Hydrology modelling R packages: a unified analysis of models and practicalities from a user perspective

Following the rise of R as a scientific programming language, the increasing requirement for more transferable research, and the growth of data availability in hydrology, R packages containing hydrological models are becoming more and more available to hydrologists. Corresponding to the core of the hydrological studies workflow, their value is increasingly meaningful regarding the reliability of methods and results. Despite package and model distinctiveness, no study has ever 5 provided a comparison of R packages for conceptual rainfall-runoff modelling from a user perspective, contrasting their philosophy, model characteristics and ease of use. We have selected eight packages based on our ability to consistently run their models on simple hydrology modelling examples. We have uniformly analysed the exact structure of seven of the hydrological models integrated in these R packages in terms of conceptual storages and fluxes, spatial discretisation, data requirements and output provided. The analysis showed that very different modelling choices are associated with these packages, which emphasises various hydrological concepts. These specificities are not always sufficiently well explained by the package documentation. Therefore a synthesis of the package functionalities was performed from a user perspective. This synthesis helps inform selection of what packages could/should be used depending on the problem at hand. In this regard, technical features, documentation, R implementations and computational times were investigated. Moreover, by providing a framework for package comparison, this study is a step forward towards supporting more transferable and reusable methods and results for hydrological modelling in R

Expertise sur le calcul du module au droit de la centrale hydroélectrique Cabillon (Pyrénées-Atlantiques)

The Departmental Directorate of Territories and the Sea (DDTM) of the Pyrénées-Atlantiques asked Irstea for an expert opinion in the context of a dispute with SARL salmonicole Cabillon in Banca concerning the estimation of the average flow at the catchment area of the Cabillon hydroelectric power plant, located on the Nive des Aldudes, in order to estimate the flow reserved at this level. This watercourse is not gauged at the power station, but more downstream at the Saint-Etienne-de-Baïgorry station. The expertise focused on two main points: the choice of the period and data used to calculate the average flow at the Saint-Etienne-de-Baïgorry station, and the method for transposing this average flow to the ungauged Cabillon site.La Direction départementale des territoires et de la mer (DDTM) des Pyrénées-Atlantiques a demandé à Irstea une expertise dans le cadre d'un contentieux avec la SARL salmonicole Cabillon à Banca, au sujet de l'estimation du débit moyen au droit de la prise de la centrale hydroélectrique de Cabillon, située sur la Nive des Aldudes, en vue de l'estimation du débit réservé à ce niveau. Ce cours d'eau n'est pas jaugé au niveau de la centrale, mais plus à l'aval à la station de Saint-Etienne-de-Baïgorry. L'expertise a porté essentiellement sur deux points : le choix de la période et des données utilisées pour le calcul du débit moyen à la station de Saint-Etienne-de-Baïgorry, et la méthode de transposition de ce débit moyen sur le site non jaugé de Cabillon

La loutre (<i>Lutra lutra</i> Linnaeus, 1758) en Belgique : une espèce mal-aimée et malmenée (19<SUP>e</SUP>-début 20<SUP>e</SUP> siècles)

Les données anciennes suggèrent que la loutre (Lutra lutra Linnaeus, 1758) était autrefois une espèce très largement répandue en Belgique. La chasse qui lui a été faite, favorisée par un système de primes, a largement participé au déclin de l’espèce. Les tableaux des statistiques de chasse, publiés dans les anciennes revues de pêche, montrent l’importance des prélèvements au sein des populations alors en place. Ces anciens témoignages montrent également la dureté avec laquelle cette espèce a été combattue à la fin du 19e siècle et les moyens mis en œuvre pour y parvenir. Dans le cadre d’une politique de repeuplement des cours d’eau, la loutre, considérée alors comme un véritable fléau nuisant à la ressource piscicole, a été pourchassée à travers tout le pays. À ce premier facteur de raréfaction de l’espèce, il faut en ajouter un second lié plus particulièrement à la pollution des cours d’eau. En effet, au cours de cette même période, le développement de nombreuses industries, principalement installées le long des cours d’eau, a fait disparaître une part importante de l’habitat et des ressources alimentaires nécessaires à l’espèce. À l’heure actuelle, on considère la loutre comme quasiment éteinte sur tout le territoire et bien que quelques individus soient régulièrement signalés, les conditions permettant le retour de cette espèce dans les rivières belges ne sont pas encore tout à fait réunies.</p

Cypref. Préférences d'habitats des cyprinidés

Ce rapport fait état de l’avancement de recherches sur des préférences d’habitats des cyprinidés dans les hydrosystèmes d’eaux courantes. En regard de leur importance sur la répartition locale des poissons dans la mosaïque des habitats, la hauteur d’eau (HW) et la vitesse du courant (V) sont les variables environnementales qui ont été retenues pour la construction des modèles mathématiques. Ce travail porte sur 44 espèces de poissons (85 288 individus), pêchés dans 9 cours d’eau. Les données ont été recueillies conjointement par le Cemagref (UR BELY, HBAN et HYAX), le CSP, ECOTEC et l’Université de Marseille I, depuis 1989.Dans le cadre du projet Cypref, le logiciel 5M7, couplé au logiciel HydroSignature, a été développé par l’UR HYAX. Il permet actuellement de calculer les trajectoires d’un ensemble de cyprinidés dans l’espace (HW,V,Longueur Totale) et de manipuler des données habitats hydrauliques - poissons à partir d’une base de données de pêches par ambiances. Le logiciel permet de calculer des coefficients bivariés (HW,V) pour chaque classe hydraulique de la grille des hydrosignatures. Selon les modèles utilisés, il calcule, soit des coefficients de préférences, soit des coefficients d'occupation. Les coefficients d'occupation peuvent être utilisés pour effectuer des changements d'échelles et propager les résultats d'échantillonnages au tronçon – sous réserve de ne pas extrapoler des résultats en dehors de l'enveloppe de l'hydrosignature des ambiances pêchées.L’étude montre que la modélisation mathématique habitat-poisson des grands individus s'avère délicate, car ils sont naturellement peu représentés au sein de la distribution en classes de tailles. Une sous estimation systématique de la vitesse moyenne de courant préférée peut être suspectée.Par ailleurs, il a été montré que les relations hauteurs-vitesses-longueurs varient sensiblement d'une rivière à l'autre et qu'elles s'échelonnent selon les gradients de hauteurs et de vitesses moyennes échantillonnées

Recoupement des données sur les bassins versants : comment R peut fournir des outils essentiels pour le développement de modèles de prévision des crues

International audienceHydrologists seek to better understand the processes involved in catchment response during floods using hydrological models. Model development requires databases combining hydrological, climatic and physical data. Large catchment databases have been developed at Irstea (Antony, France) over the last 30 years. Recently, a project to automate the construction of these databases was launched. The automated processing chain was developed in R and includes four main steps: - the automatic delineation of catchments boundaries from a digital elevation model by coupling R with GRASS GIS (rgrass7 package) and FORTRAN codes - the estimation of climate inputs at the catchment-scale by crossing catchment boundaries and climatic grids (raster package) - the use of a "shiny" interface including dynamic leaflet maps and real time upstream drainage basins to ease the expertise on the exact location of hydrometric stations - the production of synthetic sheets cross-referencing various hydrological, topographical and climatic data at the basin scale with dynamic graphs (dygraphs package) and static graphics (available at http://webgr.irstea.fr/activites/base-de-donnees/) This presentation will show how the developments made in R and existing packages were combined and implemented for building a large database at the national scale for research and operational applications in hydrology