100-летнее наводнение
Указание вероятности наводнения
Река Миссисипи в Каскаскии, штат Иллинойс , во время Великого наводнения 1993 года.

Наводнение , происходящее раз в 100 лет, — это наводнение , вероятность которого в среднем составляет 1 из 100 (вероятность 1%), что оно будет таким же или превзойдено 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 наводнения и может включать волновые эффекты. Для речных систем 100-летнее наводнение обычно выражается как скорость потока. На основе ожидаемой 100-летней скорости потока наводнения уровень воды наводнения может быть нанесен на карту как область затопления. Полученная карта поймы называется 100-летней поймой. Доступны оценки 100-летней скорости потока наводнения и другие статистические данные о стоке для любого потока в Соединенных Штатах. [3] В Великобритании Агентство по охране окружающей среды публикует полную карту всех территорий, подверженных риску наводнения 1 из 100 лет. [4] Районы вблизи побережья океана или большого озера также могут быть затоплены комбинациями прилива , штормового нагона и волн . [5] Карты речных или прибрежных 100-летних пойм могут играть важную роль в разрешениях на строительство, экологических нормах и страховании от наводнений . Эти анализы обычно представляют климат 20-го века.

Вероятность

Распространенное заблуждение заключается в том, что 100-летнее наводнение, вероятно, произойдет 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 в период 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, можно выразить с помощью биномиального распределения , как

П е = 1 − [ 1 − ( 1 Т ) ] н {\displaystyle P_{e}=1-\left[1-\left({\frac {1}{T}}\right)\right]^{n}}

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

Десятилетние наводнения имеют 10%-ную вероятность возникновения в любой год (P e = 0,10); 500-летние имеют 0,2%-ную вероятность возникновения в любой год (P e = 0,002) и т. д. Процентная вероятность того, что наводнение X-года произойдет в один год, составляет 100/X. Подобный анализ обычно применяется к прибрежным наводнениям или данным об осадках. Интервал повторяемости шторма редко совпадает с интервалом повторяемости связанного с ним речного наводнения из-за различий в сроках и местоположении осадков среди различных водосборных бассейнов .

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 потока данной реки. В пустынных районах, где есть только эфемерные промывки, этот метод применяется к максимальному наблюдаемому количеству осадков за определенный период времени (24 часа, 6 часов или 3 часа). Анализ экстремальных значений рассматривает только самое экстремальное событие, наблюдаемое в данном году. Таким образом, между большим весенним стоком и сильным летним ливневым штормом, то, что привело к большему стоку, будет считаться экстремальным событием, в то время как меньшее событие будет игнорироваться в анализе (хотя оба могли быть способны вызвать ужасное наводнение сами по себе).

Статистические предположения

Существует ряд предположений , которые делаются для завершения анализа, определяющего 100-летнее наводнение. Во-первых, экстремальные события, наблюдаемые в каждом году, должны быть независимы из года в год. Другими словами, максимальный расход реки с 1984 года не может быть найден существенно коррелирующим с наблюдаемым расходом в 1985 году, который не может быть коррелирован с 1986 годом и т. д. Второе предположение заключается в том, что наблюдаемые экстремальные события должны исходить из той же функции плотности вероятности . Третье предположение заключается в том, что распределение вероятности относится к самому большому шторму (измерение количества осадков или расхода реки), который происходит в любой год. Четвертое предположение заключается в том, что функция распределения вероятности стационарна, что означает, что среднее значение (средний показатель), стандартное отклонение и максимальные и минимальные значения не увеличиваются и не уменьшаются с течением времени. Эта концепция называется стационарностью . [8] [9]

Первое предположение часто, но не всегда, является верным и должно проверяться в каждом конкретном случае. Второе предположение часто является верным, если экстремальные события наблюдаются в схожих климатических условиях. Например, если все зарегистрированные экстремальные события происходят из-за гроз в конце лета (как это происходит на юго-западе США) или из-за таяния снежного покрова (как это происходит на севере центральной части США), то это предположение должно быть верным. Однако если некоторые экстремальные события происходят из-за гроз, другие из-за таяния снежного покрова, а третьи из-за ураганов, то это предположение, скорее всего, не является верным. Третье предположение является проблемой только при попытке спрогнозировать событие с низким, но максимальным потоком (например, событие, меньшее, чем двухлетнее наводнение). Поскольку это обычно не является целью экстремального анализа или проектирования гражданского строительства, то 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 [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 более сложным. [11] Простейшим следствием этого является то, что большинство исторических данных представляют климат 20-го века и могут оказаться непригодными для анализа экстремальных событий в 21-м веке.

Вероятность неопределенности

Когда эти предположения нарушаются, в сообщаемое значение того, что означает 100-летнее наводнение с точки зрения интенсивности осадков или глубины наводнения, вводится неизвестное количество неопределенности. Когда все входные данные известны, неопределенность может быть измерена в форме доверительного интервала. Например, можно сказать, что существует 95% вероятность того, что 100-летнее наводнение больше, чем X, но меньше, чем Y. [2]

Прямой статистический анализ [9] [12] для оценки 100-летнего речного наводнения возможен только в относительно немногих местах, где была зарегистрирована ежегодная серия максимальных мгновенных сбросов воды. В Соединенных Штатах по состоянию на 2014 год налогоплательщики поддерживали такие записи в течение как минимум 60 лет в менее чем 2600 местах, в течение как минимум 90 лет в менее чем 500 местах и ​​в течение как минимум 120 лет только в 11 местах. [13] Для сравнения, общая площадь страны составляет около 3 800 000 квадратных миль (9 800 000 км 2 ), так что, возможно, существует 3 000 участков рек, которые осушают водосборы площадью 1 000 квадратных миль (2 600 км 2 ) и 300 000 участков, которые осушают 10 квадратных миль (26 км 2 ). В городских районах 100-летние оценки наводнений необходимы для водоразделов размером всего в 1 квадратную милю (2,6 км2 ) . Для участков без достаточных данных для прямого анализа 100-летние оценки наводнений выводятся из косвенного статистического анализа записей наводнений в других местах в гидрологически схожем регионе или из других гидрологических моделей . Аналогично для прибрежных наводнений данные мареографов существуют только для около 1450 участков 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]

Уровень воды 1501–2002 в Пассау, Германия , по состоянию на сентябрь 2012 г.

В нескольких местах по всему миру существуют гораздо более длительные записи о высоте наводнений, например, на реке Дунай в Пассау , Германия, но перед любой статистической интерпретацией их необходимо тщательно оценить на точность и полноту.

Для отдельного участка реки неопределенности в любом анализе могут быть большими, поэтому оценки 100-летних наводнений имеют большие индивидуальные неопределенности для большинства участков реки. [6] : 24  Для самого большого зарегистрированного наводнения в любом конкретном месте или любого потенциально более крупного события интервал повторяемости всегда плохо известен. [6] : 20, 24  Пространственная изменчивость добавляет больше неопределенности, поскольку пик наводнения, наблюдаемый в разных местах на одном и том же потоке во время одного и того же события, обычно представляет собой различный интервал повторяемости в каждом месте. [6] : 20  Если экстремальный шторм выпадает достаточно осадков на одном рукаве реки, чтобы вызвать 100-летнее наводнение, но на другом рукаве дождя не выпадает, волна наводнения ниже по течению от их слияния может иметь интервал повторяемости 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 сообщения обязательно упрощают историю, сообщая о наибольшем ущербе и наибольшем интервале повторения, рассчитанном для любого места. Общественность может легко и неправильно заключить, что интервал повторения применяется ко всем участкам ручья в зоне затопления. [6] : 7, 24 

Наблюдаемые интервалы между наводнениями

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

Пиковые высоты 14 наводнений еще в 1501 году на реке Дунай в Пассау , Германия, показывают большую изменчивость фактических интервалов между наводнениями. [6] : 16–19  Наводнения, большие, чем 50-летнее наводнение, происходили с интервалами от 4 до 192 лет с 1501 года, а за 50-летним наводнением 2002 года всего через 11 лет последовало 500-летнее наводнение. Только половина интервалов между 50- и 100-летними наводнениями находились в пределах 50 процентов от номинального среднего интервала. Аналогично интервалы между 5-летними наводнениями в период с 1955 по 2007 год варьировались от 5 месяцев до 16 лет, и только половина из них были в пределах от 2,5 до 7,5 лет.

Нормативное использование

В Соединенных Штатах 100-летнее наводнение обеспечивает основу риска для ставок страхования от наводнений . Нормативное наводнение или базовое наводнение обычно устанавливается для речных участков посредством научно обоснованного процесса разработки правил, нацеленного на 100-летнее наводнение при историческом среднем интервале повторяемости. В дополнение к историческим данным о наводнениях, процесс учитывает ранее установленные нормативные значения, воздействие водохранилищ для контроля наводнений и изменения в землепользовании в водоразделе. Опасности прибрежных наводнений были нанесены на карту с помощью аналогичного подхода, который включает соответствующие физические процессы. Большинство областей, где в Соединенных Штатах могут произойти серьезные наводнения, были нанесены на карту последовательно таким образом. В среднем по стране эти 100-летние оценки наводнений вполне достаточны для целей Национальной программы страхования от наводнений (NFIP) и предлагают разумные оценки будущего риска наводнений, если будущее похоже на прошлое. [6] : 24  Примерно 3% населения США проживает в районах, подверженных 1% ежегодной вероятности прибрежного наводнения. [15]

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

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Виссман, Уоррен (1977). Введение в гидрологию . Harper & Row, Publishers, Inc. стр. 160. ISBN 0-7002-2497-1.
  2. ^ ab Холмс, Р. Р., младший, и Диникола, К. (2010) 100-летнее наводнение — все дело в случайности. Геологическая служба США. Общая информация. Продукт 106.
  3. ^ Райс, К. Г. и др. (2008) StreamStats: веб-приложение по водным ресурсам. Геологическая служба США, информационный бюллетень 2008-3067. URL-адрес домашней страницы приложения, доступ осуществлен 12 июля 2015 г.
  4. ^ "Карта наводнений для планирования (реки и море)". Агентство по охране окружающей среды . 2016. Архивировано из оригинала 2016-09-16 . Получено 25 августа 2016 .
  5. ^ "Coastal Flooding". FloodSmart . Национальная программа страхования от наводнений. Архивировано из оригинала 2016-03-08 . Получено 7 марта 2016 .
  6. ^ abcdefgh Эйчанер, Дж. Х. (2015) Уроки, извлеченные из 500-летней истории подъемов уровня воды в зонах наводнений. Ассоциация государственных управляющих поймами, Технический отчет 7 URL-адрес, доступ получен 20 ноября 2021 г.
  7. ^ Mays, LW (2005) Water Resources Engineering, глава 10, Анализ вероятности, риска и неопределенности для гидрологического и гидравлического проектирования Hoboken: J. Wiley & Sons
  8. ^ ab Maidment, DR ed. (1993) Справочник по гидрологии, глава 18, Анализ частоты экстремальных событий Нью-Йорк: McGraw-Hill
  9. ^ ab England, John; и семь других (29 марта 2018 г.). "Guidelines for definition flood flow frequency — Bulletin 17C". Guidelines for definition flood flow frequency — Bulletin 17C. Techniques and Methods. US Geological Survey. doi :10.3133/tm4B5. S2CID  134656108 . Получено 2 октября 2018 г. .
  10. ^ Милли, PCD; Бетанкур, J.; Фалькенмарк, M.; Хирш, RM; Кундзевич, ZW; Леттенмайер, DP ; Стоуффер, RJ (2008-02-01). «Стационарность мертва». Science Magazine . 319 (5863). Sciencemag.org: 573–574. doi :10.1126/science.1151915. PMID  18239110. S2CID  206509974.
  11. ↑ Межправительственная группа экспертов по изменению климата (2012) Управление рисками экстремальных явлений и катастроф для содействия адаптации к изменению климата , Резюме для политиков. Архивировано 19 июля 2015 г. в Wayback Machine. Кембридж и Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета, 19 стр.
  12. ^ "Бюллетень 17C". Консультативный комитет по информации о водных ресурсах . Получено 2 октября 2018 г.
  13. ^ База данных Национальной системы информации о водных ресурсах Геологической службы США. URL-адрес доступен 30.01.2014.
  14. ^ "Получение данных мареографа". Постоянная служба среднего уровня моря . PSMSL . Получено 7 марта 2016 г.
  15. ^ Crowell, Mark; others (2010). «Оценка населения США, проживающего в прибрежных зонах, подверженных риску затопления в течение 100 лет» (PDF) . Journal of Coastal Research . 26 (2): 201–211. doi :10.2112/JCOASTRES-D-09-00076.1. S2CID  9381124. Архивировано из оригинала (PDF) 17 октября 2016 г. . Получено 6 марта 2016 г. .
  16. ^ Шварц, Джен (1 августа 2018 г.). «Сдаться на милость моря». Scientific American . 319 (2): 44–55. doi :10.1038/scientificamerican0818-44. PMID  30020899. S2CID  240396828 . Получено 2 октября 2018 г. .
  • «Что такое 100-летнее наводнение?». Информационная сеть по устойчивому развитию района Боулдер (BASIN). URL-адрес доступен 16.06.2006.
  • "Flood Extreme Anaysis". Программное обеспечение GeoTide Extreme Analysis. URL-адрес получен 28.11.2023.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=100-летний_наводнение&oldid=1247759677"