Climate change and hydropower production in the Swiss Alps: quantification of potential impacts and related modelling uncertainties

International audienceThis paper addresses two major challenges in climate change impact analysis on water resources systems: (i) incorporation of a large range of potential climate change scenarios and (ii) quantification of related modelling uncertainties. The methodology of climate change impact modelling is developed and illustrated through application to a hydropower plant in the Swiss Alps that uses the discharge of a highly glacierised catchment. The potential climate change impacts are analysed in terms of system performance for the control period (1961?1990) and for the future period (2070?2099) under a range of climate change scenarios. The system performance is simulated through a set of four model types, including the production of regional climate change scenarios based on global-mean warming scenarios, the corresponding discharge model, the model of glacier surface evolution and the hydropower management model. The modelling uncertainties inherent in each model type are characterised and quantified separately. The overall modelling uncertainty is simulated through Monte Carlo simulations of the system behaviour for the control and the future period. The results obtained for both periods lead to the conclusion that potential climate change has a statistically significant negative impact on the system performance

Accounting for precipitation asymmetry in a multiplicative random cascade disaggregation model

Analytical multiplicative random cascades (MRCs) are widely used for the temporal disaggregation of coarse-resolution precipitation time series. This class of models applies scaling models to represent the dependence of the cascade generator on the temporal scale and the precipitation intensity. Although determinant, the dependence on the external precipitation pattern is usually disregarded in the analytical scaling models. Our work presents a unified MRC modelling framework that allows the cascade generator to depend in a continuous way on the temporal scale, precipitation intensity and a so-called precipitation asymmetry index. Different MRC configurations are compared for 81 locations in Switzerland with contrasted climates. The added value of the dependence of the MRC on the temporal scale appears to be unclear, unlike what was suggested in previous works. Introducing the precipitation asymmetry dependence into the model leads to a drastic improvement in model performance for all statistics related to precipitation temporal persistence (wet–dry transition probabilities, lag-n autocorrelation coefficients, lengths of dry–wet spells). Accounting for precipitation asymmetry seems to solve this important limitation of previous MRCs. The model configuration that only accounts for the dependence on precipitation intensity and asymmetry is highly parsimonious, with only five parameters, and provides adequate performances for all locations, seasons and temporal resolutions. The spatial coherency of the parameter estimates indicates a real potential for regionalisation and for further application to any location in Switzerland.</p

Comportement et modélisation hydraulique des zones bâties en situation d'inondation : le cas des zones cloisonnées d'habitat individuel de Ouagadougou

Ce travail s'inscrit dans la problématique de la modélisation des inondations par ruissellement pluvial d'un secteur urbanisé. La caractérisation des champs d'inondation résultant d'un aléa climatique donné nécessite de modéliser différents phénomènes : la transformation des précipitations en ruissellements, la propagation des écoulements qui en résultent dans le réseau d'assainissement du secteur étudié et la circulation des flux de débordement dans le tissu urbain lorsque ce réseau est défaillant. Le travail présenté dans ce mémoire concerne la dernière de ces diverse étapes. Ses objectifs sont d'une part, de montrer dans quelle mesure il peut être nécessaire d'intégrer dans une telle modélisation le comportement hydraulique des zones bâties et, d'autre part, d'étudier la pertinence d'une modélisation hydraulique simplifiée des zones bâties cloisonnées. Pour évaluer le rôle des zones bâties sur le contrôle d'une inondation, nous comparons d'abord, en étudiant l'ouverture de différents quartiers potentiellement inondés, la transmissivité hydraulique de leur réseau de drainange principal (voirie) à celle de leur partie bâtie. Nous estimons ensuite l'influence du volume stocké par la partie bâtie inondée sur le laminage de la crue. Pour ces deux aspects, transfert et stockage, nous identifions les caractéristiques du milieu (et celles de l'aléa à l'origine de l'inondation pour l'aspect stockage) qui conditionnent l'importance des zones bâties dans le contrôle d'une inondation. Nous montrons enfin comment le rôle des zones bâties peut varier en étudiant différents types de quartiers de Ouagadougou (Burkina Faso). La modélisation des zones bâties, lorsqu'elle est nécessaire, est envisagée dans le cas particulier des zones d'habitat individuel de la ville... (D'après résumé d'auteur

A conceptual glacio-hydrological model for high mountainous catchments

International audienceIn high mountainous catchments, the spatial precipitation and therefore the overall water balance is generally difficult to estimate. The present paper describes the structure and calibration of a semi-lumped conceptual glacio-hydrological model for the joint simulation of daily discharge and annual glacier mass balance that represents a better integrator of the water balance. The model has been developed for climate change impact studies and has therefore a parsimonious structure; it requires three input times series ? precipitation, temperature and potential evapotranspiration ? and has 7 parameters to calibrate. A multi-signal approach considering daily discharge and ? if available ? annual glacier mass balance has been developed for the calibration of these parameters. The model has been calibrated for three different catchments in the Swiss Alps having glaciation rates between 37% and 52%. It simulates well the observed daily discharge, the hydrological regime and some basic glaciological features, such as the annual mass balance

Inondations urbaines : un indicateur géométrique caractéristique du comportement hydraulique du bâti

La prévision des inondations urbaines et de leur impact sur le milieu passe par la modélisation précise et lisible des flux inondants. Leur représentation est cependant rendue difficile par le caractère transitoire et multidirectionnel des écoulements, dans un milieu dont la géométrie est très irrégulière. Cet article traite plus spécifiquement du comportement du bâti africain vis à vis des écoulements, en situation inondante, et des lois de stockage et de vidange que l'on peut définir à différentes échelles représentatives de l'habitat : concession, bloc de concessions. Nous présentons trois propriétés du bâti nécessaires et suffisantes pour décrire le comportement hydraulique du milieu à ces échelles : sa pénétrabilité, sa stockabilité et sa transmissivité. L'étude du comportement hydraulique de l'objet bâti élémentaire, la concession, nous permet de relier ces propriétés à des caractéristiques géométriques de cet objet. Une approche agrégative conduit ensuite à définir un indicateur de la structure géométrique du bâti, l'HistoSeuil, équivalent à une densité d'ouvertures et caractéristique de la pénétrabilité du bâti. L'étude de sa pertinence géométrique, i.e. sa variabilité intra- et inter-quartiers a été réalisée dans le cas particulier de la ville de Ouagadougou (Burkina Faso) ; elle est basée sur le relevé systématique des ouvertures observables sur différentes façades de voiries de trois quartiers de types différents, (habitat individuel et spontané). Sa pertinence hydraulique, i.e. sa capacité à reproduire le comportement hydraulique moyen de l'objet urbain modélisé, est enfin abordée. Développée dans le contexte particulier de Ouagadougou, cette approche est généralisable à des configurations urbaines très diverses.Stormwater runoff generates one of the most critical natural risks in urban environments: impervious surfaces and high drainage network densities lead to frequent urban flooding events, with short process times and within small urban areas. In all parts of the world, urbanisation is growing, and urban flood hazards consequently occur more and more frequently. Examples of important flood damages suffered by urban populations are numerous, especially in tropical regions where the violence and rapidity of tropical storms often lead to an overloading of the drainage system and to the flooding of adjacent built-up areas. Prediction and evaluation of these damages require the determination of some important hydraulic characteristics of the flood, such as maximum water depth or flooding duration. Currently-used models are generally limited to checking the sewer system efficiency. Therefore new models are now expected to represent with accuracy and reliability the stormwater runoff, which can result from sewer system overloading. However, this kind of modelling is hard to carry out because of the geometric complexity of the urban media and because of the rapidity of urban storms and their associated flooding. Moreover, the modelling of the behaviour of the flooded built-up areas should sometimes be integrated into complete models of urban flooding, given their important influence on the hydrodynamics of the flood. However the geometric complexity of these built-up areas prevents us from a complete and accurate description of the different obstacles and water ways encompassed in such areas. Simplified descriptions at a larger scale are consequently to be found.This paper highlights the important physical characteristics that determine the hydraulic behaviour of every hydraulically-independent urban cell, and suggests a way to represent the exchange and storage laws of built-up areas at different scales: individual plots and blocks of plots. The study was performed in the particular case of Ouagadougou's areas. The hydraulic behaviour of every built-up area can be modelled with three important physical characteristics, the two first of which are related to the structure of the surrounding walls:- water perviousness : the ease with which the passing flood can enter or exit the plot. This is dependent upon the aperture density, which can vary according to the façade;- transmissivity: the ease with which water can pass through the plot. It depends on the perviousness of the different external or internal façades of the individual plot. If one façade is waterproof, the transmissivity becomes nil in the perpendicular direction;- storativity : determined with the storage capacity of an individual plot. It is a function of the internal surface area of the plot.These three characteristics are functions of height. Moreover, they are essential and sufficient to describe the behaviour of every basic or global urban object (plot, block of plots...). At the "block of plots" level, the transmissivity and storativity concepts are comparable to the hydraulic roughness and urban porosity concepts that have already been proposed in scientific papers (e.g., Braschi et al. 1991). These two characteristics are sufficient for modelling the hydraulic behaviour of every open urban medium. Nevertheless, some urban media are non-transmissive because of a high connection level between the different obstacles. In these cases the perviousness property is very useful for modelling the different exchanges between the built-up areas and the adjacent flooded roads. The residential urban areas of Ouagadougou, used as an illustration for this study (Figure 1), correspond to this case of partitioned urban areas. The structure of the Ouagadougou's residential districts is standard and is organised around the individual plot, a parcel shielding one or several families: the individual plot is isolated from other plots and from the roads by a surrounding wall that constitutes one of the elementary hydraulic objects of the urban environment. The evolution of the flood water depth in a plot adjacent to a flooded road, determined by equation 1, depends on its floodable surface Sc and on its perviousness. Its perviousness is defined by the geometric characteristics of the apertures present in the wall: the type of aperture, weir or orifice; its height, hs, its length, Ls, and its opening if an orifice, a. Measures of exchanges between roads and plots made during some flood events in Ouagadougou (Hingray 1999) showed that the classical discharge laws for weirs or trough orifices can be used to model these exchanges (equations 2, 3 and 4).We suggest a way to simulate the exchange and storage laws of these built-up areas at a larger scale: the block of plots. An aggregation approach enables us to define a structure indicator: " l'HistoSeuil " (Figure 2). It is based on the description of the lengths of weirs and apertures found in road façades, and is equivalent to an aperture density function. The exchange discharge between the block of plots and the flooded adjacent road can be computed with a simply convolution (equation 6) between this HistoSeuil and the reference discharge laws for broad-crested weirs (equations 7 and 8). The geometric relevance of the indicator is next discussed: it seems to be a relatively stable geometric characteristic of an urban area (Figure 3). This result is given by a systematic survey of the apertures observed in 24 road façades belonging to 3 different districts of Ouagadougou. The two first are traditional residential districts, more and less developed. The "Patte d'Oie" district is fairly old and was established in the 1970's (numerous well developed plots). The second one (Wemtenga 1) is a recent housing estate (1988) (numerous unfinished or empty plots). The final one (Wemtenga 2) is a very recent district of spontaneous development (disorganised built-up area structure). Furthermore, the hydraulic relevance of this indicator, its ability to reproduce the average hydraulic behaviour of a block of plots, is approached. Initial results seem to be positive. If both the hydraulic and geometric relevance of the structure indicator presented in this paper are validated by the additional work that we are carrying out at this present time, this approach may prove to be useful for the hydraulic modelling of built-up areas. Moreover the study of other types of built-up areas could lead to the determination of a hydraulic typology of urban areas. In particular, this study, performed in the case of Ouagadougou, a big city in a developing country, seems to be valid for every city where the built-up areas are highly partitioned

Étude expérimentale du comportement dynamique des engrenages cylindriques

Les mesures expérimentales sur la dynamique des engrenages sont un domaine encore incomplet de la littérature. En général, seules l'influence des rapports de conduite ainsi que des dépouilles en tête de dent sont étudiées. Ces expériences se limitent souvent à vérifier les modèles numériques établis d'un engrenage. Certaines autres études portent sur l'influence de défauts sur la dynamique. Il demeure nécessaire d'étudier l'influence de divers paramètres de conception sur la dynamique afin de différencier l'influence des défauts à l'influence des paramètres de conception. Les vibrations de l'arbre et les contraintes en compression subies par les dents sont étudiées à l'aide d'un plan d'expérience où le pas diamétral, l'angle d'hélice, la largeur de dent, le nombre de dents, le couple appliqué et la vitesse de rotation varient. Deux arbres en rotation composent ce banc, un des arbres reçoit le dynamomètre mécanique introduisant le couple, l'autre est entraîné par le moteur. Les paires de roues du plan d'expérience (16), sont placées à une extrémité des arbres, à l'autre extrémité, on trouve des roues possédants trois fois plus de dents pour fernier le circuit et ne pas perturber les vibrations des engrenages à tester. Les contraintes sont mesurées à l'aide de jauges de défomiations, et les vibrations sont mesurées en rotation à l'aide de deux accéléromètres. Le relevé des contraintes ne s'est pas révélé satisfaisant. En effet, les valeurs de contraintes trouvées ne correspondaient pas avec les valeurs théoriques prédites par l'AGMA. La vitesse de déformation des jauges s'est révélée trop lente pour suivre les déformations réelles des roues. Pour ce qui est des accélérations, les données recueillies montrent l'ensemble des fréquences participant à l'énergie vibratoire. Les harmoniques de la fréquence d'engrènement et leurs modulations ont été identifiées. Les valeurs efficaces, les kurtosis et les facteurs de crête ont été calculés et permettent de classer l'importance des paramètres sur les vibrations des engrenages. De nouveaux paramètres plus pertinents se sont dégagés de cette étude. Tout d'abord, il est nécessaire de posséder un grade de qualité élevé pour étudier au mieux l'influence des autres paramètres, un grade de qualité faible augmente les erreurs de transmission. Un rapport de conduite élevé ou entier est préférable pour limiter l'énergie vibratoire. Des roues légères réduisent les vibrations par rapport à des roues pesantes. Les vibrations augmentent de manière importante avec la vitesse. Enfin, pour limiter l'influence du couple sur les vibrations, il est nécessaire de tenir compte du rapport entre le pas diamétral et le couple. En effet pour des roues à dents épaisses, le couple possédera moins d'influence que pour des roues à dents minces

Effects of Increased Wind Power Generation on Mid-Norway’s Energy Balance under Climate Change: A Market Based Approach

Thanks to its huge water storage capacity, Norway has an excess of energy generation at annual scale, although significant regional disparity exists. On average, the Mid-Norway region has an energy deficit and needs to import more electricity than it exports. We show that this energy deficit can be reduced with an increase in wind generation and transmission line capacity, even in future climate scenarios where both mean annual temperature and precipitation are changed. For the considered scenarios, the deficit observed in winter disappears, i.e., when electricity consumption and prices are high. At the annual scale, the deficit behaviour depends more on future changes in precipitation. Another consequence of changes in wind production and transmission capacity is the modification of electricity exchanges with neighbouring regions which are also modified both in terms of average, variability and seasonality

Measurement and conceptualization of maternal PTSD following childbirth: Psychometric properties of the City Birth Trauma Scale-French Version (City BiTS-F).

The City Birth Trauma Scale (City BiTS) assesses posttraumatic stress disorder symptoms following childbirth (PTSD-FC). Recent studies investigating the latent factor structure of PTSD-FC in women reported mixed results. No validated French questionnaire exists to measure PTSD-FC symptoms. Therefore, this study first aimed to validate the French version of the City BiTS (City BiTS-F). Second, it aimed to establish the latent factor structure of PTSD-FC. French-speaking women with infants aged 1 to 12 months old (n = 541) completed an online cross-sectional survey. Questionnaires included the City BiTS-F, the PTSD Checklist, the Edinburgh Postnatal Depression Scale, and the anxiety subscale of the Hospital Anxiety and Depression Scale. Additionally, sociodemographic and medical data were collected. The two-factor model with birth-related symptoms (BRS) and general symptoms (GS) fit the data well, whereas the four-factor model was not confirmed. The bifactor model with a general factor and the BRS and GS gave the best fit to the data, suggesting that use of the total score in addition to the BRS and GS subscales scores is justified. High reliability (α = .88 to .90) and good convergent and divergent validity were obtained. Discriminant validity was calculated with weeks of gestation, gravidity, history of traumatic childbirth and event, and mode of delivery. The City BiTS-F is a reliable and valid measure of PTSD-FC symptoms in French-speaking women. Both total score and BRS or GS subscale scores can be calculated. This psychometric tool is of importance for clinical and research purposes. (PsycInfo Database Record (c) 2021 APA, all rights reserved)

Gestion optimale d'un réservoir hydraulique multiusages et changement climatique. Modèles, projections et incertitudes (Application à la réserve de Serre-Ponçon)

Pouvoir évaluer l'impact du changement climatique sur la ressource en eau, et les systèmes de gestion qui lui sont associés, est une préoccupation majeure de nos sociétés. Une telle évaluation nécessite la mise en place d'une chaîne de simulation qui permet, sur la base d'expériences climatiques futures, i) d'estimer à l'échelle régionale l'évolution possible de la ressource et de sa variabilité, ii) de simuler le comportement des systèmes utilisés pour leur gestion pour iii) estimer les éventuelles modifications de performance. Cette thèse vise à tester la possibilité de mettre en place une chaîne de simulation de ce type pour un système de gestion réel et à identifier quelles sont les composantes à considérer dans ce cas. Pour ce faire, nous chercherons en particulier à apporter des éléments de réponse aux questions suivantes: - Quelles représentations peut-on faire d'un système de gestion opérationnel pour une application en climat modifié ? - Quels éléments d'évaluation peuvent permettre d'estimer l'impact du changement climatique sur ce système de gestion ? - Quelles sont les sources d'incertitudes influençant cette évaluation ? Quelles sont les contributions relatives à l'incertitude totale des différentes méthodes et modèles utilisés ? Nous considérerons plus précisément le système de gestion du barrage de Serre-Ponçon, alimenté par le haut bassin versant de la Durance. Ce barrage, géré par EDF, est l'un des plus grands barrages artificiels européens. Il est multi-usages (irrigation, soutien d'étiage, production d'hydroélectricité, tourisme). Dans un premier temps, nous présenterons le contexte du système de gestion actuel. Nous mettrons ensuite en place un modèle de gestion du barrage visant à reproduire de façon réaliste du point de vue du gestionnaire actuel (EDF), mais simplifiée pour pouvoir être appliqué sous scénarios futurs - la gestion actuelle du barrage. Nous développerons pour cela i) des modèles permettant d'estimer les différentes demandes en eau et ii) un modèle d'optimisation de la gestion sous contraintes. Ce modèle permettra de simuler la gestion du système au pas de temps journalier sur plusieurs décennies du climat récent, ou de climats futurs modifiés. Nous proposerons ensuite un ensemble d'indicateurs qui permettent de fournir une estimation de la performance d'un tel système à partir des sorties du modèle de gestion obtenues par simulation pour différentes périodes de 30 ans. Nous explorerons la façon dont la performance estimée dépend du modèle choisi pour la représentation du système de gestion actuel, et plus précisément de la façon dont la stratégie utilisée pour l'optimisation de la gestion est élaborée. A ce titre, nous proposerons trois modèles de gestion basés sur trois types de stratégies, obtenues pour des degrés différents de prévisibilité des apports et sollicitations futurs à la retenue. Pour ces simulations, les modèles d'impacts nécessitent des scénarios de forçages météorologiques à l'échelle de bassin versant (e.g. modèle hydrologique, modèle d'usages de l'eau, modèle de gestion de la ressource). Ces scénarios peuvent être obtenus par des méthodes de descente d'échelle statistique (MDES), sur la base des simulations grande échelle des modèles climatiques globaux. Enfin, nous évaluerons les incertitudes liées aux deux types de modèles et estimerons leurs contributions relatives à l'incertitude globale. Nous utiliserons pour cela les scénarios issus de différentes chaines de simulation GCM/MDES produits sur la période 1860-2011 dans le cadre du projet RIWER2030. Nous montrerons que ces deux sources d'incertitudes sont du même ordre de grandeur sur l'estimation des modifications de performance.Assess the impact of climate change on water resources and management systems associated, is a major concern of our society. This requires the establishment of a simulation chain which allows, on the basis of future climate experiments i) to estimate the possible changes in regional resource and its variability, ii) to simulate the behavior of the systems used to manage them in order to iii) estimate the possible changes in performance. This thesis aims to test the feasibility of establishing a chain simulation of such a management system to identify what are the real components to consider in this case. To do this, we have to provide answers to the following questions: - How can we represent an operational management system in a climate change context? - What elements of evaluation can be used to estimate the impact of climate change on the management system? - What are the sources of uncertainty influencing this assessment? What are the relative contributions to the total uncertainty of these different methods and models used? We consider the system of management of the reservoir of Serre-Ponçon, built on the high basin of the Durance. This dam, operated by EDF, is one of the largest artificial dams Europe. It is multi-purpose (irrigation, low-flow support, hydropower, tourism). As a first step, we will present the context of the current management system. Then, we will establish a management model to reproduce - in a realistic way from the point of view of the current manager (EDF), but simplified to be applied in future scenarios - the current management of the Serre-Ponçon reserve. We will develop for this, i) different models to estimate different water demands and ii) an optimization model with constraints management. This model will simulate the management system in daily time step on several decades of recent climate or future climate change. We then propose a set of indicators to provide an estimate of the performance of such a system from the outputs of the management model obtained by simulation for different periods of 30 years. We will explore how the estimated performance depends on the model chosen to represent the current management system, and more specifically how the strategy used to optimize the management is developed. To this end, we will propose three management models based on three types of strategies, obtained for different degrees of predictability of future inflows and constraints. For these simulations, the impact models require meteorological forcing scenarios at watershed scale (eg hydrological model, model of water use model of resource management). These scenarios can be obtained by statistical downscaling methods (SDM), on the basis of large-scale simulations of global climate models. Finally, we will evaluate the uncertainties associated with the two types of models and will estimate their relative contributions to the overall uncertainty. We have used this scenario from different GCM/SDM simulations over the period 1860-2100 obtained within the RIWER2030 project. We show that these two sources of uncertainty are of the same order of magnitude estimate of changes in performance.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF