Estimation of weekly epilimnon and hypolimnion temperatures by type of water body - Potentialities and limits of spatial data (Loieau and SAFRAN) and of modelling tools
Estimation des évaluations hebdomadaires des températures de l'épilimnion et de l'hypolimnion par type de plan d'eau - Potentialités et limites des données spatialisées (Loieau et SAFRAN) et des outils de modélisation. Rapport intermédiaire
Résumé
Water temperature is one of the most important physical variables for freshwater ecosystem organisms. Its vertical distribution in water bodies also gives rise to physicochemical gradients, affecting other equally important variables such as dissolved oxygen concentration. Furthermore, water temperature and dissolved oxygen concentration are 2 of the 6 physicochemical parameters supporting the biological parameters in the European Water Framework Directive and must be taken into account in the assessment of the state of water bodies. The 2016-2018 number CK Onema action, aims at the determination of the threshold values and the reference conditions for water temperature and dissolved oxygen. The determination of threshold values and reference conditions for water temperature must take into account the interannual and intra-annual variability of natural origin and, where appropriate, the mandatory technical constraints derived from the management of water bodies. This analysis should be based on available data and knowledge of the physical functioning of lake ecosystems. To optimize the use of available data (generally rare and at discrete times for WFD water bodies) and the exploitation of existing knowledge in physical limnology, the proposed solution is the use of hydrodynamic models physically based, especially GLM: General Lake Model. Hydrodynamic models are tools that simulate the thermal and hydrodynamic behavior of a water body using meteorological, hydrological, hydromorphological and water transparency data. But models are approximations of reality and therefore limited. Their limitations derive either from the input data (bias, measurement errors, measurement frequency, etc.) or from the model itself (model implementation, undetected bugs, parametrization of physical phenomena, etc.). And the uncertainty due to these limitations must be taken into account when interpreting their predictions. This report presents the data used to perform hydrodynamic simulations, as well as GLM model and Ottosson's modified model (Prats and Danis, 2015). This report then makes an initial analysis of the uncertainty of the hydrodynamic simulations made with the GLM model for a selection of water bodies representative of the main types of French water bodies.
La température de l’eau est une des variables physiques les plus importantes pour les organismes des écosystèmes d’eau douce. Sa distribution verticale dans les plans d’eau, en plus, donne lieu à des gradients physico-chimiques, affectant d’autres variables tout aussi importantes comme la concentration en oxygène dissous. Par ailleurs, la température de l’eau et la concentration en oxygène dissous sont 2 des 6 paramètres physico-chimiques soutenant les paramètres biologiques dans la Directive Cadre européenne sur l’Eau et doivent être prise en compte dans l’évaluation de l‘état écologique des plans d’eau. L’action de l’Onema 2016-2018 numéro CK, vise à la détermination des valeurs-seuils et des conditions de référence pour la température de l’eau et l’oxygène dissous. La détermination des valeurs-seuil et conditions de référence pour la température de l’eau doit prendre en compte les variabilités interannuelle et intra-annuelle d’origine naturelle, et, s’il y a lieu, les contraintes techniques obligatoires dérivées de la gestion des plans d’eau. Cette analyse doit être fondée sur les données disponibles et sur les connaissances du fonctionnement physique des écosystèmes lacustres. Pour optimiser l’utilisation des données disponibles (généralement rares et discrètes temporellement à l’échelle des plans d’eau DCE) et l’exploitation des connaissances actuelles en limnologie physique, la solution envisagée est l’utilisation de modèles hydrodynamiques à base physique, en particulier du modèle GLM : General Lake Model. Les modèles hydrodynamiques sont des outils qui permettent de simuler le comportement thermique et hydrodynamique d’un plan d’eau à partir des données météorologiques, hydrologiques, hydromorphologiques et de transparence de l’eau. Mais les modèles sont des approximations de la réalité et donc limités. Ses limitations dérivent soit des données d’entrée (biais, erreurs des mesures, fréquence des mesures, etc.) soit du modèle en lui-même (implémentation du modèle, bugs non détectés, paramétrisation des phénomènes physiques…). Et l’incertitude due à ces limitations doit être prise en compte dans l’interprétation de leurs prédictions. Ce rapport présente les données utilisées pour réaliser des simulations hydrodynamiques, ainsi que les modèles GLM et Ottosson modifié (Prats et Danis, 2015). Ensuite, ce rapport fait une première analyse de l’incertitude des simulations hydrodynamiques faites avec le modèle GLM pour une sélection de plans d’eau représentatifs des principaux types de plans d’eau français.
Domaines
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