Statistical approach of contemporary hydrogeomorphological channel changes of the middle Allier River, France: morphostructural controls, human impacts and flow regime

The Allier River, France, known for its very dynamic river sections in its lower course, was nevertheless subjected to human impacts. The present study aims to better explain the recent hydrogeomorphological channel changes of the middle Allier River considering morphostructural constraints, human impacts and flow regime since the second half of the 20th century. Channel changes are analyzed from six historical aerial photographs (1954, 1974, 1992, 2000, 2010 and 2016) and four longitudinal water surface profiles (1934/35, 1999, 2005 and 2020), based on descriptive statistical analyses and a Principal Component Analysis followed by a Hierarchical Cluster Analysis. The influence of morphostructural controls and human impacts are tested using a Correspondence Factor Analysis, whereas temporal trends of the flow regime are analyzed using Mann Kendall and Pettitt tests. Overall, results show that during the last sixty to eighty years the channel bed incised by 0.86 m, narrowed by 25% and that lateral mobility decreased by 68%. Four morphological evolutionary trajectories were identified for the alluvial plain sections, laterally more mobile than the naturally confined section. These evolutionary trajectories were caracterized by a more or less important presence of human impacts on the channel, such as gravel mining activities and, more locally, in-channel engineering works. Moreover, hydrological changes recorded at the end of the 20th century, characterized by a decrease of the frequency, the duration and the intensity of floods, has led to a general increase of annual abandoned surfaces and, conversely, to a decrease of annual eroded surfaces. In conclusion, future river management schemes will have to consider past and present human impacts on channel morphodynamics as well as current climate change and its consequences on the flow regime. La rivière Allier, France, connue pour ses sections très dynamiques dans son cours inférieur, a néanmoins été soumise à des impacts anthropiques. La présente étude, centrée sur son cours moyen, a pour objectif de comprendre les changements hydrogéomorphologiques récents de l'Allier moyen en relation avec les contraintes morphostructurales, les impacts anthropiques et le régime hydrologique depuis la seconde moitié du XXe siècle. Les changements morphologiques sont analysés à partir de six orthophographies aériennes (1954, 1974, 1992, 2000, 2010 et 2016) et de quatre relevés de ligne d’eau (1934/35, 1999, 2005 et 2020). Des analyses statistiques descriptives et une analyse en composantes principales suivie d’une classification ascendante hiérarchique permettent de définir des types de trajectoires morphologiques. L’influence des contraintes morphostructurales et des impacts anthropiques est testée au moyen d’une analyse factorielle des correspondances et la tendance d’évolution du régime hydrologique par les tests statistiques de Mann Kendall et de Pettitt. Les résultats montrent qu’au cours des soixante à quatre-vingts dernières années, le lit s’est incisé de 0,86 m, s’est rétréci de 25% et que la mobilité latérale du chenal a diminué de 68%. Quatre trajectoires d'évolution morphologiques ont été identifiées pour les sections de plaines alluviales, plus mobiles latéralement que la section naturellement confinée. Ces trajectoires d’évolution ont été caractérisées par des impacts anthropiques d’intensité variable, parmi lesquels l’extraction de granulats et, plus localement, de travaux dans le chenal. De plus, le changement hydrologique enregistré à la fin du XXe siècle, caractérisé par une baisse de la fréquence, de la durée et de l'intensité des crues, a conduit à une augmentation généralisée des surfaces abandonnées annuellement et a contrario à une baisse des surfaces érodées annuellement. En conséquence, ces modifications hydrogéomorphologiques devront être prises en compte dans les futurs plans de gestion de la rivière.