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Professional Practice Guidelines for Legislated Flood Assessments in a Changing Climate in British Columbia

Recommandations fondées sur les risques pour le contrôle des crues

Michael Church Matthias JakobUniversity of British Columbia BGC Engineering, Ltd.

présenté au séminaire GESTRANS21-23 novembre, 2012

Les crues sont inévitables. . .

Le Fleuve Fraser près de Yale, C.B., 1894

Types de crues

Avalanche de glace/vague d’impact/rupture de barrage

Mt. Edith Cavell, Parc National Jasper, Alberta, août 2012

Crue et avulsion sur un cône alluvionaire

Fairmont Creek à Fairmont Hotsprings, C.B., juin 2012

Types de crues

Types de cruesCrue torrentielle

Sicamous Creek, Sicamous, C.B., juin 2012

Plusieurs problèmes pour la gestion des crues

•Données limitées (e.g., débit de la rivière)• observations limitées (e.g., tsunami)• climat non-stationnaire• changement hydrologique suite au changement d’usage du terrain (e.g., urbanisation; drainage agricole; gestion forestière)• options limitées par l’occupation des rives• événements uniques (blocage par un glissement de terrain) . . . ceci inclut plusieurs problèmes potentiels de crues inhabituelles et imprévues

Diverses conséquences des crues à regarder

• perte de vies (noyade)• destruction de maisons• contamination (biologique/chimique)• pertes économiques à cause d’interruption de la circulation, interruptions des services et du commerce, perte des revenus touristiques, pertes d’assurance• perte d’habitat des poissons et de la faune• difficultés financières pour les propriétaires non- assurés• stress personnel

Évaluation traditionnelle au Canada de l’aléa des crues

• on a conçu les défenses d’après le niveau d’eau prévu pour une crue de probabilité annuelle de retour de 0.5% (i.e., une période de retour de 200 ans)…c’est une méthode basée sur l’aléa• un supplément standard est ajouté à la hauteur de la digue (“freeboard”), indépendamment de la durée des observations des débits• l’érosion des berges et la sédimentation ne sont pas prises en considération d’ordinaire.• il n’y a pas de considération systématique des pertes prévues pour les crues extrêmes

C’est néanmoins implicitement une méthode fondée sur le risque

Problèmes de la gestion contemporaine des crues• le drainage du terrain et la construction des réservoirs continuent sans considération des conséquences sur les crues• on ne prend pas compte des mesures non-structurales pour la prévention des inondations

• il n’y a pas d’appréciation systématique du potentiel d’érosion des berges de la rivière

Autres problèmes de la gestion contemporaine des crues

• les efforts de reconstruction après une crue n’encouragent pas la réduction des pertes des crues à venir: le gouvernement supporte seulement le remplacement des structures• en conséquence, le gouvernment inspire une attitude “ils nous sauverons”

• on crée un faux sens de sécurité par la construcion des digues, ce qui encourage plus de développement et d’investissement

Pourquoi devons-nous changer?

• la population sur les plaines d’inondation en Colombie Britannique s’accroît rapidement, donc les conséquences des crues s’accroîssent• une gestion fondée sur l’aléa ignore l’accroissement des conséquences possibles• l’analyse de la fréquence des crues ne marche pas dans plusieurs cas, particulièrement en face de changements d’environnement• l’approche actuelle de la gestion des crues en C.B. ne peut pas prévenir ou limiter les pertes catastrophiques• on a besoin d’évaluer et comparer des stratégies alternatives pour la gestion des crues

Morts

Propriétés inondées

1894 1948 ????

Nom

bre

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Nom

bre

des m

ort

s

10

100

1000

10,000

10

100

1000

10,000

1

?

?

100,000

Le risque s’accroît par le tempsLa vallée du Fleuve Fraser

En général, le risque est un objectif mouvant

Le problème du climat

Est-ce que nous avons un changement séculaire, ou cyclique, ou tout simplement, une grande variabilité?

Le problème du climat encore

L’analyse traditionnelle de la grandeur et de la fréquence des débits n’est pas toujours sûre

Un exemple local: Le bassin du Fleuve Squamish, près de Vancouver

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“The protection of New Orleans had been based on the ‘traditional approach’, which is component-performance-based, uses standards to define performance, and relies on factors of safety to deal with uncertainty” . . .

. . . ”a risk-based approach would provide a more viable capability to inform decisions on complex infrastructure such as hurricane protection systems.”

Leçons de l’ouragan Katrina(Performance Evaluation Task Force, USACE):

Les recommandations pour la gestion des crues . . .• . . . doivent être flexibles dans le sens qu’elles reconnaissent qu’une bonne défense contre les crues devrait répondre au niveau de risque perçu

• . . . doivent être complètes en prenant en compte tout type de crue qui pourrait arriver

• . . . doivent être pratiques: des prescriptions simples doivent être disponibles pour les cas ordinaires (e.g., maisons seules; lotissements)

Large river systems Moderate and small rivers and large streams

Small steep streams subject to debris floods and debris flows

Typical length of gauged record

> 50 years 0 - 50 years rarely gauged record

Typical watershed area

> 1000 km2 10-1000 km2 1-10 km2

Flood-generating process

rainfall snowmelt rain-on-snow ice-jam floods

rainfall snowmelt rain-on-snow landslide dam outbreak floods volcanic debris flows log jams beaver dam failures ice jam floods

landslide dam outbreak floods debris flows lahars extreme rainfall

Proposed flood return periods** shown on hazard maps

20-year* 100-year 200-year 1000-year 2500-year***

20-year* 100-year 200-year 1000-year

20-year* 200-year 500-year 2500-year***

Étape d’analyse 1. Scenarios de crues dans divers bassins-versants

Class

Typical hazard assessment methods Deliverables Applications Return periods for flood

hazard maps

Application for Development

Type

0 Site visit and qualitative assessment of flood hazard without modelling

Letter report or memorandum with water levels

Very low loss potential rivers and floodplains

20-yr

200-yr

Building additions, 2 lot subdivision

1 possibly 1-D modelling, qualitative description of fluvial geomorphic regime, air photo interpretation and field inspections for evidence of previous floods

Cross-sections with water levels, flow velocity and qualitative description of recorded historic events

Low loss potential rivers and floodplains

Subdivision into separate lots (< 10 single family)

2 1-D or 2-D modelling, empirical modelling of fluvial regime and future trends in river bed changes, bank erosion maps, possibly paleoflood analysis

Maps with area inundated at different return period, flow velocity, flow depth, delineation of areas prone to bank erosion and river bed elevation changes

Moderate loss potential rivers and floodplains

20-yr

200-yr

1000-yr (where appropriate)

Subdivision into > 10-100 single family lots, new subdivisions

3 2-D modelling of user-specified dike breach scenarios, modelling of fluvial geomorphic processes using 2-D morphodynamic models and their respective effects on flood hazard.

Maps with area inundated, flow velocity, flow depth, delineation of areas prone to bank erosion and river bed elevation changes, formulation of decision tree

High loss potential rivers and floodplains

200-yr

1000-yr


Subdivisions/towns with human loss potential of 10-100 people

4a 2-D modelling with probabilistic dike breach routines including breach width and breach outflow discharge scenarios, 2-D morphodynamic models and their respective effects on flood hazard.

same as for Class 3 but with documentation of breach discharge and flood propagation times

Very High loss potential rivers and floodplains

200-yr

1000-yr


Towns/Cities with human loss potential of >100 people

4b same as Class 4 but including modelling of different hazard scenarios (i.e. different breach locations, multiple breaches, sequential breaches) for different flood risk reduction strategies

same as for Class 3 Very High loss potential rivers and floodplains

200-yr

1000-yr


Étape 2. Niveau d’évaluation de l’aléa

Class

Typical hazard assessment methods

Deliverables Applications

Return periods for flood

hazard maps

Application for

Development Type

4b

2-D modelling with probabilistic dike breach routines including breach width and breach outflow discharge scenarios, 2-D morphodynamic models and their respective effects on flood hazard.modelling of different hazard scenarios (i.e. different breach locations, multiple breaches, sequential breaches) for different flood risk reduction strategies



200-yr

1000-yr

2500-yr

(where appropriate)


Class

Typical hazard assessment methods

Deliverables Applications

Return periods for flood

hazard maps

Application for

Development Type

0

Site visit and qualitative assessment of flood hazard without modelling

Letter report or memorandum with water levels

Very low loss potential rivers and floodplains

20-yr

200-yr

Building additions, and 2 lot subdivision

Class

Typical hazard assessment methods Deliverables Applications Return periods for

flood hazard maps

Application for

Development Type

4b

2-D modelling with probabilistic dike breach routines including breach width and breach outflow discharge scenarios, 2-D morphodynamic models and their respective effects on flood hazard.modelling of different hazard scenarios (i.e. different breach locations, multiple breaches, sequential breaches) for different flood risk reduction strategies



200-yr1000-yr2500-yr (where

appropriate)


Détails pour la classe 4b

Exemple d’une crue: Fleuve Fraser à Chilliwack, d’après un modèle 2-D

1:200flood return period0.005



flood defence system remains structurally intact, only localized floodingin unprotected areas



Single defence breach with all other structures remaining intact

Multiple defence breach





flood warning, evacuations

no response


no response


no response


no response


no response


no response


no response


no response


no response

Étape 3. Analyse des scenarios

Potential Loss of Life for applied return period

Annualized Potential Building Loss ($)

< 1000 1000 to 10,000

10,000 to 100,000

100,000 to 1,000,000

> 1,000,000

> 100 VH VH VH VH VH

10 to 100 H H VH VH VH

2 to 10 H H H H VH

1-2 M M M H H

0 VL L M M H

Étape 4. Évaluation des risques

Calcul approximatif des mortsM

ort

s

Hauteur d’inondation

Risk LevelClass

Typical Risk Assessment Methods Deliverables ApplicationsReturn Periods (years)

Very Low 0 Includes a short site survey with qualitative assessment of potential consequences

Memorandum or Letter Sketch Maps

Small developments

20200500

Low 1 provides qualitative descriptions or tabulation of potential economic losses associated with various consequence scenarios

Report Maps

Low loss potential rivers and floodplains

Moderate 2

estimate direct economic losses using homogenized stage-damage curves, estimate mortality using empirical formulae under simplified assumptions, assess total risk via qualitative risk matrix, quantify risk to individuals and societal risk where required by local jurisdiction.

Method descriptions, maps of economic loss potential, inventory lists, lists of PDI>tolerance threshold, FN-graphs

Moderate loss potential streams, rivers and floodplains

High 3

same as 2 for economic losses, inventory environmental hazards and likely environmental losses, cultural and historic values and intangibles (human suffering etc.), assess risk via a semi-quantitative risk matrix, compare risk to local tolerance criteria or with stakeholder-developed risk tolerance criteria, quantify risk to individuals and societal risk where required by local jurisdiction.

Detailed method descriptions, maps of economic loss potential, maps of human loss potential inventory lists, lists of PDI>tolerance threshold, FN-graphs

High loss potential rivers and floodplains

20200

1000

Very High 4a

same as 3 for economic losses plus determine direct and indirect economic losses for area affected region and province (Fraser River), model loss-of-life using one or more mortality models under different hazard scenarios; quantify environmental losses through modelling or empirical study; integrate all losses in semi-quantitative risk matrix and compare to existing or developed risk tolerance criteria

Detailed method descriptions, maps of economic loss potential, inventory lists, lists of PDI>tolerance threshold, FN-graphs


20200

10002500

Very High 4b same as Class 3 assessment for different risk reduction studies, provide cost-benefit analysis for selected options

Same as Class 3 with CBA Same as Class 3

Étape 5. Niveau d’évaluation du risque

Exemple de carte des pertes ($C/m2): Chilliwack, C.B.

Vulnérabilité des services indispensables (hauteur d’inondation)

Sommaire. Évaluation du risque d’inondation

• On a proposé des recommandations nouvelles pour la pratique professionnelle d’évaluation des crues en Colombie Britannique

• Les recommendations soulignent une approche basée sur l’idée de risque, mais suffisament flexible pour répondre au niveau perçu du risque

• Les recommendations soulignent la nécessité de prédire les changements hydrologiques qui résulteront du changement climatique et de l’occupation du sol

Résumé

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