Système conversationnel pour la documentation et l'utilisation de logiciels en hydrologie

On présente les problèmes rencontrés et les moyens développés pour rendre conversationnelle une bibliothèque étendue de programmes utilisés en hydrologie. De nombreux programmes de cette bibliothèque n'ont pas été conçus pour être conversationnels et il serait trop coûteux de les reprendre entièrement. Par ailleurs, certains programmes ne peuvent être rendus entièrement conversationnels, leur temps d'exécution étant trop long. On ne rend alors conversationnelle que la partie concernant l'entrée des options de calcul. Pour cela on a établi un cahier des charges des besoins et nécessités conversationnelles et présenté une solution dérivée d'un programme gérant une documentation hiérarchisée de logiciels. On peut représenter les options de calcul d'un programme par un arbre dont le parcours intégral constitue la documentation de ce programme et dont l'utilisation interactive consiste en un parcours guidé dans un menu et interrompu par la saisie de valeurs numériques. Les fonctions interactives peuvent être créées en ajoutant simplement dans la documentation des commandes suspendant le parcours et le détournant vers des commandes de mise à jour de la base de données hiérarchiques. On présente les problèmes rencontrés pour l'application de ce système aux logiciels d'un service de recherche en hydrologie. La structure arborescente s'est révélée suffisante pour traiter quelques cas concrets même si certaines améliorations pourront y être apportées notamment pour simplifier la tâche de l'utilisateur ainsi que pour la mise à jour de la base de données. (Résumé d'auteur

Assimilation de données d'humidité des sols pour la prévision de crues : comparaison d'un modèle pluie-débit conceptuel et d'un modèle intégrant une interface sol-végétation-atmosphère

Le but de cet article est de présenter une méthodologie de mise à jour des paramètres de modèles pluie-débit en période de crue. Elle a été mise au point afin d'améliorer un des aspects de la gestion des réservoirs dans un contexte opérationnel de protection contre les crues: la réduction des incertitudes sur la prévision des débits. L'originalité de la méthode proposée réside dans le fait que l'on utilise non seulement une information sur les débits mais aussi une information sur l'humidité du sol. L'objectif de l'étude est d'évaluer l'intérêt de l'introduction de cette information supplémentaire. Pour cela, les données d'humidité du sol sont introduites au sein du modèle par l'intermédiaire d'une relation de passage établie entre l'humidité mesurée in situ et l'humidité calculée implicitement ou explicitement par les modèles. Cette méthodologie a été testée dans le cadre du projet européen AIMWATER sur quatre sous-bassins de la Seine en amont de Paris (France). Deux modèles pluie-débit sont utilisés dans cette étude, un modèle conceptuel semi-emprique et un modèle conceptuel couplé à un schéma de surface simulant une interface sol-végétation-atmosphère et permettant de calculer l'évolution de l'humidité du sol à différentes profondeurs. Cette approche comparative étudie l'intérêt d'un tel modèle couplé par rapport au modèle conceptuel semi-empirique sans représentation explicite des phénomènes se produisant à l'interface sol-végétation-atmosphère.Improving the accuracy of rainfall-runoff models and in particular their performances in flood prediction is a key point of continental hydrology. Methods have been developed to improve flood prediction in hydrology based on a better compliance of the model with current observations prior to its use in forecasting mode. This operation has been termed updating in hydrology and assimilation in meteorology. The fundamental idea is that if model predictions diverge from observations at a given time, there is little chance that future estimations will approach correct values. The improvement then comes from a correction of the trajectory of the model based on observations during the period preceding the day when a prediction into the immediate or long-term future is desired. This can be dealt with by a correction of model parameters, which is usually called "parameter updating".The inability of rainfall-runoff models to produce correct streamflow values generally translates into parameter uncertainty. Parameter calibration is the means used by a model structure to adjust to a given set of data. Therefore, a parameter updating methodology seems to be a natural way to amend errors in streamflow values. In this paper, a specific methodology of parameter updating is presented. The main feature of this method is that it does not carry out updating by reference only to recent streamflow observations, as classic procedures do, but also to soil moisture measurements, which can be retrieved daily from TDR probes. Indeed, it appears that the integration of soil moisture data allows better control of the evolution of the model and improves its performances, in particular in terms of forecasting.The aim of the research was to assess the usefulness of this additional soil moisture information. To this end, an approach has been suggested that gradually introduces additional information thanks to a constraint relationship between observed and modelled soil moisture. In fact, soil moisture can be calculated implicitly or explicitly by the model when extracting step-by-step the values of the model's store contents. This methodology was put forward for use in the European AIMWATER project on four catchments within the Seine River basin upstream of Paris (France). The other issue addressed in this paper was whether or not it is necessary to use a model that simulates explicitly the evolution of soil moisture at different depths. One can argue that if the model employed does not feature a store that can be identified closely to the observed soil moisture, there would be no possibility of benefiting from such measurements. On the other hand, it can be argued that if soil moisture is a model output, all the information drawn from soil moisture observations will be directed at improving this specific output at the expense of improving streamflow values. To answer this issue, two models were tested. The first model, GR4j, has no explicit counterpart for soil moisture measurements. The second one, GRHum, has been especially developed to introduce a two-layer soil reservoir that simulates the surface and sub-surface soil moisture.Since the aim of the present research was to analyse different ways of accounting for soil moisture, and to identify the one that offers the best prospects, several tests were carried out, using different relationships between observed and modelled soil moisture. Indeed, TDR probes give point measurements of soil moisture at several depths and several store contents can be taken into account in a constraint relationship.First, for both GR4j and GRHum models, tests showed that performances for flood forecasting are significantly improved when assimilating in situ measurements of soil moisture at a daily time-step, especially for the basins where poor simulations are obtained. It is also noteworthy that performances are very dependent on the items taken into account in a constraint relationship.Secondly, the GRHum model did not appear to be more efficient than the GR4j model when assimilating both streamflow and soil moisture data. However, the GRHum model gave the best results when assimilating only streamflow data, and superficial soil moisture seemed to fit the GRHum better than the GR4j model.Finally, although the tests required perfect foreknowledge of rainfall, the results of the research are encouraging from an operational point of view. Another interesting perspective is provided by the Earth Observation data. Indeed, previous studies have shown that soil moisture can be derived from EO data using, for example, microwave spaceborne Synthetic Aperture Radar (SAR) images (QUESNEY et al., 2000). This type of catchment-scale data could be more relevant than a local measure given by TDR probes (PAUWELS et al., 2002)

Analysis of TerraSAR-X data and their sensitivity to soil surface parameters over bare agricultural fields

International audienceCette recherche a pour objectif de mettre en évidence la contribution des capteurs haute résolution pour une meilleure caractérisation de la surface du sol et pour analyser les effets de la polarisation et de l'angle d'incidence radar. L'objectif de cet article est d'analyser la sensibilité des données haute résolution Terrassar-X sur des sols sans couverture végétale et d'étudier la variabilité spatiale. Les relations entre le coefficient de rétrodiffusion et les paramètres du sol seront étudiés grâce aux images (TerraSAR, Ikonos, SPOT) ainsi que grâce aux mesures de terrain recueillies pendant plusieurs campagnes de terrain en hiver et printemps 2008-2009. Ce travail a été mené sur le bassin de l'Orgeval (France). / Our research aims to show the contribution of high resolution spatial sensors for a better characterization of soil surface, and to analyze polarization effects and radar incidence angle. The objective of this paper is to analyze the sensitivity of very high resolution TerraSAR-X radar data taken over bare soils, and to study the spatial variability. The relationship between backscattering coefficient and soil's parameters (moisture, surface roughness, and texture) will be examined by means of satellite images (TerraSAR, Ikonos, SPOT), as well as ground truth measurements, recorded during several field campaigns in the winter and spring of 2008 and 2009. This study is carried out on Orgeval catchment (France)

Analysis of TerraSAR-X data sensitivity to bare soil moisture, roughness, composition and soil crust

Le comportement du signal radar TerraSAR-X en fonction des paramètres du sol (rugosité, humidité, structure) a été analysé sur des données 2009 et 2010. Les résultats montrent que la sensibilité du signal radar à l'humidité est plus importante pour des faibles incidences (25° en comparaison à 50°). Pour des fortes valeurs d'humidité, le signal TerraSAR-X est plus sensible à la rugosité du sol à forte incidence (50°). La forte résolution spatiale des données TerraSAR-X (1 m) permet de détecter la croûte de battance à l'échelle intra parcellaire. / Soils play a key role in shaping the environment and in risk assessment. We characterized the soils of bare agricultural plots using TerraSAR-X (9.5 GHz) data acquired in 2009 and 2010. We analyzed the behavior of the TerraSAR-X signal for two configurations, HH-25° and HH-50°, with regard to several soil conditions: moisture content, surface roughness, soil composition and soil-surface structure (slaking crust).The TerraSAR-X signal was more sensitive to soil moisture at a low (25°) incidence angle than at a high incidence angle (50°). For high soil moisture (N25%), the TerraSAR-X signal was more sensitive to soil roughness at a high incidence angle (50°) than at a low incidence angle (25°). The high spatial resolution of the TerraSAR-X data (1 m) enabled the soil composition and slaking crust to be analyzed at the within-plot scale based on the radar signal. The two loamy-soil categories that composed our training plots did not differ sufficiently in their percentages of sand and clay to be discriminated by the X-band radar signal.However, the spatial distribution of slaking crust could be detected when soil moisture variation is observed between soil crusted and soil without crust. Indeed, areas covered by slaking crust could have greater soil moisture and consequently a greater backscattering signal than soils without crust

Use of multi-sources 10-years quantitative precipitation estimation re-analyses in a lumped rainfall-runoff model

International audienceL'objectif principal de ce projet est de produire une base de donnée de référence couvrant une période de 10 ans pour l'estimation quantitative de lames d'eaux précipitées (LEP). L'objectif est d'utiliser de façon optimale l'ensemble des informations disponibles (radars, pluviomètres horaires et journaliers, données atellite....) afin d'obtenir la meilleure estimation possible de la pluie précipitée. La base de données résultante sera une série de LPE horaire, de 1km2, associée a une estimation des incertitudes sur l'ensemble du territoire français. Cela sera une référence commune pour les hydrologues, permettant des applications telles que le calage des paramètres de modèles, l'evaluation de la valeur ajoutée d'une entrée spatio-temporelle haute résolution pour les modèles hydrologiques ect... / This project main objective is to produce a 10-year reference database of Quantitative Precipitation Estimations (QPE). The objective is to make use optimally at any time of all the available information (radars, hourly and daily rain gauges, satellite data, etc) to obtain the best possible surface precipitation estimation. The resulting data base, will consist of hourly, 1km² gridded QPE and associated estimation uncertainties over the entire French territory. This will represent a common reference for hydrologists useful for various applications such as the calibration of the hydrological model parameters, the assessment of the the added value of high space-time resolution input for hydrological models, etc

Comment passer d'un modèle hydrologique à un système de prévision des crues? Ecueils liés à la structure des modèles et aux échelles d'espace et de temps

Les modèles hydrologiques Pluie Débit sont des outils très utiles pour la prévision des crues. À l'heure actuelle, il n'est pas possible d'utiliser directement les modèles de simulation pour effectuer une bonne prévision. Nous explorons ici les différences entre modèles de simulation et modèles de prévision. Puis nous examinons l'importance relative des informations apportées au modèle : dans le passé, les forçages climatiques et les dernières observations de débit ; dans le futur, les prévisions de précipitations. La question des échelles spatiales est ensuite abordée et les limites d'une approche globale sont discutées dans une perspective opérationnelle. / Rainfall Runoff models are very useful tools for flood forecasting. As of today, the direct use of simulation models is not possible to get accurate predictions especially when it concerns short-term forecasting. In this paper, we explore the main differences between simulation and forecasting models. Then we assess the relative importance of every information provided to the model: the past climatic forcing and the last observed discharges; the future precipitation scenarios. Spatial scales are also examined and the limits of a global forecasting approach for operational purposes are discussed

Neutrophil elastase plays a non-redundant role in remodeling the venular basement membrane and neutrophil diapedesis post ischemia/reperfusion injury.

Ischemia/reperfusion (I/R) injury is a severe inflammatory insult associated with numerous pathologies such as myocardial infarction, stroke and acute kidney injury. I/R injury is characterized by a rapid influx of activated neutrophils secreting toxic free radical species and degrading enzymes that can irreversibly damage the tissue, thus impairing organ functions. Significant efforts have been invested in identifying therapeutic targets to suppress neutrophil recruitment and activation post I/R injury. In this context, pharmacological targeting of neutrophil elastase (NE) has shown promising anti‐inflammatory efficacy in a number of experimental and clinical settings of I/R injury, and is considered a plausible clinical strategy for organ care. However, the mechanisms of action of NE, and hence its inhibitors, in this process is not fully understood. Here we conducted a comprehensive analysis of the impact of NE genetic deletion on neutrophil infiltration in four murine models of I/R injury as induced in the heart, kidneys, intestine and cremaster muscle. In all models, neutrophil migration into ischemic regions was significantly suppressed in NE‐/‐ mice as compared to wild‐type controls. Analysis of inflamed cremaster muscle and mesenteric microvessels by intravital and confocal microscopy revealed a selective entrapment of neutrophils within venular walls, most notably at the level of the venular basement membrane (BM) following NE‐deletion/pharmacological blockade. This effect was associated with the suppression of NE‐mediated remodeling of the low matrix protein expressing regions within the venular BM used by transmigrating neutrophils as exit portals. Furthermore, whilst NE deficiency led to reduced neutrophil activation and vascular leakage, levels of monocytes and pro‐healing M2 macrophages were reduced in tissues of NE‐/‐ mice subjected to I/R. Collectively our results identify a vital and non‐redundant role for NE in supporting neutrophil breaching of the venular BM post I/R injury but also suggest a protective role for NE in promoting tissue repai

Apport de la télédétection à la modélisation hydrologique

Different studies have shown how the soil moisture state influences the behaviour of the basin rainfall-runoff relationship. After being assimilated in hydrological models, this variable may improve outflow forecasting methods on agricultural river basin. Now, several surface parameters, like soil moisture, which allow to follow the soil water budget, may be inferred from space remote sensing. The present paper reports on an investigation in central Brittany (France) using radar and optical remotely sensed data. Ground truth data have been compared with ERS-1/SAR data at the basin scale. The results confirm the capability of monitoring surface soil moisture during the periods of low vegetation density with the space-borne ERS-1/SAR. The second aspect of the project is the development of an hy-drological model taking into account soil and vegetation cover to simulate soil moisture and outflows. The results of the simulation are generaly in good agreement with the measu-rements, the assimilation of combinated remote sensed data in the model is in progress in order to validate the methodology. The possibility of application of this methodology in operational hydrology is discussed. / Différentes recherches ont été menées sur le rôle de l'état hydrique des sols sur la réponse hydrologique des bassins versants. La connaissance de cette variable et de son évolution dans le temps représente une information de premier ordre qui peut être intégrée dans les modèles hydrologiques de prévision. Il est possible d'accéder à cette information par des observations faites par télédétection depuis l'espace. Cet article présente les résultats de recherches effectuées en Bretagne centrale avec les données du satellite ERS-1. La comparaison des mesures au sol avec les données radar concomitantes montre qu'à l'échelle du bassin versant, il existe une étroite corrélation entre les valeurs moyennes du signal radar et les mesures d'humidité du sol pendant la période de faible densité de végétation. Les premiers résultats obtenus avec un modèle simulant les débits à l'exutoire des bassins versants et l'humidité du sol sont présentés. On remarque une bonne concordance des résultats avec les mesures. On discute des possibilités d'as-similation des données de télédétection dans le modèle hydrologique pour aboutir à une méthodologie opérationnelle de prévision de débits

An interactive system for documentation and use of programs in hydrology

The paper describes tools developed for making interactive a large library of codes of hydrological interest and problems encountered. Many codes have not been thought in an interactive mind and it would be to expensive to rewrite them entirely. Besides, some codes with long times of execution can be interactive only in the entry of parameters coding option of treatments. A list of interactive facilities necessary for such purpose is given and it is shown how it can be met by improvement of a program dealing with a hierarchical documentation of software. The options of a program can often be represented by a tree, and interactive use of it consists in going through its menu-driven and answering questions, whereas going through all branches of the tree is equivalent to read the directions for use. So interactive facilities can be implemented by adding in the text of directions for use commands meaning interruption of reading/writing and activation of temporary updating. The problems induced in management of hierarchical data base are examined and it is investigated on practical case on which extent this framework is sufficient and which complementary tools are needed, specially when a greater initiative of user is required or for data management. / On présente les problèmes rencontrés et les moyens développés pour rendre conversationnelle une bibliothèque étendue de programmes utilisés en hydrologie. De nombreux programmes de cette bibliothèque n'ont pas été conçus pour être conversationnels et il serait trop coûteux de les reprendre entièrement. Par ailleurs, certains programmes ne peuvent être rendus entièrement conversationnels, leur temps d'exécution étant trop long. On ne rend alors conversationnelle que la partie concernant l'entrée des options de calcul. Pour cela on a établi un cahier des charges des besoins et nécessités conversationnels et présenté une solution dérivée d'un programme gérant une documentation hiérarchisée de logiciels. On peut représenter les options de calcul d'un programme par un arbre dont le parcours intégral constitue la documentation de ce programme et dont l'utilisation interactive consiste en un parcours guidé dans un menu et interrompu par la saisie de valeurs numériques. Les fonctions interactives peuvent être créées en ajoutant simplement dans la documentation des commandes suspendant le parcours et le détournant vers des commandes de mise à jour de la base de données hiérarchiques. On présente les problèmes rencontrés pour l'application de ce système aux logiciels d'un service de recherche en hydrologie. La structure arborescente s'est révélée suffisante pour traiter quelques cas concrets même si certaines améliorations pourront y être apportées notamment pour simplifier la tâche de l'utilisateur ainsi que pour la mise à jour de la base de données

Système conversationnel pour la documentation et l'utilisation de logiciels en hydrologie

On présente les problèmes rencontrés et les moyens développés pour rendre conversationnelle une bibliothèque étendue de programmes utilisés en hydrologie. De nombreux programmes de cette bibliothèque n'ont pas été conçus pour être conversationnels et il serait trop coûteux de les reprendre entièrement. Par ailleurs, certains programmes ne peuvent être rendus entièrement conversationnels, leur temps d'exécution étant trop long. On ne rend alors conversationnelle que la partie concernant l'entrée des options de calcul. Pour cela on a établi un cahier des charges des besoins et nécessités conversationnelles et présenté une solution dérivée d'un programme gérant une documentation hiérarchisée de logiciels. On peut représenter les options de calcul d'un programme par un arbre dont le parcours intégral constitue la documentation de ce programme et dont l'utilisation interactive consiste en un parcours guidé dans un menu et interrompu par la saisie de valeurs numériques. Les fonctions interactives peuvent être créées en ajoutant simplement dans la documentation des commandes suspendant le parcours et le détournant vers des commandes de mise à jour de la base de données hiérarchiques. On présente les problèmes rencontrés pour l'application de ce système aux logiciels d'un service de recherche en hydrologie. La structure arborescente s'est révélée suffisante pour traiter quelques cas concrets même si certaines améliorations pourront y être apportées notamment pour simplifier la tâche de l'utilisateur ainsi que pour la mise à jour de la base de données. (Résumé d'auteur