Détection des cavités à l'aide de mesures électriques et du géoradar dans une galerie d'amenée d'eau

Old water-delivery tunnels can become leaky and produce water losses of some economic importance. The detection of solution cavities behind the concrete lining was the purpose of an investigation in a 2 km long part of a water-delivery tunnel in Switzerland. A gypsum zone of about 700 m length was considered to be especially critical. Two geophysical methods were used at the same time: resistivity profiling with three different array lengths, and ground-penetrating radar. The cavities were characterized by higher electrical resistivity, principally for the short array (AB = 3 m). Detailed measurements with a pole-dipole array were made for a better depth interpretation of anomalies in some critical zones. The GPR investigations were made with an antenna of 500 MHz. Some transverse profiles were carried out with GPR in order to better delineate the discovered cavernous or weathered zones. GPR located cavities up to a few meters in length, at depths between 0 and 4 m behind the lining. Anomalies found by one investigation method were often confirmed by the other one. Their complementarity thus allowed a more reliable interpretation of the gathered data. Verifying drillholes have mostly confirmed the good correlation between geophysical interpretation and drilling results. Endoscopic investigations in the drillholes enabled us to have a real vision of discovered cavities.Although GPR-profiling has the advantage of a continuous underground imaging and of greater efficiency during data acquisition (investigation speed) we consider the combination of both methods in the present study as a good example of an integrated geophysical survey, which enables a more reliable interpretation of the gathered data.

Résumé

Les galeries d'amenée d'eau d'un certain âge peuvent poser des problèmes à cause de pertes d'eau parfois importantes. L'objectif de cette étude a été la mise en évidence et le positionnement de cavités derrière le revêtement d'une galerie en Suisse, sur une longueur de 2 km. Une zone de gypse longue de 700 m était considérée comme particulièrement critique. Deux méthodes géophysiques ont été conjointement utilisées: le traîné électrique multiple avec trois longueurs de ligne d'envoi de courant et le géoradar. Les cavités, caractérisées par des résistivités élevées, ont surtout été mises en évidence par le dispositif le plus court (AB = 3 m). Des mesures de détail ont été réalisées dans les zones critiques avec un dispositif pôle-dipôle en vue d'une meilleure interprétation des anomalies en profondeur. Les mesures de géoradar ont été exécutées avec une antenne de 500 MHz. Quelques profils transversaux ont été effectués pour vérifier l'extension des zones d'altérations ou des cavités. Le géoradar a pu localiser des cavités mesurant jusqu'à plusieurs mètres en longueur à des profondeurs variant entre 0 et 4 m derrière le revêtement de la galerie. Les anomalies décelées par une méthode ont souvent pu être confirmées par l'autre et leur complémentarité a permis une interprétation plus sûre. Des forages carottés ont montré une bonne corrélation entre les anomalies géophysiques et la réalité. Des mesures de fibroscopie dans les forages nous ont permis de déterminer la géométrie des cavités.Le géoradar possède des avantages certains: imagerie continue du massif rocheux et grande rapidité dans l'acquisition des données. Néanmoins, nous considérons la combinaison des deux méthodes utilisées dans cette étude comme le bon exemple d'une investigation géophysique combinée permettant une interprétation optimale de tous les résultats.     

Recherche d''une politique de gestion des stocks d''eau de barrages-réservoirs en vue de soutenir les étiages : 1. Élaboration d''un modèle alterné annuel apports-déficits

Lack of water supply during periods of deficient flow affects the economic potentiality of the great river valleys which are the most developed areas in the country. Reservoir dams built in the upper stream catchments store excess flow and provide controlled release in the dry season. Capital costs of construction and the consequences of failures justify a thorough study of operating rules.The low flows and conditional variability of availability of water call for carry-over procedures (reservoir capacity is sometimes greater than the mean available water). It is not possible to predict future sequence of flows, thus the carry-over rule is a statistical decision-making tool. The flow data are only one of the very many possible sources of information. But the analysis of flow data provides us with statistical measures to generate long series of synthetic inflows associated with summer deficits.A simplification has been introduced by choosing only the values which are absolutely necessary for optimal management research: available water volumes and reserve volumes for a flow threshold.Yearly alternate periods of excess and deficiency of water are defined by the values above and below a threshold of flow discharge at a location gage named “objective point”, where the reservoir effects are to be estimated. Yearly periods are described by water volumes, either inflows into reservoirs, or deficits below various thresholds of summer flow discharges. Marginal and conditional probability distributions of these volumes and the physical laws which mark their bounds and relationships were estimated on the basis of 31 years of daily flow records.The synthetic simulated series for 1000 years was compared to records of historical levels (since 1863). Extreme events such as sequences of dry years, have return periods of comparable magnitude.This synthetic series has a similar statistical character of short historical series and makes the analysis of operating rules possible.

Résumé

Les moyennes et basses vallées des fleuves ont en général polarisé le développement industriel et agricole, créant ainsi des besoins en eau croissants. L'implantation de barrages-réservoirs dans les hauts bassins peut contribuer à atténuer les graves conséquences de pénuries. Ils emmagasinent l'eau en période d'abondance et la restituent en étiage. L'importance des investissements et les conséquences d'une défaillance justifient une analyse minutieuse des conditions de gestion de ces retenues.L'aménagement du bassin de la Loire (France) prévoit des réservoirs de capacités importantes vis-à-vis des apports annuels moyens. La variabilité liée des étiages et des apports aux réservoirs, conduit à envisager des reports interannuels. La valeur optimale du report a un caractère statistique, en raison de l'indépendance des caractères hydrologiques des années successives.Une simplification a été recherchée, ne comportant que les grandeurs strictement indispensables à la recherche de la gestion optimale: volumes d'apports et volumes de soutien à un seuil de débit. Les périodes d'apports et de déficits sont définies annuellement par le franchissement d'un seuil de débit à la section objectif du soutien. Les états alternés ainsi obtenus sont caractérisés: (1) pour la période d'apports: par les volumes apportés aux divers réservoirs; et (2) pour la période de déficit: par les volumes déficitaires sous différents seuils de débit au point objectif.Les 31 années d'observations de débits dans le bassin ont permis l'estimation des lois de distributions marginales et liées de ces variables, ainsi que des contraintes physiques qui les bornent. Cette analyse a permis l'élaboration d'un modèle de génération simultanée d'apports aux réservoirs et d'étiages dans la vallée. Une série longue de 1000 ans a ensuite été générée par une méthode de Monte-Carlo.Les résultats de la simulation ont été confrontés aux observations historiques de hauteurs d'eau (110 ans). Les événements exceptionnels ont des fréquences d'ordre de grandeur comparable.Cette série synthétique permet d'envisager une analyse de la gestion dégagée du caractère particulier lié à la brièveté de la série historique.     

Utilisation des données d''un radar météorologique pour la simulation des écoulements en rivière à l''aide d''un modèle hydrologique matriciel

A good knowledge of the spatial and temporal distribution of precipitation is required for streamflow forecasting with a mathematical model. Thus, an operational method for correcting and integrating radar and station data with a minimum of operator intervention is under development. A total of 297 CAPPI maps at a height of 2 km have been used, each map representing a 2 h accumulation for 43 rainy days in the summer of 1978.Preliminary results have shown that it is necessary to detect and correct ground clutter as well as echoes coming from anomalous propagation. Thus, an algorithm has been developed to do so. In order to obtain a better idea on the necessity of correcting those echoes and on the efficiency of the algorithm, estimations of the mean areal daily rainfalls on the basin calculated from station data, are compared to estimations computed from (a) raw radar data, (b) radar data corrected with a ground clutter mask, and (c) radar data corrected with the developed algorithm, before and after calibration with station data. Similar comparisons between measured streamflows and streamflows computed by the CEQUEAU model, are presented, except for raw radar data. Actual results show that the identification and correction algorithm behaves very satisfactorily and could permit the operational use of radar data with hydrological models. Moreover, the sensitivity of the calibration factor on the number of meteorological stations is studied. It is shown that a relatively small number of stations may be used to calibrate the radar data. However, this number should be greater for convective than for continuous rain.

Résumé

La prévision des écoulements sur un bassin versant à l'aide d'un modèle mathématique requiert la connaissance de la distribution spatiale et temporelle des précipitations. Pour ce faire, une méthode opérationnelle de correction et d'intégration des images de radar et des données des pluviomètres demandant un minimum d'intervention de l'opérateur est actuellement en cours de développement. Les recherches effectuées jusqu'à maintenant ont porté sur l'étude de 297 images de radar de type CAPPI cumulées sur 2 h à une altitude de 2 km et réparties sur 43 jours pluvieux de l'été 1978.Les premiers résultats obtenus ont vite démontré la nécessité de détecter et de corriger les échos de montagnes et les échos provenant de propagation anormale. Un algorithme a donc été développéà cet effet. Afin de mieux juger de la nécessité de corriger ces échos et de l'efficacité de l'algorithme, des estimations de la pluie moyenne sur le bassin effectuées à l'aide des données aux stations, ont été comparées aux estimations obtenues à l'aide (a) des données de radar brutes, (b) des données de radar corrigées à l'aide d'un masque d'échos de montagnes, et (c) des données de radar corrigées à l'aide de l'algorithme développé, avant et après étalonnage par les données des pluviomètres. Des comparaisons similaires ont été effectuées entre les débits observés et les débits simulés à l'aide du modèle CEQUEAU sauf pour les données de radar brutes. Les résultats obtenus démontrent que l'algorithme d'identification et de correction développé se comporte de façon très satisfaisante et pourrait permettre d'utiliser de façon opérationnelle des données de radar avec un modèle hydrologique. De plus, une étude de la sensibilité du coefficient d'étalonnage en fonction du nombre de stations météorologiques utilisées indique qu'un nombre relativement restreint de stations peut être utilisé pour étalonner les données de radar. Toutefois, ce nombre doit être plus élevé pour un épisode de pluie convective que pour un épisode de pluie continue.     

Propagation transhorizon au-dessus de la Méditerrannee Sud-Orientale (Mer de Libye)

Sommaire Une étude radiométéorologique en mer close, a été initiée par le Groupe Radiométéorologique de l'OTAN. Pour completer les resultats des mesures au dessus du Canal d'Otranto (Martina Franca-Corfou) publiées en collaboration avec le Groupe Italien du Service de l'Aeronautique Militaire, des mesures au dessus de la mer de Libye sur la partie SE de la Mediterranée, d'une liaison transhorizon de 725 km entre le Caire et la ville d'Ierapetra, ont été enterprises.Pour expliquer le mecanisme de cette propagation transhorizon, on a appliqué une méthode d'analyse, basée sur les courbes de distribution du champs reçue en fonction du pourcentage du temps, indiquée par l'un des auteurs (Anastassiadis). Les courbes de distribution Rayleigh ou SuperRayleigh, obtenues pendant la période chaude, indiquent un mécanisme de reflection diffusée, tandis que les courbes avec des pentes superieures d'une Rayleigh pure, pendant la periode froide indiquent un mécanisme de guidage. L'hypothèse ci-dessus est supportée par le fait que les variations en altitudes des surfaces isobares suivant les periodes chaudes ou froides, presentent un fort coefficient de correlation avec les intensités du champ reçu.

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Summary A radiometeorological study of VHF propagation along transhorizon paths over several parts of the Mediterranean sea, was initiated by the Radiometeorological Panel of NATO's Science Committee. After a study over the Otranto channel (Martina Franca-Corfu) performed in collaboration with the Italian group, in the present paper is investigated the 725 km, mainly over the Lybean sea transhorizon path Cairo City to lerapetra, located in the South cost of Creta island. Three years fieldstrengths measurements were analysed in Ierapetra center. Following the observed results, during the warm period of the year it is a good reception, while during the cold period the reception was very poor or inexistant.In order to explain the mechanism of this transhorizon propagation, a method of analysis based on the distribution curves, as indicated by one of the authors (Anastassiadis) was used. Rayleigh or super-Rayleigh distribution curves of the received signalstrength versus time percentage observed during the warm period indicate a diffused reflection mechanism while Sub-Rayleigh distribution observed during the cold period indicate a ducting mechanism. These results are supported by the close correlation observed between the variation in altitudes of isobaric surfaces and the location of volume following the warm or cold period of the year in which the diffused reflection mechanism is produced.

     

On the relation between residual currents and the wind field in the German Bight

Summary The long-period part (T>25 h) of currents measured at close spacing in the German Bight in June 1968 is investigated. The north component of the bottom current is shown to be highly correlated with the east component of the wind in this area, the wind-generated changes of the mass-field giving rise to a quasi-geostrophic current near the bottom.This current responds without perceptible delay to the variations of wind fields with periods considerably longer than those of the seiches of the North Sea. The accelerations linked to such long periods are so small as to be negligable and the residual currents can be regarded as quasi-stationary.

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Über die Beziehung zwischen Reststrom und Windfeld in der Deutschen Bucht

Zusammenfassung Es werden engabständige Strommessungen in der Deutschen Bucht aus dem Juni 1968 in ihrem langperiodischen Teil (T>25 h) untersucht. Dabei ergibt sich, daß die Nordkomponente des Bodenstromes (v) stark korreliert mit der Ostkomponente des Windes (U) in diesem Gebiet. Die winderzeugten Veränderungen des Massenfeldes verursachen eine quasi-geostrophische Strömung am Boden.Diese Strömung reagiert ohne erkennbare Verzögerung auf solche Veränderungen des Windfeldes, die erheblich größere Perioden haben als die Eigenschwingungen der Nordsee. Die damit verbundenen Beschleunigungen sind sehr klein und so zu vernachlässigen; daher kann man die Restströmung auch als quasi-stationär ansehen.

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Sur la relation entre les courants résiduels et le champ du vent en baie Allemande

Résumé La partie à longue période (T>25 h) de courants measurés en des points rapprochés en baie Allemande en juin 1968 est étudiée. La composante Nord du courant de fond se révèle largement corrélée avec la composante Est du vent dans cette zone. Les modifications du champ de masse dues au vent donnent naissance à un courant quasi-géostrophique près du fond.Ce courant répond sans délai perceptible aux variations du champ du vent avec des périodes considérablement plus longues que celles des seiches de la mer du Nord. Les accélérations liées à de telles longues périodes sont si petites qu'elles peuvent être négligées et les courants peuvent être considérés comme quasi-stationnaires.

     

Wechsel der Biozönose beim Übergang von Fluss zu Stausee

Résumé Lorsque l'eau courante devient tranquille, la transformation des biocénoses s'opère selon des règles constantes, ce qui permet d'établir un prognostic assez exact concernant les colonies d'organismes qui peupleront les nouveaux lacs de retenue. L'étude de la dynamique des biocénoses fluviales—à condition de tenir compte des facteurs hydrologiques, en particulier de la vitesse de courant—fournit des indications précieuses à ce sujet. Les clichés 1 à 6 montrent les rapports qui existent entre la répartition et le développement quantitatif de lafaune du radier du fleuve Oka, ainsi que la vitesse de courant, la configuration du radier et les dédiments mobiles. Quand le courant s'arrête, les biocénoses psammorhéophiles (90% des radiers des fleuves de la plaine russe sont peuplés par des organismes psammorhéophiles) sont remplacées par des biocénoses pelorhéophiles, alors que les biocénoses lithorhéophiles ou argillorhéophiles se réduisent à un minimum et que les populations phytorhéophiles sont remplacées par des populations phytophiles. De même, les biocénoses duplancton fluvial se modifient qualitativement et quantitativement avec la force du courant. Plus le lac de retenue est grand, plus est grand le développement du phytoplancton et du zooplancton qui atteignent leur plus grande densité dans le voisinage du mur de barrage. Dans le lac de retenue de Dubosar (Dnjestr), on a compté 289 000 individus par m³ près du mur de barrage et seulement 4 400 individus par m³ à une distance de 100 km du mur. La construction de lacs de retenue dans les cours d'eau agit également sur lespoissons. On observe surtout une diminution des poissons migrateurs, ainsi que des espèces lithophiles et psammophiles.      

Identification of runoff generation processes using combined hydrometric,tracer and geophysical methods in a headwater catchment in South Africa / Identification des processus de génération de l'écoulement par combinaison de méthodes hydrométriques,de traçage et géophysiques dans un bassin versant sud-africain

Résumé

Des mesures hydrométriques classiques et l'imagerie 2-D de résistivité électrique (IRE) détaillée ont été combinées avec le prélèvement de traceurs pour identifier les processus hydrologiques en jeu dans un bassin versant semi-aride de la province Cap-Oriental, en Afrique du Sud. L'étude des événements de précipitation et d'écoulement a souligné la forte relation qui existe entre les précipitations et les caractéristiques de la génération des écoulements. L'observation du potentiel hydrique du sol ainsi que du niveau d'eau souterraine a mis en évidence le développement d'une nappe perchée dans le sol. Ces résultats sont confirmés par des séparations d'hydrogrammes à base de traceurs et illustrent le rôle important des écoulements souterrains superficiels. L'étude par IRE a permis de mieux connaître la structure du sous-sol. Finalement, l'étude par IRE, combinée avec des mesures obtenues par réflectométrie en domaine temporel (TDR), a permis d'extrapoler à des mesures sélectives de teneur en eau. Pour récapituler, l'utilisation et la combinaison de différentes méthodes de terrain ont mené au développement d'un modèle conceptuel du fonctionnement hydrologique de ce bassin versant. Le rôle dominant des mécanismes de subsurface a été démontré.     

Einige Bemerkungen zum Golfstromproblem

Zusammenfassung Im ersten Teil der Arbeit werden die zur Ermittlung der Meeresströmungen benutzten Verfahren nebeneinandergestellt: Das dynamische Verfahren, das aus der Dichteverteilung im Meer die Unterschiede der Stromgeschwindigkeit in vertikaler Richtung zu ermitteln gestattet, das Randwertverfahren, das mit der Schubspannung des Windes arbeitet und den windbedingten Volumentransport liefert und endlich die Rossbysche Freistrahltheorie. Die vergleichende Betrachtung lehrt, daß zwischen den genannten Methoden keine grundsätzlichen Widersprüche bestehen, sondern daß diese einander ergänzen und vervollständigen.Neuere amerikanische Beobachtungen haben einen Einblick in die Feinstruktur des Golfstroms gewährt; besonders bemerkenswert sind die scharfe seitliche Begrenzung über Hunderte von Kilometern und die Aufgliederung in einzelne Arme; es werden einfache Modelle betrachtet, die den Mechanismus dieser Vorgänge veranschaulichen. Bemerkenswert ist, daß bei diesen Betrachtungen die Vertikalkomponente der Stromgeschwindigkeit eine besondere Rolle spielt.

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Some remarks on the problem of the Gulf Stream

Summary In the first part of the paper, the methods applied to the study of ocean currents are compared with each other, viz. the dynamical method allowing to derive the vertical differences in current velocity from the density distribution, the method of the boundary values basing on the shearing stress of the wind and giving the volume transport caused by the wind, and finally the jet stream theory by Rossby. A comparison shows that these three methods are not absolutely contradictory to each other but that, on the contrary, they have a complementary character.Recent American observations have given an insight into the microstructure of the Gulf Stream; among the results, its cleanly cut lateral limitation over hundreds of kilometers and its subdivision into several single branches deserve particular attention; in order to illustrate the mechanism of these processes, simple models are considered. It may be mentioned as a remarkable feature that the vertical component of the current velocity plays a particular part in these considerations.

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Quelques notes sur le problème du courant du golfe

Résumé Dans la première partie de ce travail, les procédés appliqués à l'étude des courants de mer sont comparés entre eux; il s' agit ici de la méthode dynamique qui permet de dériver de la distribution de la densité les différences verticales des vitesses des courants; de la méthode des valeurs limites qui tient compte de la tension de torsion du vent et donne le transport de volume dû au vent et, enfin, de la théorie du rayon de jet (du jet stream) par Rossby. La comparaison montre que ces méthodes ne sont point contradictoires mais plutôt complémentaires les unes aux autres.Les observations effectuées récemment par les Américains ont éclairci la microstructure du courant du golfe; les résultats les plus remarquables en sont sa limitation latérale qui est nettement marquée sur quelques centaines de kilomètres et le fait que le courant se divise en plusieurs branches individuelles; pour démontrer le mécanisme de ces phénomènes quelques simples modèles sont considérés. Il est remarquable que la composante verticale de la vitesse du courant joue un rôle particulier dans ces considérations.

     

Die Beziehung zwischen Wind und Oberflächenströmung auf Grund von Triftkartenuntersuchungen

Zusammenfassung Es wurden mehrere Tausend Trifkarten ausgeworfen. Ihr Weg vom Auswurfort zum Fundort wurde mit Hilfe einer elektronischen Rechenanlage durch Modellrechnungen verfolgt, bei denen das Windfeld über der Nordsee vorgegeben war. Die Rechnung wurde so variiert, daß tatsächliche und rechnerische Fundorte der Karten möglichst gut übereinstimmten. (Abb. 3.). Hiernach treiben die Triftkarten in Windrichtung mit 4,2 v. H. der Windgeschwindigkeit. Das nur aus dem Wind gewonnene Bild des Triftweges läßt sich verbessern, wenn zusätzlich Oberflächenströmungen angenommen werden. Durch rechnerische Experimente wurde ein zu diesem Windfaktor passendes Stromfeld für die Nordsee ermittelt (Abb. 15).

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Relation between wind and surface current derived from drift card investigations

Summary Several thousands of drift cards were released. Their route from the place of release to the place of retrieval was traced on an electronic computer by means of model computations where the wind field over the North Sea was preset. The computation was varied so to achieve the best possible agreement of actual and computational places of retrieval (Fig. 3). According to this, the cards are drifting in wind direction at 4.2 per cent of the wind velocity. The drift route exclusively derived from the wind can be improved by assuming, in addition, surface currents. Computational experiments delivered a current distribution in the North Sea corresponding to this wind factor (Fig. 15).

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Les relations entre vent et courant superficiel déduites des études par cartes-flotteurs

Résumé Plusieurs milliers de cartes-flotteurs ayant été lancées, leur trajet du point de lancement au point de recupération a été établi à l'aide d'une calculatrice électronique avec un programme de calcul dans lequel était introduit le champ des vents en mer du Nord. Le calcul était si détaillé que le meilleur accord possible a été trouvé entre les lieux réels et calculés de découverte des cartes (fig. 3). On constate que les cartes sont poussées dans la direction du vent avec une vitesse égale à 4,2% de celle du vent. La représentation obtenue pour les trajets de dérive à partir du vent seul peut être amélioré si on considère en plus les courants superficiels. La représentation calculée montre pour la mer du Nord un champ de courant en accord avec ce facteur de vent (fig. 15).

     

Induction in the Earth's crust: Observational methods on land and sea

During the last twenty years, the measurement of the Earth's electromagnetic field has been greatly improved. Old devices, such as suspended magnet variometers or the inductive sensors, are now up to date, thanks to the use of negative feedback techniques. Very sensitive instruments, like the superconducting quantum interference device (SQUID) are now available for geophysical applications. The extensive use of large arrays of magnetometers has permitted the study of the distribution of telluric flow inside the Earth's crust and the delineation of large, deep conductivity anomalies. We also have a better knowledge of the distribution of the resistivity at depth, even under the ocean bottom. But we are still very far from understanding how the telluric currents are induced in the Earth, especially at very low frequencies.

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Résumé Depuis vingt ans la mesure du champ électromagnétique naturel s'est beaucoup améliorée. D'anciens instruments comme les variomètres à aimant suspendu ou les capteurs inductifs ont été remis en honneur grâce à l'utilisation de techniques nouvelles, comme la contre-réaction de champ. D'autres appareils, extrêmement sensibles, tels que les SQUID (superconducting quantum interference device) sont maintenant disponibles pour des applications géophysiques. L'usage intensif de réseaux de magnétomètres a permis d'étudier la distribution des courants telluriques en profondeur et de mettre en évidence d'importantes anomalies de conductivité. Nous avons aussi une meilleure connaissance de la répartition de la résistivité à grande profondeur y compris sous les océans. Mais nous restons très ignorants des mécanismes qui régissent l'induction des courants telluriques à l'échelle de la terre entière, particulièrement aux très basses fréquences.

     

An attempt to determine long-periodic variations in the drift of horizontal pendulums

Résumé On donne les résultats de l'analyse de la dérive des pendules horizontaux de la station Píbram-Bezové Hory au cours des années 1927–1938. Différemment aux résultats publiés déjà antérieurement[2], on a tout d'abord séparé par la méthode des moindres carrés la dérive linéaire et le terme à période de durée d'un an exactement et ce n'est que le reste qu'on a analysé par la méthode de l'analyse spectrale spéciale[4, 6]. On a trouvé dans les deux éléments une période de 222, respectivement 223 jours, non considérée jusqu'alors et ne pouvant pas être interprétée jusqu'à présent du point de vue physique. Les autres résultats sont en bon accord avec ceux reçus à l'origine. On peut conclure de la comparaison des phases des composantes annuelles des pendules horizontaux et du mouvement du pôle[5] que les deux événements sont du même origine.     

Winderzeugte Strömungen im Ozean

Zusammenfassung Es wird gezeigt, daß das Randwertverfahren geeignet ist, um aus einem gegebenen Windfeld für einen abgeschlossenen Teil eines Ozeans den Volumentransport und die Gestalt der Meeresoberfläche zu ermitteln. Neben anderen Beispielen wird für den äquatorialen Teil des Atlantischen Ozeans aus dem Windfeld für den Monat August der Volumentransport und die Gestalt der Meeresoberfläche abgeleitet und das Ergebnis mit den aus Besteckversetzungen und Dichteverteilung gewonnenen Strömungen und der Topographie verglichen. Die Übereinstimmung zwischen den Darstellungen ist befriedigend.

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On wind-driven ocean currents

Summary In this paper it is pointed out that the method of boundary values enables the volume transport as well as the shape of the sea surface to be derived from a given wind field over an enclosed ocean area. In addition to other examples, the two afore-mentioned data are deduced, for the month of August, from the wind field over the equatorial region of the Atlantic and the result is compared with the data on currents computed from ship's sets and density distribution as well as with the topography of the sea surface. There is a rather good agreement between the different representations.

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Au sujet des courants océaniques dus à la pression du vent

Résumé L'auteur démontre que la méthode des valeurs limites permet de déduire le transport de volume et la forme de la surface de la mer d'un champ donné du vent au-dessus d'une région délimitée de la mer. Avec d'autres exemples, les deux données susmentionnées sont dérivées pour le mois d'août du champ du vent au-dessus de la région équatoriale de l'océan Atlantique et le résultat en est à la fois comparé avec les courants calculés de la dérive des bateaux et de la distribution de la densité de l'eau ainsi qu'avec la topographie de la surface. L'accord est assez satisfaisant entre les différentes représentations.

     

Ein Verfahren zur Berechnung von Gezeitenstrom- und Gefällsellipsen

Zusammenfassung Bei der im Folgenden beschriebenen Methode zur Berechnung der Stromellipsenelemente werden die Summen und Differenzen der Hauptachsen bzw. ihrer Richtungen und Phasen als Beträge bzw. Richtungen zweier Vektoren bestimmt. Die Komponenten dieser Vektoren sind wieder Summen und Differenzen von vier Konstanten, die man bei der harmonischen Analyse der Stromkomponenten bezüglich der betreffenden Tide gewinnt. Eine andere Berechnungsmethode geht von den harmonischen Konstanten der Stromkomponenten aus und benutzt trigonometrische Funktionen komplexen Arguments. Zum Schluß werden Beziehungen zwischen den Elementen der Stromellipse und denen der Gefällsellipse aufgestellt unter der Voraussetzung, daß der Zusammenhang zwischen horizontalen und vertikalen Gezeiten sich durch die linearisierten hydrodynamischen Grundgleichungen darstellen läßt.

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A method of calculating tidal stream and gradient ellipses

Summary In the following paper a method of calculating the elements of tidal stream ellipses is described by which the sums and differences of the major axes or their directions and phases are determined as the scalar quantities or directions of two vectors. The components of these vectors, on their turn, are sums and differences of four constants obtained by the harmonic analysis of the stream components with regard to the respective tide. Another calculating method proceeds from the harmonic constants of the stream components and employs trigonometric functions of complex arguments. Finally, on the supposition that the relation between horizontal and vertical tides may be represented by the linearized fundamental hydrodynamic equations, relations are established between the elements of the tidal stream ellipse and those of the gradient ellipse.

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Mode de calcul des ellipses du courant de marée et du gradient

Résumé Le mode de calcul des éléments des ellipses du courant expliqué ci-dessous demande que les sommes et les différences des grandaxes ou leurs directions et leurs phases soient déterminées comme grandeurs scalaires ou comme directions de deux vecteurs. Les composantes de ces vecteurs sont, de leur part, les sommes ou les différences de quatre constantes qui résultent de l'analyse harmonique des composantes de courant de la marée en question. Une autre méthode de calcul part des constantes harmoniques des composantes de courant et emploie des fonctions trigonométriques à l'argument complexe. Enfin, pourvu que la relation entre les composantes horizontales et verticales puisse être représentée à l'aide des équations hydrodynamiques fondamentales linéarisées, des relations entre les éléments de l'ellipse du courant et ceux de l'ellipse du gradient sont établies.

     

A new dynamical Climatology: Its aim and method

Summary By dynamical climatology is understood here the branch of mathematical meteorology which aims at a deduction of the mean properties of the atmospheric perturbations that are compatible with a given mean field of temperature, wind and pressure. First of all, the fundamental equations of the author's theory of perturbations are recalled and a general equation for the pressure variations at sea level is deduced. From this equation the different elements of dynamical climatology are then derived, for instance the stability of the mean field, the mean trajectories of the perturbations, the frequencies with which they are visited, the regions of deepening and filling or of birth and death of the perturbations, etc. These results explain many observational facts and empirical rules about the mean behaviour of the atmospheric disturbances at sea level throughout the year.

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Zusammenfassung Unter dynamischer Klimatologie wird hier der Zweig der mathematischen Meteorologie verstanden, der auf die Ableitung der mittleren Eigenschaften atmosphärischer Störungen, die mit einem gegebenen mittleren Temperatur-, Wind- und Druckfeld vereinbar sind, abzielt. Zunächst wird an die fundamentalen Gleichungen der Störungstheorie des Verfassers erinnert, um dann die allgemeine Gleichun; der Druckschwankungen auf dem Meeresniveau abzuleiten. Diese Gleichung führt dann zur Bestimmung der verschiedenen Elemente der dynamischen Klimatologie, z. B. zur Bestimmung der Stabilität des mittleren Feldes, der mittleren Trajektorien der Störungen, der Häufigkeit, mit welcher diese durchlaufen werden, der Gebiete der Vertiefung und Auffüllung oder des Entstehens und Verschwindens der Störungen usw.

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Résumé On entend ici par climatologie dynamique la partie de la météorologie mathématique qui a pour but la déduction des propriétés moyennes des perturbations atmosphériques qui sont compatibles avec un champ moyen donné de température, vent et pression. Tout d'abord on rappelle les équations fondamentales de la théorie des perturbations de l'auteur et l'on en déduit une équation générale des variations de la pression au niveau de la mer. Cette équation conduit à la détermination des éléments de la climatologie dynamique, tels que la stabilité du champ moyen, les trajectoires moyennes des perturbations, la fréquence avec laquelle elles sont parcourues, les régions de creusement et de comblement ou de naissance et de disparition des perturbations, etc. Ces résultats expliquent de nombreux faits d'observation et des règles empiriques sur le comportement moyen des perturbations atmosphériques au niveau de la mer pour les différentes époques de l'année.

     

Recherche d''une politique de gestion des stocks d''eau de barrages-réservoirs en vue de soutenir les étiages : 2. Utilisation d''un modèle alterné annuel apports-déficits pour la recherche des conditions de gestion

In the upper catchment of the River Loire, France, the construction of five reservoir dams has been planned to sustain the low flows in the Loire valley. The management of these reservoirs, to be built successively, must be approached from partial or complete points of view in order to establish the daily draft decisions at every stage of the project.A hydrological criteria concerning the low flows at a station in the valley (namely the “objective point”) is used to judge the results. It is possible to determine the optimal carry-over storage for this criterion with the use of a long series of simulated inflows to reservoirs and annual deficits, when the future conditions are presumed to be known. The statistical analysis of the results helps in the formulation of the objectives for long-term Q₁ assuring the carry-over storage for a predetermined risk of failure.This objective for long-term Q₁ will not hold good if the low flow is severe. Thus some deterministic and statistical hypotheses have been used to formulate an objective for the mean term of flow Q₂ (t_j) which is calculated each day t_j and adjusted to the hydrological conditions of the year. The target draft C_b at the objective point is the minimum of the pair [(Q₁, Q₂ (t_j)].Water is discharged each day to meet this target flow, while maintaining all the constraints of the flows downstream to the reservoirs. It takes into account the time needed for transfer of water and permits a good prediction of either the flow propagation in the upper watershed or the evolution of the inflows from downstream catchments.A modular model is used to calculate the daily flow. The results obtained from simulation were satisfactory.

Résumé

La construction de cinq barrages réservoirs est envisagée sur le haut-bassin de la Loire, en vue de soutenir les débits d'étiage dans la basse vallée. Une gestion en temps réel s'exprime par une formulation journalière des débits à lacher aux ouvrages de retenue. Cette formulation résulte d'une optimisation de la gestion des volumes d'apports, compte tenu d'une contrainte de défaillance liée à un état vide des réserves en cours d'étiage.La recherche de la gestion optimale des reports interannuels est faite au moyen d'un critère purement hydrologique: la distribution de probabilité des débits d'étiage en une station de la vallée, appelée point objectif. Une longue série simulée d'apports annuels aux réservoirs et de déficits au point objectif permet de déterminer les reports interannuels optimaux vis-à-vis de ce critère dans le cas d'un avenir certain. L'analyse statistique des reports effectués dans ces conditions permet de dégager la formulation d'un objectif à long terme assurant un report interannuel pour un risque déterminé de défaillance. Cet objectif défini en début de saison d'étiage et optimisant le report envisagé est appelé l'objectif à long terme Q₁. En cas de réserves assez faibles en début de saison, et d'étiage plus sévère que prévu, le maintien “ne varietur” de cet objectif peut conduire à la vidange totale des réservoirs en cours d'étiage. Une contrainte journalière a été ajoutée pour limiter ce risque. La répartition de la totalité des réserves disponibles sur la période probable d'étiage restant à courir, définit un objectif à moyen terme Q₂ (t_j). Sa réactualisation chaque jour évite toute défaillance brusque de la gestion. Le débit que l'on cherche à maintenir au point objectif ou débit cible est défini chaque jour par le minimum du couple [Q₁, Q₂ (t_j)].La réalisation pratique de ce débit cible à partir des délestages effectués aux différents barrages tient compte de la propagation des débits lachés et des prévisions d'apports des bassins intermédiaires. Un modèle modulaire de bassin a été conçu qui permet le calcul des lachures journalières réalisant un débit cible défini.La simulation de la méthode proposée sur les séries historiques disponibles fournit des résultats très satisfaisants.     

Die Homogenität des meteorologischen Feldes über See

Zusammenfassung An Hand von Meßwerten, die gleichzeitig an mehreren Beobachtungspunkten in der Helgoländer Bucht gewonnen wurden, wird die räumliche Homogenität des meteorologischen Feldes über See quantitativ untersucht. Mit Hilfe von reuzkorrelationen und Häufigkeitsanalysen wird festgestellt, daß die an einem Punkt durchgeführten meteorologischen Messungen auf offener See für ein Areal von etwa 70 km und in Küstennähe von etwa 40 km Durchmesser repräsentativ sind.

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The homogeneity of the meteorological field above the sea

Summary The results of simultaneous measurements at several observation points in the German Bight are taken for quantitatively investigating the spatial homogeneity of the meteorological field above the sea. Cross correlations and frequency analyses show that the meteorological measurements carried out at one point are representative in the open sea of an area of about 70 km in diameter and near the coast of about 40 kim in diameter.

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L'homogénéité du champ météorologique au-dessus de la mer

Résumé En utilisant des mesures obtenues simultanément en plusieurs points d'observation de la baie d'Helgoland, on a étudié quantitativement l'homogénéité dans l'espace du champ météorologique au-dessus de la mer. Au moyen de corrélations croisées et d'analyses de fréquences on a établi que les mesures météorologiques effectuées en un point sont valables au large ou une zone d'environ 70 km de diamètre et, près de terre, pour une zone d'environ 40 km de diamètre.

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Unter Verwendung der Diplomarbeit der Verfasserin: G. Beuck [1958].     

Un modèle de prévision géologique sur la base des observations de la prospection magnétique — application de la théorie de la corrélation multiple

Résumé On fait une application particulière de la théorie de la corrélation et de la régression pour l'interprétation des données résultant d'une prospection magnétique. Est déterminée, en premier lieu, la corrélation multiple entre l'intensité de la composante verticale du champ magnétique, la teneur en Fe et la profondeur d'un complexe porteur de minéralisations de fer. Le seconde partie de l'ouvrage présente un modèle d'estimation du contenu de fer et du volume de complexe minéralisé sur la base des courbes de régression déterminées. Dans la troisième partie du travail est effectué un calcul des erreurs d'appréciation de la qualité et de la quantité des réserves.     

Mesures in situ de contraintes dans la région de l'Etna

Resume Une campagne de mesures de contraintes a eu lieu en 1983 au voisinage de l'Etna. Ces mesures, effectuées par une technique de surcarottage au fond de forages peu profonds (5 à 6 mètres), montrent un changement radical du régime des contraintes entre la région au Sud de l'Etna et le pied du versant Nord de l'edifice volcanique.

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An in-situ rock stress survey was carried out in the Etna region in 1983. Measurements made with the overcoring technique at the bottom of shallow (5–6 m deep) boroholes have shown a strong variation in stress field between the region on the South of Etna and the zone at the northern foot of the volcano.

     

Sur le comportement du vecteur d'advection des perturbations et du tourbillon vertical en altitude

Résumé L'important problème de « l'advection des perturbations » ne peut Être traité d'une manière rationnelle et n'acquiert un sens précis qu'en étudiant d'une part les conséquences purement analytiques des propriétés générales de toute fonction de perturbation, et en utilisant d'autre part les résultats fondamentaux de la théorie des perturbations. On aboutit ainsi à préciser complètement la notion de « vecteur d'advection des perturbations » et l'on montre que les importantes différences qui existent entre le mouvement des perturbations au niveau de la mer (commandé par un champ de température moyenne) et en altitude (où les perturbations se déplacent plutÔt avec le vent moyen, du moins dans la troposphère moyenne) peuvent Être facilement expliquées par le comportement, suivant les verticales,d'une mÊme fonction vectorielle de vitesse d'advection des perturbations, qui intervient d'une manière essentielle dans notre théorie des perturbations.A l'aide du champ moyen de température et de vent entre l'équateur et les pÔles (du sol jusqu'à 20 km d'altitude), nous déduisons le champ moyen du vecteur d'advection des perturbations et le comparons au vent moyen. Cette comparaison donne l'explication de plusieurs faits empiriques importants. De plus, on peut en déduire les limites de la région où il peut y avoir en altitude des « ondes longues » compatibles avec la conservation du tourbillon vertical, ainsi que la longueur d'onde caractéristique de ces perturbations.Dans la deuxième partie du mémoire, nous montrons qu'une transformation simple de l'équation des variations de pression de notre théorie des perturbations conduit à une équation généralisée du tourbillon vertical pouvant Être comparée à l'équation classique du tourbillon que l'on déduit des équations de l'hydrodynamique. Ceci permet de se rendre compte dans quelle mesure on peut admettre en altitude la conservation du tourbillon vertical, propriété qui peut Être considérée comme un cas particulier de l'équation des variations de pression.

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Summary The important problem of the « advection of the perturbations » can be treated along rational lines and acquires a precise meaning only when its treatment is based, on the one hand, on the analysis of the general mathematical properties of any perturbation function, and on the main results of the hydrodynamical theory of perturbations, on the other hand. In this way, the notion of the « advection vector of the perturbations » can be completely clarified and it can be shown that the important differences between the motion of the perturbations at sea level (which is determined by a mean temperature field) and in the free atmosphere (where the perturbations move rather with the mean wind, at least in the middle troposphere) are easily explained by the behaviour of thesame vectorial advection function which plays an essential part in our theory of perturbations.By means of the observed fields of temperature and wind between the equator and the poles (from sea level to the 20 Km level) we deduce the mean field of the advection vector of the perturbations and compare it to the mean wind field. This leads to the explanation of many important empirical facts and also gives the limits of the region where « long waves » (compatible with the conservation of vertical vorticity) can exist, and also the characteristic wave length of these perturbations.In the second part of the paper, a simple transformation of the equation for pressure variations of our theory of perturbations leads to a generalised equation for the vertical vorticity, which can be compared with the classical vortieity equation derived from the hydrodynamical equations. The condition of the conservation of the vertical absolute vorticity can then be appreciated as a particular case of our equation of pressure variations.

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Communication faite le 5 Avril 1956 à la 4ième Assemblée de la « Società Italiana di Geofisica e Meteorologia » (Genova, 5–8 Avril 1956).     

Remarques sur le geothermometre Na---K---Ca

In this paper we try to explain the empirical Na---K---Ca geothermometer introduced by Fournier and Truesdell (1973).At high temperatures (100°C < t < 370°C), the geothermometer can be related to an equilibrium between plagioclase, K-feldspar and water. If this is true, plagioclase must have a nearly constant composition, rich in albite. At low temperatures, the relation between temperature and the Fournier and Truesdell formula can be explained by an increase of the total concentration of dissolved salts with temperature. This increase and the increase of temperature calculated by the Fournier and Truesdell relation can be related to other effects, among which one of the most important is that we deal with a quasi-closed system.

Résumé

Dans cet article on essaye d'expliquer le géothermométre empirique de Fournier et Truesdell (1973) utilisant les concentrations en sodium, potassium et calcium dissous dans les eaux.A haute température (100°C < t < 370°C), le thermométre peut être expliqué par un équilibre entre plagioclase, feldspath potassique et eau, á condition que le plagioclase ait une composition á peu prés constante et trés proche du pôle albite. A basse température, la liaison entre la température et la formule de Fournier et Truesdell peut s'expliquer par une augmentation de la concentration globale en sels dissous, á composition relative constante, avec la température. Mais l'augmentation de la concentration globale et par suite l'augmentation de la température calculée peut être également due á d'autres facteurs dont le principal est le confinement de la solution.