Time series modelling approaches are useful tools for simulating and forecasting hydrological variables and their change through time. Although linear time series models are common in hydrology, the nonlinear time series model, the Generalized Autoregressive Conditional Heteroscedasticity (GARCH) model, has rarely been used in hydrology and water resources engineering. The GARCH model considers the conditional variance remaining in the residuals of the linear time series models, such as an ARMA or an ARIMA model. In the present study, the advantages of a GARCH model against a linear ARIMA model are investigated using three classes of the GARCH approach, namely Power GARCH, Threshold GARCH and Exponential GARCH models. A daily streamflow time series of the Matapedia River, Quebec, Canada, is selected for this study. It is shown that the ARIMA (13,1,4) model is adequate for modelling streamflow time series of Matapedia River, but the Engle test shows the existence of heteroscedasticity in the residuals of the ARIMA model. Therefore, an ARIMA (13,1,4)-GARCH (3,1) error model is fitted to the data. The residuals of this model are examined for the existence of heteroscedasticity. The Engle test indicates that the GARCH model has considerably reduced the heteroscedasticity of the residuals. However, the Exponential GARCH model seems to completely remove the heteroscedasticity from the residuals. The multi-criteria evaluation for model performance also proves that the Exponential GARCH model is the best model among ARIMA and GARCH models. Therefore, the application of a GARCH model is strongly suggested for hydrological time series modelling as the conditional variance of the residuals of the linear models can be removed and the efficiency of the model will be improved.Key words heteroscedasticity; Generalized Autoregressive Conditional Heteroscedasticity (GARCH); Engle test; Exponential GARCH; streamflow time series
Modélisation de l'hétéroscédasticité des séries temporelles de débitRésumé Les approches de modélisation des séries temporelles sont des outils utiles pour la simulation et la prévision des variables hydrologiques et de leur évolution à cours du temps. Si les modèles linéaires de séries temporelles sont courants en hydrologie, les modèles non linéaires de séries temporelles, comme le modèle d'hétéroscédasticité conditionnel autorégressif généralisé (GARCH pour l'acronyme anglais), ont rarement été utilisés en hydrologie et en ingénierie des ressources en eau. Le modèle GARCH considère la variance conditionnelle restante des résidus de modèles linéaires de séries temporelles, tels que les modèles ARMA ou ARIMA. Dans la présente étude, nous avons étudié les avantages d'un modèle GARCH par rapport à un modèle linéaire ARIMA en utilisant trois approches de type GARCH, à savoir le modèle GARCH puissance, le modèle GARCH seuil et le modèle GARCH exponentiel. Une série de débits journaliers de la rivière Matapédia, au Québec, Canada, a été choisie pour cette étude. On a montré que le modèle ARIMA (13,1,4...