Ecohydraulic quantification of hydropeaking alterations by the use of hydrosignatures: a two scale approach

Hydropeaking flow fluctuations can affect aquatic fauna in various ways, depending on the river’s morphological characteristics. We have developed a method for quantifying hydropeaking events by drawing up hydrosignatures. In a given flow, a hydrosignature quantifies the hydraulic diversity in any area/part of the aquatic space defined by either volume or area percentages on a depth and current velocity cross grid. When a two‑dimensional hydraulic model for hydropeaking events is available, in a given reach, a comparative hydrosignature index can be calculated between the hydrosignature of the present time step and the initial hydrosignature, or between two hydrosignatures separated by a constant time interval. This method is useful to determine where major changes have occurred along a river, and to classify hydropeaking intensities. This approach can be used to analyse the level of hydraulic transformation of an entire reach but does not focus on the sides of the channel inhabited by the juvenile fish, which are particularly exposed to the effects of flow fluctuations. Juvenile habitats can be defined by suitability indexes which are attributed to hydraulic classes of hydrosignatures. The total weighted usable area of a juvenile habitat can be calculated at all the time steps in a hydraulic simulation by partitioning any hydraulic mesh into hydraulic classes. An index quantifying the damage to juvenile populations can then be defined by calculating the maximum change in habitat area observed during the hydropeaking event. / Selon la morphologie d’un cours d’eau, une même variation de débit suite à une éclusée peut avoir des conséquences diverses sur les communautés aquatiques en place. C’est pourquoi, nous proposons une méthode pour quantifier l’effet des éclusées à l’aide d’hydrosignatures. A un débit donné, pour une partie de l’espace aquatique, une hydrosignature quantifie la diversité hydraulique comme la répartition en pourcentages d’aires ou de volumes de verticales hydrauliques reparties dans des classes croisées de vitesses moyennes et de hauteurs d’eau. Lorsque l’on dispose d’une modélisation hydraulique bidimensionnelle d’un tronçon de rivière en éclusées, celui‑ci peut être analysé en sous‑tronçons de longueurs fixes, en utilisant un système de repérage en coordonnées curvilignes. Pour tout sous‑tronçon, un indice de comparaison d’hydrosignatures, peut être calculé entre un pas de temps donné et l’instant initial ou entre deux instants séparés par une durée fixée. Cette méthode permet de localiser les parties d’un cours d’eau où les variations hydrauliques sont les plus importantes, mais aussi de classifier des intensités de variations hydrauliques entre cours d’eau soumis à des éclusées. Cependant, si cette approche permet de qualifier l’entièreté d’un chenal, elle ne permet pas d’analyser spécifiquement les variations hydrauliques en bordures, là où les jeunes stades de poissons sont particulièrement mis en danger par les variations hydrauliques locales. Cet habitat spécifique peut être défini par des coefficients de préférences pour des classes hydrauliques. Ces coefficients peuvent être calculés d’une façon similaire à la construction des courbes de préférences classiques à partir d’hydrosignatures d’échantillonnages par pêches électriques. Pour un tronçon de cours d’eau, l’aire pondérée utile de cet habitat peut être calculée pour chaque pas de temps d’une simulation hydraulique d’éclusée. Ces calculs sont effectués en partitionnant les mailles hydrauliques en sous‑ mailles n’appartenant qu’à une classe hydraulique. Un indice qualifiant le risque pour les jeunes stades de poissons peut être défini comme le maximum de variation de surface pondérée lors de l’éclusée.