Remote sensing applications in water resources

With the introduction of the earth observing satellites, remote sensing has become an important tool in analyzing the Earth's surface characteristics, and hence in supplying valuable information necessary for the hydrologic analysis. Due to their capability to capture the spatial variations in the hydro-meteorological variables and frequent temporal resolution sufficient to represent the dynamics of the hydrologic processes, remote sensing techniques have significantly changed the water resources assessment and management methodologies. Remote sensing techniques have been widely used to delineate the surface water bodies, estimate meteorological variables like temperature and precipitation, estimate hydrological state variables like soil moisture and land surface characteristics, and to estimate fluxes such as evapotranspiration. Today, near-real time monitoring of flood, drought events, and irrigation management are possible with the help of high resolution satellite data. This paper gives a brief overview of the potential applications of remote sensing in water resources.

A Spatial-Temporal Downscaling Approach To Construction Of Rainfall Intensity-Duration-Frequency Relations In The Context Of Climate Change

This paper proposes a spatial-temporal downscaling approach to construction of the intensity-duration-frequency (IDF) relations at a local site in the context of climate change and variability. More specifically, the proposed approach is based on a combination of a spatial downscaling method to link large-scale climate variables given by General Circulation Model (GCM) simulations with daily extreme precipitations at a site and a temporal downscaling procedure to describe the relationships between daily and sub-daily extreme precipitations based on the scaling General Extreme Value (GEV) distribution. The feasibility and accuracy of the suggested method were assessed using rainfall data available at eight stations in Quebec (Canada) for the 1961-2000 period and climate simulations under four different climate change scenarios provided by the Canadian (CGCM3) and UK (HadCM3) GCM models. Results of this application have indicated that it is feasible to link sub-daily extreme rainfalls at a local site with large-scale GCM-based daily climate predictors for the construction of the IDF relations for present (1961-1990) and future (2020s, 2050s, and 2080s) periods at a given site under different climate change scenarios. In addition, it was found that annual maximum rainfalls downscaled from the HadCM3 displayed a smaller change in the future, while those values estimated from the CGCM3 indicated a large increasing trend for future periods. This result has demonstrated the presence of high uncertainty in climate simulations provided by different GCMs. In summary, the proposed spatial-temporal downscaling method provided an essential tool for the estimation of extreme rainfalls that are required for various climate-related impact assessment studies for a given region.

Performance evaluation of elitist-mutated multi-objective particle swarm optimization for integrated water resources management

Optimal allocation of water resources for various stakeholders often involves considerable complexity with several conflicting goals, which often leads to multi-objective optimization. In aid of effective decision-making to the water managers, apart from developing effective multi-objective mathematical models, there is a greater necessity of providing efficient Pareto optimal solutions to the real world problems. This study proposes a swarm-intelligence-based multi-objective technique, namely the elitist-mutated multi-objective particle swarm optimization technique (EM-MOPSO), for arriving at efficient Pareto optimal solutions to the multi-objective water resource management problems. The EM-MOPSO technique is applied to a case study of the multi-objective reservoir operation problem. The model performance is evaluated by comparing with results of a non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II) model, and it is found that the EM-MOPSO method results in better performance. The developed method can be used as an effective aid for multi-objective decision-making in integrated water resource management.

Factor models, VARMA processes and parameter instability with applications in macroeconomics

Avec les avancements de la technologie de l'information, les données temporelles économiques et financières sont de plus en plus disponibles. Par contre, si les techniques standard de l'analyse des séries temporelles sont utilisées, une grande quantité d'information est accompagnée du problème de dimensionnalité. Puisque la majorité des séries d'intérêt sont hautement corrélées, leur dimension peut être réduite en utilisant l'analyse factorielle. Cette technique est de plus en plus populaire en sciences économiques depuis les années 90. Étant donnée la disponibilité des données et des avancements computationnels, plusieurs nouvelles questions se posent. Quels sont les effets et la transmission des chocs structurels dans un environnement riche en données? Est-ce que l'information contenue dans un grand ensemble d'indicateurs économiques peut aider à mieux identifier les chocs de politique monétaire, à l'égard des problèmes rencontrés dans les applications utilisant des modèles standards? Peut-on identifier les chocs financiers et mesurer leurs effets sur l'économie réelle? Peut-on améliorer la méthode factorielle existante et y incorporer une autre technique de réduction de dimension comme l'analyse VARMA? Est-ce que cela produit de meilleures prévisions des grands agrégats macroéconomiques et aide au niveau de l'analyse par fonctions de réponse impulsionnelles? Finalement, est-ce qu'on peut appliquer l'analyse factorielle au niveau des paramètres aléatoires? Par exemple, est-ce qu'il existe seulement un petit nombre de sources de l'instabilité temporelle des coefficients dans les modèles macroéconomiques empiriques? Ma thèse, en utilisant l'analyse factorielle structurelle et la modélisation VARMA, répond à ces questions à travers cinq articles. Les deux premiers chapitres étudient les effets des chocs monétaire et financier dans un environnement riche en données. Le troisième article propose une nouvelle méthode en combinant les modèles à facteurs et VARMA. Cette approche est appliquée dans le quatrième article pour mesurer les effets des chocs de crédit au Canada. La contribution du dernier chapitre est d'imposer la structure à facteurs sur les paramètres variant dans le temps et de montrer qu'il existe un petit nombre de sources de cette instabilité. Le premier article analyse la transmission de la politique monétaire au Canada en utilisant le modèle vectoriel autorégressif augmenté par facteurs (FAVAR). Les études antérieures basées sur les modèles VAR ont trouvé plusieurs anomalies empiriques suite à un choc de la politique monétaire. Nous estimons le modèle FAVAR en utilisant un grand nombre de séries macroéconomiques mensuelles et trimestrielles. Nous trouvons que l'information contenue dans les facteurs est importante pour bien identifier la transmission de la politique monétaire et elle aide à corriger les anomalies empiriques standards. Finalement, le cadre d'analyse FAVAR permet d'obtenir les fonctions de réponse impulsionnelles pour tous les indicateurs dans l'ensemble de données, produisant ainsi l'analyse la plus complète à ce jour des effets de la politique monétaire au Canada. Motivée par la dernière crise économique, la recherche sur le rôle du secteur financier a repris de l'importance. Dans le deuxième article nous examinons les effets et la propagation des chocs de crédit sur l'économie réelle en utilisant un grand ensemble d'indicateurs économiques et financiers dans le cadre d'un modèle à facteurs structurel. Nous trouvons qu'un choc de crédit augmente immédiatement les diffusions de crédit (credit spreads), diminue la valeur des bons de Trésor et cause une récession. Ces chocs ont un effet important sur des mesures d'activité réelle, indices de prix, indicateurs avancés et financiers. Contrairement aux autres études, notre procédure d'identification du choc structurel ne requiert pas de restrictions temporelles entre facteurs financiers et macroéconomiques. De plus, elle donne une interprétation des facteurs sans restreindre l'estimation de ceux-ci. Dans le troisième article nous étudions la relation entre les représentations VARMA et factorielle des processus vectoriels stochastiques, et proposons une nouvelle classe de modèles VARMA augmentés par facteurs (FAVARMA). Notre point de départ est de constater qu'en général les séries multivariées et facteurs associés ne peuvent simultanément suivre un processus VAR d'ordre fini. Nous montrons que le processus dynamique des facteurs, extraits comme combinaison linéaire des variables observées, est en général un VARMA et non pas un VAR comme c'est supposé ailleurs dans la littérature. Deuxièmement, nous montrons que même si les facteurs suivent un VAR d'ordre fini, cela implique une représentation VARMA pour les séries observées. Alors, nous proposons le cadre d'analyse FAVARMA combinant ces deux méthodes de réduction du nombre de paramètres. Le modèle est appliqué dans deux exercices de prévision en utilisant des données américaines et canadiennes de Boivin, Giannoni et Stevanovic (2010, 2009) respectivement. Les résultats montrent que la partie VARMA aide à mieux prévoir les importants agrégats macroéconomiques relativement aux modèles standards. Finalement, nous estimons les effets de choc monétaire en utilisant les données et le schéma d'identification de Bernanke, Boivin et Eliasz (2005). Notre modèle FAVARMA(2,1) avec six facteurs donne les résultats cohérents et précis des effets et de la transmission monétaire aux États-Unis. Contrairement au modèle FAVAR employé dans l'étude ultérieure où 510 coefficients VAR devaient être estimés, nous produisons les résultats semblables avec seulement 84 paramètres du processus dynamique des facteurs. L'objectif du quatrième article est d'identifier et mesurer les effets des chocs de crédit au Canada dans un environnement riche en données et en utilisant le modèle FAVARMA structurel. Dans le cadre théorique de l'accélérateur financier développé par Bernanke, Gertler et Gilchrist (1999), nous approximons la prime de financement extérieur par les credit spreads. D'un côté, nous trouvons qu'une augmentation non-anticipée de la prime de financement extérieur aux États-Unis génère une récession significative et persistante au Canada, accompagnée d'une hausse immédiate des credit spreads et taux d'intérêt canadiens. La composante commune semble capturer les dimensions importantes des fluctuations cycliques de l'économie canadienne. L'analyse par décomposition de la variance révèle que ce choc de crédit a un effet important sur différents secteurs d'activité réelle, indices de prix, indicateurs avancés et credit spreads. De l'autre côté, une hausse inattendue de la prime canadienne de financement extérieur ne cause pas d'effet significatif au Canada. Nous montrons que les effets des chocs de crédit au Canada sont essentiellement causés par les conditions globales, approximées ici par le marché américain. Finalement, étant donnée la procédure d'identification des chocs structurels, nous trouvons des facteurs interprétables économiquement. Le comportement des agents et de l'environnement économiques peut varier à travers le temps (ex. changements de stratégies de la politique monétaire, volatilité de chocs) induisant de l'instabilité des paramètres dans les modèles en forme réduite. Les modèles à paramètres variant dans le temps (TVP) standards supposent traditionnellement les processus stochastiques indépendants pour tous les TVPs. Dans cet article nous montrons que le nombre de sources de variabilité temporelle des coefficients est probablement très petit, et nous produisons la première évidence empirique connue dans les modèles macroéconomiques empiriques. L'approche Factor-TVP, proposée dans Stevanovic (2010), est appliquée dans le cadre d'un modèle VAR standard avec coefficients aléatoires (TVP-VAR). Nous trouvons qu'un seul facteur explique la majorité de la variabilité des coefficients VAR, tandis que les paramètres de la volatilité des chocs varient d'une façon indépendante. Le facteur commun est positivement corrélé avec le taux de chômage. La même analyse est faite avec les données incluant la récente crise financière. La procédure suggère maintenant deux facteurs et le comportement des coefficients présente un changement important depuis 2007. Finalement, la méthode est appliquée à un modèle TVP-FAVAR. Nous trouvons que seulement 5 facteurs dynamiques gouvernent l'instabilité temporelle dans presque 700 coefficients.

Lamb wave based identification and parameter estimation of corrosion in metallic plate structure using a circular PWAS array

A circular array of Piezoelectric Wafer Active Sensor (PWAS) has been employed to detect surface damages like corrosion using lamb waves. The array consists of a number of small PWASs of 10 mm diameter and 1 mm thickness. The advantage of a circular array is its compact arrangement and large area of coverage for monitoring with small area of physical access. Growth of corrosion is monitored in a laboratory-scale set-up using the PWAS array and the nature of reflected and transmitted Lamb wave patterns due to corrosion is investigated. The wavelet time-frequency maps of the sensor signals are employed and a damage index is plotted against the damage parameters and varying frequency of the actuation signal (a windowed sine signal). The variation of wavelet coefficient for different growth of corrosion is studied. Wavelet coefficient as function of time gives an insight into the effect of corrosion in time-frequency scale. We present here a method to eliminate the time scale effect which helps in identifying easily the signature of damage in the measured signals. The proposed method becomes useful in determining the approximate location of the corrosion with respect to the location of three neighboring sensors in the circular array. A cumulative damage index is computed for varying damage sizes and the results appear promising.

Drinking water issues in Rural India: Need for stakeholders’ participation in Water resources management

Water is the very essential livelihood for mankind. The United Nations suggest that each person needs 20-50 litres of water a day to ensure basic needs of drinking, cooking and cleaning. It was also endorsed by the Indian National Water Policy 2002, with the provision that adequate safe drinking water facilities should be provided to the entire population both in urban and in rural areas. About 1.42 million rural habitations in India are affected by chemical contamination. The provision of clean drinking water has been given priority in the Constitution of India, in Article 47 conferring the duty of providing clean drinking water and improving public health standards to the State. Excessive dependence of ground water results in depletion of ground water, water contamination and water borne diseases. Thus, access to safe and reliable water supply is one of the serious concerns in rural water supply programme. Though government takes certain serious steps in addressing the drinking water issues in rural areas, still there is a huge gap between demand and supply. The Draft National Water Policy 2012 also states that Water quality and quantity are interlinked and need to be managed in an integrated manner and with Stakeholder participation. Water Resources Management aims at optimizing the available natural water flows, including surface water and groundwater, to satisfy competing needs. The World Bank also emphasizes on managing water resources, strengthening institutions, identifying and implementing measures of improving water governance and increasing the efficiency of water use. Therefore stakeholders’ participation is viewed important in managing water resources at different levels and range. This paper attempts to reflect up on portray the drinking water issues in rural India, and highlights the significance of Integrated Water Resource Management as the significant part of Millennium Development Goals, and Stakeholders’ participation in water resources management.

Contested H2O: science, policy and politics in water resources management in Chile

This paper critically explores the politics that mediate the use of environmental science assessments as the basis of resource management policy. Drawing on recent literature in the political ecology tradition that has emphasised the politicised nature of the production and use of scientific knowledge in environmental management, the paper analyses a hydrological assessment in a small river basin in Chile, undertaken in response to concerns over the possible overexploitation of groundwater resources. The case study illustrates the limitations of an approach based predominantly on hydrogeological modelling to ascertain the effects of increased groundwater abstraction. In particular, it identifies the subjective ways in which the assessment was interpreted and used by the state water resources agency to underpin water allocation decisions in accordance with its own interests, and the role that a desocialised assessment played in reproducing unequal patterns of resource use and configuring uneven waterscapes. Nevertheless, as Chile’s ‘neoliberal’ political-economic framework privileges the role of science and technocracy, producing other forms of environmental knowledge to complement environmental science is likely to be contentious. In conclusion, the paper considers the potential of mobilising the concept of the hydrosocial cycle to further critically engage with environmental science.

Capacitación en gestión de los recursos hídricos en América Latina y el Caribe: diagnóstico y propuestas = Training in water resources management in Latin America and the Caribbean: analysis and proposals

Incluye Bibliografía

Training in water resources management in the Caribbean: analysis and proposals

Includes bibliography

List of current research in water resources at the University of Arizona.

Mode of access: Internet.

Survey and use of world literature in water resources : administrative report /

Mode of access: Internet.

Weather Bureau activities in water resources development in the Arkansas-White-Red river basins.

Mode of access: Internet.

Efficient investments in water resources : issues and options.

Item 1005-C