Debris flow susceptibility mapping at a regional scale

Debris flow susceptibility mapping at a regional scale has been the subject of various studies. The complexity of the phenomenon and the variability of local controlling factors limit the use of process-based models for a first assessment. GISbased approaches associating an automatic detection of the source areas and a simple assessment of the debris flow spreading may provide a substantial basis for a preliminary susceptibility assessment at the regional scale. The use of a digital elevation model, with a 10 m resolution, for the Canton de Vaud territory (Switzerland), a lithological map and a land use map, has allowed automatic identification of the potential source areas. The spreading estimates are based on basic probabilistic and energy calculations that allow to define the maximal runout distance of a debris flow.

Rockfall hazard and risk assessments along roads at a regional scale: Example in Swiss Alps

Unlike fragmental rockfall runout assessments, there are only few robust methods to quantify rock-mass-failure susceptibilities at regional scale. A detailed slope angle analysis of recent Digital Elevation Models (DEM) can be used to detect potential rockfall source areas, thanks to the Slope Angle Distribution procedure. However, this method does not provide any information on block-release frequencies inside identified areas. The present paper adds to the Slope Angle Distribution of cliffs unit its normalized cumulative distribution function. This improvement is assimilated to a quantitative weighting of slope angles, introducing rock-mass-failure susceptibilities inside rockfall source areas previously detected. Then rockfall runout assessment is performed using the GIS- and process-based software Flow-R, providing relative frequencies for runout. Thus, taking into consideration both susceptibility results, this approach can be used to establish, after calibration, hazard and risk maps at regional scale. As an example, a risk analysis of vehicle traffic exposed to rockfalls is performed along the main roads of the Swiss alpine valley of Bagnes.

Real-time imaging of regional myocardial function using fast-SENC.

A technique for fast imaging of regional myocardial function using a spiral acquisition in combination with strain-encoded (SENC) magnetic resonance imaging (MRI) is presented in this paper. This technique, which is termed fast-SENC, enables scan durations as short as a single heartbeat. A reduced field of view (FOV) without foldover artifacts was achieved by localized SENC, which selectively excited the region around the heart. The two images required for SENC imaging (low- and high-tuning) were acquired in an interleaved fashion throughout the cardiac cycle to further shorten the scan time. Regional circumferential contraction and longitudinal shortening of both the left ventricle (LV) and right ventricle (RV) were examined in long- and short-axis views, respectively. The in vivo results obtained from five human subjects and five infarcted dogs are presented. The results of the fast-SENC technique in a single heartbeat acquisition were comparable to those obtained by conventional SENC in a long acquisition time. Therefore, fast-SENC may prove useful for imaging during stress or arrhythmia.

Preliminary regional rockfall hazard mapping using LIDAR-based slope frequency distribution and CONEFALL modeling

A factor limiting preliminary rockfall hazard mapping at regional scale is often the lack of knowledge of potential source areas. Nowadays, high resolution topographic data (LiDAR) can account for realistic landscape details even at large scale. With such fine-scale morphological variability, quantitative geomorphometric analyses become a relevant approach for delineating potential rockfall instabilities. Using digital elevation model (DEM)-based ?slope families? concept over areas of similar lithology and cliffs and screes zones available from the 1:25,000 topographic map, a susceptibility rockfall hazard map was drawn up in the canton of Vaud, Switzerland, in order to provide a relevant hazard overview. Slope surfaces over morphometrically-defined thresholds angles were considered as rockfall source zones. 3D modelling (CONEFALL) was then applied on each of the estimated source zones in order to assess the maximum runout length. Comparison with known events and other rockfall hazard assessments are in good agreement, showing that it is possible to assess rockfall activities over large areas from DEM-based parameters and topographical elements.

Quantitative integration of geophysical and hydraulic data : from the local towards the regional scale range

Des progrès significatifs ont été réalisés dans le domaine de l'intégration quantitative des données géophysique et hydrologique l'échelle locale. Cependant, l'extension à de plus grandes échelles des approches correspondantes constitue encore un défi majeur. Il est néanmoins extrêmement important de relever ce défi pour développer des modèles fiables de flux des eaux souterraines et de transport de contaminant. Pour résoudre ce problème, j'ai développé une technique d'intégration des données hydrogéophysiques basée sur une procédure bayésienne de simulation séquentielle en deux étapes. Cette procédure vise des problèmes à plus grande échelle. L'objectif est de simuler la distribution d'un paramètre hydraulique cible à partir, d'une part, de mesures d'un paramètre géophysique pertinent qui couvrent l'espace de manière exhaustive, mais avec une faible résolution (spatiale) et, d'autre part, de mesures locales de très haute résolution des mêmes paramètres géophysique et hydraulique. Pour cela, mon algorithme lie dans un premier temps les données géophysiques de faible et de haute résolution à travers une procédure de réduction déchelle. Les données géophysiques régionales réduites sont ensuite reliées au champ du paramètre hydraulique à haute résolution. J'illustre d'abord l'application de cette nouvelle approche dintégration des données à une base de données synthétiques réaliste. Celle-ci est constituée de mesures de conductivité hydraulique et électrique de haute résolution réalisées dans les mêmes forages ainsi que destimations des conductivités électriques obtenues à partir de mesures de tomographic de résistivité électrique (ERT) sur l'ensemble de l'espace. Ces dernières mesures ont une faible résolution spatiale. La viabilité globale de cette méthode est testée en effectuant les simulations de flux et de transport au travers du modèle original du champ de conductivité hydraulique ainsi que du modèle simulé. Les simulations sont alors comparées. Les résultats obtenus indiquent que la procédure dintégration des données proposée permet d'obtenir des estimations de la conductivité en adéquation avec la structure à grande échelle ainsi que des predictions fiables des caractéristiques de transports sur des distances de moyenne à grande échelle. Les résultats correspondant au scénario de terrain indiquent que l'approche d'intégration des données nouvellement mise au point est capable d'appréhender correctement les hétérogénéitées à petite échelle aussi bien que les tendances à gande échelle du champ hydraulique prévalent. Les résultats montrent également une flexibilté remarquable et une robustesse de cette nouvelle approche dintégration des données. De ce fait, elle est susceptible d'être appliquée à un large éventail de données géophysiques et hydrologiques, à toutes les gammes déchelles. Dans la deuxième partie de ma thèse, j'évalue en détail la viabilité du réechantillonnage geostatique séquentiel comme mécanisme de proposition pour les méthodes Markov Chain Monte Carlo (MCMC) appliquées à des probmes inverses géophysiques et hydrologiques de grande dimension . L'objectif est de permettre une quantification plus précise et plus réaliste des incertitudes associées aux modèles obtenus. En considérant une série dexemples de tomographic radar puits à puits, j'étudie deux classes de stratégies de rééchantillonnage spatial en considérant leur habilité à générer efficacement et précisément des réalisations de la distribution postérieure bayésienne. Les résultats obtenus montrent que, malgré sa popularité, le réechantillonnage séquentiel est plutôt inefficace à générer des échantillons postérieurs indépendants pour des études de cas synthétiques réalistes, notamment pour le cas assez communs et importants où il existe de fortes corrélations spatiales entre le modèle et les paramètres. Pour résoudre ce problème, j'ai développé un nouvelle approche de perturbation basée sur une déformation progressive. Cette approche est flexible en ce qui concerne le nombre de paramètres du modèle et lintensité de la perturbation. Par rapport au rééchantillonage séquentiel, cette nouvelle approche s'avère être très efficace pour diminuer le nombre requis d'itérations pour générer des échantillons indépendants à partir de la distribution postérieure bayésienne. - Significant progress has been made with regard to the quantitative integration of geophysical and hydrological data at the local scale. However, extending corresponding approaches beyond the local scale still represents a major challenge, yet is critically important for the development of reliable groundwater flow and contaminant transport models. To address this issue, I have developed a hydrogeophysical data integration technique based on a two-step Bayesian sequential simulation procedure that is specifically targeted towards larger-scale problems. The objective is to simulate the distribution of a target hydraulic parameter based on spatially exhaustive, but poorly resolved, measurements of a pertinent geophysical parameter and locally highly resolved, but spatially sparse, measurements of the considered geophysical and hydraulic parameters. To this end, my algorithm links the low- and high-resolution geophysical data via a downscaling procedure before relating the downscaled regional-scale geophysical data to the high-resolution hydraulic parameter field. I first illustrate the application of this novel data integration approach to a realistic synthetic database consisting of collocated high-resolution borehole measurements of the hydraulic and electrical conductivities and spatially exhaustive, low-resolution electrical conductivity estimates obtained from electrical resistivity tomography (ERT). The overall viability of this method is tested and verified by performing and comparing flow and transport simulations through the original and simulated hydraulic conductivity fields. The corresponding results indicate that the proposed data integration procedure does indeed allow for obtaining faithful estimates of the larger-scale hydraulic conductivity structure and reliable predictions of the transport characteristics over medium- to regional-scale distances. The approach is then applied to a corresponding field scenario consisting of collocated high- resolution measurements of the electrical conductivity, as measured using a cone penetrometer testing (CPT) system, and the hydraulic conductivity, as estimated from electromagnetic flowmeter and slug test measurements, in combination with spatially exhaustive low-resolution electrical conductivity estimates obtained from surface-based electrical resistivity tomography (ERT). The corresponding results indicate that the newly developed data integration approach is indeed capable of adequately capturing both the small-scale heterogeneity as well as the larger-scale trend of the prevailing hydraulic conductivity field. The results also indicate that this novel data integration approach is remarkably flexible and robust and hence can be expected to be applicable to a wide range of geophysical and hydrological data at all scale ranges. In the second part of my thesis, I evaluate in detail the viability of sequential geostatistical resampling as a proposal mechanism for Markov Chain Monte Carlo (MCMC) methods applied to high-dimensional geophysical and hydrological inverse problems in order to allow for a more accurate and realistic quantification of the uncertainty associated with the thus inferred models. Focusing on a series of pertinent crosshole georadar tomographic examples, I investigated two classes of geostatistical resampling strategies with regard to their ability to efficiently and accurately generate independent realizations from the Bayesian posterior distribution. The corresponding results indicate that, despite its popularity, sequential resampling is rather inefficient at drawing independent posterior samples for realistic synthetic case studies, notably for the practically common and important scenario of pronounced spatial correlation between model parameters. To address this issue, I have developed a new gradual-deformation-based perturbation approach, which is flexible with regard to the number of model parameters as well as the perturbation strength. Compared to sequential resampling, this newly proposed approach was proven to be highly effective in decreasing the number of iterations required for drawing independent samples from the Bayesian posterior distribution.

Proposition d'un concept de contrôle de gestion pour la division "infrastructure routière" de l'Office fédéral des routes (OFROU)

La présente étude propose une méthodologie aboutissant à la conception d'un système de contrôle de gestion pour la division « infrastructure routière » ou « I » de l'Office fédéral des routes (OFROU). La première partie de ce travail situe l'OFROU dans son contexte de réformes et identifie les raisons qui justifient l'implantation d'un système de contrôle de gestion à l'OFROU. La deuxième partie pose les jalons permettant d'établir un contrôle de gestion dans sa division « I ». Elle cherche d'abord à donner une définition du contrôle de gestion dans le secteur public, puis présente un état des lieux du système de gestion existant. Finalement, les systèmes de contrôle de gestion de deux autres offices GMEB, MétéoSuisse et armasuisse immobilier, sont analysés afin d'en tirer des éléments pertinents pouvant servir à la conception du contrôle de gestion à l'OFROU. La troisième propose un contrôle de gestion pour la division « I ». Le travail montre que la réalisation d'un concept de contrôle de gestion pour la division « I » n'est pas évidente. Cette dernière, qui est en train de se mettre en place, manque encore d'expérience pour identifier clairement les éléments clé à insérer dans le système. On observe un grand embarras entre le stade du savoir et celui du savoir faire concret. La méthodologie et l'analyse présentées dans ce travail pourraient contribuer à développer un savoir faire interne aboutissant rapidement à la mise sur pied d'un système de contrôle de gestion pour la division « I ». Die vorliegende Studie schlägt eine Methodik zur Erarbeitung eines Management-Kontrollsystems für die Abteilung « Strasseninfrastruktur » oder « I » des Bundesamts für Strassen (ASTRA) vor. Der erste Teil dieser Arbeit stellt das ASTRA im Spannungsfeld dieser Reformen. Ihre Konsequenzen lassen die Einführung eines Management-Kontrollsystems im ASTRA folgerichtig erscheinen. Im zweiten Teil geht es darum, Wegmarken zu setzen, die die Einführung einer Managementkontrolle in der Abteilung « I » in die richtigen Bahnen lenken. Es wird versucht, eine Begriffsbestimmung der Managementkontrolle im öffentlichen Sektor sowie eine Bestandesaufnahme der bestehenden Systeme vorzunehmen. Schliesslich werden die Management-Kontrollsysteme zweier anderer FLAG-Ämter, MeteoSchweiz und armasuisse immobilier, auf mögliche Nutzen für den Aufbau der Managementkontrolle des ASTRA analysiert. Der dritte Teil beinhaltet einen Vorschlag, wie die Management-Kontrolle für die Abteilung « I » aussehen könnte. Die Arbeit zeigt, dass die Erarbeitung eines Management-Kontrollkonzepts für die Abteilung « I » keine einfache Aufgabe ist. Es fehlt an Erfahrung, um die Schlüsselbausteine des Systems erkennen zu können. Zwischen dem Stadium des Wissens und dem des konkreten Know-hows klafft ein empfindlicher Graben. Methodik und Analyse, wie sie in der vorliegenden Arbeit beschrieben werden, könnten zum Aufbau eines internen Know-hows beitragen, das die rasche Verwirklichung eines Management-Kontrollsystems für die Abteilung « I » erlauben könnte.

Regional variation in sex ratios and sex allocation in androdioecious Mercurialis annua.

In androdioecious metapopulations, where males co-occur with hermaphrodites, the absence of males from certain populations or regions may be explained by locally high selfing rates, high hermaphrodite outcross siring success (e.g. due to high pollen production by hermaphrodites), or to stochastic processes (e.g. the failure of males to invade populations or regions following colonization or range expansion by hermaphrodites). In the Iberian Peninsula and Morocco, the presence of males with hermaphrodites in the wind-pollinated androdioecious plant Mercurialis annua (Euphorbiaceae) varies both among populations within relatively small regions and among regions, with some regions lacking males from all populations. The species is known to have expanded its range into the Iberian Peninsula from a southern refugium. To account for variation in male presence in M. annua, we test the following hypotheses: (1) that males are absent in areas where plant densities are lower, because selfing rates should be correspondingly higher; (2) that males are absent in areas where hermaphrodites produce more pollen; and (3) that males are absent in areas where there is an elevated proportion of populations in which plant density and hermaphrodite pollen production disfavour their invasion. We found support for predictions two and three in Morocco (the putative Pleistocene refugium for M. annua) but no support for any hypothesis in Iberia (the expanded range). Our results are partially consistent with a hypothesis of sex-allocation equilibrium for populations in Morocco; in Iberia, the absence of males from large geographical regions is more consistent with a model of sex-ratio evolution in a metapopulation with recurrent population turnover. Our study points to the role of both frequency-dependent selection and contingencies imposed by colonization during range expansions and in metapopulations.