stringtranslate.com

100-летнее наводнение

Река Миссисипи в Каскаскии, штат Иллинойс , во время Великого наводнения 1993 года.

100-летнее наводнение — это наводнение , которое имеет в среднем 1 из 100 шансов (вероятность 1%) на то, что оно сравняется или превысит его в любой данный год. [1]

100-летнее наводнение также называют 1%-ным наводнением. [2] Для прибрежных или озерных наводнений 100-летнее наводнение обычно выражается как высота или глубина паводка и может включать волновые эффекты. Для речных систем 100-летний паводок обычно выражается как расход. Основываясь на ожидаемой скорости паводкового стока в течение 100 лет, уровень паводковых вод можно нанести на карту как зону затопления. Полученная карта поймы называется 100-летней поймой. Доступны оценки расхода паводков за 100 лет и другие статистические данные о стоке для любого ручья в Соединенных Штатах. [3] В Великобритании Агентство по охране окружающей среды публикует подробную карту всех территорий, подверженных риску наводнения 1 раз в 100 лет. [4] Районы вблизи побережья океана или большого озера также могут быть затоплены в результате сочетания приливов , штормовых нагонов и волн . [5] Карты речной или прибрежной 100-летней поймы могут играть важную роль при выдаче разрешений на строительство, экологических нормах и страховании от наводнений . Эти анализы обычно отражают климат 20-го века.

Вероятность

Распространенным заблуждением является то, что 100-летнее наводнение может произойти только один раз в 100-летний период. Фактически, вероятность того, что одно или несколько 100-летних наводнений произойдет в любой 100-летний период, составляет примерно 63,4%. На реке Дунай в Пассау , Германия, фактические интервалы между 100-летними наводнениями с 1501 по 2013 год варьировались от 37 до 192 лет. [6] Вероятность P e того, что одно или несколько наводнений, происходящих в течение любого периода, превысят заданный порог наводнения, может быть выражена с использованием биномиального распределения как

где T — пороговый период повторяемости (например, 100 лет, 50 лет, 25 лет и т. д.), а n — количество лет в этом периоде. Вероятность превышения P e также описывается как естественный, присущий или гидрологический риск отказа. [7] [8] Однако ожидаемое значение количества 100-летних наводнений, происходящих за любой 100-летний период, равно 1.

Вероятность возникновения десятилетних наводнений в любой год составляет 10% (P e =0,10); 500-летние имеют вероятность возникновения в любом году 0,2% (P e =0,002); и т. д. Процентная вероятность того, что наводнение X-года произойдет в течение одного года, составляет 100/X. Подобный анализ обычно применяется к данным о прибрежных наводнениях или дождях. Интервал повторения шторма редко идентичен периоду повторения связанного с ним речного наводнения из-за различий в времени и местоположении осадков в разных водосборных бассейнах .

Область теории экстремальных значений была создана для моделирования редких событий, таких как 100-летние наводнения, для целей гражданского строительства. Эта теория чаще всего применяется к максимальному или минимальному наблюдаемому расходу воды данной реки. В пустынных районах, где случаются лишь кратковременные промывки, этот метод применяется к максимальному наблюдаемому количеству осадков за определенный период времени (24 часа, 6 часов или 3 часа). Анализ экстремальных значений учитывает только самое экстремальное событие, наблюдаемое в данном году. Таким образом, между большим весенним стоком и сильным летним ливнем, какое бы из них ни привело к увеличению стока, будет считаться экстремальным событием, в то время как меньшее событие будет игнорироваться в анализе (даже несмотря на то, что оба они могли вызвать ужасные наводнения в своих регионах). Права собственности).

Статистические предположения

Для завершения анализа, определяющего 100-летнее наводнение, делается ряд предположений . Во-первых, экстремальные явления, наблюдаемые каждый год, должны быть независимыми от года к году. Другими словами, нельзя обнаружить, что максимальный расход реки с 1984 г. существенно коррелирует с наблюдаемым расходом стока в 1985 г., который не может быть коррелирован с 1986 г., и так далее. Второе предположение заключается в том, что наблюдаемые экстремальные события должны исходить из одной и той же функции плотности вероятности . Третье предположение заключается в том, что распределение вероятностей относится к самому сильному шторму (измерение количества осадков или расхода реки), который происходит за любой год. Четвертое предположение заключается в том, что функция распределения вероятностей является стационарной, что означает, что среднее (среднее), стандартное отклонение , а также максимальное и минимальное значения не увеличиваются и не уменьшаются с течением времени. Эта концепция называется стационарностью . [8] [9]

Первое предположение часто, но не всегда справедливо, и его следует проверять в каждом конкретном случае. Второе предположение часто справедливо, если экстремальные явления наблюдаются в схожих климатических условиях. Например, если все зарегистрированные экстремальные явления происходят из-за гроз в конце лета (как в случае с юго-западом США) или из-за таяния снежного покрова (как в случае в северо-центральной части США), то это предположение должно быть справедливым. Однако если одни экстремальные явления связаны с грозами, другие — с таянием снежного покрова, а третьи — с ураганами, то это предположение, скорее всего, неверно. Третье предположение представляет собой проблему только при попытке спрогнозировать событие с низким, но максимальным расходом (например, событие, меньшее, чем двухлетнее наводнение). Поскольку это обычно не является целью экстремального анализа или проектирования гражданского строительства, такая ситуация возникает редко.

Окончательное предположение о стационарности трудно проверить на основе данных для одного участка из-за большой неопределенности даже в самых продолжительных записях о паводках [6] (см. следующий раздел). В более широком смысле, существенные доказательства изменения климата убедительно свидетельствуют о том, что распределение вероятностей также меняется [10] и что управление рисками наводнений в будущем станет еще сложнее. [11] Самый простой вывод из этого заключается в том, что большая часть исторических данных отражает климат 20-го века и может быть непригодна для анализа экстремальных явлений в 21-м веке.

Вероятностная неопределенность

Когда эти предположения нарушаются, в сообщаемые значения того, что означает 100-летнее наводнение с точки зрения интенсивности осадков или глубины наводнения, вносится неизвестная степень неопределенности. Когда все входные данные известны, неопределенность можно измерить в форме доверительного интервала. Например, можно сказать, что с вероятностью 95% 100-летнее наводнение будет больше, чем X, но меньше, чем Y. [2]

Прямой статистический анализ [9] [12] для оценки 100-летнего речного паводка возможен только в относительно немногих местах, где зафиксирован годовой ряд максимальных мгновенных расходов паводков. В Соединенных Штатах по состоянию на 2014 год налогоплательщики поддерживали такие записи в течение как минимум 60 лет менее чем в 2600 населенных пунктах, как минимум 90 лет – менее чем в 500 и как минимум 120 лет – только в 11. [13] Для сравнения: Общая площадь страны составляет около 3 800 000 квадратных миль (9 800 000 км 2 ), поэтому существует, возможно, 3 000 участков рек, которые дренируют водоразделы площадью 1 000 квадратных миль (2 600 км 2 ), и 300 000 участков, которые дренируют 10 квадратных миль (26 км 2 ). В городских районах оценка паводков за 100 лет необходима для водосборов площадью всего 1 квадратная миля (2,6 км 2 ). Для участков, где нет достаточных данных для прямого анализа, оценки паводков за 100 лет получаются на основе косвенного статистического анализа данных о паводках в других местах гидрологически аналогичного региона или на основе других гидрологических моделей . Аналогичным образом, данные о прибрежных наводнениях существуют только примерно для 1450 объектов по всему миру, из которых только около 950 добавили информацию в глобальный центр данных в период с января 2010 года по март 2016 года. [14]

Масштаб паводка 1501–2002 гг. в Пассау, Германия , по состоянию на сентябрь 2012 г.

Гораздо более длинные записи о высоте паводков существуют в нескольких местах по всему миру, например, на реке Дунай в Пассау , Германия, но перед какой-либо статистической интерпретацией их необходимо тщательно оценить на предмет точности и полноты.

Для отдельного участка реки неопределенности в любом анализе могут быть большими, поэтому оценки паводков за 100 лет имеют большие индивидуальные неопределенности для большинства участков реки. [6] : 24  Для крупнейшего зарегистрированного наводнения в каком-либо конкретном месте или любого потенциально более крупного события интервал повторения всегда плохо известен. [6] : 20, 24  Пространственная изменчивость добавляет больше неопределенности, поскольку пик паводка, наблюдаемый в разных местах одного и того же потока во время одного и того же события, обычно представляет собой различный интервал повторяемости в каждом месте. [6] : 20  Если сильный шторм обрушивает на один рукав реки достаточно дождя, чтобы вызвать 100-летнее наводнение, но на другом рукаве дождь не выпадает, то паводковая волна ниже по течению от их слияния может иметь интервал повторения всего 10 лет. . И наоборот, шторм, который вызывает 25-летнее наводнение одновременно в каждом рукаве, может сформировать 100-летнее наводнение ниже по течению. Во время наводнения новостные репортажи обязательно упрощают историю, сообщая о наибольшем ущербе и наибольшем интервале повторения, оцененном в любом месте. Общественность может легко и ошибочно прийти к выводу, что интервал повторяемости применим ко всем участкам ручьев в зоне затопления. [6] : 7, 24 

Наблюдаемые интервалы между паводками

Наблюдаемые интервалы между наводнениями в Пассау, 1501–2013 гг.

Пиковые высоты 14 наводнений уже в 1501 году на реке Дунай в Пассау , Германия, показывают большую изменчивость фактических интервалов между наводнениями. [6] : 16–19  наводнений, превышающих 50-летнее наводнение, происходили с интервалом от 4 до 192 лет с 1501 года, а за 50-летним наводнением 2002 года только 11 лет спустя последовало 500-летнее наводнение. Только половина интервалов между 50- и 100-летними наводнениями находилась в пределах 50 процентов номинального среднего интервала. Аналогичным образом, интервалы между пятилетними наводнениями в период с 1955 по 2007 год колебались от 5 месяцев до 16 лет, и только половина из них находилась в пределах от 2,5 до 7,5 лет.

Нормативное использование

В Соединенных Штатах 100-летнее наводнение обеспечивает основу для расчета ставок страхования от наводнений . Полную информацию о Национальной программе страхования от наводнений (NFIP) можно найти здесь. Нормативный паводок или базовый паводок обычно устанавливается на участках рек посредством научно обоснованного процесса разработки правил, ориентированного на 100-летнее наводнение с историческим средним интервалом повторяемости. В дополнение к историческим данным о паводках, процесс учитывает ранее установленные нормативные значения, влияние водохранилищ для борьбы с наводнениями и изменения в землепользовании в водоразделе. Опасности прибрежных наводнений были картированы с использованием аналогичного подхода, который включает соответствующие физические процессы. Большинство районов США, где могут произойти серьезные наводнения, последовательно нанесены на карту таким образом. В среднем по стране этих 100-летних оценок наводнений вполне достаточно для целей NFIP и предлагают разумные оценки будущего риска наводнений, если будущее будет похоже на прошлое. [6] : 24  Примерно 3% населения США проживает в районах, где вероятность прибрежных наводнений составляет 1% в год. [15]

Теоретически удаление домов и предприятий из районов, которые неоднократно подвергаются затоплению, может защитить людей и сократить страховые убытки, но на практике людям трудно покинуть устоявшиеся районы. [16]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Виссман, Уоррен (1977). Введение в гидрологию . Harper & Row, Publishers, Inc. с. 160. ИСБН 0-7002-2497-1.
  2. ^ Аб Холмс, Р.Р., младший, и Диникола, К. (2010) 100-летнее наводнение – все дело в случайности. Общий информационный продукт Геологической службы США 106
  3. ^ Райс, К.Г. и другие (2008 г.) StreamStats: веб-приложение о водных ресурсах Геологическая служба США, информационный бюллетень 2008-3067. URL-адрес домашней страницы приложения открыт 12 июля 2015 г.
  4. ^ «Карта наводнений для планирования (реки и море)» . Агентство окружающей среды . 2016. Архивировано из оригинала 16 сентября 2016 г. Проверено 25 августа 2016 г.
  5. ^ «Прибрежное наводнение». ФлудСмарт . Национальная программа страхования от наводнений. Архивировано из оригинала 8 марта 2016 г. Проверено 7 марта 2016 г.
  6. ^ abcdefgh Эйчанер, Дж. Х. (2015) Уроки 500-летнего рекорда высоты паводков. Ассоциация управляющих поймами штатов, Технический отчет 7. URL-адрес доступен 20 ноября 2021 г.
  7. ^ Мэйс, Л.В. (2005) Инженерия водных ресурсов, глава 10, Анализ вероятностей, рисков и неопределенностей для гидрологического и гидравлического проектирования Хобокен: J. Wiley & Sons
  8. ^ ab Maidment, DR ed. (1993) Справочник по гидрологии, глава 18, Частотный анализ экстремальных явлений Нью-Йорк: McGraw-Hill
  9. ^ аб Англия, Джон; и еще семь человек (29 марта 2018 г.). «Руководство по определению частоты паводковых потоков — Бюллетень 17C». Рекомендации по определению частоты паводковых потоков — Бюллетень 17C. Техники и методы. Геологическая служба США. дои : 10.3133/tm4B5. S2CID  134656108 . Проверено 2 октября 2018 г.
  10. ^ Милли, PCD; Бетанкур, Ж.; Фалькенмарк, М.; Хирш, Р.М.; Кундзевич, ZW; Леттенмайер, ДП ; Стоуффер, Р.Дж. (1 февраля 2008 г.). «Стационарность мертва». Научный журнал . 319 (5863). Sciencemag.org: 573–574. дои : 10.1126/science.1151915. PMID  18239110. S2CID  206509974.
  11. ^ Межправительственная группа экспертов по изменению климата (2012 г.) Управление рисками экстремальных явлений и стихийных бедствий для содействия адаптации к изменению климата , Резюме для политиков. Архивировано 19 июля 2015 г. в Wayback Machine, Кембридж и Нью-Йорк: Cambridge University Press, 19 стр.
  12. ^ "Бюллетень 17C". Консультативный комитет по водной информации . Проверено 2 октября 2018 г.
  13. ^ База данных Национальной информационной системы по водным ресурсам Геологическая служба США. URL-адрес открыт 30 января 2014 г.
  14. ^ «Получение данных мареографа». Постоянная служба определения среднего уровня моря . ПМСЛ . Проверено 7 марта 2016 г.
  15. ^ Кроуэлл, Марк; другие (2010). «Оценка населения США, проживающего в прибрежных районах, подверженных опасности наводнений, в течение 100 лет» (PDF) . Журнал прибрежных исследований . 26 (2): 201–211. doi : 10.2112/JCOASTRES-D-09-00076.1. S2CID  9381124. Архивировано из оригинала (PDF) 17 октября 2016 года . Проверено 6 марта 2016 г.
  16. ↑ Шварц, Джен (1 августа 2018 г.). «Сдача поднимающемуся морю». Научный американец . 319 (2): 44–55. doi : 10.1038/scientificamerican0818-44. PMID  30020899. S2CID  240396828 . Проверено 2 октября 2018 г.

Внешние ссылки