QUANTIFICATION AND EXTRACTION OF SURFACE FEATURES FROM DIGITAL TERRAIN MODELS

Digital Terrain Models (DTMs) are important in geology and geomorphology, since elevation data contains a lot of information pertaining to geomorphological processes that influence the topography. The first derivative of topography is attitude; the second is curvature. GIS tools were developed for derivation of strike, dip, curvature and curvature orientation from Digital Elevation Models (DEMs). A method for displaying both strike and dip simultaneously as colour-coded visualization (AVA) was implemented. A plug-in for calculating strike and dip via Least Squares Regression was created first using VB.NET. Further research produced a more computationally efficient solution, convolution filtering, which was implemented as Python scripts. These scripts were also used for calculation of curvature and curvature orientation. The application of these tools was demonstrated by performing morphometric studies on datasets from Earth and Mars. The tools show promise, however more work is needed to explore their full potential and possible uses.

Patrons de distribution des crustacés planctoniques dans le fleuve Saint-Laurent

La recherche porte sur les patrons de distribution longitudinale (amont-aval) et transversale (rive nord - rive sud) des communautés de crustacés planctoniques qui ont été analysés le long du fleuve Saint-Laurent entre le lac Saint-François et la zone de transition estuarienne, à deux hydropériodes en mai (crue) et en août (étiage). Les données zooplanctoniques et environnementales ont été récoltées à 52 stations réparties sur 16 transects transversaux en 2006. Au chapitre 1, nous présentons les principaux modèles écosystémiques en rivière, une synthèse des facteurs influençant le zooplancton en rivières et les objectifs et hypothèses de recherche. Au chapitre 2, nous décrivons la structure des communautés de zooplancton dans trois zones biogéographiques du fleuve et 6 habitats longitudinaux, ainsi que les relations entre la structure du zooplancton et la distribution spatiale des masses d’eau et les variables environnementales. Au chapitre 3, nous réalisons une partition de la variation des variables spatiales AEM (basées sur la distribution des masses d’eau) et des variables environnementales pour évaluer quelle part de la variation du zooplancton est expliquée par les processus hydrologiques (variables AEM) et les conditions locales (facteurs environnementaux). Le gradient salinité-conductivité relié à la discontinuité fleuve-estuaire a déterminé la distribution à grande échelle du zooplancton. Dans les zones fluviales, la distribution du zooplancton est davantage influencée par la distribution des masses d’eau que par les facteurs environnementaux locaux. La distribution des masses d’eau explique une plus grande partie de la variation dans la distribution du zooplancton en août qu’en mai.

Évidence génétique de populations sympatriques de la perchaude (Perca flavescens) dans le Lac Saint-Pierre

La perchaude (Perca flavescens) constitue une ressource socioéconomique de grande importance dans le Lac Saint-Pierre (Québec, Canada). Bien que ce lac fluvial soit désigné réserve de la biosphère par l’UNESCO, le statut de la perchaude est préoccupant. Afin de permettre à l’espèce de persister en fonction des diverses pressions anthropiques, il est important de comprendre sa dynamique populationnelle et les mécanismes qui en sont responsables. La perchaude est connue pour sa philopatrie ; le fait de toujours se reproduire à son site de naissance peut entraîner la subdivision d’une espèce en de multiples populations, où chacune pourra être pourvue d’adaptations locales distinctes. Il est possible d’étudier ces processus à l’aide des signaux génétiques associés à la reproduction des individus. Toutefois, une faible différentiation génétique entre les populations du Lac Saint-Pierre est envisagée en raison de la colonisation récente du système (moins de 8000 ans). L’objectif de cette étude est de déterminer s’il existe plusieurs populations de perchaude dans le Lac Saint-Pierre. Les simulations réalisées ont révélé que l’utilisation de marqueurs AFLP (amplified fragment length polymorphism), permettant une analyse globale du génome, affiche une meilleure détection de la différentiation des populations que celle des marqueurs microsatellites. Afin d’associer les individus à leur site de naissance, la méthode d’AFLP et des microsatellites ont été utilisées sur des larves capturées suite à l’éclosion des oeufs. Trois analyses distinctes d’AFLP ont indiqué une corrélation entre la composition génétique des individus et des sites géographiques, confirmant ainsi la présence de plusieurs populations sympatriques dans le Lac Saint-Pierre, découlant vraisemblablement de la philopatrie de l’espèce. L’absence de différentiation génétique relatée par les marqueurs microsatellites vient confirmer l’importance du choix des marqueurs génétiques. Bien que la différentiation génétique observée soit relativement faible, la gestion de la perchaude devrait tenir compte de la dynamique des populations distinctes dans ce système.

Caractérisation de la dynamique des berges de deux tributaires contrastés du Saint-Laurent : le cas des rivières Batiscan et Saint-François

L’érosion des berges est un processus clé de la dynamique fluviale. Elle influence considérablement la charge sédimentaire des rivières et contrôle l’évolution latérale des chenaux. Les méthodes de caractérisation des mécanismes et des variables affectant l’érosion des berges sont toutefois imprécises et difficiles à appliquer. Ce projet a pour objectif de caractériser la dynamique actuelle des berges de deux tributaires contrastés du Saint-Laurent : les rivières Saint-François et Batiscan. Le premier objectif vise à quantifier les caractéristiques géotechniques de deux tronçons des rivières à l’étude près de l’embouchure avec le Saint-Laurent en décrivant la stratigraphie à différents sites typiques et en recueillant des échantillons de sédiments afin de mesurer différentes variables géotechniques (granulométrie, limites d’Atterberg, résistance à l’érosion mécanique, résistance à l’érosion fluviale). Le second objectif vise à quantifier les principales caractéristiques hydrodynamiques (précipitations, débits, cisaillements, vitesses) des deux sections de rivière. Le troisième et dernier objectif cherche à mesurer les taux d’érosion à l’échelle saisonnière en utilisant des relevés GPS et des chaînes d’érosion et à identifier les mécanismes d’érosion qui opèrent sur les rivières. Les résultats montrent une érosion importante des berges sur chacun des tributaires, mais les mécanismes qui la cause diffèrent. La Batiscan possède des berges dont le matériel est cohésif et ses berges sont principalement marquées par des ruptures de masse. La Saint-François présente des berges peu cohésives ce qui favorise l’érosion fluviale. Le taux de recul sur la rivière Saint-François est de l’ordre de 1 à 3 m/an dans certaines sections de la rivière. Une nouvelle méthode de mesure du cisaillement critique d’érosion fluviale à l’aide d’un chenal expérimental a été élaborée. Les cisaillements critiques obtenus se situent entre 1,19 et 13,41 Pa. Les résultats montrent que les facteurs jouant sur l’érosion des berges ont une variabilité intrinsèque et systémique difficile à mesurer. Le protocole expérimental développé dans ce projet s’est toutefois avéré utile pour étudier les principales variables qui influencent l’érosion des berges, tout en quantifiant les taux d’érosion et les mécanismes d’érosion de berge de deux tributaires importants du fleuve Saint-Laurent. Ce protocole pourrait être utile dans d’autres contextes.

Caractéristiques des structures turbulentes de l'écoulement et du transport en charge de fond en rivière à lit de graviers lors de la montée d'une crue

En rivière à lit de graviers, le transport des sédiments en charge de fond est un processus intermittent qui dépend de plusieurs variables du système fluvial dont la prédiction est encore aujourd’hui inexacte. Les modèles disponibles pour prédire le transport par charriage utilisent des variables d’écoulement moyen et la turbulence n’est généralement pas considérée malgré que les tourbillons contenus dans les écoulements possèdent une quantité d’énergie importante. L’utilisation de nouvelles approches pour étudier la problématique du transport par charriage pourrait nous permettre d’améliorer notre connaissance de ce processus déterminant en rivière alluviale. Dans ce mémoire, nous documentons ces composantes de la dynamique fluviale dans un cours d’eau graveleux en période de crue. Les objectifs du projet de recherche sont : 1) d’examiner l’effet du débit sur les variables turbulentes et les caractéristiques des structures turbulentes cohérentes, 2) d’investiguer l’effet du débit sur les caractéristiques des événements de transport de sédiments individuels détectés à l’aide d’un nouvel algorithme développé et testé et 3) de relier les caractéristiques de l’écoulement turbulent aux événements de transport de sédiments individuels. Les données de turbulence montrent qu’à haut niveau d’eau, l’écoulement décéléré est peu cohérent et a une turbulence plus isotrope où les structures turbulentes cohérentes sont de courte durée. Ces observations se distinguent de celles faites à faible niveau d’eau, en écoulement accéléré, où la plus grande cohérence de l’écoulement correspond à ce qui est généralement observé dans les écoulements uniformes en rivières graveleuses. Les distributions de fréquence des variables associées aux événements de transport individuel (intensité de transport moyenne, durée d’événement et intervalle entre événements successifs) ont des formes différentes pour chaque intensité de crue. À haut niveau d’eau, le transport est moins intermittent qu’à faible débit où les événements rares caractérisent davantage les distributions. L’accélération de l’écoulement à petite échelle de temps joue un rôle positif sur le transport, mais surtout lorsque la magnitude de la crue mobilisatrice est en dessous du niveau plein bord. Les résultats de l’étude montrent que les caractéristiques de la turbulence ainsi que les liens complexes entre l’écoulement et le transport par charriage sont fonction du débit.

Écologie et implications trophiques de la cyanobactérie Lyngbya wollei dans le fleuve Saint-Laurent

Les proliférations nuisibles de la cyanobactérie filamenteuse benthique Lyngbya wollei qui forme des tapis déposés sur les sédiments ont augmenté en fréquence au cours des 30 dernières années dans les rivières, lacs et sources de l'Amérique du Nord. Lyngbya wollei produit des neurotoxines et des composés organiques volatils (géosmin, 2-méthylisobornéol) qui ont des répercussions sur la santé publique de même que des impacts d'ordre socioéconomiques. Cette cyanobactérie est considérée comme un habitat et une source de nourriture de piètre qualité pour les invertébrés en raison de sa gaine robuste et de sa production de toxines. Les proliférations de L. wollei ont été observées pour la première fois en 2005 dans le fleuve Saint-Laurent (SLR; Québec, Canada). Nous avons jugé important de déterminer sa distribution sur un tronçon de 250 km afin d'élaborer des modèles prédictifs de sa présence et biomasse en se basant sur les caractéristiques chimiques et physiques de l'eau. Lyngbya wollei était généralement observé en aval de la confluence de petits tributaires qui irriguent des terres agricoles. L’écoulement d’eaux enrichies à travers la végétation submergée se traduisait par une diminution de la concentration d’azote inorganique dissous (DIN), alors que les concentrations de carbone organique dissous (DOC) et de phosphore total dissous (TDP) demeuraient élevées, produisant un faible rapport DIN :TDP. Selon nos modèles, DOC (effet positif), TP (effet négatif) et DIN :TDP (effet négatif) sont les variables les plus importantes pour expliquer la répartition de cette cyanobactérie. La probabilité que L. wollei soit présent dans le SLR a été prédite avec exactitude dans 72 % à 92 % des cas pour un ensemble de données indépendantes. Nous avons ensuite examiné si les conditions hydrodynamiques, c'est-à-dire le courant généré par les vagues et l'écoulement du fleuve, contrôlent les variations spatiales et temporelles de biomasse de L. wollei dans un grand système fluvial. Nous avons mesuré la biomasse de L. wollei ainsi que les variables chimiques, physiques et météorologiques durant trois ans à 10 sites le long d'un gradient d'exposition au courant et au vent dans un grand (148 km2) lac fluvial du SLR. L'exposition aux vagues et la vitesse du courant contrôlaient les variations de biomasses spatiales et temporelles. La biomasse augmentait de mai à novembre et persistait durant l'hiver. Les variations interannuelles étaient contrôlées par l'écoulement de la rivière (niveau d'eau) avec la crue printanière qui délogeait les tapis de l'année précédente. Les baisses du niveau d'eau et l'augmentation de l'intensité des tempêtes anticipées par les scénarios de changements climatiques pourraient accroître la superficie colonisée par L. wollei de même que son accumulation sur les berges. Par la suite, nous avons évalué l'importance relative de L. wollei par rapport aux macrophytes et aux épiphytes. Nous avons examiné l'influence structurante de l'échelle spatiale sur les variables environnementales et la biomasse de ces producteurs primaires (PP) benthiques. Nous avons testé si leur biomasse reflétait la nature des agrégats d'habitat basées sur l'écogéomorphologie ou plutôt le continuum fluvial. Pour répondre à ces deux questions, nous avons utilisé un design à 3 échelles spatiales dans le SLR: 1) le long d'un tronçon de 250 km, 2) entre les lacs fluviaux localisés dans ce tronçon, 3) à l'intérieur de chaque lac fluvial. Les facteurs environnementaux (conductivité et TP) et la structure spatiale expliquent 59% de la variation de biomasse des trois PP benthiques. Spécifiquement, les variations de biomasses étaient le mieux expliquées par la conductivité (+) pour les macrophytes, par le ratio DIN:TDP (+) et le coefficient d'extinction lumineuse (+) pour les épiphytes et par le DOC (+) et le NH4+ (-) pour L. wollei. La structure spatiale à l'intérieur des lacs fluviaux était la plus importante composante spatiale pour tous les PP benthiques, suggérant que les effets locaux tels que l'enrichissement par les tributaire plutôt que les gradients amont-aval déterminent la biomasse de PP benthiques. Donc, la dynamique des agrégats d'habitat représente un cadre général adéquat pour expliquer les variations spatiales et la grande variété de conditions environnementales supportant des organismes aquatiques dans les grands fleuves. Enfin, nous avons étudié le rôle écologique des tapis de L. wollei dans les écosystèmes aquatiques, en particulier comme source de nourriture et refuge pour l'amphipode Gammarus fasciatus. Nous avons offert aux amphipodes un choix entre des tapis de L. wollei et soit des chlorophytes filamenteuses ou un tapis artificiel de laine acrylique lors d'expériences en laboratoire. Nous avons aussi reconstitué la diète in situ des amphipodes à l'aide du mixing model (d13C et δ15N). Gammarus fasciatus choisissait le substrat offrant le meilleur refuge face à la lumière (Acrylique>Lyngbya=Rhizoclonium>Spirogyra). La présence de saxitoxines, la composition élémentaire des tissus et l'abondance des épiphytes n'ont eu aucun effet sur le choix de substrat. Lyngbya wollei et ses épiphytes constituaient 36 et 24 % de l'alimentation in situ de G. fasciatus alors que les chlorophytes, les macrophytes et les épiphytes associées représentaient une fraction moins importante de son alimentation. Les tapis de cyanobactéries benthiques devraient être considérés comme un bon refuge et une source de nourriture pour les petits invertébrés omnivores tels que les amphipodes.

Sea Level Variations during the Late Quaternary and Coastal Evolution along the Northern Kerala, South West of India

In the present investigation, an attempt is made to document various episodes of transgression and regression during the late Quaternary period from the study of coastal and shelf sequences extending from the inland across the beach to the shelf domain. Shore parallel beach ridges with alternating swales and occurrence of strand line deposits on the shelf make the northern Kerala coast an ideal natural laboratory for documenting the morpho-dynamic response of the coast to the changing sea level. The objectives of the study are lithographic reconstruction of environments of deposition from the coastal plain and shelf sequences; documentation of episodes of transgression and regression by studying different coastal plain sequences and shelf deposits and evolve a comprehensive picture of late Quaternary coastal evolution and sea level changes along the northern Kerala coast by collating morphological, lithological and geochronological evidences from the coastal plain and shelf sequences. The present study is confined to two shore-normal east-west trending transects, Viz. Punjavi and Onakkunnu, in the northern Kerala coast.

Coastal Upwelling of the South Eastern Arabian Sea - An Integrated Approach

Upwelling regions occupies only a small portion of the global ocean surface. However it accounts for a large fraction of the oceanic primary production as well as fishery. Therefore understanding and quantifying the upwelling is of great importance for the marine resources management. Most of the coastal upwelling zones in the Arabian Sea are wind driven uniform systems. Mesoscale studies along the southwest coast of India have shown high spatial and temporal variability in the forcing mechanism and intensity of upwelling. There exists an equatorward component of wind stress as similar to the most upwelling zones along the eastern oceanic boundaries. Therefore an offshore component of surface Ekman transport is expected throughout the year. But several studies supported with in situ evidences have revealed that the process is purely recurring on seasonal basis. The explanation merely based on local wind forcing alone is not sufficient to support the observations. So, it is assumed that upwelling along the South Eastern Arabian Sea is an effect of basin wide wind forcing rather than local wind forcing. In the present study an integrated approach has been made to understand the process of upwelling of the South Eastern Arabian Sea. The latitudinal and seasonal variations (based on Sea Surface Temperature, wind forcing, Chlorophyll a and primary production), forcing mechanisms (local wind and remote forcing) and the factors influencing the system (Arabian Sea High Saline Water, Bay of Bengal water, runoff, coastal geomorphology) are addressed herewith.

An integrated study on the hydrogeology of Bharathapuzha river basin, South West coast of India

The present work deals with the An integrated study on the hydrogeology of Bharathapuzha river basin ,south west coast of india. To study the spatial and temporal behaviour of the groundwater system of the Bharathapuzha river basin.To discover the sub-surface parameter by ground resistivity surveys.T o determine the groundwater quality of the Bharathapuzha river basin for the different seasons {pre monsoon and post monsoon with reference to the domestic and irrigational water quality standards.Present study will provide a good database on the hydrogeological aspects within the river basin.The study area covers l7 block Panchayats. Of these, Chitoor block is ‘over exploited’, Kollengode, Trithala, and Palakkad are ‘critical’ in category and Kuttippuram and Sreekrishnapuram blocks are ‘semi critical’ in terms of groundwater development.Comparison of Geomorphology map with drainage map shows that the geomorphology has a clear control on the drainage net work of the basin. The structural hill area shows a highest drainage network, where as pediment shows lowest drainage network.There are many discontinuous lineament in the Bharathapuzha river basin which can be connected by a straight line.Ground water flow directions are generally towards the western portions of the study area. From the northern region Water flows towards the central and also water from the eastern and southern side confluences at the centre and move towards western side of the basin.The positive correlation of transmissivity and storativity values show good aquifer conditions exists in the present study area .

Provenance, Sedimentation and Geochemistry' of the Modern Sediments of time Mud Banks Off the Centrai Keraia Coast, India

This thesis is an attempt to Provenence, Sedimentetion and Geochemistry of the Modern Sediments of the Mud Banks off the Central Kerela Coast, India. In the present doctoral work, an attempt has been made to study in detail the mud banks of central Kerala, i.e. of Narakkal, Saudi and Purakkad areas which are reported as permanent mud banks, since olden days. The studies have been conducted during the years 1985 and 1986. The important findings of the study is stated as clay mineralogical studies of the rivers, lake and mud bank sediments reveal that the dominant clay mineral is kaolinite followed by montmorillonite, illite and gibbsite. Geochemical analysis of the Vembanad lake and mud bank sediments show that the iron and manganese are widely distributed both in the lake and mud bank sediments

Water Quality Variation, its Influence on Drinking Water Treatment and Remedial Measures - A Case Study of Peechi reservoir, Thrissur, Kerala

The Kerala Water Authority requested the School of Environmental Studies to carry out investigations on the mechanism of sporadic mobilization of iron and odour in the raw water drawn to the drinking water treatment plant. The currently used treatment process failed to remove iron completely. This led to problems in the filter and complaints of taste and colour due to iron in the finished water. The sporadic nature of the problem itself made the trouble shooting difficult. The problem was looked in from three points of view. 1. Influence of environmental (climatic) conditions on the dynamics of the relevant basin of the reservoir. 2. Influence of the physical dynamics on the physico — chemical quality of water. 3. Identification of cost-effective treatment processes to suit the existing plant. Since the problem emerged only during the post- monsoon to pre-monsoon months, a related problem was investigated, namely, influence of anions on the oxidation of Fe(II) in natural waters by air. This is presented in Part II of the dissertation.

Sedimentological and Geotechnical Studies of Coastal Sediments of Central Kerala.

All over the world, several Quaternary proxy data have been used to reconstruct past sea levels, mainly radiocarbon or OSL dating of exposures of marine facies or shore line indicators (e.g. Carr et al., 2010) as well as paleoenvironmental indicators in lagoon or estuary sediments (e.g. Baxter and Meadows, 1999). Estuaries and deltas develop at river mouths during transgressive and regressive phases, respectively (Boyd et al., 1992). In particular, the postglacial Holocene sea-level rise has contributed importantly to the estuary-to-delta transition (Hori et al. 2004). By analyzing radiocarbon ages of the basal or near-basal sediments of the world’s deltas, Stanley and Warne (1994) showed that delta initiation occurred on a worldwide scale after about 8500–6500 years BP and concluded that the initiation was controlled principally by the declining rate of the Holocene sea-level rise. Worldwide there were different regional sea-level changes since the last glacial maximum (LGM) (Irion et al., 2012). Along the northern Canadian coast, for example, sea level has been falling throughout the Holocene due to the glacial rebound of the crust after the last glaciation (Peltier, 1988). This is comparable to the development in Scandinavia (Steffen and Kaufmann, 2005) where sea level drops today. From about Virginia/USA to Mexico there is a constant sea-level rise similar to the Holocene sea-level development of the southern North Sea (e.g. Vink et al., 2007). From the border of Ceará/Rio Grande do Norte down to Patagonia, indicators of Holocene sea level point to a level that was up to 5 m higher than today's mean sea level (Angulo et al., 1999; Martin et al., 2003; Caldas et al., 2006a, b)

Tide And River Runoff Interactions In The Cochin Estuary

Hydrodynamic characteristics of an estuary resulting from interaction of tide and river runoff are important since problems regarding flood, salinity intrusion, water quality, ecosystem and sedimentation are ubiquitous. The present study focuses on such hydrodynamic aspects in the Cochin estuary. Most of the estuaries that come under the influence of Indian Summer Monsoon and for which the salinity is never in a steady state at any time of the year are generally shallow and convergent, i.e. the width decreases rapidly from mouth to head. In contrast, Cochin estuary is wider towards the upstream and has no typical river mouth, where the rivers are joining the estuary along the length of its channel .Adding to the complexity it has dual inlets and the tidal range is 1 m which is lower than other Indian estuaries along west coast. These typical physical features lead to its unique hydrodynamic characteristics. Therefore the thesis objectives are: I) to study the influence of river runoff on tidal propagation using observations and a numerical model ii) to study stratification and property distributions in Cochin estuary iii) to understand salinity distributions and flushing characteristics iv) to understand the influence of saltwater barrage on tides and salinity v) To evaluate several classification schemes for the estuary