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DYPOP
A tool to estimate brown trout population status
DYPOP is a web app to estimate the expected survival and densities of a trout (Salmo trutta) population according to environmental drivers. It is based on the results of a trout population dynamics model.
Principle
A high variability in trout densities is generally observed among sampling years depending on the physical context and the development stage (fry, juvenile, adult). This makes difficult to estimate a population status. Then, a population dynamics model was built to explain this density variability by assessing the relative influence of local and global drivers of mortality in brown trout populations.
The model is based on a complete representation of the brown trout life cycle, in which demographic processes operate on the different development stages.
The hierarchical model provided an estimation of the common processes of population dynamics (in France), and identified the drivers of the variability at the level of each studied reach.
In addition, the Bayesian framework of the model can account for multiple source of uncertainty (linked to sampling, estimated parameters, predictions).
=> To find out more, go to the "About" tab
How to use DYPOP ?
DYPOP assesses the expected densities and mortalities on a river reach according to the thermal regime and to the quantity of shelters. The comparison between the predicted values and the observed values provides an estimation of the population status.
The population effect of an increase of shelters can be simulated as well as the effect of a temperature increase or re-stocking.
=> To use DYPOP, go to the "Analysis" tab
Trout population dynamics model
The Bayesian hierarchical model of trout population dynamics was developed during a PhD defended in May 2016 by Victor Bret (E2M2 Doctoral School, University of Lyon), funded by the HYNES joint research team (INRAE- EDF). This model was published in the <font size = “4 “style =” color: # 005BBB “>Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences in January 2017.
The Bayesian model explains the wide variation in survival between river reaches in terms of environmental conditions. Three physical descriptors are particularly highlighted and should be indicated in the box on the left to obtain the results of the model for a given station: two descriptors of thermal regime, and shelter availability.
The definition and the calculation method for each of these three input data are accessible by clicking on their title in blue letters in the box on the left.
This page enables prediction of annual apparent survival (between two samples) of the young of the year (tab 0+), 1-year-old trout (tab 1+) and adult trout (tab ≥ 1 +).
The estimate is calculated from the physical parameters of the station (input data in the box on the left). It is shown as a curve plotted according to density (number of individuals per 100 m2) of the development stage in question (x-axis).
The results of the Bayesian model give a median prediction and the uncertainty envelope around this prediction:
- The red line corresponds to the median prediction.
- 50% of the survival rates predicted by the model are contained in the dark gray envelope.
- 95% of the survival rates predicted by the model are contained in the light gray envelope.
The annual apparent survival values can be greater than 100%, since they incorporate possible departures/arrivals in the river reach, especially when density is initially very low.
This page proposes a follow-up of a cohort between two successive samplings (fall samplings, one year apart). Densities are expressed as the number of individuals per 100 m2 of river reach.
This is an alternative way of viewing the predicted apparent survival reported in the “Survival” tab.
Depending on the characteristics of the watercourse (input data to be indicated in the box on the left), and the 0+ observed densities the previous year (abscissa axis), the model here predicts the densities of 1+ likely to be observed the following year (ordinate axis).
The results of the Bayesian model give a median prediction and the uncertainty envelope around this prediction:
- The red line corresponds to the median prediction.
- 50% of the densities predicted by the model are contained in the dark gray envelope.
- 95% of the densities predicted by the model are contained in the light gray envelope.
To predict the densities of adults (> 1+) likely to be observed, survival must be predicted:
- observed adults the previous year, still alive in the station;
- and observed 1+ the previous year that became adults in the considered year.
The prediction of the adult densities represented in three dimensions, using a heat map (by default) or in relief (by checking the “3D view” box). For easier reading, only the middle prediction is shown on the central panel.
The upper and right panels represent the marginal relationships:
- Upper panel: evolution of the adult densities according to the observed adult densities the previous year (the observed 1+ density the previous year is fixed, indicated on the scale at the bottom right);
- Right panel: evolution of the adult densities according to the observed 1+ densities the previous year (the observed adult density the previous year is fixed, indicated on the scale at the bottom left).
These marginal visions represent the range of uncertainty around these predictions:
- The red line is to the median prediction;
- 50% of the predicted densities are contained in the dark gray range;
- 95% of the predicted densities are contained in the light gray range.
MARGINAL VIEWS
This page presents the densities evolution of a cohort during successive samplings for three scenarios (low, medium and high recruitment). Results provide and idea of the carrying capacity of a river reach, particularly in case of a good recruitment, or restocking. Densities are expressed as the number of individuals per 100 m^2 of watercourse.
The figure in the tab 0+ presents the hypotheses for the three scenarios: the observed 0+ density ranges during the September electric sample (year n).
Depending on the indicated environmental conditions in the box on the left, the model predicts:
- in the 1+ tab: the predicted 1+ density range in September the year (n + 1).
- in the tab >1+: the predicted >1+ density range in September the year (n + 2).
Details of the model dataset
The trout population dynamics model is based on 428 fish samplings, carried out on 40 sections of French rivers, including 19 in hydroelectric dam bypass sections. Details of these sampling reaches are given below.
Between 4 and 20 surveys were conducted per reach in summer or early fall between 1990 and 2013. The location of the 40 reaches is presented opposite.
The 40 reaches cover a wide range of physical, hydraulic and thermal contexts.
See the details
The detailed characteristics of the reaches are available here.
Reaches were sampled by wading, with two-pass removal electrofishing sampling, meeting European Committee for Standardization guidelines (CEN, 2003). Trout densities were estimated with the Carle & Strub (1978) method and expressed as number of individuals per 100 m^2 of watercourse. Length-frequency histograms distinguished three development stages: 0+ (young-of-the-year), 1+ (between 1 and 2 years old), and adult (all fish older than 2 years). The distribution of the 428 observed densities for each development stage covers a wide range.
Details of the dataset density range
Acknowledgement
The model was developed by a collaboration between EDF R&D, INRAE and the French Office of the Biodiversity, funding the long-term monitoring and reliable statistical analysis of the dataset. Numerous people contributed their expertise to electrofishing and habitat measurement.
License
DYPOP is a free software distributed under the license [CeCILL] (http://cecill.info/licences/Licence_CeCILL_V2.1-en.html).
Software version
Version 0.3 (2020 March)
Open source software
DYPOP software sources are free. They can be downloaded [ here ] (https://github.com/fzao/DYPOP)
Authors
Victor Bret & Fabrice Zaoui
Support
DYPOP
Un outil d'aide au diagnostic de l'état des populations de truite fario
DYPOP est une interface informatique pour évaluer les survies et les densités attendues des populations de truite (Salmo trutta) en fonction des paramètres du milieu. Il se base sur les résultats d’un modèle de dynamique de population de truite.
Principe de fonctionnement
Une forte variabilité des densités de truite est observée en fonction de l’année d’inventaire, du type de milieu et des différents stades de développement (alevin, juvénile, adulte). Cela rend difficile le diagnostic de l’état d’une population. Aussi, un modèle de dynamique de population a été développé afin d’expliquer cette variabilité de densités entre sites.
Le cycle de vie de la truite a été modélisé en représentant les processus liant les différents stades de développement.
Le modèle hiérarchique a permis d’estimer les processus communs de dynamique de population (à l’échelle de la France), mais également d’identifier l’origine des variations observées au niveau de chaque cours d’eau étudié.
De plus, le cadre Bayésien dans lequel le modèle a été développé a permis de tenir compte explicitement de l’incertitude (liée aux échantillonnages, aux paramètres estimés, aux prédictions).
=> Pour en savoir plus, se rendre sur l'onglet "A propos"
Comment utiliser DYPOP ?
DYPOP permet d’évaluer les densités et les mortalités attendues sur un tronçon de rivière en fonction du régime thermique et de la quantité d’abris. La comparaison entre les valeurs prédites et les valeurs observées permet d’estimer l’état de la population.
L’effet sur la population de l’augmentation des abris peut être simulé ainsi que l’effet d’une hausse de la température ou d’un rempoissonnement.
=> Pour utiliser DYPOP, se rendre sur l'onglet"Analyse"
Modèle de dynamique de population de truite
Le modèle hiérarchique Bayésien de dynamique de population de truite a été conçu dans le cadre d’une thèse soutenue en mai 2016 par Victor Bret (Ecole Doctorale E2M2, Université de Lyon), financée par l’équipe commune de recherche HYNES (INRAE-EDF). Ce modèle a fait l’objet d’une publication dans le Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences en janvier 2017.
Le modèle bayésien développé a permis d’expliquer les fortes variations de survies entre tronçons étudiés par les conditions du milieu. Trois descripteurs physiques en particulier ont été mis en évidence. Ces trois données d’entrée sont à indiquer dans l’encart à gauche pour obtenir les résultats du modèle sur une station donnée : deux descripteurs du régime thermique et la part de surface disponible en tant qu’abri.
La définition et le mode d’obtention de chacune de ces trois données d’entrée sont accessibles en cliquant sur leur titre en lettres bleues dans l’encart à gauche.
Cette page propose de prédire le taux de survie apparente annuel (entre deux échantillonnages) des jeunes de l’année (onglet 0+), des truites de 1 an (onglet 1+) et des truites adultes (onglet >1+).
Cette estimation est calculée à partir des paramètres physiques de la station (entrées dans l’encart à gauche). Elle est représentée sous la forme d’une courbe tracée en fonction des densités (nombre d’individus/100 m2) du groupe d’âge considéré (axe des abscisses).
Les résultats du modèle bayésien donnent une prédiction médiane et l’enveloppe d’incertitude autour de cette prédiction :
- La ligne rouge correspond à la prédiction médiane.
- 50% des taux de survie prédits par le modèle sont contenus dans l’enveloppe gris foncé.
- 95% des taux de survie prédits par le modèle sont contenus dans l’enveloppe gris clair.
Les valeurs de survie apparente annuelle peuvent être supérieures à 100%, puisqu’elles intègrent de possibles départs/arrivés dans le cours d’eau, notamment lorsque les densités sont initialement très faibles.
Cette page propose de suivre une cohorte entre deux échantillonnages successifs (échantillonnages automnales à un an d’intervalle). Les densités sont exprimées en nombre d’individus par 100 m^2 de cours d’eau.
C’est une autre manière de visualiser les survies apparentes prédites présentées dans l’onglet « Survie ».
En fonction des caractéristiques du cours d’eau (données d’entrée à indiquer dans l’encart à gauche), et des densités de 0+ observées l’année précédente (axe des abscisses), le modèle prédit ici les densités de 1+ susceptibles d’être observées l’année suivante (axe des ordonnées).
Les résultats du modèle bayésien donnent une prédiction médiane et l’enveloppe d’incertitude autour de cette prédiction :
- La ligne rouge correspond à la prédiction médiane.
- 50% des densités prédites par le modèle sont contenues dans l’enveloppe gris foncé.
- 95% des densités prédites par le modèle sont contenues dans l’enveloppe gris clair.
Pour prédire les densités d’adultes (>1+) susceptibles d’être observées, il faut prédire la survie :
- des adultes observés l’année précédente qui seront toujours vivants au sein de la station ;
- et des 1+ observés l’année précédente devenus adultes l’année considérée.
La prédiction des densités d’adultes en place est donc à représenter en trois dimensions, à l’aide d’une carte de chaleur (par défaut) ou en relief (en cochant la case « vue 3D »). Pour faciliter la lecture, seule la prédiction médiane est représentée sur le panneau central.
Les panneaux supérieurs et de droite représentent les relations marginales :
- Panneau supérieur : évolution des densités d’adultes en fonction des densités d’adultes observées l’année précédente (la densité de 1+ observée l’année précédente est fixe, indiquée sur l’échelle en bas à droite) ;
- Panneau de droite : évolution des densités d’adultes en fonction des densités de 1+ observées l’année précédente (la densité d’adultes observée l’année précédente est fixe, indiquée sur l’échelle en bas à gauche).
Ces visions marginales permettent de représenter l’enveloppe d’incertitude autour de ces prédictions :
- La ligne rouge correspond à la prédiction médiane ;
- 50% des densités prédites par le modèle sont contenues dans l’enveloppe gris foncé ;
- 95% des densités prédites par le modèle sont contenues dans l’enveloppe gris clair.
VUES MARGINALES
Cette page propose de suivre l’évolution des densités d’une cohorte au cours d’échantillonnages successifs dans trois scénarii (recrutement faible, moyen, et fort). Cela permet d’appréhender la capacité d’un tronçon à conserver une population importante en son sein, en cas de bon recrutement, ou de rempoissonnement par exemple. Les densités sont exprimées en nombre d’individus par 100 m^2 de cours d’eau.
La figure de l’onglet 0+ présente les hypothèses proposées derrière les trois scénarii : les gammes de densités de 0+ observées lors des pêches électriques de septembre (année n).
En fonction des conditions du milieu entrées dans l’encart de gauche, le modèle prédit :
- dans l’onglet 1+ : la gamme de densités de 1+ prédites par le modèle en septembre l’année (n+1).
- dans l’onglet >1+ : la gamme de densités de >1+ prédites par le modèle en septembre l’année (n+2).
Détails sur le jeu de données utilisé pour construire le modèle
Le développement du modèle de dynamique de population de truite dont on partage les résultats ici s’est appuyé sur 428 échantillonnages piscicoles, réalisés sur 40 tronçons de cours d’eau français dont 19 en tronçon court-circuité à l’aval d’un barrage hydro-électrique. Le détail de ces échantillonnages est donné ci-dessous.
Les 40 tronçons d’étude ont été échantillonnés entre 4 et 20 fois entre 1990 et 2013, en été ou en début d’automne (la date médiane des échantillonnages est le 10 septembre). La répartition géographique de ces tronçons est présentée ci-contre.
Les 40 tronçons sélectionnés recouvraient une large gamme de contexte physique, hydraulique et thermique.
Voir les détails
La liste détaillée des tronçons étudiés et leurs caractéristiques est disponible ici.
Les échantillonnages ont été réalisés par pêches électriques à pieds à plusieurs passages successifs (selon la norme XP T90-383). Les densités de truites ont été estimées par la méthode de Carle & Strub (1978). Elles sont exprimées en nombre d’individus par 100 m^2 de cours d’eau. Trois groupes d’âge ont été distingués à partir des histogrammes de fréquence de taille : les jeunes nés dans l’année (0+), les truites de 1 an (1+) et les truites adultes (>1+). La distribution des 428 densités observées pour chacune des classes d’âge recouvre une large gamme.
Détails sur la gamme de densités du jeu de données
Remerciements
Les travaux de modélisation sur lesquels s’appuie cette interface sont issus d’une collaboration de longue date entre EDF R&D, Irstea et l’Agence Française pour la Biodiversité. Cette collaboration a impliqué le financement de suivis long terme ainsi que des analyses statistiques poussées du jeu de données acquis. Ces travaux ont également bénéficié d’une expertise notable des organismes maîtres d’œuvre des échantillonnages.
Licence
DYPOP est un logiciel libre distribué sous la licence CeCILL.
Version du logiciel
Version 0.2 (janvier 2020)
Sources libres du logiciel
Les sources du logiciel DYPOP sont libres. Elles sont téléchargeables ici
Auteurs
Victor Bret & Fabrice Zaoui