A Comparison of Methods for Streamflow Uncertainty Estimation

International audienceStreamflow time series are commonly derived from stage-discharge rating curves, but the uncertainty of the rating curve and resulting streamflow series are poorly understood. While different methods to quantify uncertainty in the stage-discharge relationship exist, there is limited understanding of how uncertainty estimates differ between methods due to different assumptions and methodological choices. We compared uncertainty estimates and stage-discharge rating curves from seven methods at three river locations of varying hydraulic complexity. Comparison of the estimated uncertainties revealed a wide range of estimates, particularly for high and low flows. At the simplest site on the Isère River (France), full width 95% uncertainties for the different methods ranged from 3 to 17% for median flows. In contrast, uncertainties were much higher and ranged from 41 to 200% for high flows in an extrapolated section of the rating curve at the Mahurangi River (New Zealand) and 28 to 101% for low flows at the Taf River (United Kingdom), where the hydraulic control is unstable at low flows. Differences between methods result from differences in the sources of uncertainty considered, differences in the handling of the time-varying nature of rating curves, differences in the extent of hydraulic knowledge assumed, and differences in assumptions when extrapolating rating curves above or below the observed gaugings. Ultimately, the selection of an uncertainty method requires a match between user requirements and the assumptions made by the uncertainty method. Given the significant differences in uncertainty estimates between methods, we suggest that a clear statement of uncertainty assumptions be presented alongside streamflow uncertainty estimates

Recalculation of historical streamflow series. Impact assessment and valorization

Rating curves used to calculate discharge from water level must be extrapolated beyond the range of measured discharges, due to the difficulty of measuring flood discharge. This induces large uncertainties and the flood discharge series can be unreliable. This paper presents a methodology to update and correct historical flood flows, so as to propose homogeneous and less biased data. The benefit of using hydraulic modeling is discussed. This methodology is applied to a large sample of hydrometric stations of the EDF (Electricité De France) network, and the impact on peak flows deviations is analyzed

Réanalyse des chroniques patrimoniales de débit. Évaluation de l'impact et valorisation

L'archivage d'une série de débit en base de données à l'issue d'une phase de validation et de critique est souvent considéré par l'hydromètre comme l'étape finale du processus de production de données. Cependant, lors de la valorisation ultérieure de ces données dans le cadre d'études hydrologiques, de nouveaux éléments de connaissance relatifs à la station hydrométrique (jaugeages haut débit, modélisation hydraulique, etc.) peuvent être disponibles et conduire à se réinterroger sur la nécessité d'actualiser le calcul des débits via la mise à jour des courbes de tarage. De même, une mise en perspective historique des différentes pratiques des producteurs de données met en évidence une hétérogénéité dans le processus d'élaboration des données. La présente communication propose une méthodologie pour réanalyser les chroniques patrimoniales de débit, de manière à proposer des séries homogènes et moins biaisées. Cette méthodologie est ensuite appliquée à un échantillon de 60 stations hydrométriques. Il ressort de cette étude qu'aucune tendance nette n'est mise en évidence sur les écarts en volume et en crue entre les séries réanalysées et les séries historiques, mais des corrections peuvent néanmoins être sensibles dans certains cas. Un cas d'application est enfin détaillé pour mettre en évidence les impacts potentiels de la réanalyse des chroniques de débit sur la détermination des débits extrêmes. En perspectives, une réflexion peut être menée sur le rôle du producteur de données vis-à-vis de l'hydrologue utilisant ces données, sur l'intérêt d'inscrire ces réanalyses de chroniques dans une démarche pérenne et systématique. La question de la valorisation et la traçabilité de telles études est également posée

La variabilité en fonction du temps des relations hauteur débit. Sa prise en compte dans l'estimation des incertitudes des données hydrométriques par une méthode tabulée

La démarche engagée depuis plusieurs années par la communauté des hydromètres pour quantifier les incertitudes associées au processus d'élaboration des données de débit mériterait de trouver des applications opérationnelles. La présente étude incite notamment les gestionnaires des stations hydrométriques à mieux valoriser les jaugeages effectués en systématisant la démarche de précision du modèle de courbe de tarage. Les auteurs proposent ensuite une démarche simplifiée de quantification de l'incertitude associée à une valeur de débit prédite par une courbe de tarage à partir du calcul de l'écart type des écarts en pour cent des jaugeages à la courbe de tarage et d'une tabulation en fonction des quantiles de débits observés. Elle s'appuie sur une démarche classique d'identification des sources d'incertitude et de leur propagation. Cette méthode permet de proposer une estimation de l'incertitude observée en moyenne sur les stations françaises pour la médiane des débits observés. On propose la formulation suivante : pour 45 à 55 % des stations françaises, la valeur la plus probable de l'incertitude au seuil de confiance de 95 % pour le quantile 50 % des débits observés en France est inférieure à 22 %

A comparison of methods for streamflow uncertainty estimation

Streamflow time series are commonly derived from stage-discharge rating curves, but theuncertainty of the rating curve and resulting streamflow series are poorly understood. While differentmethods to quantify uncertainty in the stage-discharge relationship exist, there is limited understanding ofhow uncertainty estimates differ between methods due to different assumptions and methodologicalchoices. We compared uncertainty estimates and stage-discharge rating curves from seven methods at threeriver locations of varying hydraulic complexity. Comparison of the estimated uncertainties revealed a widerange of estimates, particularly for high and low flows. At the simplest site on the Isère River (France), fullwidth 95% uncertainties for the different methods ranged from 3 to 17% for median flows. In contrast,uncertainties were much higher and ranged from 41 to 200% for high flows in an extrapolated section of therating curve at the Mahurangi River (New Zealand) and 28 to 101% for low flows at the Taf River (UnitedKingdom), where the hydraulic control is unstable at low flows. Differences between methods result fromdifferences in the sources of uncertainty considered, differences in the handling of the time-varying nature ofrating curves, differences in the extent of hydraulic knowledge assumed, and differences in assumptionswhen extrapolating rating curves above or below the observed gaugings. Ultimately, the selection of anuncertainty method requires a match between user requirements and the assumptions made by theuncertainty method. Given the signi ficant differences in uncertainty estimates between methods, we suggestthat a clear statement of uncertainty assumptions be presented alongside streamflow uncertainty estimates

Tempête Alex du 2 octobre 2020 dans les Alpes-Maritimes : une contribution de la communauté scientifique à l’estimation des débits de pointe des crues

International audienceThe Alex storm caused particularly catastrophic floods in the Roya, Tinée and Vésubie valleys(south-eastern France) on 2 October 2020. This event will certainly serve as a reference for floodrisk management in the future and it is important to document it as far as possible, in order topreserve its memory and enable further studies. Different national services and operators havebeen involved to gather and consolidate datasets describing this event. This article presentsa contribution from the scientific community to the reconstruction of the event’s peakdischarges, conducted within the HyMeX research programme. Field cross section surveysmade it possible to obtain 32 peak discharge estimates, contributing to a detailed descriptionof the flood genesis on the main rivers and their small tributarieLa tempête Alex, qui a touché le 2 octobre 2020 les vallées de la Roya, la Tinée, et la Vésubiedans les Alpes-Maritimes, constitue un événement de référence qu’il est important de docu-menter au mieux pour en conserver la mémoire et permettre son étude ultérieure. Lesdifférents services et opérateurs de l’État se sont largement mobilisés pour acquérir et regrou-per des jeux de données décrivant cet événement. Cet article présente une contribution de lacommunauté scientifique à la reconstitution des débits de pointe des crues, conduite dans lecadre du programme de recherche HyMeX. Des relevés de sections d’écoulement ont permisd’obtenir 32 estimations de débits de pointe, contribuant à la connaissance des crues obser-vées sur les cours d’eau principaux et leurs petits affluents