presents the composite element method for stress and seepage problems. The third chapter concerns the formulation of the composite element for fractured rock mass considering seepage- stress coupling. After the mathematical formulation, it presents the numerical implementation of the composite element and its performances under both normal and shearing stress states. The 4th chapter presents analysis of the seepage-stress coupling for fractured rock mass with drainage holes. The numerical model is validated by its comparison to the convention al finite element method. The last chapter presents the use ofthe composite element for the analysis of the Xiaowan arch dam with complex fractured rock mass. The later contains three sets of fractures and drainage holes. This example shows the advantage and performances of the composite element for the analysis of complex projects.

Ce mémoire rend compte de l'étude empirique faite sur l'évolution des pratiques d'évaluation environnementale au Québec depuis ses débuts dans les années 1970 en prenant les barrages hydroélectriques comme étude de cas. Cette étude est originale dans la mesure où cet 'état des lieux' des pratiques d'évaluation environnementale n'a jamais été effectué dans la province. Nous avons choisi le domaine du développement hydroélectrique pour notre étude de cas car celui-ci a de nombreux impacts sur le milieu. De plus, les structures hydroélectriques ont fait l'objet d'évaluation des impacts sur l'environnement depuis les années 1970. Nous traitons donc d'évaluation des impacts sur l'environnement (ÉIE) en relation avec les structures hydroélectriques. Nous avons complété notre revue de la littérature sur l'ÉIE en générale, sur l'ÉIE au Québec en particulier ainsi que sur le développement hydroélectrique. Puis nous avons effectué notre collecte de données pour les huit études de cas par la consultation de leurs rapports d'impacts, les rapports d'audiences publiques (quand il y avait lieu) ainsi que par des entrevues avec des experts d'Hydro-Québec ayant pris part à ces projets. Les huit études de cas ont été analysées selon une grille originale créée pour les fins de ce projet de recherche. Les thèmes abordés dans cette grille d'analyse sont: la procédure d'évaluation d'impacts, les communications externes, le régime des cours d'eau, le réservoir, la dimension sociale et le suivi. La présentation détaillée des résultats montre des changements effectifs dans les pratiques d'ÉIE depuis ses débuts au Québec. Ces changements sont visibles à plusieurs niveaux. Nous remarquons particulièrement l'intégration progressive de la dimension sociale ainsi que l'augmentation de la participation du public. Nous pouvons également observer un décalage entre le Nord et le Sud du Québec tous les deux régis par des procédures légales différentes. Un autre point important est l'évolution des méthodes utilisées dans les études d'évaluation des impacts. A partir de l'analyse de ces résultats, nous avons également pu émettre une série de recommandations afin d'améliorer les pratiques d'ÉIE pour les projets futurs. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Évaluation des impacts sur l'environnement (ÉIE), Hydroélectricité, Barrages, Québec, Impacts, Hydro-Québec.

Ce mémoire vise à reconsidérer la gestion des ressources en eau qui s'opère actuellement sur le bassin versant de la rivière Matawin à travers la gestion des volumes d'eau du réservoir Taureau. Celle-ci, malgré les conséquences écologiques et l'évolution du cadre législatif québécois sur la question de la gestion de l'eau n'a jamais fait l'objet d'une réévaluation. La création du réservoir Taureau en 1930, et dont l'objectif immédiat est de fournir pendant la saison hivernale des volumes d'eau aux centrales situées en aval sur la rivière Saint-Maurice afin de répondre à la demande énergétique, a fortement modifié le régime hydrologique de la rivière, se caractérisant par une inversion de son régime. De plus, depuis quelques années, les rives du réservoir connaissent un développement des infrastructures récrérotouristiques, transformant ainsi le lieu en un espace de plus en plus attrayant pour les villégiateurs et touristes. En ce sens, le maintien de l'objectif premier de production énergétique peut apparaître comme un facteur limitant pour le secteur récréotouristique et pour l'intégrité écologique du cours d'eau. Le développement des connaissances en sciences de l'eau et plus précisément l'importance fondamentale de la variabilité du régime hydrologique dans l'espace et dans le temps amène à porter un nouveau regard sur les cours d'eau et leur écologie. L'aménagement des bassins versants, par la création de réservoirs, modifie cette variabilité naturelle des écoulements et par conséquent altère, à des degrés divers, l'intégrité écologique des cours d'eau. Mais face à la popularité envers les questions environnementales, l'introduction de nouveaux outils comme la gestion intégrée par bassin versant propose une nouvelle approche de gestion de l'eau non plus basée sur une démarche unique et sectorielle, mais plutôt concertée et inclusive prenant en compte, selon des critères écosystémiques, les multiples utilisations des ressources en eau. Le concept du développement durable, de par sa définition, devrait ainsi remplir parfaitement ses objectifs. C'est dans ce contexte que certaines recommandations pourront être proposées; entre autres une remontée des niveaux d'eau du réservoir plus précoce en hiver ou encore de consacrer directement une partie de la crue printanière. Cela modifiant ainsi les principes de gestion tels qu'ils sont établis pour le moment. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Régime hydrologique, Bassin versant, Gestion intégrée, Barrage Taureau, Rivière Matawin.

Le travail de thèse concerne le développement d'un modèle numérique pour la détermination des propriétés hydromécaniques équivalentes pour les roches fracturées. Le rapport de thèse est organisé en 7 chapitres. Le premier chapitre décrit les objectifs de la thèse et présente brièvement une synthèse des travaux réalisés sur les roches fracturées. L'accent est mis sur l'Élément Composite et la détermination des propriétés hydrauliques et mécaniques équivalentes des roches fracturées. Le second chapitre présente les outils utilisés dans le travail de thèse, à savoir la méthode des éléments finis, l'Elément Composite, le couplage écoulement/contraintes, le Réseau de Neurones Artificiels et la méthode de Monte-Carlo. Le troisième chapitre présente le concept de la méthode numérique proposée pour obtenir les propriétés hydrauliques équivalentes des roches fracturées. Elle décrit aussi les données nécessaires à ('application de cette méthode, à savoir celles sur les fractures dominantes. Les chapitres 4 et 5 présentent la détermination des propriétés hydrauliques et mécaniques équivalentes des roches sans prendre en compte le couplage contraintes/écoulement. Le 6ème chapitre présente la détermination des propriétés hydrauliques équivalentes en considérant le couplage contraintes/écoulement. Ce chapitre comporte également la construction d'une base de données sur l'influence du couplage contraintes/perméabilité sur les propriétés hydrauliques équivalentes. Le dernier chapitre décrit un procédé basé sur une combinaison des approches implicite et explicite pour l'analyse d'un barrage poids. Les données de la méthode implicite sont déterminées en utilisant la méthode numérique proposée dans ce travail. / This thesis concerns the use of the "Numerical Test System" for the determination of the equivalent hydraulic and mechanical properties of fractured rock masses. The thesis is composed of 7 chapters. The first chapter describes the objective of the thesis and briefly presents the previous studies conducted on fractured rock masses, with a particular focus on the Composite Element Method as weil as the estimation of the equivalent hydraulic and mechanical properties of fractured rocks. The second chapter presents the tools used in the thesis development, namely the finite element method, the composite element method, the coupling theory, the artificial neural network and the Monte Carlo Method. The third chapter presents the concept of the "Numerical Test System (NTS)" for determination of the equivalent hydraulic properties offractured rock. This method requires field data on dominating fractures. Chapters 4 and 5 present the determination of the equivalent hydraulic and mechanical properties and the relevant REYs neglecting the seepage/stress coupling. The 6th chapter presents the determination of the equivalent hydraulic properties considering seepage/stress coupling. This Chapter also establishes a stress/permeability database for describing the relationship between stresses and the equivalent hydraulic property. The last chapter describes a procedure based on a combination of the implicit and explicit approaches for the analysis of a grravity dam. The eqivalent properties of the implicit method are determined using the NTS.

No abstract. See Front page / Dissertation (MSc (Microbiology))--University of Pretoria, 2007. / Microbiology and Plant Pathology / unrestricted