Comparison of catchment grouping methods for flow duration curve estimation at ungauged sites in France

The study aims at estimating flow duration curves (FDC) at ungauged sites in France and quantifying the associated uncertainties using a large dataset of 1080 FDCs. The interpolation procedure focuses here on 15 percentiles standardised by the mean annual flow, which is assumed to be known at each site. In particular, this paper discusses the impact of different catchment grouping procedures on the estimation of percentiles by regional regression models. <br><br> In a first step, five parsimonious FDC parametric models are tested to approximate FDCs at gauged sites. The results show that the model based on the expansion of Empirical Orthogonal Functions (EOF) outperforms the other tested models. In the EOF model, each FDC is interpreted as a linear combination of regional amplitude functions with spatially variable weighting factors corresponding to the parameters of the model. In this approach, only one amplitude function is required to obtain a satisfactory fit with most of the observed curves. Thus, the considered model requires only two parameters to be applicable at ungauged locations. <br><br> Secondly, homogeneous regions are derived according to hydrological response, on the one hand, and geological, climatic and topographic characteristics on the other hand. Hydrological similarity is assessed through two simple indicators: the concavity index (IC) representing the shape of the dimensionless FDC and the seasonality ratio (SR), which is the ratio of summer and winter median flows. These variables are used as homogeneity criteria in three different methods for grouping catchments: (i) according to an a priori classification of French Hydro-EcoRegions (HERs), (ii) by applying regression tree clustering and (iii) by using neighbourhoods obtained by canonical correlation analysis. <br><br> Finally, considering all the data, and subsequently for each group obtained through the tested grouping techniques, we derive regression models between physiographic and/or climatic variables and the two parameters of the EOF model. Results on percentile estimation in cross validation show that a significant benefit is obtained by defining homogeneous regions before developing regressions, particularly when grouping methods make use of hydrogeological information

Quantifying the physical alterations of river reaches using a regional river morphology reference model. A step towards river restoration.

River engineeringRiver habitat management and restoratio

Guide d'aide à l'implantation des zones tampons pour l'atténuation des transferts de contaminants d’origine agricole

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAUCe guide fournit les clés de compréhension pour l'implantation de zones tampons efficaces vis-à-vis de la réduction des transferts de contaminants d'origine agricole vers les milieux aquatiques récepteurs. Les problématiques traitées concernent les transferts hydriques de nitrates, de phosphore, de matières en suspension et de pesticides

Valorisation des jaugeages épisodiques pour l’estimation du débit de référence d’étiage QMNA5

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAUA method using sporadic measurement data to estimate the annual minimum monthly flow with a return period of 5 years QMNA5 is presented. This approach may complement the more traditional methods used to estimates low flow statistics at ungauged location (Riffard et al., 2012). This report contains the suggested developments, results obtained through cross validation and a discussion of the main results. The developed approach provides estimates of QMNA5 at a poorly gauged site by multiplying QMNA5 computed at a nearby gauging station by a scale coefficient k. The value of k is obtained through a log-linear regression fitted on synchronous flow measurements recorded at the poorly-gauged site and at the nearby station. A sensitivity analysis of the data collection strategy (including sensitivity to the number of spot gauging data) is carried out, allowing useful recommendations for operational service in charge of river flow monitoring. The results show that increasing the number of spot gauging data leads to a significant increase in the model performance until approximately 20 gauging data; the gain becomes limited afterwards. Moreover, performing several measurements the same year (i.e. the same low-flow period) does not significantly improve estimates, probably because of the intra-annual dependence of low-flow data. Even so, it remains possible to slightly increase the measurement frequency in order to shorten the duration of the gauging period without jeopardizing the model performance. Three measurements per year seem to be a good trade-off. The method is illustrated by a case study in the French Départment of Alpes de Haute-Provence. This application is performed in close collaboration with DREAL Provence-Alpes-Cote d’Azur.Ce rapport s’attache à exposer une méthode permettant la valorisation des données de jaugeage disponibles localement, en un point du réseau hydrographique (un « site cible »), en vue de l’estimation du débit mensuel minimum de période de retour 5 ans QMNA5. Cette approche vient ainsi en complément de méthodes mises en ½uvre pour fournir une estimation en sites non jaugés (Riffard et al., 2012). Le rapport contient tout d’abord des éléments techniques décrivant la méthode développée, les résultats obtenus et leur interprétation. La méthodologie retenue s’appuie sur l’ajustement d’une relation log-linéaire entre les débits jaugés au site cible et les débits observés à la même date au droit d’une station hydrométrique voisine (un « site d’appui »). Cette relation peut alors être utilisée pour estimer le QMNA5 au site d’intérêt à partir du QMNA5 connu au site d’appui. L’interprétation des résultats, obtenus au travers d’une démarche de simulation de campagnes de jaugeage en validation croisée, s’est ensuite essentiellement orientée vers une analyse des performances de la méthode en fonction de la stratégie de jaugeage adoptée au site cible permettant ainsi de proposer quelques recommandations à destination des services opérationnels pour optimiser la programmation de futures campagnes de mesure. Les résultats obtenus montrent que le gain de performance apporté par l’augmentation du nombre de jaugeages est sensible jusqu’à 20 mesures environ puis qu’il s’atténue au-delà. Parallèlement il apparaît que la réalisation de plusieurs jaugeages au cours d’une même année (i.e. au cours d’une même saison d’étiage) conduit à un gain de performance moins rapide en raison, semble-t-il, de la dépendance intra-annuelle des débits jaugés. Néanmoins les résultats indiquent qu’il est tout de même possible d'augmenter un peu la fréquence annuelle pour écourter la durée de suivi d’un site sans compromettre la performance de l’approche proposée. A cet égard la réalisation de trois jaugeages chaque année semble constituer le meilleur compromis. L’application de la méthode est ensuite illustrée à l’aide d’un exemple concret d’application mené à partir de données de jaugeage disponibles sur le bassin de l’Asse, situé dans le département des Alpes de Haute-Provence en collaboration avec la Direction Régionale de l'Environnement, de l'Aménagement et du Logement (DREAL) Provence-Alpes-Cote d’Azur

Cartographie des débits de référence : Interpolation des caractéristiques d’étiage

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAUCe rapport fait état des avancées en matière d’interpolation des débits caractéristiques d’étiage QMNA5 (quantile de débit mensuel minimal annuel sec de période de retour 5 ans) et VCN10(5) (quantile de débit moyen sur 10 jours minimal annuel sec de période de retour 5 ans) en France. Il contient tout d’abord des éléments techniques sur l’élaboration d’un jeu de stations de référence (stations hydrométriques considérées comme peu influencées par des perturbations d’origine anthropiques, dotées de chroniques suffisamment longues pour garantir une bonne estimation des statistiques d’étiage, mesures de bonne qualité et représentatives de la diversité des régimes hydrologiques rencontrés en France). A partir de ces données, une analyse statistique de 11 indices représentatifs de différents aspects du régime d’étiage est ensuite proposée puis interprétée pour fournir une caractérisation relativement grossière des régimes d’étiage à l’échelle nationale. Celle-ci a permis de disposer d’éléments pertinents pour une meilleure description des similitudes hydrologiques entre bassins instrumentés et a été exploitée pour la définition de voisinages adaptés à l’estimation par régression multiple des variables QMNA5 et VCN10(5) en site non jaugé. Ce travail d’estimation, passant par la comparaison de différentes approches, est présenté en détail et occupe une large partie de ce rapport. Finalement une cartographie des débits caractéristiques QMNA5 et VCN10(5) a été établie sur la base de la méthode fournissant les meilleurs résultats en validation croisée

Métamodélisation basée sur du krigeage avec variables qualitatives pour dimensionner des bandes enherbées dans un petit bassin versant

International audienc

Comparison of catchment grouping methods for flow duration curve estimation at ungauged sites in France

Moscow'Air-conscious Russians love this public parachute jump in Moscow.'Forman, H. Look magazine. Color photos from inside Russia.GrayscaleForman Nitrate Negatives, Box

Analyse des structures temporelles de pluies pour la définition de hyetogrammes en entrée de la chaine de dimensionnement des bandes tampons végétalisées BUVARD

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAUCe rapport décrit la méthode utilisée pour déterminer des hyétogrammes de pluie pour fournir en entrée à la chaîne d'outils de modélisation BUVARD de dimensionnement de bande enherbée. L'objectif de la méthode est de différencier les structures temporelles des événements pluvieux selon leur durée, la saison et la localisation géographique, en se basant sur des données et non plus sur des formes arbitraires d’événement de pluie. Ce travail s’appuie sur l’analyse des observations à pas de temps fin réalisées par quatre postes pluviométriques jugés représentatifs de quatre grandes zones climatiques sur la France métropolitaine + Corse

Guide d'utilisation de l'outil BUVARD pour le dimensionnement des bandes tampons végétalisées destinées à limiter les transferts de pesticides par ruissellement

The BUVARD tool (Attenuation and Pesticide Retention Design tool) has been developed to allow the design of grass strips designed to mitigate the transfer of pesticides by runoff between farm plots and aquatic environments. It is based on a modeling chain developed by Irstea in recent years. This guide constitutes the instructions for use of the BUVARD tool in full version. It is essential for the proper handling of the tool, especially during the first use. The first two sections are devoted to presenting the dimensioning process, the associated reasoning and the tools mobilized to do so (sections 1 and 2). The following sections describe how to use the tool itself: the architecture and operation of the program (section 3); the parameterization (section 4). Finally, a part devoted to the interpretation of the results (section 5) is proposed to help the user to determine an optimal sizing among several scenarios, according to the desired objective. In some cases, it may guide the reflection to other more favorable locationsL'outil BUVARD (BUffer strip runoff Attenuation and pesticide Retention Design tool) a été développé pour permettre le dimensionnement de bandes enherbées destinées à atténuer les transferts de pesticides par ruissellement entre les parcelles agricoles et les milieux aquatiques. Il s'appuie sur une chaine de modélisation développée par Irstea au cours des dernières années Le présent guide constitue la notice d'utilisation de l'outil BUVARD en version complète. Il est indispensable à la bonne manipulation de l'outil, notamment lors des premières utilisations. Les deux premières parties sont consacrées à présenter la démarche de dimensionnement, le raisonnement associé ainsi que les outils mobilisés pour ce faire (sections 1‎1 et 2‎2). Les parties suivantes présentent les modalités d'utilisation de l'outil proprement dites : l'architecture et le fonctionnement du programme (section 3‎3) ; le paramétrage (section 4‎4).Enfin, une partie consacrée à l'interprétation des résultats (section 5‎5) est proposée pour aider l'utilisateur à déterminer un dimensionnement optimal parmi plusieurs scénarios, selon l'objectif recherché, voire orienter la réflexion vers d'autres choix d'implantation plus favorables

Guide pour l’évaluation de la vulnérabilité intrinsèque aux transferts hydriques de contaminants d’origine agricole dans le cas d’une Aire d’Alimentation de Captage à transferts mixtes - Présentation de la méthode et exemple d’application

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAUThis guide presents a method to assess the vulnerability of water catchment areas to agricultural pollutants hydric transfers. In particular, this method allows to deal with the case of water catchment areas where "mixed transfers" (both subterranean and superficial transfers) are observed. After reminding the way to identify and delineate water catchment areas where "mixed transfers" are observed, this guide presents in detail the proposed method. A second part is dedicated to the presentation of a typical study case at the scale of a water catchment area to illustrate how to apply the method in practice.Ce guide présente une méthode destinée à évaluer la vulnérabilité intrinsèque des captages vis-à-vis des transferts hydriques de contaminants d’origine agricole, qu’ils soient souterrains ou superficiels. La méthode permet ainsi d’aborder le cas des captages à « transferts mixtes » pour lesquels il n’existait pas de solution satisfaisante pour évaluer la vulnérabilité. Après un rappel concernant l’identification et la délimitation d’une Aire d’Alimentation de Captage à transferts mixtes, ce guide donne le détail de la méthode proposée. Une seconde partie est consacrée à la présentation d’un cas d’étude type à l’échelle d’une Aire d’Alimentation de Captage, tel qu’il pourrait être mené par un chargé d’étude