100-летнее наводнение - 100-year flood

100-летнее наводнение является наводнением события , которое имеет 1 в 100 шансах (1% вероятность) А равняясь или превышены в любой году.

100-летнее наводнение также называют наводнением 1%, поскольку вероятность его годового превышения составляет 1%. При затоплении прибрежных зон или озер 100-летнее наводнение обычно выражается как высота или глубина затопления и может включать волновые эффекты. Для речных систем 100-летнее наводнение обычно выражается в виде расхода. Исходя из ожидаемой 100-летней скорости паводкового потока, уровень паводковых вод может быть нанесен на карту как область затопления. Полученная карта поймы называется 100-летней поймой. Доступны оценки 100-летнего расхода паводка и другая статистика стока для любого ручья в Соединенных Штатах. В Великобритании Агентство по окружающей среде публикует подробную карту всех районов, подверженных риску наводнения 1 раз в 100 лет. Районы у побережья океана или большого озера также могут быть затоплены сочетанием приливов , штормовых нагонов и волн . Карты речной или прибрежной 100-летней поймы могут сыграть важную роль в разрешениях на строительство, экологических нормах и страховании от наводнений .

Вероятность

Распространенное заблуждение состоит в том, что 100-летнее наводнение может произойти только один раз за 100-летний период. Фактически, существует приблизительно 63,4% вероятность того, что одно или несколько 100-летних наводнений произойдут за любой 100-летний период. На реке Дунай в Пассау , Германия, фактические интервалы между 100-летними наводнениями с 1501 по 2013 год составляли от 37 до 192 лет. 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-летний, 50-летний, 25-летний и т. д.), а n - количество лет в периоде. Вероятность превышение Р е также описываются как естественное, присущее или гидроиндикационное риск неудачи. Однако ожидаемое значение количества 100-летних наводнений, происходящих в любой 100-летний период, равно 1.

Вероятность того, что десятилетние наводнения произойдут в любой год, составляет 10% (P e = 0,10); Вероятность наступления 500-летнего периода в каждом конкретном году составляет 0,2% (P e = 0,002); и т. д. Вероятность того, что наводнение X-года произойдет в течение одного года, составляет 100 / X. Аналогичный анализ обычно применяется к данным о прибрежных наводнениях или осадках. Рецидивы интервал бури редко идентичен связанное речного наводнение, из - за время осадков и изменений местоположения между различными водосборными бассейнами .

Теория экстремальных значений была создана для моделирования редких событий, таких как 100-летние наводнения, для целей гражданского строительства. Эта теория чаще всего применяется к максимальным или минимальным наблюдаемым стокам данной реки. В пустынных районах, где есть только кратковременные смывы, этот метод применяется к максимальному наблюдаемому количеству осадков за определенный период времени (24 часа, 6 часов или 3 часа). Анализ экстремальных значений рассматривает только самые экстремальные события, наблюдаемые в данном году. Таким образом, в период между большим весенним стоком и сильным летним ливнем, в зависимости от того, что привело к увеличению стока, будет считаться экстремальным явлением, в то время как меньшее событие будет проигнорировано в анализе (даже если и то, и другое могло вызвать ужасное наводнение в своем регионе). владеть правом).

Статистические допущения

Есть ряд предположений , которые сделаны для завершения анализа, определяющего 100-летнее наводнение. Во-первых, экстремальные явления, наблюдаемые каждый год, должны быть независимыми от года к году. Другими словами, невозможно обнаружить, что максимальный расход реки с 1984 года существенно коррелирует с наблюдаемым расходом в 1985 году, что нельзя коррелировать с 1986 годом и так далее. Второе предположение состоит в том, что наблюдаемые экстремальные события должны происходить из одной и той же функции распределения вероятностей . Третье допущение состоит в том, что распределение вероятностей относится к самому сильному шторму (измерение количества осадков или расхода реки), которое случается за любой год. Четвертое предположение состоит 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 .

Первое предположение часто, но не всегда верно, и его следует проверять в каждом конкретном случае. Второе предположение часто справедливо, если экстремальные явления наблюдаются в аналогичных климатических условиях. Например, если все зарегистрированные экстремальные явления связаны с грозами в конце лета (как в случае с юго-западом США) или с таянием снежного покрова (как в случае с северо-центральной частью США), то это предположение должно быть верным. Однако если одни экстремальные явления связаны с грозами, другие - с таянием снежного покрова, а другие - с ураганами, то это предположение, скорее всего, неверно. Третье предположение представляет собой проблему только при попытке спрогнозировать событие с низким, но максимальным стоком (например, событие, меньшее, чем двухлетнее наводнение). Поскольку это обычно не цель 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 длительных записях о наводнениях (см. Следующий раздел). В более широком смысле, существенные свидетельства изменения климата убедительно свидетельствуют о том, что распределение вероятностей также меняется и что управление рисками наводнений в будущем станет еще более трудным. Самым простым следствием этого является то, что не все исторические данные являются или могут считаться достоверными в качестве входных данных для анализа экстремальных событий.

Неопределенность вероятности

Когда эти допущения нарушаются, в сообщаемое значение вносится неизвестная неопределенность в отношении того, что означает 100-летнее наводнение с точки зрения интенсивности дождя или глубины наводнения. Когда все входные данные известны, неопределенность можно измерить в виде доверительного интервала. Например, можно сказать, что вероятность того, что 100-летнее наводнение будет больше X, но меньше Y, составляет 95%.

Прямой статистический анализ для оценки 100-летнего речного паводка возможен только в относительно небольшом количестве мест, где был зарегистрирован годовой ряд максимальных мгновенных расходов воды при наводнении. В Соединенных Штатах по состоянию на 2014 г. налогоплательщики поддерживали такие записи не менее 60 лет в менее чем 2600 населенных пунктах, в течение не менее 90 лет - менее 500 и не менее 120 лет - только в 11. Для сравнения, общая площадь территории страны составляет около 3 800 000 квадратных миль (9 800 000 км 2 ), поэтому существует, возможно, 3 000 участков ручьев, которые стекают водосборные бассейны площадью 1 000 квадратных миль (2 600 км 2 ), и 300 000 участков, которые истощают 10 квадратных миль (26 км 2 ). В городских районах оценки наводнений за 100 лет необходимы для водосборов размером всего 1 квадратная миля (2,6 км 2 ). Для участков, не имеющих достаточных данных для прямого анализа, 100-летние оценки паводков получают из косвенного статистического анализа записей о наводнениях в других местах в гидрологически подобном регионе или из других гидрологических моделей . Аналогично, для прибрежных наводнений данные мареографов существуют только для 1450 объектов по всему миру, из которых только около 950 добавили информацию в глобальный центр обработки данных в период с января 2010 года по март 2016 года.

Уровень паводка 1501–2002 гг. В Пассау, Германия , по состоянию на сентябрь 2012 г.

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

Для отдельного участка водотока неопределенности любого анализа могут быть большими, поэтому 100-летние оценки паводков имеют большие индивидуальные неопределенности для большинства участков водотока. Для самого крупного зарегистрированного наводнения в любом конкретном месте или любого потенциально более крупного события интервал повторения всегда плохо известен. Пространственная изменчивость добавляет больше неопределенности, потому что пик паводка, наблюдаемый в разных местах одного и того же ручья во время одного и того же события, обычно представляет собой разный интервал повторяемости в каждом месте. Если во время сильного шторма на одном рукаве реки выпадет достаточно дождя, чтобы вызвать 100-летнее наводнение, но на другом рукаве не будет дождя, то волна паводка вниз по течению от их сочленения может иметь период повторения всего 10 лет. И наоборот, шторм, вызывающий 25-летнее наводнение одновременно в каждом ответвлении, может привести к 100-летнему паводку вниз по течению. Во время наводнения новостные сообщения обязательно упрощают историю, сообщая о наибольшем ущербе и наибольшем интервале повторения, оцененном в любом месте. Общественность может легко и ошибочно сделать вывод, что интервал повторения применяется ко всем участкам водотока в зоне затопления.

Наблюдаемые интервалы между наводнениями

Пиковые отметки 14 наводнений еще в 1501 году на реке Дунай в Пассау , Германия, показывают большие различия в фактических интервалах между наводнениями. События наводнения, превышающие 50-летнее наводнение, происходили с интервалом от 4 до 192 лет, начиная с 1501 года, а за 50-летним наводнением 2002 года только через 11 лет последовало 500-летнее наводнение. Только половина интервалов между 50- и 100-летними паводками находилась в пределах 50 процентов от номинального среднего интервала. Точно так же интервалы между пятилетними паводками в период с 1955 по 2007 год составляли от 5 месяцев до 16 лет, и только половина из них была в пределах от 2,5 до 7,5 лет.

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

Нормативное использование

В Соединенных Штатах 100-летнее наводнение обеспечивает основу для ставок страхования от наводнений . Полная информация о Национальной программе страхования от наводнений (NFIP) доступна здесь. Регуляторное наводнение или база наводнений регулярно устанавливаются для рек достигают через нормотворческий процесс на научной основе , ориентированный на 100 лет наводнение в в историческом среднем интервале повторяемости. В дополнение к историческим данным о наводнениях, процесс учитывает ранее установленные нормативные значения, влияние водохранилищ для защиты от наводнений и изменения в землепользовании в водоразделе. Опасности прибрежных наводнений были нанесены на карту с помощью аналогичного подхода, который включает соответствующие физические процессы. Таким образом было нанесено на карту большинство районов, где могут произойти серьезные наводнения в Соединенных Штатах. В среднем по стране эти 100-летние оценки наводнений вполне достаточны для целей NFIP и предлагают разумные оценки риска будущих наводнений, если будущее похоже на прошлое. Примерно 3% населения США проживает в районах, подверженных риску прибрежных наводнений с вероятностью 1% в год.

Теоретически удаление домов и предприятий из районов, которые постоянно подвергаются наводнениям, может защитить людей и снизить страховые убытки, но на практике людям трудно покинуть устоявшиеся районы.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки