Су тасқынының ықтималдығы: 100 жылдық су тасқыны – жыл сайын 1% мүмкіндікпен болатын су деңгейі. Өзендердегі ағын мөлшері, жағалаудағы биіктік анықталады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Су тасқынының болу ықтималдығын көрсету
Indication of the likelihood of a flooding
100 жылдық су тасқыны – кез келген жылы осы деңгейге жететін немесе одан асып түсетін мүмкіндігі 100-ден 1-ге (1% ықтималдық) тең болатын су тасқыны оқиғасы. 100 жылдық су тасқыны 1% су тасқыны деп те аталады. Жағалау және көл су тасқындары үшін 100 жылдық су тасқыны көбінесе су деңгейі немесе тереңдігі түрінде беріледі және толқындардың әсерін қамтуы мүмкін. Өзен жүйелері үшін 100 жылдық су тасқыны көбінесе ағын мөлшері ретінде көрсетіледі. Күтілетін 100 жылдық су тасқыны ағын мөлшеріне сүйене отырып, су тасқыны аймағы картаға түсіріледі. Соның нәтижесінде алынған су тасқыны картасы 100 жылдық су тасқыны аймағы деп аталады. АҚШ-тағы кез келген өзен үшін 100 жылдық су тасқыны ағын мөлшерінің және басқа да ағын статистикасының бағалаулары қолжетімді. Ұлыбританияда Қоршаған орта агенттігі 100 жылда бір рет су тасқыны қаупі бар барлық аймақтардың толық картасын жариялайды. Теңіздің немесе үлкен көлдің жағалауындағы аймақтар да толқындармен, дауылмен және жабынмен бірге су тасқынына ұшырауы мүмкін. Өзендік немесе жағалау 100 жылдық су тасқыны аймағының карталары құрылысқа рұқсат беруде, экологиялық ережелерде және су тасқынынан сақтандыруда маңызды рөл атқарады. Бұл талдаулар көбінесе 20 ғасырдың климатын көрсетеді.
A 100 year flood is a flood event that has on average a 1 in 100 chance (1% probability) of being equaled or exceeded in any given year. The 100 year flood is also referred to as the 1% flood. For coastal or lake flooding, the 100 year flood is generally expressed as a flood elevation or depth, and may include wave effects. For river systems, the 100 year flood is generally expressed as a flowrate. Based on the expected 100 year flood flow rate, the flood water level can be mapped as an area of inundation. The resulting floodplain map is referred to as the 100 year floodplain. Estimates of the 100 year flood flowrate and other streamflow statistics for any stream in the United States are available. In the UK, the Environment Agency publishes a comprehensive map of all areas at risk of a 1 in 100 year flood. Areas near the coast of an ocean or large lake also can be flooded by combinations of tide, storm surge, and waves. Maps of the riverine or coastal 100 year floodplain may figure importantly in building permits, environmental regulations, and flood insurance. These analyses generally represent 20th century climate.
Ықтималдық
Көпшілік арасында 100 жылдық су тасқыны 100 жылда бір рет ғана болады деген қате түсінік бар. Шын мәнінде, кез келген 100 жылдық кезеңде бір немесе бірнеше 100 жылдық су тасқыны болуының шамамен 63,4% ықтималдығы бар. Германиядағы Пасаудағы Дунай өзенінде 1501-2013 жылдар аралығында 100 жылдық су тасқыны арасындағы нақты интервал 37 жылдан 192 жылға дейін болды. Кез келген кезеңде бір немесе бірнеше су тасқыны белгілі бір су тасқыны шегінен асып кету ықтималдығы Pe биномдық үлестіруді пайдалана отырып, мысықтай келесідей өрнектеледі:
A common misunderstanding is that a 100 year flood is likely to occur only once in a 100 year period. In fact, there is approximately a 63.4% chance of one or more 100 year floods occurring in any 100 year period. On the Danube River at Passau, Germany, the actual intervals between 100 year floods during 1501 to 2013 ranged from 37 to 192 years. The probability Pe that one or more floods occurring during any period will exceed a given flood threshold can be expressed, using the binomial distribution, as
мұнда T – шегінен қайту кезеңі (мысалы, 100 жыл, 50 жыл, 25 жыл және т.б.), ал n – кезеңдегі жыл саны. Pe-ден асып кету ықтималдығы да ақаудың табиғи, ішкі немесе гидрологиялық тәуекелі ретінде сипатталады. Алайда, 100 жылдық кез келген кезеңдегі 100 жылдық су тасқынының күтілетін саны 1-ге тең. Он жылдық су тасқыны кез келген жылы 10% ықтималдығымен (Pe = 0,10) орын алады; 500 жылдық су тасқыны кез келген жылы 0,2% ықтималдығымен (Pe = 0,002) орын алады; және т.б. Бір жылда X жылдық су тасқыны орын алу ықтималдығы 100/X-ке тең. Жағалау су тасқыны немесе жауын-шашын деректеріне ұқсас талдау да қолданылады. Дауылдың қайталану аралығы әр түрлі су жинау алаптарындағы жауын-шашын уақыты мен орналасуының өзгеруіне байланысты, өзен су тасқынымен сирек бірдей болады. Экстремалды мәндер теориясы саласы азаматтық инженерия мақсаты үшін 100 жылдық су тасқыны сияқты сирек оқиғаларды модельдеу үшін құрылды. Бұл теория көбінесе белгілі бір өзеннің ең жоғары немесе ең төменгі байқалған ағынына қолданылады. Шөлді аймақтарда, тек уақытша арналар ғана болатын жерлерде, бұл әдіс белгілі бір уақыт аралығында (24 сағат, 6 сағат немесе 3 сағат) байқалған ең көп жауын-шашын мөлшеріне қолданылады. Экстремалды мәндерді талдау тек белгілі бір жылы байқалған ең экстремалды оқиғаны қарастырады. Демек, көктемгі үлкен су ағыны мен жазғы қатты жаңбырлы дауылдың арасынан, қайсысы көбірек су ағынына себеп болса, ол экстремалды оқиға деп есептеледі, ал кішігірім оқиға талдаудан тыс қалады (екеуі де өздерінің салдарынан қорқынышты су тасқынына әкелуге қабілетті болса да).
where T is the threshold return period (e. g. 100 yr, 50 yr, 25 yr, and so forth), and n is the number of years in the period. The probability of exceedance Pe is also described as the natural, inherent, or hydrologic risk of failure. However, the expected value of the number of 100 year floods occurring in any 100 year period is 1. Ten year floods have a 10% chance of occurring in any given year (Pe =0.10); 500 year have a 0.2% chance of occurring in any given year (Pe =0.002); etc. The percent chance of an X year flood occurring in a single year is 100/X. A similar analysis is commonly applied to coastal flooding or rainfall data. The recurrence interval of a storm is rarely identical to that of an associated riverine flood, because of rainfall timing and location variations among different drainage basins. The field of extreme value theory was created to model rare events such as 100 year floods for the purposes of civil engineering. This theory is most commonly applied to the maximum or minimum observed stream flows of a given river. In desert areas where there are only ephemeral washes, this method is applied to the maximum observed rainfall over a given period of time (24 hours, 6 hours, or 3 hours). The extreme value analysis only considers the most extreme event observed in a given year. So, between the large spring runoff and a heavy summer rain storm, whichever resulted in more runoff would be considered the extreme event, while the smaller event would be ignored in the analysis (even though both may have been capable of causing terrible flooding in their own right).
Статистикалық болжамдар
100 жылдық су тасқынын анықтайтын талдауды аяқтау үшін бірнеше шарттар қарастырылады. Біріншіден, әр жылы тіркелген экстремалды құбылыстар жылдар бойынша тәуелсіз болуы керек. Яғни, 1984 жылғы өзеннің ең жоғары дебиті 1985 жылғы дебитпен маңызды корреляцияны көрсетпеуі керек, ол 1986 жылмен де байланысты болмауы тиіс, және т.с.с. Екінші шарт – тіркелген экстремалды құбылыстар бірдей ықтималдық тығыздық функциясынан шығуы керек. Үшінші шарт – ықтималдық таралымы бір жыл ішінде тіркелген ең ірі дауылға (жаңбыр немесе өзен дебитінің өлшемі) қатысты болуы керек. Төртінші шарт – ықтималдық таралымы функциясы стационарлық болуы керек, яғни орташа (орташа) мәні, стандартты ауытқуы және ең жоғары және ең төменгі мәндері уақыт өте келе өспеуі немесе кемімеуі керек. Бұл тұжырым стационарлық деп аталады. Бірінші шарт көбінесе, бірақ әрқашан да дұрыс болмайды және әрбір жағдай жеке қарастырылуы керек. Екінші шарт, егер экстремалды құбылыстар ұқсас климаттық жағдайларда тіркелсе, көбінесе жарамды болады. Мысалы, егер тіркелген экстремалды құбылыстардың барлығы жазғы дауылдардан (АҚШ-тың оңтүстік-батысындағы жағдай сияқты) немесе қардың еруінен (АҚШ-тың солтүстік-орталық айманындағы жағдай сияқты) болса, онда бұл шарт дұрыс болуы керек. Дегенмен, егер кейбір экстремалды құбылыстар дауылдардан, ал кейбіреулері қардың еруінен және тағы басқалары урагандардан тіркелсе, онда бұл шарттың дұрыс болуы екіталай. Үшінші шарт тек төмен, бірақ ең жоғары дебитті құбылысты болжауға тырысқанда ғана қиындық тудырады (мысалы, 2 жылдық су тасқынынан кіші құбылыс). Бұл әдетте экстремалды талдау немесе азаматтық инженериялық жобалаудың мақсаты болмағандықтан, мұндай жағдай сирек кездеседі. Стационарлыққа қатысты соңғы шартты бір ғана жердегі деректер бойынша тексеру қиын, себебі тіпті ең ұзақ су тасқыны туралы деректердің өзінде үлкен белгісіздіктер бар және болашақта су тасқыны қауіптерін басқару одан да қиын болады. Мұның ең қарапайым салдары – тарихи деректердің көп бөлігі 20 ғасырдың климатын көрсетеді және 21 ғасырда экстремалды құбылыстарды талдау үшін жарамсыз болуы мүмкін.
There are a number of assumptions that are made to complete the analysis that determines the 100 year flood. First, the extreme events observed in each year must be independent from year to year. In other words, the maximum river flow rate from 1984 cannot be found to be significantly correlated with the observed flow rate in 1985, which cannot be correlated with 1986, and so forth. The second assumption is that the observed extreme events must come from the same probability density function. The third assumption is that the probability distribution relates to the largest storm (rainfall or river flow rate measurement) that occurs in any one year. The fourth assumption is that the probability distribution function is stationary, meaning that the mean (average), standard deviation and maximum and minimum values are not increasing or decreasing over time. This concept is referred to as stationarity. The first assumption is often but not always valid and should be tested on a case by case basis. The second assumption is often valid if the extreme events are observed under similar climate conditions. For example, if the extreme events on record all come from late summer thunderstorms (as is the case in the southwest U. S.), or from snow pack melting (as is the case in north central U. S.), then this assumption should be valid. If, however, there are some extreme events taken from thunder storms, others from snow pack melting, and others from hurricanes, then this assumption is most likely not valid. The third assumption is only a problem when trying to forecast a low, but maximum flow event (for example, an event smaller than a 2 year flood). Since this is not typically a goal in extreme analysis, or in civil engineering design, then the situation rarely presents itself. The final assumption about stationarity is difficult to test from data for a single site because of the large uncertainties in even the longest flood records and that managing flood risks in the future will become even more difficult. The simplest implication of this is that most of the historical data represent 20th century climate and might not be valid for extreme event analysis in the 21st century.
Ықтималдықтың белгісіздігі
Егер осы шарттар орындалмаса, 100 жылдық су тасқынының жауын-шашын қарқындылығы немесе су деңгейі тұрғысынан нені білдіретіні туралы хабарланған мәнге белгісіз дәрежеде сенімсіздік енгізіледі. Барлық деректер белгілі болған жағдайда, сенімсіздікті сенім аралығы түрінде өлшеуге болады. Мысалы, 100 жылдық су тасқыны X-тен жоғары, бірақ Y-ден төмен болуының 95% мүмкіндігі бар деуге болады. 100 жылдық өзен су тасқынын бағалау тек осындай жылдық максималды су шығынының тіркелген деректері бар, салыстырмалы түрде аз ғана жерлерде мүмкін. 2014 жылғы мәлімет бойынша, АҚШ-та салық төлеушілер мұндай деректерді кем дегенде 60 жыл бойы 2600-ден аз жерде, кем дегенде 90 жыл бойы 500-ден аз жерде және кем дегенде 120 жыл бойы бар болғаны 11 жерде сақтап келген. Салыстыру үшін, елдің жалпы ауданы шамамен 9 841 962 км² құрайды, сондықтан 1000 км² алапты кесетін шамамен 3000 өзен учаскесі және 26 км² алапты кесетін 300 000 өзен учаскесі бар. Қалалық аймақтарда, 3 км² көлемдегі су бассейндері үшін 100 жылдық су тасқынының болжамы қажет. Тікелей талдау үшін жеткілікті деректер жоқ учаскелер үшін, 100 жылдық су тасқынының болжамы гидрологиялық жағынан ұқсас аймақтағы басқа жерлердегі су тасқыны деректерінің жанама статистикалық талдауы немесе басқа гидрологиялық модельдерден алынады. Ұқсас жағдай теңіз су тасқынында да байқалады, онда бүкіл әлем бойынша шамамен 1450 пункттегі су деңгейінің деректері бар, олардың 950-ге жуығы 2010 жылдың қаңтарынан 2016 жылдың наурызына дейін жаһандық деректер орталығына ақпарат қосты. Дүние жүзіндегі бірнеше жерлерде, мысалы, Германияның Пассау қаласындағы Дунай өзенінде су тасқынының биіктігі туралы ұзақ жылдарға соққан деректер бар, бірақ оларды кез келген статистикалық тұрғыдан қарастыру алдында олардың дұрыстығы мен толықтығын мұқият бағалау қажет. Жекелеген өзен учаскесі үшін талдаудың нәтижесіндегі қателіктер жоғары болуы мүмкін, сондықтан көптеген өзен учаскелері үшін 100 жылдық су тасқынының болжамында үлкен белгісіздіктер болады. Теориялық тұрғыдан алғанда, су тасқыны жиі болатын аймақтардан үйлер мен кәсіпорындарды көшіру адамдарды қорғауға және сақтандыру төлемдерін азайтуға мүмкіндік береді, бірақ іс жүзінде адамдардың белгілі бір аудандардан кетуі қиын.
When these assumptions are violated, there is an unknown amount of uncertainty introduced into the reported value of what the 100 year flood means in terms of rainfall intensity, or flood depth. When all of the inputs are known, the uncertainty can be measured in the form of a confidence interval. For example, one might say there is a 95% chance that the 100 year flood is greater than X, but less than Y. to estimate the 100 year riverine flood is possible only at the relatively few locations where an annual series of maximum instantaneous flood discharges has been recorded. In the United States as of 2014, taxpayers have supported such records for at least 60 years at fewer than 2,600 locations, for at least 90 years at fewer than 500, and for at least 120 years at only 11. For comparison, the total area of the nation is about 3,800,000 square miles (9,841,962 km2), so there are perhaps 3,000 stream reaches that drain watersheds of 1,000 square miles (2,590 km2) and 300,000 reaches that drain 10 square miles (26 km2). In urban areas, 100 year flood estimates are needed for watersheds as small as 1 square miles (3 km2). For reaches without sufficient data for direct analysis, 100 year flood estimates are derived from indirect statistical analysis of flood records at other locations in a hydrologically similar region or from other hydrologic models. Similarly for coastal floods, tide gauge data exist for only about 1,450 sites worldwide, of which only about 950 added information to the global data center between January 2010 and March 2016. Much longer records of flood elevations exist at a few locations around the world, such as the Danube River at Passau, Germany, but they must be evaluated carefully for accuracy and completeness before any statistical interpretation. For an individual stream reach, the uncertainties in any analysis can be large, so 100 year flood estimates have large individual uncertainties for most stream reaches. In theory, removing homes and businesses from areas that flood repeatedly can protect people and reduce insurance losses, but in practice it is difficult for people to retreat from established neighborhoods.