Haut - Le lac des cygnes de Shijiazhuang Co., Ltd

Données scientifiques volume 9, Numéro d'article : 642 (2022) Citer cet article

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Détails des métriques

HRBS-GLWNB 2020 présente les premières données open-source et haute résolution de bathymétrie, de rivage et de niveau d'eau pour les lacs Victoria, Albert, Edward et George en Afrique de l'Est. Pour chaque lac, ces données ont trois produits primaires collectés pour ce projet. Les ensembles de données bathymétriques ont été créés à partir d'environ 18 millions de sondages acoustiques. Plus de 8 200 km de rivages sont délimités sur les trois lacs à partir de systèmes satellitaires à haute résolution et de véhicules aériens sans équipage. Enfin, ces données sont liées entre elles en créant des modèles d'élévation de la surface du lac recueillis à partir de mesures GPS et altimétriques. Le référentiel de données comprend des produits dérivés supplémentaires, notamment des superficies, des volumes d'eau, des longueurs de rivage, des niveaux d'élévation des lacs et des informations géodésiques. Ces données peuvent être utilisées pour prendre des décisions d'allocation concernant les ressources en eau douce en Afrique, gérer les ressources alimentaires dont dépendent plusieurs dizaines de millions de personnes et aider à préserver la biodiversité endémique de la région. Enfin, comme ces données sont liées à des modèles géodésiques cohérents à l'échelle mondiale, elles peuvent être utilisées dans les futurs modèles de changement climatique mondiaux et régionaux.

Des mesures)

bathymétrie • rivages

Type(s) de technologie

sondages d'écho • télédétection

Caractéristique de l'échantillon - Environnement

lit du lac • rive du lac

Caractéristique de l'échantillon - Emplacement

Afrique • Afrique de l'Est • Ouganda • • Tanzanie • République démocratique du Congo • Lac Victoria • Lac Édouard • Lac Albert • Lac George

Les lacs Victoria, Albert, Edward et George sont situés en Ouganda, en Tanzanie, au Kenya et en République démocratique du Congo (RDC) (Fig. 1). Tous les lacs, à l'exception de Victoria, se trouvent dans une faille continentale active et une zone de rift au sein du système de rift est-africain1. Les lacs Albert, Edward et George sont situés dans un demi-graben, caractérisé par des failles de rift normales. Le lac Victoria, cependant, se trouve dans une dépression localisée dans une zone relativement basse entre les épaules de rift surélevées des branches est et ouest du système de rift est-africain 1.

Zone d'étude. Les zones d'étude combinées de tous les lacs.

Ces lacs constituent les principaux apports d'eau douce du Nil Blanc et contiennent une grande partie des réserves d'eau douce de l'Afrique de l'Est. Tentatives de mieux gérer les ressources en eau douce dans les régions arides de l'est et du nord-est de l'Afrique ; les tentatives de gestion des pêcheries d'importance régionale à travers l'Afrique de l'Est ; tente de préserver les espèces endémiques d'eau douce indigènes d'Afrique de l'Est; ainsi que les tentatives de construction de modèles climatiques régionaux améliorés sont tous entravés par des informations détaillées insuffisantes sur les ressources en eau et les caractéristiques de ces lacs. Les données géospatiales actuelles n'ont pas la fidélité spatiale et temporelle pour être incorporées dans les modèles mondiaux et régionaux et aider à la prise de décision. Les lacs Albert, Edward et George manquent de données cohérentes à l'échelle du lac, tandis que le lac Victoria a des données limitées, mais la plupart datent d'il y a près d'un siècle.

D'un point de vue hydrologique, les Grands Lacs du Nil déversent en moyenne 47 km2 d'eau douce par an dans le Nil Blanc2 à l'extrémité nord du lac Albert (Fig. 1). Les apports d'eau douce des Grands Lacs du Nil fournissent des apports d'eau constants dans le système du Nil, par opposition aux apports d'eau douce plus importants mais saisonniers du Nil Bleu. L'eau douce qui coule de ces lacs fournit une grande partie de l'eau nécessaire pour soutenir l'agriculture toute l'année dans le nord de l'Ouganda, le Soudan du Sud, le Soudan et l'Égypte. Malgré de nombreux accords internationaux, le système du Nil reste une source potentielle de conflits internationaux liés à l'eau dans de nombreux pays3. Les données de ce référentiel ajoutent des informations importantes sur ces lacs critiques et leurs capacités en eau à la source du Nil.

Chacun des quatre lacs possède une pêche locale florissante sur laquelle des millions de résidents comptent. En 2019, les prises annuelles du lac Albert et du lac Édouard sont estimées à 31 384,8 tonnes et 32 092,8 tonnes, respectivement4, et presque tous les résidents du littoral dépendent de cette pêche surchargée pour leur subsistance5. Le lac George a une pêcherie locale importante avec huit sites de débarquement à travers le lac et le canal Kazinga qui y est attaché. De l'autre côté du lac Victoria, une industrie aquacole d'Oreochromis niloticus explose6 aux côtés des pêcheries sauvages bien établies d'Oreochromis niloticus, de Lates nilotics et de Rastrineobola argentea. En 2014, la production totale de toutes les pêcheries du lac Victoria était estimée à 650 millions USD7, même en période de déclin des stocks8. En effet, le lac Victoria est probablement la pêcherie d'eau douce la plus importante d'Afrique9. Les données de ce référentiel ajoutent des informations indispensables pour aider à gérer ces pêcheries critiques.

Du point de vue de la biodiversité, on estime que 78,2 pour cent des poissons d'eau douce sont endémiques dans le bassin du lac Victoria. Ce pourcentage endémique est probablement plus élevé si les cichlidés haplochromines endémiques non décrits sont inclus10. Malheureusement, ces haplochromines endémiques ont subi des déclins catastrophiques au cours des 70 dernières années11,12,13, provoquant une extinction massive dans le lac. En 1991, on estimait que les deux tiers des haplochromines endémiques du lac Victoria étaient soit éteintes soit menacées d'extinction14, sur environ cinq cents espèces endémiques ou plus autrefois présentes13. Cependant, les régions d'eau profonde du lac, où résident probablement les espèces d'haplochromines en voie de disparition restantes, sont mal délimitées et manquent de données bathymétriques granulaires du type fourni dans ce référentiel.

En 2017 et 2020, nous avons entrepris un projet visant à cartographier les rives, la bathymétrie, les sédiments et d'autres données associées pour les lacs Victoria, Albert, Edward et George (figure 1). De plus, des levés hydroacoustiques, des délimitations des rives, des mesures du niveau d'eau et des levés géodésiques ont été effectués sur les quatre lacs. La motivation derrière cet effort de collecte de données était de fournir des informations pour aider à préserver la biodiversité indigène des lacs et soutenir la pêche durable.

L'étude du lac Albert a été menée en février 2020. Les études du lac Edward et du lac George ont été menées en août 2020. Les études du lac Victoria ont été menées entre septembre et novembre 2017, 2018, 2019 et 2020. Nous supposons qu'aucun changement morphologique significatif ne s'est produit dans le lac Victoria au cours de ces 4 années. Toutes les périodes de collecte correspondent à la fin d'une saison sèche traditionnelle et à la période de transition vers le début d'une saison humide traditionnelle. Les niveaux d'eau ont été surveillés pendant la période d'étude de chaque lac. Des points de repère ont été installés lors de chaque relevé des lacs, à l'exception du lac Victoria, où un clou de référence existant existait. Des systèmes aériens sans pilote (UAS) ont été pilotés pendant l'étude du lac Albert pour évaluer notre méthodologie de délimitation du littoral.

Le lac Victoria utilise l'altimétrie spatiale pour déterminer l'altitude du lac. Les lacs Albert, Edward et George n'ont pas de mesure altimétrique spatioportée systématique de haute précision des élévations du lac. Par conséquent, les élévations des lacs Albert, Edward et George sont dérivées d'analyses statistiques des niveaux d'eau observés.

Pour le lac Albert, le lac Édouard et le lac George, les observations visuelles du niveau d'eau (WL) prises tout au long du levé sont moyennées pour obtenir l'élévation du lac (LE), également connue sous le nom de référence de sondage du projet (SDp). La méthode pour déterminer le SDp consiste à observer le WL sur un tableau gradué, souvent appelé tableau des marées ou indicateur de niveau (G), solidement fixé à un pilotis ou à une autre structure verticale solide s'étendant sous la surface du lac. Les graduations sont alors marquées par rapport au zéro de jauge (G0). Le WL est lu comme la distance au-dessus ou au-dessous de G0 où la surface de l'eau croise la jauge.

Un point de référence fixe et inviolable (Bm) a été installé ou en fonctionnement à chaque lac à l'intérieur de la distance de nivellement optique de chaque jauge pour réaliser la conversion des niveaux d'eau locaux en hauteurs ellipsoïdales et en élévations EGM 2008. Tout d'abord, la position horizontale et verticale de chaque Bm a été mesurée à l'aide du

Système mondial de navigation par satellite (GNSS). Ensuite, la distance verticale entre l'élévation de référence (BmE) et G0 est mesurée à l'aide de méthodes de relevé optiques ou laser standard. Cette distance est le décalage vertical de jauge (VGO).

La méthodologie d'élévation des lacs est résumée dans la Fig. 2 et est définie dans l'Eq. 1. À ce stade, SDp pour les lacs Albert, Edward et George n'est qu'une hauteur ellipsoïdale; la hauteur ellipsoïdale est convertie en EGM:2008 à l'aide de la synthèse harmonique à l'emplacement des coordonnées horizontales de chaque Bm15,16.

Élévation du lac (SDp). Ce diagramme représente la relation entre les différents paramètres d'élévation du lac directement mesurés (en texte noir), obtenus à partir d'instruments (en texte bleu) ou calculés (texte en rouge).

Éq. 1 - Systèmes de référence des sondages du lac Albert, du lac Edward et du lac George

SDp est l'élévation du lac ou la donnée de sondage du projet, Bm est l'élévation de référence du GPS RTK, VGO est le décalage de jauge verticale dérivé à l'aide d'un niveau optique et WL est le niveau d'eau obtenu à partir de la lecture de la jauge.

Contrairement au lac Albert, au lac Edward et au lac George, en raison de la taille du lac Victoria, avec un diamètre maximal supérieur à 375 km, les effets hydrodynamiques pourraient facilement nier l'hypothèse hydrostatique selon laquelle la surface du lac est uniformément de niveau. Sur le lac Victoria, la configuration des vents, les seichs et l'important débit sortant dans le Nil Victoria entraîneraient des gradients hydrauliques qui rendraient toute jauge de niveau d'eau côtière unique non représentative des niveaux du lac à des points éloignés de la jauge. Pour établir un SDp significatif pour le lac Victoria à l'aide de jauges de niveau d'eau près du rivage, au moins trois stations réparties de manière équilatérale autour du périmètre du lac devraient être établies et exploitées simultanément pendant de longues périodes. Cependant, cette approche a été jugée irréalisable principalement en raison de contraintes de coût et de logistique. Par exemple, la création d'un réseau de jauges simultané dans plusieurs pays nécessiterait au moins trois fois plus d'équipement, trois fois plus de main-d'œuvre et trois fois plus de formation.

L'approche alternative utilise les données de l'altimètre spatioporté Jason-3. Cette méthode a été utilisée dans le lac Victoria et est soutenue par le programme USDA G-REALM17. Jason-3 est un altimètre radar lancé en janvier 2017. L'objectif principal de Jason-3 est de fournir des variations du niveau de la mer avec des précisions inférieures à 2,5 cm selon un cycle de répétition de 10 jours18. Lorsque Jason-3 passe au-dessus du lac Victoria, il peut établir les élévations EGM 2008 pour le lac à partir de nombreuses mesures vers le milieu du lac. Jason-3 passe à plus de 150 km du lac Victoria. Le chemin de collecte va approximativement de Nyabansari en Tanzanie à Bugaia en Ouganda. Comme l'instrument est basé sur un radar, les conditions climatiques limitent rarement la collecte de données. Les données altimétriques brutes recueillies par Jason-3 subissent de nombreuses corrections avant qu'une élévation de la surface du lac ne soit déterminée, y compris une correction troposphérique sèche, une correction troposphérique humide, une correction ionosphère et un ajustement du biais spécifique à l'instrument19. Les observations d'élévation du lac ont été obtenues à partir de Jason-3 lors des relevés du lac Victoria en 2017, 2018, 2019 et 2020. La moyenne des lectures de Jason-3 de 2020, qui est elle-même une moyenne de plusieurs centaines d'observations, définit le SDp pour les relevés du lac Victoria.

Un point de repère du lac Victoria est toujours relevé à une jauge de niveau d'eau pour permettre l'intégration des données passées et futures, et les points de repère sont liés aux mesures altimétriques utilisées. À ce stade, SDp pour le lac Victoria est déjà dans EGM: 2008 car Jason-3 utilise EGM: 2008 par opposition aux élévations ellipsoïdales, donc la synthèse harmonique n'est pas nécessaire comme c'est le cas pour les autres lacs.

Des repères pour le lac Albert (BmA), le lac Edward (BmEd) et le lac George (BmG) ont été installés le long de chacun des rivages des trois lacs. Chaque repère est situé à quelques mètres et dans la ligne de mire d'un limnimètre. Un clou de référence préexistant (BmV) situé au-dessus de la jauge a été utilisé pour le lac Victoria. Hormis le lac Victoria, chaque repère installé est un disque en laiton de 8 cm de diamètre estampillé LEAF II. Chaque repère installé a été ancré à environ 15 cm dans une dalle de béton plus large à l'aide d'une barre d'armature en acier torsadée. L'emplacement de chaque repère a été obtenu à l'aide d'une moyenne GNSS à long terme, capturée par un récepteur GNSS Hemisphere avec application des corrections étendues du système d'augmentation par satellite Atlas. Les observations sans signal correctif ont été rejetées. L'élévation ellipsoïdale, enregistrée au niveau millimétrique, a également été capturée par le récepteur GPS. La conversion des élévations de l'ellipsoïde de référence en EGM 2008 WGS 1984 Version a utilisé les coefficients de synthèse harmonique fournis par l'équipe de développement EGM de la National Geospatial-Intelligence Agency (NGA) des États-Unis15,16.

BmA a été installé le 31/01/2020 dans l'enceinte marine de l'UPDF à Mbegu, à environ 6,5 km à l'est-nord-est de Kaiso, en Ouganda, sur la rive est du lac Albert. Pendant sept jours entre le 01/02/2020 et le 20/02/2020, la position horizontale du repère a été enregistrée par un récepteur GNSS avec moyennage intégré. L'unité GPS a fait la moyenne des emplacements horizontaux au repère jusqu'à ce qu'elle atteigne 95 % de confiance. De plus, la hauteur ellipsoïdale a été recueillie à la surface du lac Albert tout au long de la période d'enquête et ajustée à l'élévation de référence à l'aide du décalage de la jauge verticale et des lectures du niveau d'eau. Le nombre total d'observations verticales est de 35 550.

BmEd a été installé le 13/02/2020 sur le site de débarquement du poisson du village de Katwe, en Ouganda, à l'extrémité nord du lac Édouard. Sur des portions du 05/08/2020, du 10/08/2020, du 13/08/2020 et du 15/08/2020, une position GPS X, Y et Z a été enregistrée toutes les 5 secondes, totalisant 11 242 observations.

BmG a été installé le 8/11/2020 sur le site d'atterrissage de Kahendero, en Ouganda, sur la rive ouest du lac George. Le 13/08/2020, une position GPS X, Y et Z a été enregistrée toutes les 5 secondes, totalisant 2 663 observations. Malheureusement, BmG n'a pas une vue complète à 360° du ciel et peut nécessiter des améliorations supplémentaires.

Un clou de référence préexistant (BmV) au quai du chemin de fer à Jinja, en Ouganda, est utilisé pour le lac Victoria. Le clou est situé directement au-dessus de la jauge de niveau d'eau et marqué d'un X de peinture blanche. Sur des portions du 22/03/2021 et du 23/03/2021, une position GPS X, Y et Z a été enregistrée toutes les 5 secondes, totalisant 6 842 observations. Pourtant, comme indiqué précédemment, les données altimétriques ont été utilisées pour le SDp réel.

À quelques mètres de chaque point de repère, un limnimètre était installé ou existait déjà. Pour le lac Victoria (GV), le lac Albert (GA) et le lac Edward (GE), des jauges préexistantes ont été utilisées. À Lake George (GG), une jauge temporaire a été installée pour la durée des opérations sur le terrain.

GA est une jauge d'état-major d'origine inconnue. Le bâton est un simple tube carré en fer peint à intervalles décimétriques subdivisé en pas de 5 cm. La subdivision de 100 cm au sommet de la jauge a été relevée par rapport au BmA (Fig. 2, YBG) à l'aide d'un niveau optique le 31/01/2020. Entre le 01/02/2020 et le 20/02/2020, douze observations du niveau du lac ont été recueillies. Le niveau d'eau n'a varié que de 6 cm sur l'ensemble du relevé. La moyenne des lectures sur 12 jours a été utilisée pour aider à définir le SDp pour le levé bathymétrique du lac Albert.

GE est une jauge à long terme installée par le ministère ougandais de l'Eau. La jauge est une jauge à gradins composée de trois piliers en béton séparés de hauteur croissante avec des bandes de mesure graduées fixées au niveau du centimètre. Le niveau d'eau sur la jauge, par rapport au BmEd, a été relevé à l'aide d'un niveau optique le 10/08/2020. Les observations biquotidiennes du niveau du lac se sont poursuivies tout au long de l'opération de relevé de 11 jours entre le 05/08/2020 et le 22/08/2020. Le niveau d'eau n'a varié que de 3 cm sur l'ensemble du relevé. La moyenne des lectures de 11 jours a été utilisée pour aider à définir le SDp pour le levé bathymétrique du lac Edward.

GG est une jauge temporaire installée pour la durée des opérations sur le terrain. La jauge est une simple jauge en bois avec des intervalles centimétriques peints ancrée à un tuyau en acier galvanisé enfoncé entre 1 m et 2 m dans le substrat. Le niveau d'eau sur la jauge, par rapport au BmG, a été relevé à l'aide d'un niveau optique le 12/08/2020. Des observations quotidiennes du niveau du lac ont été recueillies pendant les deux jours du levé hydrographique et le jour avant et après le levé. L'eau est restée stable tout au long de l'enquête. Les deux lectures quotidiennes moyennes ont été utilisées pour définir le SDp pour le levé bathymétrique du lac George.

GV est une jauge à long terme installée par le ministère ougandais de l'Eau. La jauge a des marqueurs de mesure gradués au niveau de deux centimètres. Le niveau zéro de la jauge, par rapport au BmV, a été relevé les 22/03/2021 et 23/03/2021. Comme BmV et GV sont aux mêmes coordonnées horizontales, le nivellement n'est pas nécessaire. Les observations du niveau d'eau n'ont pas été utilisées à partir de cette jauge pendant l'enquête, car l'altimètre Jason-3 a été utilisé pour établir le niveau d'élévation du lac Victoria. Au lieu de cela, les quatre mesures Jason-3 les plus proches entre les dates d'enquête sont utilisées pour calculer le niveau d'eau. Le niveau d'eau variait de 4 cm au cours du relevé bathymétrique de 2017, de 9 cm au cours du relevé de 2018, de 5 cm au cours du relevé de 2019 et de 13 cm au cours du relevé de 2020. Le niveau d'eau de 2020 est utilisé comme SDp pour permettre une cohérence temporelle aussi proche que possible dans tous les lacs de la base de données.

Le tableau 1 fournit le SDp de chaque lac dans les modèles gravitationnels les plus courants et tous les paramètres d'entrée des modèles d'élévation du lac. Le SDp du lac Édouard est de 915,77 m (EGM08), le E/SDp du lac George est de 915,74 m (EGM08) et le SDp du lac Albert est de 622,18 m (EGM08) et le SDp du lac Victoria est de 1136,92 m (EGM08). Les mesures d'incertitude sont fournies dans la validation technique.

Le levé hydroacoustique du lac Albert a été réalisé sur 14 jours entre le 1er février 2020 et le 20 février 2020. Le levé hydroacoustique du lac Édouard a été réalisé sur 10 jours entre le 4 août 2020 et le 22 août 2020. Le 13 août 2020 et le 14 août 2020, le levé hydroacoustique du lac George a eu lieu lors d'un levé pause. Le levé hydroacoustique du lac Victoria a eu lieu quotidiennement entre le 8 septembre 2017 et le 7 octobre 2017, le 10 septembre 2018 et le 9 octobre 2018, le 15 septembre 2019 et le 13 octobre 2019 et enfin entre le 20 octobre 2020 et le 25 novembre 2020. Les sondages du lac Victoria de 2017, 2 018 et 2019 ont été corrigés verticalement pour s'aligner sur les niveaux d'eau de 2020. L'année précédente a été ajustée de 1,28 m (0,03 m, 95CI), 0,975 m (0,06, 95CI) et 1,025 m (0,05 m, 95 CI), respectivement.

Les conceptions des transects du relevé hydroacoustique étaient basées sur la topographie locale, la bathymétrie disponible et les considérations de coût. Le lac Albert et le lac Édouard avaient tous deux des reliefs dominants allant des hautes terres congolaises à l'ouest au plateau ougandais à l'est, formant une forme de U profond perpendiculaire au rift Albertin. Les transects d'étude ont été conçus pour suivre cet axe de haut relief à travers le Rift Albertin. Le lac George et le lac Victoria n'ont pas de motifs de relief discernables, les deux étant des cuvettes relativement peu profondes situées sur des plans plats. Par conséquent, les plans de sondage ont été optimisés pour capturer une portion adéquate de ces deux lacs tout en minimisant les coûts.

De l'autre côté du lac Albert, du lac Édouard et du lac George, un navire de recherche de 9 m à fond en V et à faible tirant d'eau a été déployé avec un équipage ougandais à partir de Jinja, en Ouganda. Le sondeur utilisé pour collecter les sondages était un sondeur bi-fréquence avec un enregistreur de données intégré, un récepteur GNSS externe et un transducteur combiné basse fréquence (33 kHz) haute fréquence (200 kHz). Les deux fréquences étaient opérationnelles et enregistrées pendant le levé, mais seul le signal à haute fréquence a été traité pour produire les sondages du lac Albert et du lac George. Plus de 90 % du lac Édouard a également utilisé le sondeur haute fréquence, mais l'instrument a été commuté sur basse fréquence dans les zones de plus de 90 m de profondeur. Un ajustement de la vitesse du son a été effectué en fonction de l'échantillonnage de l'eau effectué en moyenne deux fois par transect. L'étalonnage a été effectué avant le déploiement initial.

Pour le lac Albert, le lac Edward et le lac George, le logiciel Hydromagic 9.1 a été utilisé pour enregistrer et traiter les sondages acoustiques en formats tabulaires X, Y et Z. L'échogramme du sondeur a été transmis en temps réel à un ordinateur portable. Une batterie dédiée de 12 volts, entretenue par un panneau solaire de 60 watts monté sur le toit de la cabine, alimentait tous les équipements. Les positions ont été obtenues par une antenne GNSS multifréquence connectée à l'échosondeur. Le transducteur était monté sur un poteau d'extension en aluminium qui soutenait l'antenne GNSS directement au-dessus du transducteur. L'antenne a reçu des signaux de correction du système d'augmentation par satellite (SBAS) en bande L d'Atlas qui permettent un positionnement précis.

Les sondages du lac Victoria ont été recueillis par le chalutier arrière RV Lake Victoria Explorer par des membres du groupe de travail régional sur l'hydroacoustique de l'Organisation des pêches du lac Victoria. Ce groupe est basé à Jinja, en Ouganda, à Kisumu au Kenya et à Mwanza en Tanzanie. Ce groupe a mené vingt-trois relevés acoustiques du lac Victoria depuis 1999 selon un protocole établi20. Le RV Explorer est un navire de recherche de 17 m et une coque en V avec un tirant d'eau de 1,8 m. L'échosondeur utilisé sur le RV Explorer est un système à double fréquence fonctionnant à 70 kHz et 120 kHz, respectivement. Les transducteurs sont montés sur une quille d'instrument en saillie sous le bateau et alimentés par le système électrique du navire. L'étalonnage a été effectué immédiatement avant chaque relevé quotidien. L'enregistreur GPS utilisé sur ce système n'est pas corrigé différentiellement.

Pour le lac Victoria, le logiciel Echoview 8.0 a été utilisé pour enregistrer et traiter les sondages en formats tabulaires X, Y et Z. Une fois que le bruit a été supprimé du signal brut et que des ajustements ont été apportés pour corriger l'angle du faisceau, les sondages initiaux du lit du lac ont été obtenus à l'aide de l'algorithme candidat du meilleur fond21. Une sonde CTD a été utilisée sur chaque site d'étalonnage pour déterminer les conditions environnementales locales. La température moyenne de l'eau au site d'étalonnage a été entrée dans le système pour prédire la vitesse du son. Le protocole d'étalonnage du levé du lac Victoria est détaillé dans les Procédures opérationnelles normalisées pour les levés hydroacoustiques du lac Victoria20.

Sur tous les lacs, un ingénieur côtier certifié ou une personne possédant une expertise pertinente a traité les échogrammes de l'échosondeur. Le processus consiste essentiellement à détecter le fond moyen dans l'échogramme et à numériser à travers de petits pics et creux causés par le mouvement du bateau. Une interprétation étroite est nécessaire les jours calmes, et l'extraction automatisée des fonds des lacs suffit souvent. Les jours d'eau agitée, une numérisation manuelle de la trace est nécessaire. Parfois, le signal peut se refléter sur tout ce qui se trouve sur son chemin vers le fond, y compris les sédiments en suspension, les débris, les animaux, la végétation subaquatique, le limon, la boue ou une couche compacte plus dure sous une couche de surface plus molle. Le processus de numérisation supprime ces anomalies ainsi que le lissage des abandons et autres bruits. Enfin, la trace numérisée est exportée vers des sondages tabulaires pour être utilisée dans le SIG et d'autres logiciels. La figure 3 représente les sondages sur tous les lacs.

Sondages du projet. Tous les sondages sur tous les lacs.

Pour le lac Albert, le lac Edward et le lac George, les données spatiales et tabulaires de sortie contiennent ; la date du sondage, la position horizontale du sondage et la profondeur corrigée à l'aide d'un ajustement de la vitesse du son vérifié localement pour les sondages à haute fréquence et à basse fréquence, le cas échéant, la vitesse du navire au moment du sondage, le cap du navire au moment du sondage et un champ indiquant si le GNSS fonctionnait en mode non corrigé ou corrigé pour chaque sondage. Pour le lac Victoria, les données spatiales et tabulaires de sortie contiennent la date du sondage, l'heure du sondage, la position horizontale du sondage, la profondeur corrigée à l'aide d'un ajustement de la vitesse du son vérifié localement et un champ indiquant si le GNSS fonctionnait en mode non corrigé ou corrigé pour chaque sondage. La profondeur zéro correspond au LE /SDp pour chaque lac tel que déjà défini.

Sur l'ensemble du lac Albert, 290 018 sondages ont été recueillis (tableau 2), soit 53 sondages par kilomètre carré. Sur l'ensemble du lac Édouard, 225 528 sondages ont été recueillis (tableau 2), ce qui donne 101 sondages par kilomètre carré. Sur l'ensemble du lac George, 59 281 sondages ont été recueillis (tableau 2), ce qui donne une densité de 211 sondages par kilomètre carré. Enfin, sur l'ensemble du lac Victoria, 17 958 859 sondages ont été recueillis (tableau 2), ce qui donne une densité de 269 sondages par kilomètre carré. Le volume d'eau et la profondeur moyenne sont calculés à l'aide de la triangulation de Delaney contrainte, tandis que la profondeur maximale correspond au sondage le plus profond. Les informations récapitulatives pour la bathymétrie de chaque lac sont présentées dans le tableau 2 et sont comparées aux valeurs de la base de données mondiale sur les lacs (WLD)22, sauf indication contraire.

Pour chacun des lacs, nous avons construit des rives à haute résolution à partir d'images spatiales à une combinaison de 15 m, 10 m, 5 m, 3 m, 50 cm et 30 cm. Les statistiques de précision ont été générées à l'aide d'images dérivées de l'UAS à 10 cm.

Sentinel-2 est conçu pour cartographier et surveiller la couverture aquatique, les voies navigables intérieures et les zones côtières24. L'imagerie spatiale de base utilisée pour délimiter les rives du lac Albert, du lac Édouard et du lac George est Sentinel-2. Sentinel-2 est un système d'imagerie à large bande et à haute résolution (HR) de l'Agence spatiale européenne (ESA), un système d'imagerie multispectral qui se compose de deux satellites volant sur la même orbite mais en phase à 180°23. Le système transporte une charge utile d'instrument optique qui échantillonne treize bandes spectrales : quatre bandes à une résolution de 10 m, six bandes à une résolution de 20 m et trois bandes à une résolution de 60 m25. Les quatre bandes à une résolution de 10 m sont centrées sur les longueurs d'onde de 0,490 µm, 0,56 µm, 0,665 µm et 0,842 µm, respectivement. Ces longueurs d'onde correspondent aux parties bleue, verte, rouge et proche infrarouge du spectre électromagnétique. Ces propriétés spectrales de Sentinel-2 permettent des composites de couleurs et des composites de fausses couleurs de chacun des lacs à une résolution de 10 m. De plus, comme le signal radiométrique dans la bande proche infrarouge est presque entièrement absorbé par l'eau libre, il peut aider à délimiter une frontière eau-terre.

Les granules de données Sentinel-2 utilisées pour délimiter le rivage du lac Albert sont :

S2B_MSIL1C_20190403T080609_N0207_R078_T36NUH_20190403T110906, S2B_MSIL1C_20190503T080619_N0207_R078_T36NTG_20190503T112849, S2B_MSIL 1C_20190503T080619_N0207_R078_T36NTH_20190503T112849, S2B_MSIL1C_20190503T080619_N0207_R078_T36NUG_20190503T112849

Les granules de données Sentinel-2 utilisées pour délimiter le littoral du lac Édouard sont :

MSIL1C_20170702T081009_N0205_R078_T35MRV_20170702T082404, MSIL1C_20170821T080959_N0205_R078_T35MQV_20170821T082855

Le granule de données Sentinel-2 utilisé pour délimiter le rivage du lac George est :

S2B_MSIL1C_20191229T081239_N0208_R078_T35NRA_20191229T100818

L'imagerie spatiale de base utilisée pour délimiter le littoral du lac Victoria est Landsat-8. Landsat-8 est un système d'imagerie multispectrale haute résolution (HR) de l'USGS/NASA. Landsat-8 utilise un imageur terrestre opérationnel et un capteur infrarouge thermique pour collecter des données avec une résolution spatiale de 30 mètres dans les régions visible et proche infrarouge du spectre électromagnétique. Les bandes pertinentes à une résolution de 30 m sont la bande bleue située entre 0,45 µm et 0,51 µm, la bande verte située entre 0,53 µm et 0,58 µm, la bande rouge située entre 0,64 µm et 0,67 µm et la bande proche infrarouge située entre 0,85 µm et 0,88 µm. Comme la bande infrarouge est presque entièrement absorbée par l'eau libre, elle peut aider à délimiter une frontière eau-terre. De plus, une bande panchromatique de 15 m est située entre 0,64 µm et 0,67 µm et est utilisée pour affiner les bandes de 30 m afin de permettre la numérisation des caractéristiques à une résolution de 15 m. Ces propriétés spectrales de Landsat-8 permettent des composites couleur et des composites infrarouge couleur du lac Victoria à une résolution de 15 m lorsqu'ils sont améliorés.

Les données Landsat sont listées ci-dessous.

LC81700602020049LGN00, LC81700602021003LGN00, LC81700612020001LGN00, LC81700612020049LGN00, LC81700622020017LGN00, LC81700622020049L GN00. LC81710602020040LGN00, LC81710602021026LGN00, LC81710612020040LGN00, LC81710622020040LGN00, LC81720602020047LGN00

Dans les zones de végétation très dynamiques où Sentinel-2 ou Landsat-8 ne peuvent pas délimiter un littoral clair, des images à très haute résolution (VHR) ont été obtenues et utilisées (tableau 3). Par exemple, la zone humide du sud du lac Albert à travers la RDC et l'Ouganda utilise des images Worldview 2 (WV2) et 30 cm Worldview 3 (WV3) de 50 cm par opposition à Sentinel-2 (tableau 3), car cette région a des herbes flottantes éphémères, une végétation subaquatique, et montre donc une réponse de signal réfléchie dans les bandes proche infrarouge de l'imagerie satellite. Ainsi, les zones humides du lac Albert ont une résolution sensiblement plus élevée que le reste du littoral du lac Albert.

Enfin, un UAS à résolution inférieure au mètre (SMR) a survolé le lac Albert pour vérifier la précision de la position des rives. Une fois les statistiques de précision calculées, les données UAS ont été réincorporées dans les rivages de ces zones. Ces rivages dérivés du SAMU sont les régions autour de Kaiso, Butiaba et Ntoroko sur le lac Albert en Ouganda.

L'étape initiale de la délimitation du littoral consistait à sélectionner les scènes satellites requises - les scènes sélectionnées devaient répondre aux critères suivants, être principalement sans nuages au-dessus des lacs et avoir des drapeaux appropriés indiquant des données de haute qualité. Les sites ESA Copernicus Hub et USGS GLOVIS ont été fouillés jusqu'à ce que les images répondent aux critères ci-dessus. Les granules sélectionnés ont ensuite été sous-ensembles uniquement dans les bandes bleue, verte, rouge et proche infrarouge, et l'imagerie Landsat-8 a été affinée. Une fois composé, chaque raster à 4 bandes est représenté sous la forme d'un composite couleur-IR et d'un composite couleur visible. Avant le début de la numérisation, la résolution était fixée à 1:20 000 pour tous les lacs à l'exception du lac Victoria, qui était fixée à 1:30 000.

Des filets de pêche ont été construits qui couvraient l'intégralité de chaque lac. Le littoral dans chaque cellule du filet de pêche est numérisé manuellement de manière tête haute. Le premier passage de chaque cellule numérise la rive extérieure du lac. La deuxième passe de chaque cellule numérise toutes les îles de la cellule, et la troisième passe numérise les obstructions potentielles près du rivage. Une fois chaque cellule terminée, un deuxième cartographe vérifie la numérisation et renvoie toutes les questions au numériseur d'origine, en effectuant les mises à jour requises. L'étape finale consiste à combiner toutes les cellules individuelles du littoral du filet de pêche en un tout singulier pour chaque lac, puis à vérifier la topologie de l'élément riverain construit.

En utilisant la règle d'échelle et de résolution de Tobler26, il est possible de créer une ligne de rivage à l'échelle approximative de 1:20 000 à partir des images Sentinel-2 de 10 m et de 1:30 000 à partir des images Landsat-8 en utilisant une surveillance et un contrôle des erreurs appropriés. L'imagerie Planet Scope à une résolution de 3 m équivaudrait à 1:6 000, l'imagerie WV2 à une résolution de 50 cm équivaudrait à 1:1000, l'imagerie WV3 à une résolution de 30 cm équivaudrait à 1:600, l'imagerie UAS à une résolution de 10 cm équivaudrait à 1:200. Pour ces raisons, les rives des lacs Albert, Edward et George peuvent être considérées à une résolution minimale de 10 m ou à un produit à l'échelle 1:20 000. Le littoral du lac Victoria peut être considéré comme une résolution minimale de 15 m ou un produit à l'échelle 1:30 000. Nous rapportons la résolution la plus grossière comme étant la résolution du rivage à partir de l'instrument le plus grossier, mais de grandes parties des rivages ont une résolution plus élevée à partir d'instruments moins grossiers.

Nous trouvons que la superficie du lac Édouard, du lac Albert, du lac George et du lac Victoria est de 2 241 119 039 m2, 5 423 949 967 m2, 281 121 696 m2 et 66 792 882 259 m2, respectivement. Nous trouvons que les longueurs de rivage du lac Edward, du lac Albert, du lac George et du lac Victoria sont respectivement de 241 395 m, 484 454 m, 89 204 m et 3 063 755 m. Les informations récapitulatives pour le rivage de chaque lac sont présentées dans le tableau 4, et les données sont comparées à la base de données géographique globale auto-cohérente, hiérarchique et à haute résolution (GSHHG)27, considérée comme la meilleure actuellement disponible et cohérente sur ces lacs27.

Les sondages ont été collectés et traités à l'aide du logiciel Eye4Software Hydromagic ou Echoview Software Pty Ltd, Echoview. Le système de collecte de sondages utilisé pour le lac Albert, le lac Edouard et le lac George était le CEESystems CEESCOPE. Les sondages à haute fréquence pour le lac Albert, le lac Edward et le lac George ont été recueillis à l'aide d'un transducteur de 200 kHz de CEE Systems. Les sondages à basse fréquence pour la partie en eau profonde du lac Édouard ont été recueillis à l'aide d'un transducteur de 33 kHz de CEE Systems. Le système de collecte de sondage utilisé sur le lac Victoria avant 2020 était un échosondeur à double fréquence Simrad EK 60 avec un angle de faisceau de 7 ° connecté à un transducteur double à usage général de 70 kHz et 120 kHz produit par Kongsberg Maritime AS. Pour 2020, le système de collecte des sondages a été remplacé par un échosondeur à double fréquence Simrad EK80, qui fonctionnait aux mêmes fréquences. Le système GNSS utilisé sur le lac Albert, le lac Edouard et le lac George était un GPS Novatel Hemisphere. Le système Hemisphere Atlas a fourni la correction en temps réel du GPS en bande L SBAS. Le système Hemisphere Atlas a fourni la correction en temps réel du GPS en bande L SBAS. Le système GNSS utilisé sur le lac Victoria était un GPS de Globalsat Technology Corporation.

ESRI ArcGIS ArcPro28, GDAL/OGR29 et QGIS30 ont été utilisés pour effectuer tous les transferts de coordonnées horizontales, effectuer des analyses géostatistiques, produire des sorties cartographiques, numériser les rivages, post-traiter les sondages et analyser les sondages. Microsoft Excel a été utilisé pour traiter et transformer les données GPS SDp. La transformation de synthèse harmonique pour la conversion des données en EGM 2008 a été effectuée dans le code Fortran Harmonic Synth WGS 84 fourni par le NGA15.

Sentinel-2 et PlanetScope étaient les principales sources de données pour l'imagerie satellitaire. Le logiciel SenseFly Emotion33 a été utilisé pour planifier et piloter toutes les missions UAV. Pix4D34 a été utilisé pour traiter toutes les images UAV.

Tinfour 2.7.135 pour trianguler les sondages bathymétriques de masse et calculer les profondeurs et volumes moyens de chaque lac.

HRBS-GLWNB 2020 est accessible au public en tant que référentiel géospatial dans un Harvard Dataverse à https://dataverse.harvard.edu/dataverse/GLWNB-2020. Les données vectorielles sont disponibles au format open shapefile et les données raster au format open GeoTiff. Les données tabulaires sont disponibles au format CSV. En raison de la taille importante du fichier, certains ensembles de données sont compressés. Les données sont organisées par lac et type de données.

Tous les sondages pour tous les lacs sont disponibles en points vectoriels et en format tabulaire36. Les attributs comprennent le sondage réel, l'emplacement horizontal des sondages, l'état GPS des sondages et d'autres données auxiliaires telles que la date et l'heure du sondage. Des cartes bathymétriques, issues des sondages, sont également disponibles à cet endroit36.

Chaque information sur l'élévation des lacs (SDp), le repère et la jauge d'eau est sous forme de points et de tableaux37. Toutes les données sont fournies en hauteurs ellipsoïdales et EGM 84, EGM 96 et EGM 08. Les données sont organisées par lac et type de données. Les attributs incluent le niveau zéro réel du lac pour chaque lac, l'emplacement horizontal de la référence utilisée pour dériver le niveau zéro du lac, chaque point GPS qui alimente l'emplacement de référence et les décalages gravitationnels utilisés pour convertir l'élévation de chaque lac de la hauteur ellipsoïdale à un modèle gravitationnel terrestre. Chaque rive des lacs est disponible sous forme de polygone vectoriel38. Le référentiel comprend des métadonnées géospatiales pour chaque ensemble de données.

L'estimation de l'incertitude adopte une double approche. Tout d'abord, définir et tenter de mesurer l'incertitude de chaque composant, puis combiner ces mesures d'incertitude en une seule mesure statistique de l'incertitude applicable à l'ensemble de l'ensemble de données ou, lorsque cela est possible, créer un échantillon de données de plus haute vérité et utiliser cet échantillon de plus haute vérité pour évaluer l'incertitude de la population à l'aide de la validation croisée.

L'incertitude LEU est l'incertitude combinée des emplacements verticaux des repères, des lectures du niveau d'eau, de l'erreur introduite lors du transfert des données entre les deux et du transfert des hauteurs ellipsoïdales à l'EGM 2008.

L'intervalle de confiance à 99 % pour chacune des hauteurs ellipsoïdales des repères est exprimé ci-dessous et utilisé comme incertitude ellipsoïdale (EU).

L'incertitude du niveau optique (OLU), en millimètres verticaux, est la route au carré de la distance mesurée en kilomètres multipliée par soixante39. La distance combinée du repère du lac Albert au niveau optique et de la jauge du lac Albert au niveau optique est estimée à 20 m, introduisant une erreur de nivellement maximale potentielle de 0,008 m. La distance combinée entre le repère du lac Édouard et le niveau optique et la jauge du lac Édouard et le niveau optique est estimée à 20 m, ce qui introduit une erreur de nivellement maximale potentielle de 0,008 m. La distance combinée entre le repère du lac George et le niveau optique et la jauge du lac George et le niveau optique est estimée à 40 m, introduisant une erreur de nivellement maximale potentielle de 0,012. L'erreur de mesure optique du lac Victoria est de 0 m, car l'emplacement de la jauge est au même emplacement horizontal que le repère, et l'altimètre est utilisé pour déterminer le SDp.

Toute incertitude de WL (WLU) est supposée être l'incertitude d'échelle de la moitié de la gradation de chaque jauge, qui est de 0,025 m pour le lac Albert et de 0,005 m pour le lac Edward, le lac George et le lac Victoria.

Jason-3 est un altimètre relativement nouveau, et son application aux masses d'eau intérieures est encore plus récente, mais les évaluations des masses d'eau terrestres sont en cours de développement. Sur le lac Issyk-Kul, le biais absolu de Jason-3 est signalé comme étant de −28 mm ± 40 mm StD40. Sur de nombreuses rivières françaises, il a un RMSE compris entre 0,20 m et 0,30 m41, et l'instrument est conçu pour fonctionner avec une précision de 2,5 cm42, et cette valeur est utilisée comme LEU total pour le lac Victoria.

Pour le lac Albert, le lac Édouard et le lac George, l'incertitude de l'UFE est calculée à l'aide de la méthode GUM de la somme des carrés43 (équation 2). Pour le lac Victoria, l'UFE est simplement l'incertitude de l'élévation du lac Jason-3, car la référence et la jauge sont contournées (équation 2).

Éq. 2 - Incertitude du SDP

où LEU = Total SDp Incertitude, V = Lac Victoria, A = Lac Albert, E = Lac Edouard, G = Lac George, EU = incertitude ellipsoïdale, OLU = incertitude du niveau optique, WLU = incertitude de lecture du niveau d'eau.

L'incertitude la plus importante est probablement l'incertitude de conversion du modèle gravitationnel terrestre (EGMu) introduite en utilisant les coefficients harmoniques sphériques sans marée16, et cette incertitude reste inconnue pour des emplacements discrets. L'objectif déclaré d'EGM 2008 permet une erreur globale de commission d'ondulation du géoïde de ±15 cm, et les zones avec des données gravitationnelles de qualité ont été estimées comme ayant des incertitudes entre ±5 et ±10 cm16. Les lacs Albert, Edward et George ont des incertitudes EGMU inconnues. L'UFE pour le lac Victoria est de 2,5 cm, ce qui correspond à l'incertitude signalée de l'altimètre Jason-342, et les données de l'altimètre sont déjà calibrées sur l'EGM 200817. L'EGMU est probablement déjà intégrée à l'UFE du lac Victoria.

Le LEU pour le lac Albert est de 0,05 m plus l'EGMU supplémentaire inconnu. L'UFE pour le lac Édouard est de 0,01 m plus l'EGMU inconnue supplémentaire. L'UFE pour le lac George est de 0,16 m plus l'EGMU inconnue supplémentaire. Le LEU pour le lac Victoria est de 2,5 cm.

Le fabricant fournit la précision nominale d'un transducteur de 200 kHz comme suit : 0,01 m en plus de ±0,1 % de la profondeur. Nous utilisons cette valeur dans tous les lacs, bien que pour une petite partie du lac Édouard, le transducteur de 33 kHz ait été utilisé et que le lac Victoria ait utilisé un transducteur de 120 kHz. Le tableau 5 donne les valeurs de l'incertitude de l'échosondeur, Ues, pour des profondeurs d'eau représentatives. L'incertitude maximale de l'angle du faisceau, Uba, peut être exprimée en termes de profondeur à l'aide d'une simple relation trigonométrique (équation 3), qui donne la valeur du tableau 5. Le tangage ou le roulis d'un navire modifie l'angle du faisceau acoustique et introduit des erreurs de distance oblique dans la profondeur mesurée. Lorsque l'angle de tangage ou de roulis dépasse la largeur du faisceau acoustique du transducteur, une perte de signal est susceptible de se produire. Lorsque cela s'est produit, le processus de numérisation a comblé les lacunes. La largeur du faisceau acoustique du signal du transducteur de 200 kHz est de 5 degrés. Le tangage du navire dépassait rarement quelques degrés, mais l'angle de roulis pouvait dépasser 5 degrés pendant de courtes périodes lors de journées inhabituellement agitées.

Éq. 3 Incertitude de l'angle du faisceau

Le transducteur utilisé sur le lac Victoria utilise un support fixe permanent, de sorte qu'une seule mesure du tirant d'eau initial sous le niveau de l'eau (TD0) est nécessaire. Sur tous les autres lacs, le TD0 a été mesuré en eau calme à moins de 1 cm chaque jour lorsque l'ensemble de montage a été installé sur le bateau. À certaines occasions, TD0 a dû être mesuré lorsque la surface de l'eau était affectée par de petites vagues. Un autre impact sur l'incertitude du tirant d'eau était les variations du tirant d'eau du navire avec la vitesse et, dans une certaine mesure, les changements de déplacement au fur et à mesure que le carburant était utilisé. Les mouvements de rotation du navire entraîneront également une variation du tirant d'eau. Des tentatives ont été faites pour réduire au minimum la redistribution de l'équipement et des mouvements d'équipage afin de minimiser cet effet, mais cela s'est parfois avéré difficile dans la pratique.

La limite supérieure de la variance TD est physiquement contrôlée par la construction du bateau et la méthode de montage du transducteur. Il a été observé que, lorsqu'il naviguait à la vitesse de relevé, tout mouvement du navire qui modifiait le tirant d'eau de plus d'environ + 20 cm soulèverait le transducteur hors de l'eau, ce qui aurait été immédiatement apparent à l'hydrographe, ou ferait déborder l'eau du tableau arrière, ce qui aurait été immédiatement évident pour l'équipage. Pour tenir compte de ces incertitudes, l'incertitude maximale du tirant d'eau du transducteur, Utd, sera estimée aux limites physiques de la plage de mouvement du transducteur, soit 20 cm.

La profondeur mesurée est une fonction linéaire de la vitesse du son dans l'eau. La vitesse du son dans l'eau douce est principalement affectée par la température de l'eau : des températures plus basses entraînent des vitesses plus lentes et des températures plus élevées entraînent des vitesses plus élevées. Des formules standardisées fournissent des vitesses sonores précises en fonction de la température. Puisqu'aucun profil de température n'a été recueilli au cours des levés, tous les sondages ont été post-calibrés en utilisant l'hypothèse simplificatrice d'une seule vitesse du son constante.

Une fois les sondages calibrés, diverses mesures des températures réelles des quatre lacs étudiés ont été utilisées pour estimer l'incertitude maximale de vitesse abondante, Usv, due aux variations de la vitesse du son. Les températures maximales mesurées allaient de 21,60 °C dans le lac Victoria en 2018 à 30,1 °C dans le lac Albert en 202044. Cette plage correspond à une vitesse du son allant de 1486 m/sec à 1508 m/sec. Étant donné que la profondeur mesurée dépend linéairement de la vitesse du son, l'Usv a les mêmes pourcentages que les erreurs de vitesse du son, qui se situent entre -1,1 % et 0,4 %. La valeur unique de Usv en fonction des profondeurs représentatives, indiquée dans le tableau 5, est estimée comme étant le maximum de la plage absolue de ±Usv, soit 1,1 %.

Encore une fois, l'incertitude de profondeur de sondage combinée (Usc) est calculée à l'aide de la méthodologie GUM de la somme des carrés43 (Eq. 4). L'erreur non comptabilisée concerne la diminution de la charge de carburant pendant la journée et d'autres paramètres de stabilité du bateau tels que le nombre et l'emplacement des membres d'équipage.

Éq. 4 - Incertitude de sondage

Pendant plusieurs jours au cours du déploiement du lac Albert, le signal correctif GNSS en bande L est devenu intermittent, s'interrompant pendant environ 20 % du temps. En conséquence, à travers le lac Albert, il y avait 59 287 paires de coordonnées GPS sans signal différentiel et 233 504 paires de coordonnées GPS avec un signal différentiel. Il a été décidé de conserver les 59 287 paires de coordonnées GPS sans signal différentiel. La méthodologie ci-dessous a été conçue pour quantifier cette différence et guider la décision d'inclure les données GPS non corrigées aux côtés des données GPS corrigées. Il convient de noter que cette baisse du signal en bande L ne modifiera que la position horizontale des sondages, car la profondeur est prise à partir d'un équipement hydroacoustique, et le SDp a été déterminé à l'aide d'une jauge et d'un repère.

Deux échantillons de transects totalisant 34 kilomètres linéaires avec une perte intermittente de correction différentielle ont été extraits de l'ensemble de la population de données. Tout d'abord, les 3 816 paires de coordonnées horizontales sur ces deux transects avec un signal de correction différentiel ont été connectées linéairement. Cette connexion est définie comme la ligne de meilleur ajustement. Il s'agit simplement d'un connecteur euclidien entre chaque paire de paires de coordonnées GPS corrigées. Ensuite, les 4 714 paires de coordonnées horizontales GPS sans correction différentielle ont été ajoutées à cette ligne. Ces points non corrigés ne correspondaient pas exactement à la ligne de meilleur ajustement mais sont souvent situés de part et d'autre de cette ligne. Enfin, la distance entre les paires de coordonnées horizontales GPS sans corrections différentielles et l'entité linéaire créée à partir des paires de coordonnées horizontales GPS avec correction différentielle a été calculée. Le décalage moyen des paires de coordonnées horizontales GPS non corrigées par rapport aux paires de coordonnées horizontales GPS corrigées était de 0,13 m. La différence maximale trouvée sur l'échantillon de 34 km n'est que de 1,45 m. Comme aucune méthode de regroupement ne devrait tenter d'analyser ces données au niveau horizontal inférieur au mètre, les paires de coordonnées horizontales non corrigées ont été conservées.

Nous échantillonnons les rivages en utilisant une représentation à plus haute résolution des rivages; dans ce cas, un rivage dérivé de UAS. Nous partons du principe que l'UAS fonctionnant à la résolution de 10 cm localise le littoral avec plus de précision qu'un système spatial fonctionnant à une résolution de 10 m ou 30 m. L'utilisation de données à plus haute résolution est une méthode conventionnelle pour obtenir la précision de localisation d'une entité cartographique. L'UAS a survolé 102 km linéaires de la partie ougandaise du rivage du lac Albert entre le 1er et le 20 février 2021, et a été transformé en un rivage linéaire en utilisant la même méthode que le rivage du lac d'origine.

Tous les sommets originaux du rivage achevé du lac Albert ont été extraits. Les sommets en dehors de la zone de vol UAS ont été ignorés. Les emplacements des sommets du rivage d'origine ont ensuite été comparés à leur distance par rapport aux rivages de l'UAS. Les sommets sont choisis comme ancres car ce sont les emplacements où un analyste détermine que le rivage est présent en laissant tomber un point ; le rivage lui-même n'est que la connexion mécanique de tous les sommets placés par l'analyste. Les sommets du rivage d'origine se trouvaient à moins de 14,46 m ± 0,52 (IC 95, n = 8826) des rivages de l'UAS. Autrement dit, la différence moyenne des rivages est bien inférieure à un pixel et demi Sentinel-2. Ce niveau d'incertitude du rivage s'applique aux lacs Albert, Edward et George. Si le lac Victoria a le même niveau d'incertitude de rivage que les trois autres lacs, cela équivaudra à 21,69 m pour le lac Victoria.

Toutes les unités de mesure horizontales ou verticales sont des mètres, des mètres carrés ou des mètres cubes, sauf indication contraire.

Sauf indication contraire, les données géospatiales du lac Victoria sont référencées à EPSG:102024 et les données géospatiales du lac Albert sont référencées à EPSG:32636. Les données géospatiales du lac Édouard sont référencées à

EPSG:32735. Lake George est divisé entre EPSG:32636 et EPSG:32736, mais EPSG:32636 est utilisé comme emplacement de référence, et la majeure partie du lac se trouve dans l'hémisphère nord. Par conséquent, certains logiciels peuvent lire les coordonnées du lac George comme hors limites; dans ce scénario, convertissez Lake George en EPSG:102024 ou un autre système de coordonnées approprié ou utilisez la latitude et la longitude comme alternative. Sauf indication contraire, les données verticales font référence à la version officielle EGM 2008 WGS 198416.

Ces données sont conditionnées dans des formats ouverts et prêtes à être utilisées directement dans des logiciels FOSS-GIS tels que QGIS, GRASS, GDAL/OGR et des packages commerciaux tels que ArcGIS, GeoMedia et Manifold. Nous encourageons les futurs chercheurs à continuer d'affiner la référence du lac George et le niveau d'élévation du lac fournis.

Le code Fortran pour générer les ondulations du géoïde WGS 84 à l'aide de la synthèse harmonique sphérique d'EGM2008 est disponible auprès du NGA15 et peut être téléchargé sur https://earthinfo.nga.mil/index.php?dir=wgs84&action=wgs84 et est lié à partir du référentiel.

Le code C++ pour générer les ondulations du géoïde WGS 84 des EGM 84 et EGM 96 fait partie du projet GeographicLib45 et est disponible en téléchargement https://geographiclib.sourceforge.io/html/GeoidEval.1.html.

Le code Java pour répéter les calculs de volume et de profondeur moyenne est déposé dans le référentiel GitHub Tinfour situé à https://github.com/gwlucastrig/Tinfour et est lié à partir du référentiel.

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Les enquêtes ont été menées et coordonnées par des chercheurs de l'Institut national de recherche sur les ressources halieutiques (NaFIRRI) de l'Ouganda, de l'Institut de recherche marine et halieutique du Kenya (KMFRI), de l'Institut tanzanien de recherche sur la pêche (TAFIRI), du Groupe de travail hydroacoustique régional du lac Victoria de l'Organisation des pêches du lac Victoria, de l'Université de Denver, de l'Université de Boston, de l'Université de Salisbury, d'Emerald Ocean Engineering LLC et de Gulf Coast GIS LLC. Le financement pour le lac Albert et le lac Édouard a été reçu de la Banque africaine de développement (BAD) par le biais de l'Initiative du bassin du Nil - Programme d'action subsidiaire des lacs équatoriaux du Nil (NBI-NELSAP) dans le cadre du projet de gestion intégrée des pêches et des ressources en eau des lacs Édouard et Albert (projet LEAF II). Le financement de l'enquête sur le lac Victoria 2017 a été reçu de la National Science Foundation (NSF) sous le numéro de prix v. Le financement des enquêtes sur le lac Victoria 2018, 2019 et 2020 a été partiellement fourni par Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH Responsible Fisheries Business Chains (RFBC) numéro de projet 16.0126.9–102.00. Le financement du lac George provient des contributions de contrepartie de NaFIRRI, Emerald Ocean Engineering LLC et Gulf Coast GIS LLC. Nous tenons à remercier le capitaine et l'équipage respectifs de chaque navire et le personnel local qui a aidé sur chaque site. Nous reconnaissons la Marine Nationale de la RDC et les Marines de l'UPDF de l'Ouganda pour avoir assuré la sécurité. Nous tenons à remercier l'équipage du bateau de patrouille LEAF-II du lac Edward pour nous avoir apporté du carburant d'urgence. Nous reconnaissons M. Isingoma Philbert pour avoir pris des mesures quotidiennes de l'eau au lac Edward. Nous tenons à remercier USDA, NASA/PODAAC, AVISO, NOAA et la base de données TU-Delft/NOAA RADS pour fournir les ensembles de données et paramètres altimétriques TOPEX/POSEIDON, Jason-1, Jason-2/OSTM, GFO et SARAL à utiliser pour établir le niveau d'eau du lac Victoria. Enfin, nous devons remercier Planet, l'ESA et l'USGS pour avoir fourni les images PlanetScope, Sentinel-2 et Landsat utilisées dans cette construction de données.

Département d'études côtières, East Carolina University, Greenville, Caroline du Nord, 27858, États-Unis

Stuart E. Hamilton et Noah Krach

Emerald Ocean Engineering LLC, 107 Ariola Drive, Pensacola Beach, Floride, 32561, États-Unis

David D. McGehee

Institut kenyan de recherche marine et halieutique (KMFRI), Centre Kisumu, Kisumu, Kenya

Chrispine Nyamweya, Collins Ongore, Amina Makori et Venny M. Mwainge

Institut national de recherche sur les ressources halieutiques (NaFIRRI), PO Box 343, Jinja, Ouganda

Richard Mangeni-Sande, Esther Kagoya, Henry Ocaya, Bairon Mugeni & Elias Muhumuza

Institut tanzanien de recherche sur la pêche (TAFIRI), PO Box 475, Mwanza, Tanzanie

Benedict B. Kashindye, Mboni Elison, Sophia S. Shaban et Enoch Mlaponi

Département de géographie et de géoscience, Université de Salisbury, Salisbury, États-Unis

Noé Crash

Bureau des pêches, Service des pêches du Kenya, Nairobi, Kenya

Zachary Ogari

Organisation des pêches du lac Victoria (LVFO), PO Box 1625, Jinja, Ouganda

Anthony Taabu-Munyaho et Robert Kayanda

Institut maritime de l'Université de Busitema, Namasagali, Ouganda

Vianny Natugonza

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Hamilton était le scientifique principal pour le lac Edward et le lac George et le deuxième hydrographe du lac Albert. Pour tous les lacs, il est responsable du SIG, de la télédétection, de la cartographie analytique et des méthodologies d'intégration des données. Hamilton a co-conçu les méthodologies de référence et de niveau d'eau pour le lac Albert, le lac Edward et le lac George et a conçu les méthodes pour le lac Victoria. Il a développé la procédure pour le niveau d'eau altimétrique utilisé sur le lac Victoria. Il a co-conçu les validations d'erreur et d'incertitude sur tous les lacs. Il a conçu les vols UAS, piloté l'UAS et traité les données UAS. Il a dirigé la délimitation des rives sur tous les lacs. Hamilton a rédigé l'article et créé le référentiel de données. McGehee était le scientifique principal pour le lac Albert et a traité tous les sondages pour le lac Albert, le lac Edward et le lac George. Il a co-conçu les méthodologies de référence et de niveau d'eau pour tous les lacs à l'exception du lac Victoria. Il a co-conçu les validations d'erreur et d'incertitude sur tous les lacs. McGehee a écrit des parties de l'article en mettant particulièrement l'accent sur l'erreur et l'incertitude. Nyamweya a dirigé la conception de l'étude de transect du lac Victoria, la collecte de données acoustiques et l'analyse acoustique. Il a aidé à écrire la partie du manuscrit sur les sondages du lac Victoria. Ongore était à la tête de l'équipe d'hydrographie du lac Victoria et a fourni des données environnementales pour définir les paramètres dans le logiciel d'acquisition de données et des données environnementales pour calibrer les échosondeurs. Makori a calibré le système de sondage EK60 ainsi que les fichiers de calibrage Echoview mis à jour. Elle a prétraité les données bathymétriques des levés hydroacoustiques du lac Victoria. Mangeni-Sande a conçu des transects et développé des scripts R pour l'analyse des données hydroacoustiques du lac Victoria. Kagoya a contre-vérifié la cohérence des paramètres d'exportation des échogrammes dans Echoview pour les relevés du lac Victoria. Kashindye a classé les régions et les événements sur les échogrammes et a vérifié l'intégrité de la ligne de fond détectée par le sondeur à l'aide d'Echoview pour les données du lac Victoria. Elison a collecté, traité et exporté des échogrammes traités sous forme de fichiers CSV pour une analyse plus approfondie des données du lac Victoria. Shaban a collecté des données, traité les fichiers acoustiques bruts et validé la profondeur du lac déterminée acoustiquement dans Echoview pour l'enquête de 2020. Mlaponi était le responsable de la biologie et a fourni des métadonnées pour les transects acoustiques et les stations d'échantillonnage dans toutes les enquêtes. Mwainge a traité les fichiers bruts dans Echoview pour le relevé hydroacoustique du lac Victoria de 2019 et a préparé les exportations pour la bathymétrie. Ocaya a collecté et traité les données de température de l'eau utilisées pour les ajustements de la vitesse du son dans tous les lacs à l'exception du lac Victoria. Krach a traité les images du littoral Sentinel-2 pour le lac Albert et le lac Edward, et il a effectué la numérisation du littoral du lac Albert. Il a également traité les images Landsat du lac Victoria et numérisé le littoral du lac Victoria. Ogari a effectué la numérisation des rives du lac Edward et du lac George. Mugeni a recueilli la collection de sondages sur le lac George. Anthony Taabu-Munyaho a dirigé la conception de l'étude du lac Victoria et l'interprétation des données de sondage. Robert Kayanda a mis en place le système de collecte de données acoustiques (EK60) et développé un modèle Echoview pour le traitement des données acoustiques du lac Victoria. Muhumuza a aidé Ocaya à collecter les données sur la température de l'eau et était un observateur formé pour les vols UAS. Natugonza a aidé à collecter toutes les données de sondage pour le lac Victoria et a effectué le traitement initial des échogrammes du sondeur pour le lac Victoria.

Correspondance à Stuart E. Hamilton.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Hamilton, SE, McGehee, DD, Nyamweya, C. et al. Bathymétries et rivages à haute résolution pour le bassin des Grands Lacs du Nil Blanc. Sci Data 9, 642 (2022). https://doi.org/10.1038/s41597-022-01742-3

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Reçu : 03 septembre 2021

Accepté : 30 septembre 2022

Publié: 22 octobre 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41597-022-01742-3

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