An individual-based model to predict the spatial distribution of northern pike, European perch and pikeperch from habitat use in a reservoir subject to water level fluctuations

Un modèle individu-centré pour prédire la distribution spatiale du brochet, de la perche commune et du sandre, à partir de l’utilisation de l’habitat dans un réservoir soumis à des fluctuations de niveau d’eau

¹ INRAE, Aix Marseille Univ, Pôle R&D ECLA, HYNES (INRAE-EDF R&D), RECOVER, 3275 Route de Cézanne − CS 40061, 13182 Aix-en-Provence Cedex 5, France
² EDF R&D LNHE - Laboratoire National d’Hydraulique et Environnement, HYNES (INRAE-EDF R&D), 6 quai Watier, 78400 Chatou, France
³ INRAE, EABX, HYNES (INRAE-EDF R&D) 50 avenue de Verdun Gazinet, 33612 Cestas cedex, France
⁴ Research Institute for Nature and Forest, Team Aquatic Management, Havenlaan 88/bus 73, 1000 Brussels, Belgium

^* e-mail: samuel.westrelin@inrae.fr

Abstract

Reservoirs are subject to artificial water level fluctuations leading to a degradation of the littoral habitats. This often results in reduced productivity and biological diversity, particularly for fish. The development of predictive tools of fish population dynamics linked to habitat characteristics can help to optimize management actions such as habitat restoration. We developed a spatially explicit individual-based model, the 3Plake model, which predicts the spatial distribution of three fish species, northern pike, European perch and pikeperch, over seasons and diel cycles according to their habitat use. The model was calibrated with an accurate description of habitat and high spatial and temporal resolution data of fish movements in a French reservoir. The model calibration is only based on a species-specific coefficient of habitat selectivity. It was chosen to (i) match the observed and simulated traveled hourly and daily distances and (ii) minimize a metric quantifying the distance between observed and simulated density maps. The 3Plake model correctly simulated the means of traveled distances and the species distributions along the year on the study reservoir. The minimal input required (HSI maps and maximum distance range) allows its easy implementation on other reservoirs and fish species. It could be used to assess the impact of habitat restoration or water level management scenarios on fish distribution.

Résumé

Les réservoirs sont soumis à des fluctuations artificielles du niveau de l’eau entraînant une dégradation des habitats littoraux. Elles entraînent souvent une réduction de la productivité et de la diversité biologiques, en particulier pour les poissons. Le développement d’outils prédictifs de la dynamique des populations de poissons, liés aux caractéristiques de l’habitat, peut aider à optimiser les actions de gestion telles que les mesures de restauration ou de gestion des niveaux d’eau. Nous avons développé un modèle individu-centré spatialement explicite, le modèle 3Plake, qui prédit la distribution spatiale de trois espèces de poissons, le brochet, la perche commune et le sandre, au fil des saisons et du cycle diurne en fonction de leur utilisation de l’habitat. Le modèle a été calibré grâce à une description précise de l’habitat et des données à haute résolution spatiale et temporelle des déplacements des poissons dans une retenue française. La calibration du modèle est uniquement basée sur un coefficient de sélectivité de l’habitat spécifique à l’espèce. Ce coefficient a été choisi pour (i) faire correspondre les distances parcourues horaires et journalières observées et simulées et (ii) minimiser une métrique quantifiant la distance entre les cartes de densité observées et simulées. Le modèle 3Plake a simulé correctement les moyennes des distances parcourues et les distributions des espèces tout au long de l’année sur la retenue d’étude. Le minimum de données d’entrée requises permet d’envisager des transpositions sur d’autres réservoirs et espèces piscicoles. Il pourrait être utilisé pour évaluer l’impact de mesures de restauration de l’habitat ou de scénarios de gestion des niveaux d’eau sur la répartition des poissons.