Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см 100-летнее наводнение (значения) .
Река Миссисипи в Каскаскии, штат Иллинойс, во время Великого наводнения 1993 года .

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

100-летнее наводнение также называют наводнением 1%, поскольку вероятность его годового превышения составляет 1%. [2] 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. Основываясь на ожидаемой 100-летней скорости паводкового потока, уровень паводковой воды можно отобразить как область затопления. Полученная карта поймы называется 100-летней поймой. Доступны оценки 100-летнего расхода паводка и другие статистические данные о водном потоке для любого ручья в Соединенных Штатах. [3] В Великобритании Агентство по охране окружающей средыпубликует исчерпывающую карту всех районов, подверженных риску наводнения 1 раз в 100 лет. [4] Районы у побережья океана или большого озера также могут быть затоплены сочетанием приливов , штормовых нагонов и волн . [5] Карты речной или прибрежной 100-летней поймы могут сыграть важную роль в разрешениях на строительство, экологических нормах и страховании от наводнений .

Вероятность [ править ]

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. [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-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. [7] [8] 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 появления 500-летних в любом 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. Период повторяемости шторма редко совпадает с периодом повторяемости связанных с ним речных паводков из-за времени выпадения дождя и различий в местоположении в разных водосборных бассейнах .

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 водотокам 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 дождем, 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 оба события могли вызвать ужасные наводнения в своих владеть правом).

Статистические предположения [ править ]

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 заключается 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 . [8] [9]

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 происходят из-за гроз в конце лета (как в случае с юго-западом США) или из-за таяния 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 2-летнее наводнение). Поскольку это обычно не цель экстремального анализа или проектирования гражданского строительства,тогда ситуация возникает редко. Окончательное предположение о стационарности трудно проверить на основе данных для одного участка из-за большой неопределенности даже в самых длинных записях о наводнениях.[6] (см. Следующий раздел). В более широком смысле, существенные свидетельства изменения климата убедительно свидетельствуют о том, что распределение вероятностей также меняется [10] и что управление рисками наводнений в будущем станет еще более трудным. [11] 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 [ править ]

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, с вероятностью 95% [2]

Прямой статистический анализ [9] [12] 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 в 2014, налогоплательщики поддержали такие записи по крайней мере 60 лет при менее чем 2600 мест, по крайней мере , 90 лет на менее чем 500, и , по крайней мере , 120 лет только на 11. [13] Для сравнения, общая площадь страны составляет около 3 800 000 квадратных миль (9 800 000 км 2 ), поэтому существует, вероятно, 3 000 участков ручьев, которые истощают водосборные бассейны площадью 1 000 квадратных миль (2600 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 выводятся 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 [14].

Весы 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 в любом анализе могут быть большими, поэтому 100-летние оценки паводков имеют большие индивидуальные неопределенности для большинства участков водотока. [6] : 24 Для самого крупного зарегистрированного наводнения в любом конкретном месте или любого потенциально более крупного события интервал повторения всегда плохо известен. [6] : 20,24 Пространственная изменчивость добавляет больше неопределенности, потому что пик паводка, наблюдаемый в разных местах одного и того же потока во время одного и того же события, обычно представляет собой разный интервал повторяемости в каждом месте. [6] : 20 Если сильный шторм выпадет достаточно дождя на одном рукаве реки, чтобы вызвать 100-летнее наводнение, но не выпадет дождь на другом рукаве, волна паводка вниз по течению от их соединения может иметь период повторения только 10 лет. И наоборот, шторм, который вызывает 25-летнее наводнение одновременно в каждом ответвлении, может сформировать 100-летнее наводнение 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. [6] : 7,24

Наблюдаемые интервалы между наводнениями [ править ]

Пиковые отметки 14 наводнений еще в 1501 году на реке Дунай в Пассау , Германия, показывают большие различия в фактических интервалах между наводнениями. [6] : 16–19 Наводнения, которые длились более 50 лет, 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 [ править ]

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. Прибрежное наводнениеопасности 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 будущего риска наводнений, если будущее похоже на прошлое. [6] : 24 Примерно 3% населения США проживает в районах, подверженных риску прибрежных наводнений с вероятностью 1% в год. [15]

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. [16]

См. Также [ править ]

  • Экстремальные погодные условия
  • Прогнозирование наводнений
  • Частота превышения
  • Список наводнений
  • Списки наводнений в США

Ссылки [ править ]

  1. ^ Виссман, Уоррен (1977). Введение в гидрологию . Harper & Row, Publishers, Inc. стр. 160 . ISBN 0-7002-2497-1.
  2. ^ a b Холмс, Р. Р., мл., и Диникола, К. (2010) 100- летнее наводнение - все дело в случайности Геологическая служба США Общая информация Продукт 106
  3. ^ Ries, KG, и другие (2008) StreamStats: веб-приложение по водным ресурсам US Geological Survey, информационный бюллетень 2008-3067 URL домашней страницы приложения, доступ к которому осуществлен 12 июля 2015 года .
  4. ^ «Карта наводнений для планирования (реки и море)» . Агентство окружающей среды . 2016. Архивировано из оригинала на 2016-09-16 . Проверено 25 августа +2016 .
  5. ^ "Прибрежные наводнения" . FloodSmart . Национальная программа страхования от наводнений. Архивировано из оригинала на 2016-03-08 . Проверено 7 марта +2016 .
  6. ^ a b c d e f g h Эйчанер, Дж. Х. (2015) Уроки 500-летнего отчета о высотах наводнений Ассоциация государственных менеджеров по управлению поймами , Технический отчет 7 Архивировано 27 июня 2015 г. по URL-адресу Wayback Machine, доступ к которому получен 2015-06- 27.
  7. ↑ Mays, LW (2005) Water Resources Engineering, глава 10, Анализ вероятностей, рисков и неопределенностей для гидрологического и гидравлического проектирования Hoboken: J. Wiley & Sons
  8. ^ a b Maidment, DR ed. (1993) Handbook of Hydrology, глава 18, Частотный анализ экстремальных явлений Нью-Йорк: McGraw-Hill
  9. ^ а б Англия, Джон; и семь других (29 марта 2018 г.). Руководство по определению частоты паводкового стока - Бюллетень 17C . Геологическая служба США . Дата обращения 2 октября 2018 .
  10. ^ Милли, PCD; Betancourt, J .; Falkenmark, M .; Хирш, РМ; Kundzewicz, ZW; Леттенмайер, Д.П .; Стоуфер, Р. Дж. (1 февраля 2008 г.). «Стационарность мертва». Научный журнал . Sciencemag.org. 319 (5863): 573–574. DOI : 10.1126 / science.1151915 . PMID 18239110 . 
  11. ^ Межправительственная группа экспертов по изменению климата (2012) Управление рисками экстремальных явлений и бедствий для ускорения адаптации к изменению климата, Резюме для политиков Архивировано 19 июля2015 г. в Wayback Machine, Кембридж и Нью-Йорк: Cambridge University Press, 19 стр.
  12. ^ "Бюллетень 17C" . Консультативный комитет по водной информации . Дата обращения 2 октября 2018 .
  13. ^ База данных Национальной системы водной информации Геологическая служба США. URL-адрес просмотрен 30 января 2014 г.
  14. ^ "Получение данных мареографа" . Постоянная служба для определения среднего уровня моря . PSMSL . Проверено 7 марта +2016 .
  15. ^ Кроуэлл, Марк; другие (2010). «Оценка населения США, проживающего в 100-летних прибрежных зонах опасности наводнений» (PDF) . Журнал прибрежных исследований . 26 (2): 201–211. DOI : 10,2112 / JCOASTRES D-09-00076.1 . Архивировано из оригинального (PDF) 17 октября 2016 года . Проверено 6 марта +2016 .
  16. ↑ Шварц, Джен (1 августа 2018 г.). «Сдаться поднимающимся морям» . Scientific American . 319 (2): 44–55. DOI : 10.1038 / Scientificamerican0818-44 . PMID 30020899 . Дата обращения 2 октября 2018 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • « Что такое 100-летнее наводнение? ». Информационная сеть по устойчивости района Боулдер (БАССЕЙН). URL-адрес просмотрен 16 июня 2006 г.