Hydrologie (kadi.weather.hydrology)¶
La classe Hydrology modélise le bilan hydrique du sol pour une parcelle
agricole. Elle calcule l'évapotranspiration de référence (ET0), le
ruissellement journalier (SCS-CN) et le bilan hydrique complet selon
la norme FAO-56.
Elle est utilisée en interne par la façade Weather, mais peut aussi être
instanciée directement pour des analyses spécifiques.
Importation directe¶
Initialisation¶
Dans le cas courant, Hydrology est créée automatiquement par la façade
Weather lors du premier appel à water_balance() ou et0_hargreaves().
Elle est alors accessible via weather.hydrology.
import kadi as kd
weather = kd.Weather(lat=9.3, lon=2.3, name="Parakou")
# Hydrology chargée à la demande
bilan = weather.water_balance(crop="maize", soil_type="ferrugineux")
hydrology = weather.hydrology # Instance disponible
Pour une instanciation directe :
from kadi.weather import Hydrology, Location
import pandas as pd
location = Location(lat=9.3, lon=2.3, name="Parakou")
# rainfall : pd.Series journalière de précipitations, indexée par date
# temperature : pd.DataFrame avec colonnes 'temperature_min' et 'temperature_max'
hydrology = Hydrology(
location,
rainfall,
temperature,
soil_type="ferrugineux",
crop="maize",
)
Attributs publics :
| Attribut | Type | Description |
|---|---|---|
location |
Location |
Localisation de la parcelle |
rainfall |
pd.Series |
Série de précipitations quotidiennes |
temperature |
pd.DataFrame |
Données de température (temperature_min, temperature_max) |
crop |
str |
Type de culture |
soil_type |
str |
Type de sol |
soil |
dict |
Paramètres physiques du sol |
balance |
pd.DataFrame |
Résultat du bilan hydrique (None avant calcul) |
Méthodes¶
water_balance()¶
Simule le bilan hydrique quotidien du sol selon la méthode FAO-56.
Le calcul comprend :
- ET0 journalier par Hargreaves-Samani.
- Ruissellement par la méthode SCS-CN avec ajustement AMC (Antecedent Moisture Condition) sur les 5 jours précédents.
- Évapotranspiration de la culture (ETc = ET0 x Kc).
- Bilan séquentiel : pluie efficace - ETc, plafonné à TAW (Total Available Water).
bilan = weather.water_balance(crop="maize", soil_type="ferrugineux")
# Derniers 7 jours
print(bilan.tail(7)[[
"precip", "et0", "pluie_eff",
"evapotransp", "deficit_eau", "reserve_utile", "stress_hydrique_index"
]])
Ce calcul est déclenché via la façade Weather. Pour l'appeler directement
sur l'instance Hydrology (par exemple après avoir modifié la culture) :
# Modification de la culture et du sol
weather.hydrology.crop = "rice"
weather.hydrology.soil_type = "ferrallitique"
weather.hydrology.soil = weather.hydrology.soil_params("ferrallitique")
# Recalcul
bilan = weather.hydrology.water_balance()
Retour : pd.DataFrame avec DatetimeIndex.
Colonnes :
| Colonne | Description |
|---|---|
precip |
Précipitations observées (mm) |
et0 |
ET0 par Hargreaves-Samani (mm/jour) |
pluie_eff |
Pluie efficace après déduction du ruissellement (mm) |
evapotransp |
ETc = ET0 x Kc de la culture (mm/jour) |
deficit_eau |
Déficit hydrique journalier dans le sol (mm) |
reserve_utile |
Eau disponible dans le sol = TAW - déficit (mm) |
stress_hydrique_index |
Indice de stress hydrique = déficit / TAW (0 a 1) |
Exceptions :
DataError: données de précipitation ou de température manquantes.
et0_hargreaves(tmin, tmax, day_of_year)¶
Calcule l'évapotranspiration de référence (ET0) par la méthode Hargreaves-Samani. Alternative à Penman-Monteith lorsque les données d'humidité, de vent et de rayonnement solaire sont indisponibles.
# Calcul pour un jour donné
et0 = weather.et0_hargreaves(tmin=22.0, tmax=35.0, day_of_year=180)
print(f"ET0 : {et0:.2f} mm/jour")
# Appel direct sur l'instance Hydrology (accepte aussi des arrays numpy)
import numpy as np
tmin_arr = np.array([20.0, 21.0, 19.0])
tmax_arr = np.array([33.0, 35.0, 32.0])
doy_arr = np.array([150, 151, 152])
et0_arr = weather.hydrology.et0_hargreaves(tmin_arr, tmax_arr, doy_arr)
Paramètres :
| Nom | Type | Description |
|---|---|---|
tmin |
float ou np.ndarray |
Température minimale (degC) |
tmax |
float ou np.ndarray |
Température maximale (degC) |
day_of_year |
int ou np.ndarray |
Jour de l'année (1 a 365) |
Retour : float ou np.ndarray - ET0 en mm/jour.
et0_fao56_penman(tmin, tmax, humidity, wind_speed, solar_rad)¶
Calcule l'ET0 par la méthode FAO-56 Penman-Monteith. Plus précise que Hargreaves car elle intègre l'humidité relative, la vitesse du vent et le rayonnement solaire mesuré.
et0_pm = weather.hydrology.et0_fao56_penman(
tmin=22.0,
tmax=35.0,
humidity=65.0, # Humidité relative (%)
wind_speed=2.5, # Vitesse du vent a 2 m (m/s)
solar_rad=18.0, # Rayonnement solaire (MJ/m2/jour)
)
print(f"ET0 Penman-Monteith : {et0_pm:.2f} mm/jour")
Paramètres :
| Nom | Type | Description |
|---|---|---|
tmin |
float |
Température minimale (degC) |
tmax |
float |
Température maximale (degC) |
humidity |
float |
Humidité relative moyenne (%, entre 0 et 100) |
wind_speed |
float |
Vitesse du vent à 2 m de hauteur (m/s) |
solar_rad |
float |
Rayonnement solaire incident (MJ/m2/jour) |
Retour : float - ET0 en mm/jour.
runoff_cn(precipitation, prior_5d_rain)¶
Calcule le ruissellement quotidien par la méthode révisée SCS-CN, avec ajustement selon l'humidité antécédente (AMC).
runoff = weather.hydrology.runoff_cn(
precipitation=35.0,
prior_5d_rain=20.0,
)
print(f"Ruissellement : {runoff:.2f} mm")
Paramètres :
| Nom | Type | Défaut | Description |
|---|---|---|---|
precipitation |
float |
requis | Précipitation du jour (mm) |
prior_5d_rain |
float |
0.0 |
Cumul des 5 jours précédents (mm) pour l'ajustement AMC |
Ajustement AMC :
| Condition | Pluie 5j précédents | CN ajusté |
|---|---|---|
| AMC I (sec) | < 12.5 mm | CN réduit |
| AMC II (moyen) | 12.5 a 35.5 mm | CN de base |
| AMC III (humide) | > 35.5 mm | CN augmenté |
Retour : float - Ruissellement en mm (0.0 si la pluie ne dépasse pas
l'abstraction initiale).
soil_params(soil_type)¶
Retourne les paramètres physiques d'un sol béninois.
params = weather.hydrology.soil_params("ferrallitique")
print(f"TAW : {params['taw']} mm")
print(f"CN : {params['cn_amc2']}")
print(f"Ksat : {params['ksat']} mm/j")
Paramètres :
| Nom | Type | Description |
|---|---|---|
soil_type |
str |
Type de sol parmi les valeurs supportées |
Types de sols supportés :
| Type | TAW (mm) | CN AMC II | Ksat (mm/j) |
|---|---|---|---|
'ferrugineux' |
100 | 82 | 15 |
'ferrallitique' |
130 | 75 | 35 |
'sableux' |
60 | 65 | 100 |
'limoneux' |
150 | 78 | 10 |
Retour : dict avec taw, cn_amc2, ksat.
Exceptions :
ValidationError: type de sol non pris en charge.
crop_kc(crop, stage)¶
Retourne le coefficient cultural (Kc) selon le stade phénologique. Le Kc représente le rapport ETc / ET0 selon la norme FAO-56.
Paramètres :
| Nom | Type | Description |
|---|---|---|
crop |
str |
Nom de la culture |
stage |
str |
Stade parmi 'ini', 'mid', 'end' |
Coefficients Kc par culture et stade :
| Culture | Kc ini | Kc mid | Kc end |
|---|---|---|---|
'maize' |
0.30 | 1.20 | 0.35 |
'rice' |
1.05 | 1.20 | 0.90 |
'manioc' |
0.30 | 0.80 | 0.30 |
'sorghum' |
0.30 | 1.00 | 0.55 |
'tomato' |
0.60 | 1.15 | 0.70 |
Retour : float - Valeur du Kc.
Exceptions :
CropError: culture non reconnue.
Méthodes dépréciées¶
| Ancienne méthode | Remplacée par | Depuis |
|---|---|---|
compute_water_balance() |
water_balance() |
v1.2.0 |
get_soil_params(soil_type) |
soil_params(soil_type) |
v1.2.0 |
get_crop_coefficients(crop, stage) |
crop_kc(crop, stage) |
v1.2.0 |
Attributs dépréciés¶
| Ancien attribut | Remplacé par | Depuis |
|---|---|---|
rainfall_data |
rainfall |
v1.2.0 |
temperature_data |
temperature |
v1.2.0 |
balance_result |
balance |
v1.2.0 |
Exemple complet¶
import kadi as kd
weather = kd.Weather(lat=9.3, lon=2.3, name="Parakou")
# Bilan hydrique complet
bilan = weather.water_balance(crop="sorghum", soil_type="sableux")
# Analyse du stress hydrique sur les 30 derniers jours
derniers_30j = bilan.tail(30)
stress_moyen = derniers_30j["stress_hydrique_index"].mean()
print(f"Stress hydrique moyen (30j) : {stress_moyen:.2f}")
# ET0 ponctuel
et0 = weather.et0_hargreaves(tmin=21.0, tmax=34.0, day_of_year=200)
print(f"ET0 du jour : {et0:.2f} mm/jour")
# Paramètres du sol
params = weather.hydrology.soil_params("ferrugineux")
print(f"Réserve utile max : {params['taw']} mm")
# Kc en plein cycle
kc = weather.hydrology.crop_kc("sorghum", "mid")
print(f"ETc = ET0 x Kc = {et0:.2f} x {kc} = {et0 * kc:.2f} mm/jour")
Hydrology ¶
Gère la modélisation hydrologique (bilan hydrique du sol) pour une parcelle.
Attributs
location (Location): Localisation de la parcelle. rainfall (pd.Series): Série de précipitations quotidiennes. temperature (pd.DataFrame): DataFrame avec temperature_min et temperature_max. crop (str): Type de culture. soil_type (str): Type de sol. soil (dict): Paramètres physiques du sol. balance (pd.DataFrame): Résultat du bilan hydrique (None avant calcul).
Source code in kadi/weather/hydrology.py
18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522 523 524 525 526 527 528 529 | |
rainfall_data
property
writable
¶
Ancien nom de rainfall. Déprécié depuis v1.2.0.
temperature_data
property
writable
¶
Ancien nom de temperature. Déprécié depuis v1.2.0.
balance_result
property
writable
¶
Ancien nom de balance. Déprécié depuis v1.2.0.
soil_params_attr
property
¶
Ancien attribut soil_params (maintenant méthode). Interne.
__init__ ¶
__init__(location: Location, rainfall_data: Series, temperature_data: DataFrame, soil_type: Optional[str] = None, crop: str = 'maize')
Initialise l'analyseur hydrologique.
Parameters:
| Name | Type | Description | Default |
|---|---|---|---|
location
|
Location
|
Instance de Location. |
required |
rainfall_data
|
Series
|
Série de précipitations quotidiennes. |
required |
temperature_data
|
DataFrame
|
DataFrame avec les colonnes 'temperature_min' et 'temperature_max'. |
required |
soil_type
|
str
|
Type de sol ('ferrugineux', 'ferrallitique', 'sableux', 'limoneux'). Si None, résolu depuis le cache. |
None
|
crop
|
str
|
Type de culture. |
'maize'
|
Source code in kadi/weather/hydrology.py
et0_hargreaves ¶
Calcule l'évapotranspiration de référence (ETo) par Hargreaves-Samani.
Méthode alternative à Penman-Monteith, utilisée en l'absence de données d'humidité, de vent et de rayonnement solaire.
Parameters:
| Name | Type | Description | Default |
|---|---|---|---|
tmin
|
Température minimale (degC). |
required | |
tmax
|
Température maximale (degC). |
required | |
day_of_year
|
Jour de l'année (1 à 365). |
required |
Returns:
| Name | Type | Description |
|---|---|---|
float |
float
|
ETo en mm/jour. |
Source code in kadi/weather/hydrology.py
et0_fao56_penman ¶
et0_fao56_penman(tmin: float, tmax: float, humidity: float, wind_speed: float, solar_rad: float) -> float
Calcule l'évapotranspiration de référence (ETo) par FAO-56 Penman-Monteith.
Méthode de référence internationale (Allen et al., 1998, FAO-56). Plus précise que Hargreaves car elle intègre l'humidité relative, la vitesse du vent et le rayonnement solaire mesuré.
Parameters:
| Name | Type | Description | Default |
|---|---|---|---|
tmin
|
float
|
Température minimale (degC). |
required |
tmax
|
float
|
Température maximale (degC). |
required |
humidity
|
float
|
Humidité relative moyenne (%, entre 0 et 100). |
required |
wind_speed
|
float
|
Vitesse du vent mesurée à 2 m de hauteur (m/s). |
required |
solar_rad
|
float
|
Rayonnement solaire incident (MJ/m2/jour). |
required |
Returns:
| Name | Type | Description |
|---|---|---|
float |
float
|
ETo en mm/jour. |
Source code in kadi/weather/hydrology.py
runoff_cn ¶
Calcule le ruissellement quotidien par la méthode révisée SCS-CN.
Parameters:
| Name | Type | Description | Default |
|---|---|---|---|
precipitation
|
float
|
Précipitation du jour (mm). |
required |
prior_5d_rain
|
float
|
Pluie des 5 jours précédents (pour ajustement AMC, Antecedent Moisture Condition). |
0.0
|
Returns:
| Name | Type | Description |
|---|---|---|
float |
float
|
Ruissellement en mm. |
Source code in kadi/weather/hydrology.py
water_balance ¶
Simule le bilan hydrique quotidien du sol selon FAO-56.
Returns:
| Type | Description |
|---|---|
DataFrame
|
pd.DataFrame: DataFrame contenant l'évolution journalière du bilan hydrique (précipitation, ET0, pluie effective, évapotranspiration réelle, déficit, réserve utile, stress hydrique). |
Raises:
| Type | Description |
|---|---|
DataError
|
Si les données météorologiques sont absentes. |
Source code in kadi/weather/hydrology.py
225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 | |
soil_params ¶
Retourne les paramètres physiques du sol béninois.
AWC : Available Water Capacity. CN : Curve Number (SCS-CN). Ksat: Conductivité hydraulique saturée.
Parameters:
| Name | Type | Description | Default |
|---|---|---|---|
soil_type
|
str
|
Type de sol parmi 'ferrugineux', 'ferrallitique', 'sableux', 'limoneux'. |
required |
Returns:
| Name | Type | Description |
|---|---|---|
dict |
dict
|
Dictionnaire des paramètres (taw, cn_amc2, ksat). |
Raises:
| Type | Description |
|---|---|
ValidationError
|
Si le type de sol n'est pas pris en charge. |
Source code in kadi/weather/hydrology.py
crop_kc ¶
Retourne le coefficient cultural (Kc) selon le stade phenologique.
La valeur Kc représente le rapport ETC / ET0 selon la norme FAO-56 (Allen et al., 1998).
Parameters:
| Name | Type | Description | Default |
|---|---|---|---|
crop
|
str
|
Nom de la culture. |
required |
stage
|
str
|
Stade phenologique parmi 'ini', 'mid', 'end'. |
required |
Returns:
| Name | Type | Description |
|---|---|---|
float |
float
|
Coefficient Kc pour le stade spécifié. |
Raises:
| Type | Description |
|---|---|
CropError
|
Si la culture n'est pas reconnue. |
Source code in kadi/weather/hydrology.py
compute_water_balance ¶
Ancienne méthode publique. Dépréciée depuis v1.2.0.
Utilisez water_balance() à la place.
Returns:
| Type | Description |
|---|---|
DataFrame
|
pd.DataFrame: Résultat du bilan hydrique. |
Source code in kadi/weather/hydrology.py
get_soil_params ¶
Ancienne méthode publique. Dépréciée depuis v1.2.0.
Utilisez soil_params(soil_type) à la place.
Parameters:
| Name | Type | Description | Default |
|---|---|---|---|
soil_type
|
str
|
Type de sol. |
required |
Returns:
| Name | Type | Description |
|---|---|---|
dict |
dict
|
Paramètres du sol. |
Source code in kadi/weather/hydrology.py
get_crop_coefficients ¶
Ancienne méthode publique. Dépréciée depuis v1.2.0.
Utilisez crop_kc(crop, stage) à la place.
Parameters:
| Name | Type | Description | Default |
|---|---|---|---|
crop
|
str
|
Nom de la culture. |
required |
stage
|
str
|
Stade phenologique. |
required |
Returns:
| Name | Type | Description |
|---|---|---|
float |
float
|
Coefficient Kc. |