100-летнее наводнение

— 100-летнее наводнение это наводнение , которое имеет в среднем вероятность 1 из 100 (вероятность 1%), что оно будет равно или превзойдено в любой данный год. ^{[ 1 ]}

100-летнее наводнение также называют 1%-ным наводнением. ^{[ 2 ]} При наводнении прибрежных районов или озер 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 сыграть 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

$P_{e}=1-\left[1-\left({\frac {1}{T}}\right)\right]^{n}$

где T — пороговый период повторяемости (например, 100 лет, 50 лет, 25 лет и т. д.), а n — количество лет в 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 любом году 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 стоку 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 их регионах). собственное право).

Статистические предположения

ряд предположений Для завершения анализа, определяющего 100-летнее наводнение, делается . Во-первых, экстремальные явления, наблюдаемые каждый год, должны быть независимы 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 длительных 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 оказаться непригодной для анализа экстремальных явлений в 21-м веке.

Вероятностная неопределенность

Когда эти предположения нарушаются, неизвестная в сообщаемые значения того, что означает 100-летнее наводнение с точки зрения интенсивности осадков или глубины наводнения, вносится 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 ]} оценить 100-летний речной паводок можно лишь в тех 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 км²). ²), так что, возможно, существует 3000 ручьев, которые дренируют водоразделы площадью 1000 квадратных миль (2600 км2). ²) и 300 000 участков, которые истощают 10 квадратных миль (26 км²). ²). В городских районах оценки паводков за 100 лет необходимы для водоразделов площадью всего 1 квадратная миля (2,6 км2). ²). Для участков, на которых 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 ]}

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

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 увеличивает неопределенность, поскольку 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 выпадает 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

Пиковые высоты 14 наводнений уже в 1501 году на реке Дунай в Пассау , Германия, показывают большую изменчивость фактических интервалов между наводнениями. ^{[ 6 ]}^: 16–19 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 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 для участков рек посредством научно обоснованного процесса разработки правил, ориентированного на 100-летнее наводнение с историческим средним интервалом повторяемости. В дополнение к историческим данным о паводках, этот процесс учитывает ранее установленные нормативные значения, влияние водохранилищ, защищающих от наводнений, и изменения в землепользовании в водоразделе. Опасности прибрежных наводнений были картированы с использованием аналогичного подхода, который включает соответствующие физические процессы. Большинство районов, где могут произойти серьезные наводнения в Соединенных Штатах, 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 ]}

См. также

Ссылки

^ Виссман, Уоррен (1977). Введение в гидрологию . Harper & Row, Publishers, Inc. с. 160 . ISBN 0-7002-2497-1 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Холмс Р.Р. младший и Диникола К. (2010) 100-летнее наводнение – все дело в случайности. Общий информационный продукт Геологической службы США 106
^ Райс, К.Г. и другие (2008) StreamStats: веб-приложение по водным ресурсам Геологическая служба США, информационный бюллетень 2008-3067 URL-адрес домашней страницы приложения открыт 12 июля 2015 г.
^ «Карта паводков для планирования (реки и море)» . Агентство окружающей среды . 2016. Архивировано из оригинала 16 сентября 2016 г. Проверено 25 августа 2016 г.
^ «Прибрежное наводнение» . ФлудСмарт . Национальная программа страхования от наводнений. Архивировано из оригинала 8 марта 2016 г. Проверено 7 марта 2016 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Эйчанер, Дж. Х. (2015 г.) Уроки 500-летнего рекорда высоты паводков. Ассоциация управляющих поймами штатов, Технический отчет 7. URL-адрес доступен 20 ноября 2021 г.
^ Мэйс, Л.В. (2005) Инженерия водных ресурсов, глава 10, Анализ вероятности, риска и неопределенности для гидрологического и гидравлического проектирования Хобокен: J. Wiley & Sons
^ Перейти обратно: ^а ^б Мейдмент, издание доктора медицинских наук (1993) Справочник по гидрологии, глава 18, Анализ частоты экстремальных явлений Нью-Йорк: McGraw-Hill
^ Перейти обратно: ^а ^б 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.
^ Милли, PCD; Бетанкур, Ж.; Фалькенмарк, М.; Хирш, Р.М.; Кундзевич, З.В.; Леттенмайер, ДП ; Стоуффер, Р.Дж. (1 февраля 2008 г.). «Стационарность мертва». Научный журнал . 319 (5863). Sciencemag.org: 573–574. дои : 10.1126/science.1151915 . ПМИД 18239110 . S2CID 206509974 .
^ 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.
^ «Бюллетень 17С» . Консультативный комитет по водной информации . Проверено 2 октября 2018 г.
^ База данных Национальной информационной системы по водным ресурсам Геологическая служба США. URL-адрес открыт 30 января 2014 г.
^ «Получение данных мареографов» . Постоянная служба определения среднего уровня моря . ПМСЛ . Проверено 7 марта 2016 г.
^ 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.
^ Шварц, Джен (1 августа 2018 г.). «Сдача поднимающемуся морю» . Научный американец . 319 (2): 44–55. doi : 10.1038/scientificamerican0818-44 . ПМИД 30020899 . S2CID 240396828 . Проверено 2 октября 2018 г.

Внешние ссылки

« Что такое 100-летнее наводнение? ». Информационная сеть по устойчивому развитию района Боулдер (BASIN). URL-адрес открыт 16 июня 2006 г.

« Анализ экстремальных наводнений ». Программное обеспечение GeoTide для экстремального анализа. URL-адрес открыт 28 ноября 2023 г.

[1] Виссман, Уоррен (1977). Введение в гидрологию . Harper & Row, Publishers, Inc. с. 160 . ISBN 0-7002-2497-1 .

[Holmes-2] Перейти обратно: ^а ^б Холмс Р.Р. младший и Диникола К. (2010) 100-летнее наводнение – все дело в случайности. Общий информационный продукт Геологической службы США 106

[Ries-3] Райс, К.Г. и другие (2008) StreamStats: веб-приложение по водным ресурсам Геологическая служба США, информационный бюллетень 2008-3067 URL-адрес домашней страницы приложения открыт 12 июля 2015 г.

[4] «Карта паводков 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.

[Eychaner-6] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Эйчанер, Дж. Х. (2015 г.) Уроки 500-летнего рекорда высоты паводков. Ассоциация управляющих поймами штатов, Технический отчет 7. URL-адрес доступен 20 ноября 2021 г.

[Mays-7] Мэйс, Л.В. (2005) Инженерия водных ресурсов, глава 10, Анализ вероятности, риска и неопределенности для гидрологического и гидравлического проектирования Хобокен: J. Wiley & Sons

[Maidment-8] Перейти обратно: ^а ^б Мейдмент, издание доктора медицинских наук (1993) Справочник по гидрологии, глава 18, Анализ частоты экстремальных явлений Нью-Йорк: McGraw-Hill

[B17C-9] Перейти обратно: ^а ^б 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, З.В.; Леттенмайер, ДП ; Стоуффер, Р.Дж. (1 февраля 2008 г.). «Стационарность мертва». Научный журнал . 319 (5863). Sciencemag.org: 573–574. дои : 10.1126/science.1151915 . ПМИД 18239110 . S2CID 206509974 .

[IPPC-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.

[ACWI-12] «Бюллетень 17С» . Консультативный комитет по водной информации . Проверено 2 октября 2018 г.

[NWIS-13] База данных Национальной информационной системы по водным ресурсам Геологическая служба США. URL-адрес открыт 30 января 2014 г.

[14] «Получение данных мареографов» . 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.

[schwartz-16] Шварц, Джен (1 августа 2018 г.). «Сдача поднимающемуся морю» . Научный американец . 319 (2): 44–55. doi : 10.1038/scientificamerican0818-44 . ПМИД 30020899 . S2CID 240396828 . Проверено 2 октября 2018 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

v т и Реки , ручьи и родники
Реки ( списки )	Аллювиальная река Плетеная река Река Блэкуотер Канал Шаблон канала Типы каналов Слияние Дистрибьютор Дренажный бассейн Подземная река Развилка реки Речная экосистема Исток реки приток
Потоки	Арройо Борн Гореть Меловой ручей Кули Текущий Русло ручья Потоковый канал поток потока Градиент потока Пул потоков Многолетний ручей Уинтерборн
Пружины ( список )	Эставель/Инверсак Гейзер Святой колодец Горячий источник список список в США Карстовый источник список Минеральный источник Бездна Ритмичная весна Весенний горизонт
Седиментационные процессы и эрозия	Истирание Анабранч ухудшение Броня Нагрузка на кровать Загрузка материала кровати Гранулированный поток Селевой поток Депонирование Растворенная нагрузка Вырубка Эрозия Направленная эрозия Никпойнт Палеоканал Проградация Ретроградация Сальтация Вторичный поток Транспортировка осадков Подвешенный груз Стиральная загрузка Водный зазор
Речные формы рельефа	принадлежность Аллювиальный веер Предшествующий дренажный поток отрыв Банк Бар Байю Биллабонг Каньон Китай Вырезать банк Устье Плавающий остров Речная терраса Джилл Ущелье Овраг Глен Меандр шрам Рот бар Озеро Старица Последовательность рифл-пула Полоса точек Овраг Рилл Речной остров Высеченный в скале бассейн Осадочный бассейн Осадочные структуры Страт Тальвег Долина реки Вади
Речной поток	Геликоидальный поток Международная шкала сложности рек Часовой журнал Меандр Небольшой бассейн Пороги Винтовка Мелководье Захват потока Водопад Уайтуотер
Поверхностный сток	Сельскохозяйственные сточные воды Первый слив Городской сток
Наводнения и ливневые воды	100-летнее наводнение Расширение трещины Внезапное наводнение Наводнение Городское наводнение Безводное наводнение Барьер от наводнений Борьба с наводнениями Прогнозирование наводнений Пойма Пойма Концепция импульса наводнения Затопленные луга и саванны Наводнение Модель управления ливневыми водами Период возврата
Загрязнение точечного источника	Сточные воды Промышленные сточные воды Сточные воды
Измерение реки и моделирование	Закон Бэра Базовый поток Модель Брэдшоу Сброс (гидрология) Плотность дренажа Уравнение Экснера Модель подземных вод Закон Хака Кривая тока колеса Гидрограф Гидрологическая модель Гидрологическая транспортная модель Инфильтрация (гидрология) Главный стебель Закон Плейфэра Коэффициент облегчения Концепция речного континуума Номер Роуз Номер кривой стока Модель стока (водохранилище) Датчик потока Универсальное уравнение потери почвы ВАФЛЕКС Смачиваемый периметр Объемный расход
Речное машиностроение	Акведук Балансирующее озеро Канал Проверьте плотину Плотина Отбросить структуру Дневное освещение Бассейн для задержания Контроль эрозии Рыбная лестница Восстановление поймы лоток Инфильтрационный бассейн С тобой Леви Морфология реки Резервуар для хранения облицовка Восстановление прибрежной зоны Восстановление потока Плотина
Речные виды спорта	Каньонинг Рыбалка нахлыстом Рафтинг Речной серфинг Ривербординг Пропуск камня Триатлон Гребля на каноэ по бурной воде Каякинг по бурной воде Слалом по бурной воде
Связанный	Водоносный горизонт Водная токсикология Водоем Гидравлическая цивилизация Лимнология Прибрежная зона Цивилизация речной долины Речной круиз Священные воды Поверхностные воды Дикая река
Реки по длине Реки по расходу воды Дренажные бассейны Реки Уайтуотер Внезапные наводнения Этимология названия реки Страны без рек