Analyse fréquentielle régionale des précipitations journalières maximales annuelles au Québec,Canada / Regional frequency analysis of annual maximum daily precipitation in Quebec,Canada

Abstract

Abstract A complete regional analysis of daily precipitations is carried out in the southern half of the province of Quebec, Canada. The first step of the regional estimation procedure consists of delineating the homogeneous regions within the area of study and testing for homogeneity within each region. The delineation of homogeneous regions is based on using L-moment ratios. A simulation-based testing of statistical homogeneity allows one to verify the inter-site variability. The second step of the procedure deals with the identification of the regional distribution and the estimation of its parameters. The General Extreme Value (GEV) distribution was identified as an appropriate parent distribution. This distribution has already been recommended by several previous research studies for regional frequency analysis of precipitation extremes. The parameters of the GEV distribution are estimated based on the computation of the regional L-CV, L-C_S and the mean of annual maximal daily precipitations. The third step consists of the estimation of precipitation quantiles corresponding to various return periods. The final procedure allows for the estimation of these quantiles at sites where no precipitation information is available. The use of a jack-knife resampling procedure with data from the province of Quebec allows one to demonstrate the robustness and efficiency of the regional estimation procedure. Values of the root mean square error were below 10% for a return period of 20 years, and 20% for a return period of 100 years.     

Probability distribution type of Canadian annual minimum streamflow / Type de distribution de probabilité du débit minimum annuel au Canada

Abstract

The method of L-moment ratio diagrams along with the averaged weighted distance (AWD) is applied to identify a probability distribution of annual minimum streamflow, namely annual minimum daily streamflow in 11 climatic regions of Canada. Across the entire country, the Pearson type III probability distribution is an acceptable distribution for describing annual minimum streamflow with the 3-parameter lognormal and log Pearson type III distributions as potential candidates. Some minor differences in the probability distribution type among different climatic regions are also observed, which may be taken into account in the selection of the distribution type of annual minimum streamflow.     

ON THE THEORY OF EVOLUTION OF RIVER NETS

Abstract

An investigation is made of the growth of river basins based on the two current models of the structure of such basins: the cyclic model and the random-graph model. Based on the assumption that the networks grow allometrically, the structure of the network that evolves has been calculated based upon the above two models. Nature seems to favor the random-graph model.     

Hydrological extremes in a southwestern Ontario river basin under future climate conditions/Extrêmes hydrologiques dans un basin versant du sud-ouest de l'Ontario sous conditions climatiques futures

Abstract

The global climate change may have serious impacts on the frequency, magnitude, location and duration of hydrological extremes. Changed hydrological extremes will have important implications on the design of future hydraulic structures, flood-plain development, and water resource management. This study assesses the potential impact of a changed climate on the timing and magnitude of hydrological extremes in a densely populated and urbanized river basin in southwestern Ontario, Canada. An ensemble of future climate scenarios is developed using a weather generating algorithm, linked with GCM outputs. These climate scenarios are then transformed into basin runoff by a semi-distributed hydrological model of the study area. The results show that future maximum river flows in the study area will be less extreme and more variable in terms of magnitude, and more irregular in terms of seasonal occurrence, than they are at present. Low flows may become less extreme and variable in terms of magnitude, and more irregular in terms of seasonal occurrence. According to the evaluated scenarios, climate change may have favourable impacts on the distribution of hydrological extremes in the study area.     

Flood events and flood risk assessment in relation to climate and land-use changes: Saint-François River,southern Québec,Canada

Abstract

In the current context of climatic variability, it is important to quantify the impact on the environment. This study deals with an analysis of climatic data and land-use changes in terms of the impacts on flood recurrence based on multisource data. The study area covers the mouth of the Saint-François River (southern Québec, Canada), where spring floods and ice jams are a recurring problem. The flood frequency analysis shows an increase in flooding over recent decades, attributable to an increase in winter temperatures that has the effect of causing ice jams earlier in the year. Regarding land-use changes, a small decrease in agricultural surface areas is observed, from 53% to 39%, along with increases in forest and urban surface areas from 27% to 38% (forest) and 3% to 5% (urban) between 1928 and 2005. In a context of continuing climate warming, more pronounced inter-annual variations are to be expected along with a higher incidence of flooding.

Editor Z.W. Kundzewicz

Citation Ouellet, C., Saint-Laurent, D. and Normand, F., 2012. Flood events and flood risk assessment in relation to climate and land-use changes: Saint-François River, southern Québec, Canada. Hydrological Sciences Journal, 57 (2), 313–325.     

Courbes Intensité–Durée–Fréquence (IDF): comparaison des estimateurs des durées partielles et des maximums annuels

Résumé

Cette étude compare, pour la région sud du Québec (Canada), différents estimateurs des courbes intensité–durée–fréquence (IDF) basés sur les séries de durées partielles (SDP) et sur celles des maximums annuels (SMA). Deux modèles ont été considérés pour les SMA, le premier utilisant un paramètre local (SMA-1), et le second utilisant deux paramètres locaux (SMA-2). Pour les SDP, les séries ont été construites en fixant, d'une part, un seuil régional (SDP-1) et, d'autre part, le nombre moyen régional de dépassements du seuil (SDP-2). Les quantiles et les intervalles de confiance à 90% des différents modèles ont été estimés et comparés. Le modèle SDP-1 a été finalement retenu puisque, d'après la littérature, il conviendrait à une région comme celle sous étude dont l'hétérogénéité est raisonnable. Par ailleurs, le modèle SDP-1 reproduit relativement bien les quantiles et probabilités empiriques. Les quantiles générés, à chaque site, par ce modèle régional sont comparés à ceux obtenus à partir d'un modèle SDP local.

Citation Kingumbi, A. & Mailhot, A. (2010) Courbes Intensité–Durée–Fréquence (IDF): comparaison des estimateurs des durées partielles et des maximums annuels. Hydrol. Sci. J. 55(2), 162–176.     

Evolution récente des paramètres cryo-climatiques et des teneurs isotopiques des précipitations dans les Andes Boliviennes: La Paz et Glacier du Zongo

Résumé

A proximité de La Paz, Bolivie, les indicateurs marquants de la tendance climatique sont: (a) une augmentation de la température de ré-analyse à 500 hPa de 0.017°C an^-1 entre 1973 et 2004; (b) à la station météorologique Laïca Cota, entre 1995 et 2004, une élévation de la température de 0.03°C an^-1 et une diminution de l'humidité relative de 0.6 % an^-1; et (c) une augmentation du δ¹⁸O des précipitations de 0.26‰ an^-1 et de leur excès en deutérium de 0.1‰ an^-1. Une des principales conséquences de cette tendance est un recul du front du Glacier Zongo de 12 m an^-1 entre 1991 et 2004 (réduction de 2% par an des surfaces glaciaires de 1997 à 2004: 1.84 km² en 2004). L'analyse temporelle concomitante des données montre que la variabilité des conditions ENSO a des conséquences en phase à l'échelle infra-annuelle pour la température, l'humidité relative, la précipitation, le bilan glaciaire, et des conséquences en déphasage, sur des périodes dépassant l'année, pour le rapport isotopique des précipitations andines.     

Choice of reliability,resilience and vulnerability estimators for risk assessments of water resources systems / Choix d’estimateurs de fiabilité, de résilience et de vulnérabilité pour les analyses de risque de systèmes de ressources en eau

Abstract

Abstract Definitions and estimators of water resources system reliability (the probability that the system will remain in a non-failure state), resilience (the ability of the system to return to non-failure state after a failure has occurred) and vulnerability (the likely damage of a failure event) have been thoroughly investigated. A behaviour analysis addressing monotonic behaviour, overlap and correlation between the estimators was carried out by routing time series of monthly runoff through a reservoir with a specified storage volume that is operated according to a fixed operation policy. Estimation based on historical time series is shown to be problematic and a procedure encompassing generation of synthetic time series with a length of at least 1000 years is recommended in order to stabilize the estimates. Moreover, the strong correlation between resilience and vulnerability may suggest that resilience should not be explicitly accounted for.     

Etude géophysique et hydrogéologique du site minier abandonné de Kettara (région de Marrakech,Maroc): contribution au projet de réhabilitation

Résumé

Les rejets sulfurés de la mine abandonnée de Kettara, située à 30 km au Nord-Nord-Ouest de Marrakech, sont directement entreposés sur un substratum schisto-gréseux fracturé. D'une superficie d'environ 16 ha, ils constituent une réelle source de pollution pour l'écosystème local en particulier à cause du Drainage Minier Acide (DMA) vers les eaux de surface et de la nappe phréatique. Le projet de réhabilitation du site minier de Kettara prévoit dans l'un de ses axes de minimiser l'effet DMA par neutralisation à l'aide de dépôts stériles riches en carbonates issus de l'extraction des phosphates de la mine de Youssoufia voisine. Ces derniers seront utilisés à la fois comme amendement des rejets miniers acides et comme couverture évapo-transpirante (barrière capillaire). Notre étude a permis d'une part, de mieux appréhender la nature et la structure du parc à résidus et de son substratum et d'autre part, de caractériser l'impact de ces résidus sur la qualité des ressources en eau souterraine. Les résultats issus de cette étude vont contribuer à la réussite du projet de réhabilitation du site.

Editeur Z.W. Kundzewicz

Citation Lghoul, M., Kchikach, A., Hakkou, R., Zouhri, L., Guerin, R., Bendjoudi, H., Teíxido, T., Antonio Penã, J., Enriqué, L., Jaffal, M. et Hanich, L., 2012. Etude géophysique et hydrogéologique du site minier abandonné de Kettara (région de Marrakech, Maroc): contribution au projet de réhabilitation. Hydrological Sciences Journal, 57 (2), 370–381.     

Cartographie de l’érosion dans le bassin versant de l’Oued Mina en Algérie par télédétection et SIG

Résumé

Dans cette étude, on a fait appel à la télédétection et aux systèmes d’information géographiques (SIG) pour évaluer et cartographier l’érosion hydrique en utilisant l’équation universelle des pertes en sol USLE dans le bassin versant de l’Oued Mina en Algérie. Ce bassin est caractérisé par une grande irrégularité dans les précipitations, une forte pente, une lithologie essentiellement marneuse et une couverture végétale très faible ce qui le rend très vulnérable à l’érosion. L’USLE est la combinaison de six facteurs spécifiques qui décrivent les caractéristiques du bassin versant. Les données de télédétection multi-temporelles et les SIG sont utilisés pour évaluer et cartographier chaque facteur individuellement. L’intégration des cartes thématiques des facteurs du modèle USLE dans le SIG permet de cerner l’impact de chaque facteur dans les pertes en sol, de classer par importance relative les zones d’érosion, et de quantifier les pertes en sol dans le bassin.

Editeur Z.W. Kundzewicz

Citation Toumi, S., Meddi, M., Mahé, G., et Brou, Y.T., 2013. Cartographie de l’érosion dans le bassin versant de l’Oued Mina en Algérie par télédétection et SIG. Hydrological Sciences Journal 58 (7), 1542–1558.     

Soil moisture assessment in the alluvial basins associated with seismic activity of northwest Anatolia,Turkey, using Landsat TM/ETM satellite imagery / Estimation de l’humidité du sol associée à l’activité sismique dans les bassins alluviaux du nord-ouest de l’Anatolie (Turquie) par l’imagerie satellitaire Landsat TM/ETM

Abstract

Abstract The aim of this study is to detect seasonal surface temperature changes and to estimate soil moisture conditions based on the evaporative cooling principle of damp ground in the alluvial basins of northwest Anatolia, Turkey, using Landsat TM/ETM data. According to analysis of satellite sensor data acquired on different dates, soil moisture is greatest in the spring season in the basins. Soil moisture decreases toward the summer and autumn. The 17 August 1999 earthquake occurred in the high surface temperature (low soil moisture) period, and the 12 November 1999 earthquake occurred in the low surface temperature (high soil moisture) period. It is possible to conclude that the urban-rural settlements and industrial developments on the loose deposits of the Adapazari, ?zmit and Düzce depressions have been affected by the seasonal changes in the local ground conditions.     

Identification of homogeneous regional classes for flood frequency analysis in the light of regional taxonomy / Identification de classes régionales homogènes pour l'analyse fréquentielle des crues à la lumière d'une taxinomie régionale

Abstract

The paper analyses delineation of hydrological regional classes in the light of regional taxonomy. A brief review of terminological and methodological aspects of regional taxonomy is outlined. The analysis of identification of hydrological regional classes from the point of view of the definition of the basic spatial unit, formulation of the regional taxonomic problem and evaluation of the hydrological response of the physical regional classes is then followed. A more detailed delineation of physical regional classes and a marked separation concerning their hydrological response are achieved if the basic spatial unit is defined as a small basin. Formulation of a hydrological regionalization or regional typification by means of problems defined in regional taxonomy can remove ambiguous and inconsistent features in identifying regional classes. The physical regional classes formed for the purpose of regional flood frequency analysis are considered as regional also from the hydrological point of view only if they satisfy both conditions of intra-class similarity and of inter-class dissimilarity regarding the hydrological attributes.     

Les réseaux de neurones et la régression multiple en prédiction de l’érosion spécifique: cas du bassin hydrographique Algérois-Hodna-Soummam (Algérie)

Résumé

Dans ce travail, des modèles de prévision de l’érosion spécifique des bassins versants en insuffisance voire en absence de jaugeages ont été élaborés, en fonction des paramètres climatiques, hydromorphométriques et de la couverture végétale, au droit des sites de barrages et retenues collinaires dans le bassin très érodé qu’est l’Algérois-Hodna-Soummam. Les paramètres régissant l’érosion ont été soigneusement sélectionnés sur la base d’une recherche bibliographique et regroupés en deux catégories distinctes par le biais de l’analyse en composantes principales. Deux méthodes statistiques ont été appliquées: la première, basée sur la régression multiple et la deuxième sur les réseaux de neurones artificiels. Des résultats très satisfaisants sont obtenus en testant, par validation croisée, la validité du modèle neuronal composé de: lame écoulée, densité de drainage, pente moyenne du bassin et précipitation moyenne annuelle comme variables d’entrées avec un coefficient de détermination de 0,81 et une erreur quadratique moyenne de 0,19.

Editeur Z.W. Kundzewicz; Editeur associé G. Mahé

Citation Salhi, C., Touaibia, B., et Zeroual, A., 2013. Les réseaux de neurones et la régression multiple en prédiction de l’érosion spécifique: cas du bassin hydrographique Algérois-Hodna-Soummam (Algérie). Hydrological Sciences Journal, 58 (7), 1573–1580.     

Influences of coupled wind–water processes on suspended sediment grain size: an example from tributaries of the Yellow River / Influences de processus couplés éoliens-hydriques sur la granulométrie des matières en suspension: exemple d'affluents du Fleuve Jaune

Abstract

Some unique coupled wind–water erosion processes exist in the desert-loess transitional zone in the middle Yellow River basin. Based on data from 40 stations on 29 rivers, a study was made on the influence of such processes on suspended sediment grain-size characteristics of the tributaries of the Yellow River. Results show that the percentage of >0.05-mm grain size decreases with the increased annual mean precipitation, but increases with the increase in the annual mean number of sand-dust storm days. The percentage of <0.01-mm grain size increases with the increase in the annual mean precipitation, but decreases with the increase in the annual number of sand-dust storm days. Based on annual mean data from 40 stations, multiple regression equations were established between the percentages of >0.05-mm grain size (r _>0.05) and <0.01-mm grain size (r _<0.01), annual mean precipitation (P _m) and annual mean number of sand-dust storm days (D _ss). On this basis, the relative contributions of the variations in D _ss and P _m to the variation in r _>0.05 and r _<0.01 were estimated. The results indicate that the variation in sand-dust storm frequency exerts greater influences on the variation in grain-size characteristics of suspended load than does the variation in annual mean precipitation. With the increase in the coupled wind–water processes index, expressed by P _m/D _ss, the percentage of >0.05-mm grain size in suspended sediment decreases and the percentage of <0.01-mm grain size increases. With the variation in P _m/D _ss, different combinations of r _>0.05 with r _<0.01 appear, which have some influence on the formation of hyperconcentrated flows. There exist some optimal ratios of coarse to fine fractions in suspended sediment that make sediment concentrations of hyperconcentrated flows the highest. The optimal r _>0.05/r _<0.01 value is related to some range of the index P _m/D _ss. When the P _m/D _ss index falls in this range, the optimum combination of relative coarse with fine sediments in the suspended load appears, and thus results in the peak values of sediment concentration.     

La méthode SHYREG débit—application sur 1605 bassins versants en France métropolitaine

Résumé

La méthode SHYREG est une approche développée pour la connaissance régionale de l’aléa pluvial (SHYREG pluie) et hydrologique (SHYREG débit) en tout point du territoire français. Elle est basée sur le couplage d’un générateur stochastique de pluie horaire et d’un modèle hydrologique. Cet article présente les résultats de la mise en ?uvre de la méthode sur 1605 bassins versants répartis sur la France métropolitaine. Sur les fréquences courantes (c.à.d. périodes de retour inférieures à 10 ans), la méthode restitue correctement les quantiles de débit de crue ajustés à une loi statistique sur les observations (loi GEV, selon le critère de Nash-Sutcliffe). Plusieurs critères sont utilisés pour valider l’extrapolation des débits à des fréquences extrêmes: (a) en la confrontant à de longues chroniques de débits observés, (b) en analysant dans le modèle hydrologique la saturation du réservoir de production synonyme de comportement asymptotique avec les pluies, et (c) en étudiant la stabilité de la méthode à travers les critères statistiques.

Editeur Z.W. Kundzewicz; Editeur associé G. Mahé

Citation Aubert, Y., Arnaud, P., Ribstein, P., et Fine, J.-A., 2014. La méthode SHYREG débit, application sur 1605 bassins versants en France Métropolitaine. Hydrological Sciences Journal, 59 (5), 993–1005.     

An integrated approach to the estimation of streamflow drought quantiles / Une méthode intégrée d’estimation des quantiles de sécheresse hydrologique

Abstract

Abstract An approach was developed for combining streamflow drought information from synthetic (generated) data with data reconstructed based on palaeoclimatic information (tree ring widths). The tree ring data were used to reconstruct streamflow in periods when no streamflow data were collected. The reconstructed data were then used as a source of historical data for estimating drought severity quantiles. The generated data were obtained using a nearest neighbour resampling method while the tree ring reconstruction was accomplished using a regression model. The application of the approach was to data from the Athabasca River in Alberta, Canada. The results demonstrate the feasibility and the utility of the approach for obtaining more accurate and precise estimates of extreme drought severity quantiles.     

Estimation of LNAPL saturation in fine sand using time-domain reflectometry / Estimation de la saturation en LPNAL dans du sable fin grâce à la réflectométrie en domaine temporel

Abstract

Abstract Recently, substantial progress has been made in detection and observation of non-aqueous phase liquids (NAPLs) in the subsurface using different experimental techniques. However, there is still a lack of appropriate direct methods to measure the saturation of NAPL (θ_NAPL). This paper provides a guide for estimating θ_NAPL and water content (θ _w ) in unsaturated and saturated sand based on direct measurements of soil dielectric constant (K_a ) and electrical conductivity (σ _a ) using time domain reflectometry (TDR). The results show that the previously used dielectric mixing model fails to predict θ_NAPL in the case of a four-phase system. A new methodology is suggested and exemplified by showing that the measured K_a gives accurate estimation of θ_NAPL for a three-phase system while in a four-phase system, both θ _a and K_a need to be measured. The results show that using the suggested methodology, accurate predictions of θ _w (R ² = 0.9998) and θ_NAPL lower than 0.20 m³ m^-3 (average R ² = 0.9756) are possible.     

Efficacité des aménagements de lutte contre le ravinement: cas du bassin versant d’El Hnach (Tunisie)

Résumé

La lutte contre le ravinement a longtemps été un point clé des stratégies de lutte contre l’érosion en milieu méditerranéen. Cependant l’évaluation de l’efficacité des stratégies et pratiques d’aménagements fait défaut. Dans ce contexte, l’objectif du présent travail est de proposer et tester une méthode d’évaluation de l’efficacité d’aménagements réalisés pour limiter le ravinement. La démarche adoptée s’appuie sur l’interprétation de photographies aériennes de différentes dates. Elle est développée sur le bassin versant tunisien d’El Hnach (3,7 km²), partiellement aménagé vers 1989 avec diverses pratiques anti-érosives (plantations d’arbres, construction de banquettes, de seuils et de cordons de pierre). La comparaison entre zones aménagées et zones non aménagées est réalisée après correction des effets pente, lithologie et climat grâce à une normalisation par rapport au comportement de secteurs « témoins » non aménagés. La cartographie de l’évolution des longueurs de ravines entre 1952 et 2004 a permis de mesurer les dynamiques de ravinement et de mettre en évidence la grande variabilité de l’efficacité des aménagements selon le contexte de pente et de géologie.

Editeur Z.W. Kundzewicz; Editeur associé G. Mahé

Citation Rebai, H., Raclot, D., et Ben Ouezdou, H., 2013. Efficacité des aménagements de lutte contre le ravinement (cas du bassin versant d’El Hnach, Tunisie). Hydrological Sciences Journal, 58 (7), 1532–1541.     

Modalités de recharge d’un aquifère en zone semi-aride : cas de la nappe du Trarza (Sud-Ouest Mauritanie)

Résumé

L’aquifère du Trarza s’étend sur environ 40 000 km² dans le Sud-Ouest mauritanien, entre le fleuve Sénégal au Sud, l’Océan Atlantique à l’Ouest et la chaîne métamorphique des Mauritanides au Nord et à l’Est. La nappe libre est contenue dans les sédiments du Continental Terminal et du Quaternaire. Les campagnes de terrain menées entre 2010 et 2012 ont significativement complété les quelques mesures anciennes. Le croisement d’approches hydrodynamiques et géochimiques a montré que, dans cette zone semi-aride, la dynamique de la nappe est influencée par les multiples changements, actuels et anciens, de l’environnement (depuis les transgressions quaternaires jusqu’aux différents barrages régulant le cours du fleuve Sénégal). La nappe est principalement alimentée par l’infiltration latérale des eaux de surface du fleuve Sénégal et, dans une moindre proportion, par les précipitations. La minéralisation des eaux souterraines résulte d’interactions eau-roches et minéraux silicatés et alumino-silicatés et est localement influencée par des traces des transgressions quaternaires. L’évaporation marque fortement les eaux de surface avant et durant leur infiltration. Des calculs encore très préliminaires suggèrent une recharge annuelle inférieure ou égale à 5% des précipitations, soit de 5 à 10 mm.

Editeur Z.W. Kundzewicz

Citation Mohamed, A.-S., Marlin, C., Leduc, C., et Jiddou, M., 2014. Modalités de recharge d’un aquifère en zone semi-aride: cas de la nappe du Trarza (Sud-Ouest Mauritanie). Hydrological Sciences Journal, 59 (5), 1046–1062.