Informational analysis of the Canadian National Hydrometric program monitoring network

Abstract

An information theory-based analysis was used to evaluate the Canadian National Hydrometric Network. The information theory approach used a mutual information based metric known as information quality ratio (IQR) to evaluate the reproducible information available in the network. The analysis was based on available data from 1 January 2009 to 31 December 2018, and compared using average daily discharge and average daily stage data from all months, summer months, and winter months to calculate the IQR. This evaluation showed that 63–77% of hydrometric stations providing discharge data and 87–90% of hydrometric stations providing stage data, depending on the season, have an IQR equal to or greater than 0.4. These results indicate that the majority of hydrometric stations provide an average or higher level of information during the analysis period. Based on the information theory analysis, the existing hydrometric network has been shown to be average in the gauged regions of Canada, excluding the Great Plains region. These results suggest that if new stations were to be added, greater effort should be focused in the ungauged areas of Northern Canada or to bolster information content of the Great Plains.

RÉSUMÉ

Une analyse basée sur la théorie de l‘information a été réalisée pour évaluer le Réseau Hydrométrique National du Canada. L’approche adoptée emploie une mesure de l‘information mutuelle appelée "ratio de qualité de l‘information" (IQR) pour évaluer la qualité des informations reproductibles disponibles dans le réseau. L'analyse s‘est basée sur les données disponibles du 1er janvier 2009 au 31 décembre 2018, en comparant les débits moyens journaliers ainsi que les niveaux moyens journaliers de tous les mois, des mois d‘été, et des mois d‘hiver pour calculer l‘IQR. Les résultats de cette évaluation ont montré que, selon la saison, 63 à 77% des stations hydrométriques fournissant des données de débit et 87 à 90% des stations hydrométriques fournissant des données de niveau ont un IQR égal ou supérieur à 0,4. Ces résultats indiquent que la majorité des stations hydrométriques livrent un niveau d‘information moyen ou supérieur pendant la période d’analyse considérée. L'analyse de la théorie de l‘information a permis de constater que le réseau hydrométrique existant est globalement de qualité moyenne dans les régions jaugées du Canada, à l‘exception de la région des Grandes Plaines. Ces résultats suggèrent qu’en cas d‘ajout de nouvelles stations, il serait préférable de concentrer les efforts dans les zones non jaugées du nord du Canada ou d‘améliorer le contenu informationnel dans la région des Grandes Plaines.

Keywords:

• information theory
• entropy
• information quality ratio
• network analysis
• Canadian national hydrometric network

Mots-clés::

• théorie de l‘information
• entropie
• ratio de qualité de l‘information
• analyse de réseau
• Réseau Hydrométrique National Canadien

Acknowledgements

The authors would like to thank the two anonymous reviewers for their comments which helped to improve the manuscript.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s)