Flood frequency analysis by a bivariate model based on copulas

La adecuada estimación de avenidas de diseño asociadas a altos periodos de retorno es necesaria para el diseño y gestión de estructuras hidráulicas como presas. En la práctica, la estimación de estos cuantiles se realiza normalmente a través de análisis de frecuencia univariados, basados en su mayoría en el estudio de caudales punta. Sin embargo, la naturaleza de las avenidas es multivariada, siendo esencial tener en cuenta características representativas de las avenidas, tales como caudal punta, volumen y duración del hidrograma, con el fin de llevar a cabo un análisis apropiado; especialmente cuando el caudal de entrada se transforma en un caudal de salida diferente durante el proceso de laminación en un embalse o llanura de inundación. Los análisis de frecuencia de avenidas multivariados han sido tradicionalmente llevados a cabo mediante el uso de distribuciones bivariadas estándar con el fin de modelar variables correlacionadas. Sin embargo, su uso conlleva limitaciones como la necesidad de usar el mismo tipo de distribuciones marginales para todas las variables y la existencia de una relación de dependencia lineal entre ellas. Recientemente, el uso de cópulas se ha extendido en hidrología debido a sus beneficios en relación al contexto multivariado, permitiendo superar los inconvenientes de las técnicas tradicionales. Una copula es una función que representa la estructura de dependencia de las variables de estudio, y permite obtener la distribución de frecuencia multivariada de dichas variables mediante sus distribuciones marginales, sin importar el tipo de distribución marginal utilizada. La estimación de periodos de retorno multivariados, y por lo tanto, de cuantiles multivariados, también se facilita debido a la manera en la que las cópulas están formuladas. La presente tesis doctoral busca proporcionar metodologías que mejoren las técnicas tradicionales usadas por profesionales para estimar cuantiles de avenida más adecuados para el diseño y la gestión de presas, así como para la evaluación del riesgo de avenida, mediante análisis de frecuencia de avenidas bivariados basados en cópulas. Las variables consideradas para ello son el caudal punta y el volumen del hidrograma. Con el objetivo de llevar a cabo un estudio completo, la presente investigación abarca: (i) el análisis de frecuencia de avenidas local bivariado centrado en examinar y comparar los periodos de retorno teóricos basados en la probabilidad natural de ocurrencia de una avenida, con el periodo de retorno asociado al riesgo de sobrevertido de la presa bajo análisis, con el fin de proporcionar cuantiles en una estación de aforo determinada; (ii) la extensión del enfoque local al regional, proporcionando un procedimiento completo para llevar a cabo un análisis de frecuencia de avenidas regional bivariado para proporcionar cuantiles en estaciones sin aforar o para mejorar la estimación de dichos cuantiles en estaciones aforadas; (iii) el uso de cópulas para investigar tendencias bivariadas en avenidas debido al aumento de los niveles de urbanización en una cuenca; y (iv) la extensión de series de avenida observadas mediante la combinación de los beneficios de un modelo basado en cópulas y de un modelo hidrometeorológico. Accurate design flood estimates associated with high return periods are necessary to design and manage hydraulic structures such as dams. In practice, the estimate of such quantiles is usually done via univariate flood frequency analyses, mostly based on the study of peak flows. Nevertheless, the nature of floods is multivariate, being essential to consider representative flood characteristics, such as flood peak, hydrograph volume and hydrograph duration to carry out an appropriate analysis; especially when the inflow peak is transformed into a different outflow peak during the routing process in a reservoir or floodplain. Multivariate flood frequency analyses have been traditionally performed by using standard bivariate distributions to model correlated variables, yet they entail some shortcomings such as the need of using the same kind of marginal distribution for all variables and the assumption of a linear dependence relation between them. Recently, the use of copulas has been extended in hydrology because of their benefits regarding dealing with the multivariate context, as they overcome the drawbacks of the traditional approach. A copula is a function that represents the dependence structure of the studied variables, and allows obtaining the multivariate frequency distribution of them by using their marginal distributions, regardless of the kind of marginal distributions considered. The estimate of multivariate return periods, and therefore multivariate quantiles, is also facilitated by the way in which copulas are formulated. The present doctoral thesis seeks to provide methodologies that improve traditional techniques used by practitioners, in order to estimate more appropriate flood quantiles for dam design, dam management and flood risk assessment, through bivariate flood frequency analyses based on the copula approach. The flood variables considered for that goal are peak flow and hydrograph volume. In order to accomplish a complete study, the present research addresses: (i) a bivariate local flood frequency analysis focused on examining and comparing theoretical return periods based on the natural probability of occurrence of a flood, with the return period associated with the risk of dam overtopping, to estimate quantiles at a given gauged site; (ii) the extension of the local to the regional approach, supplying a complete procedure for performing a bivariate regional flood frequency analysis to either estimate quantiles at ungauged sites or improve at-site estimates at gauged sites; (iii) the use of copulas to investigate bivariate flood trends due to increasing urbanisation levels in a catchment; and (iv) the extension of observed flood series by combining the benefits of a copula-based model and a hydro-meteorological model.

Os impactos ambientais no meio físico: erosão e assoreamento na bacia hidrográfica do rio Taquari, MS, em decorrência da pecuária

O aumento da inundação em áreas do baixo curso do rio Taquari, no Pantanal do estado do Mato Grosso do Sul, tem transformado a pecuária desta região numa atividade com baixa rentabilidade, à medida que extensas áreas de campo passaram a ser inundadas vários meses durante o ano a partir da década de 70. A pecuária realizada em campos naturais de regiões úmidas do Pantanal indica que há necessidade de se investigar metodologias apropriadas para avaliação de impacto ambiental, que abordem impactos diretos, indiretos, cumulativos e processos do meio físico que alteram, de maneira prejudicial, o meio ambiente. Supõe-se que a inundação na planície do rio Taquari esteja relacionada com a ocupação antrópica nas áreas de planalto da bacia do rio Taquari. O presente trabalho tem por objetivo avaliar os impactos ambientais na planície de inundação do baixo curso do Taquari, decorrentes da ocupação antrópica da bacia hidrográfica do rio Taquari em sua totalidade, considerando os impactos ambientais causados pela pecuária à medida que se configura como principal atividade econômica da bacia bem como os processos erosivos e de assoreamento no quadro atual do regime de inundações. As etapas de caracterização da área, de análise dos impactos e as propostas de ações mitigadoras, previstas num Estudo de Impacto Ambiental, foram aqui analisadas. Foram utilizadas informações sobre as características do meio físico, biótico e socioeconômico, selecionadas a partir do levantamento dos dados existentes com recorte efetuado para a bacia hidrográfica do rio Taquari. Na maior parte dos temas, este foi um processo de levantamento, ordenamento e recuperação de informações, na escala original de 1:250.000, do Plano de Conservação da Bacia do Alto Paraguai-PCBAP, gerenciado no SPRING. Foram também realizadas viagens de campo para a complementação dos dados e para o levantamento de atividades antrópicas com verificações \"in loco\" da ocorrência de impacto ambiental. A maioria dos dados socioeconômicos compilados para o presente trabalho teve por base os censos agropecuários e demográficos realizados pelo IBGE. Os resultados obtidos demonstram que os impactos ambientais decorrentes da pecuária no planalto interferem no regime de inundação na planície da bacia, o que só foi possível de ser identificado a partir de análises integradas em toda a bacia hidrográfica do rio Taquari. Verificou-se que os métodos de EIA são adequados para identificar os impactos diretos decorrentes da pecuária, mas não são adequados para identificar os processos e seus efeitos cumulativos na extensão da bacia hidrográfica do rio Taquari. Além disto, a abordagem da avaliação ambiental estratégica, como procedimento para análise ambiental em políticas, planos e programas, mostra-se adequada para as análises na BHRT à medida que está centralizada nos efeitos do ambiente sobre as necessidades e oportunidades de desenvolvimento. Contudo, somente a recuperação de danos ambientais, o controle das origens dos impactos no ambiente e um sistema de gestão consciente de seus compromissos podem levar, juntamente com a melhora dos procedimentos técnicos e administrativos para análises ambientais, à uma maior proximidade da sustentabilidade ambiental na BHRT.

Características físicas e químicas das águas superficiais e subterrâneas (nas proximidades do canal), dos ribeirões do Moquém e Água Clara (Médio Tietê Superior - SP), em função das variações hidrológicas

As teorias sobre o funcionamento dos sistemas lóticos evoluíram nos últimos anos, os condicionantes geológicos/geomorfológicos como também as regiões de transição têm recebido importância crescente. As regiões de transição merecem destaque uma vez que os sistemas lóticos estabelecem interações de fluxo com os ambientes vizinhos (atmosféricos, terrestres e subterrâneos) e a troca de materiais estabelecida entre esses sistemas é importante para a definição de suas características. As bacias hidrográficas dos ribeirões do Moquém e Água Clara, estudadas no presente trabalho, apresentam: proximidade geográfica além de semelhanças morfológicas e climáticas, porém diferem quanto aos aspectos geológicos e geomorfológicos. A partir desses aspectos, a presente pesquisa investigou as flutuações sazonais nas relações físicas, química e hidrológicas entre águas superficiais e subterrâneas (adjacências do canal), na região do baixo curso dos ribeirões já citados. Foram escolhidos dois trechos em cada ribeirão para a realização de: (1) inventário hidrológico mensal, a partir de medidas de velocidade de escoamento, vazão e do nível de água em poços instalados na região marginal dos rios nos trechos de estudo; (2) caracterização física e química de testemunhos da região marginal dos rios, onde foram utilizadas amostras obtidas durante a perfuração dos poços; (3) amostragens das águas superficiais subterrâneas no mesmo período do inventário para a determinação das características físicas e químicas das mesmas. Os resultados destacaram os seguintes itens. O fluxo de base garantiu vazões regulares e elevadas ao ribeirão Água Clara, ao mesmo tempo que as vazões foram quase insignificantes no ribeirão do Moquém, fato esse que apresenta importância ecológica. A química das águas dos ribeirões estudados é distinta, possivelmente, como resposta às características naturais das bacias. Nos dois trechos de estudo, as águas superficiais e subterrâneas apresentaram diferenças físicas e químicas, o que pode indicar que as trocas entre o canal do rio e suas adjacências são pequenas e/ou lentas. Com base nas observações desta pesquisa, recomenda-se que as características quantitativas e qualitativas, distintas, entre as águas dos ribeirões do Moquém e Água Clara devem ser avaliadas durante a tomada de decisões em processos de gestão de recursos hídricos.

Jóvenes conectados: las experiencias de los jóvenes con las nuevas tecnologías

Las nuevas tecnologías ya no son un tema novedoso para la comunidad científica. La trascendencia del fenómeno ha generado una importante labor investigadora, centrada, fundamentalmente, en el estudio cuantitativo de su utilización. Sin embargo, y a pesar de los estudios realizados, todavía existen importantes lagunas de conocimiento. En esta nota abordamos lo que consideramos es una de tales lagunas: el análisis cualitativo de las relaciones que los jóvenes establecen con las nuevas tecnologías. Así, se presentan algunos de los principales resultados de una investigación sobre la influencia de las nuevas tecnologías en la vida cotidiana de los jóvenes; un estudio cuyo objetivo era analizar, no únicamente el grado de disponibilidad y uso de determinadas tecnologías (sobre todo ordenadores, Internet, telefonía móvil y videojuegos), sino, fundamentalmente, cómo éstas se incorporan a la vida cotidiana de los jóvenes y cómo percibe este colectivo su relación con ellas. Nos interesan, por tanto, tanto los posibles cambios en la forma de estudiar, de cubrir el tiempo de ocio o de relacionarse con familiares y amigos, como la manera en que los protagonistas explican e interpretan tales cambios.

Fish diversity and traditional fishing methods in semiarid irrigated system in the Bajo Vinalopó region, Southeastern Spain

The aim of this paper is to obtain a comprehensive picture of the importance of the fish fauna in the wetlands and coastal lagoons of the Bajo Vinalopó region (Alicante, South eastern Spain) and the ecological, historical and cultural value of the traditional knowledge on fishing maintained by local people. We have compiled data from different information sources: (1) the revision of historical archives, (2) personal interviews and collaborative research, and (3) ecological and water quality data. The results show that the area sustains important fish fauna diversity (17 species) and that local people have inherited a considerable traditional knowledge on fishing methods (11 modalities), on the maintenance and sound management of the water system and on the ecology and behaviour of fish. We conclude that a comprehensive consideration of all these ecological, historical and socio-cultural aspects related to fish and fishing shows clearly the value of this ecological and cultural heritage and provides a necessary base for a sustainable management of the area.

Cambio de la línea de costa en el Bajo Segura (Sur de Alicante) en los últimos 15.000 años

En este trabajo se describe el cambio de la línea de costa en la parte sur de la provincia de Alicante para los últimos 15.000 años. Se ha obtenido integrando datos de diferentes fuentes y especialmente de perfiles sísmicos de alta resolución marinos de la plataforma continental anexa. Se han distinguido 10 periodos. Comienza con la transgresión marina tras la última glaciación, le sigue la formación del sinus ilicitanus entre los años 4000 y 3000 a. C., y finaliza con un lento proceso de desecación hasta la actualidad, reducido a las lagunas del Fondo y Salinas de Santa Pola.

Genetic signature of a recent invasion: The ragged sea hare Bursatella leachii in Mar Menor (SE Spain)

This study received partial financial support from the Séneca Foundation, Agencia Regional de Ciencia y Tecnología de la Región de Murcia, Spain (11881/PI/09). The first author (MGW) was supported by Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT, Portugal) postdoctoral grant (SFRH/BPD/70689/2010). JD was supported through an Erasmus grant (2011–2013) of the European MSc in Marine Biodiversity and Conservation (EMBC).

Formación y desecación del sinus ilicitanus (Sur de Alicante) en los últimos 15.000 años

En este trabajo se describe el cambio de la línea de costa en la parte sur de la provincia de Alicante para los últimos 15.000 años. Se ha obtenido integrando datos de diferentes fuentes y especialmente de perfiles sísmicos de alta resolución marinos de la plataforma continental anexa. Se han distinguido 10 periodos. Comienza con la transgresión marina tras la última glaciación, le sigue la formación del sinus ilicitanus entre los años 4.000 y 3.000 AC, y finaliza con un lento proceso de desecación hasta la actualidad, reducido a las lagunas del Fondo y Salinas de Santa Pola.

World's Columbian Exposition, Chicago, Illinois, 1893 (Raster Image)

This layer is a georeferenced raster image of the historic paper map entitled: The Union News Company's indexed map of the World's Columbian exposition at Chicago, 1893. It was published in 1893. Scale [1:7,000]. Covers the Exposition grounds, now Jackson Park and Midway Plaisance. The image inside the map neatline is georeferenced to the surface of the earth and fit to the Illinois East State Plane Coordinate System NAD83 (in Feet) (Fipszone 1201). All map collar and inset information is also available as part of the raster image, including any inset maps, profiles, statistical tables, directories, text, illustrations, index maps, legends, or other information associated with the principal map. This map shows features such as roads, railroads, cable and electric car lines, drainage, lagoons and ponds, buildings, paths, and more. This layer is part of a selection of digitally scanned and georeferenced historic maps from The Harvard Map Collection as part of the Imaging the Urban Environment project. Maps selected for this project represent major urban areas and cities of the world, at various time periods. These maps typically portray both natural and manmade features at a large scale. The selection represents a range of regions, originators, ground condition dates, scales, and purposes.

Louisiana Purchase Exposition, St. Louis, Missouri, 1904 (Raster Image)

This layer is a georeferenced raster image of the historic paper map entitled: Ground plan of the Louisiana Purchase Exposition St. Louis, MO 1904. It was published by Buxton & Skinner Stationery Co. Scale [1:7,500]. Covers the exposition grounds and buildings of the Saint Louis World's Fair, currently the Forest Park and Washington University area, St. Louis, Missouri. The image inside the map neatline is georeferenced to the surface of the earth and fit to the the Missouri East State Plane Coordinate System NAD83 (in Feet) (Fipszone 2401). All map collar and inset information is also available as part of the raster image, including any inset maps, profiles, statistical tables, directories, text, illustrations, index maps, legends, or other information associated with the principal map. This map shows features such as roads, railroads and stations, cable and electric car lines, drainage, lagoons and ponds, buildings, ground cover, paths, and more. Includes index. This layer is part of a selection of digitally scanned and georeferenced historic maps from The Harvard Map Collection as part of the Imaging the Urban Environment project. Maps selected for this project represent major urban areas and cities of the world, at various time periods. These maps typically portray both natural and manmade features at a large scale. The selection represents a range of regions, originators, ground condition dates, scales, and purposes.

Maldives, 1902 (Image 1 of 3) (Raster Image)

This layer is a georeferenced raster image of the historic paper map entitled: Trigonometrical survey of the Maldive Islands, by Commander R. Moresby, assisted by Lieut. F.T. Powell, Indian Navy ; additions and corrections by Professor A. Agassiz, Mr. Stanley Gardiner and Mr. L. A. Molony, 1902 ; eng. by J. & C. Walker. Sheet 1. It was published by Hydrographic Office, 1904. Scale [ca. 1:310,000]. This layer is image 1 of 3 total images of the three sheet source map representing the northern portion of the map. The image inside the map neatline is georeferenced to the surface of the earth and fit to the 'Mercator' projection. All map collar and inset information is also available as part of the raster image, including any inset maps, profiles, statistical tables, directories, text, illustrations, index maps, legends, or other information associated with the principal map. This map shows features such as drainage, human settlements, ground cover, shoreline features, inlets, lagoons, shoals, sand banks, atolls, islands and islets, points, rocks, bottom types, and more. Relief shown by spot heights. Depths shown by soundings. Includes notes on navigation and locations of potable water. This layer is part of a selection of digitally scanned and georeferenced historic maps from the Harvard Map Collection and the Harvard University Library as part of the Open Collections Program at Harvard University project: Organizing Our World: Sponsored Exploration and Scientific Discovery in the Modern Age. Maps selected for the project correspond to various expeditions and represent a range of regions, originators, ground condition dates, scales, and purposes.

Maldives, 1902 (Image 2 of 3) (Raster Image)

This layer is a georeferenced raster image of the historic paper map entitled: Trigonometrical survey of the Maldive Islands, by Commander R. Moresby, assisted by Lieut. F.T. Powell, Indian Navy ; additions and corrections by Professor A. Agassiz, Mr. Stanley Gardiner and Mr. L. A. Molony, 1902 ; eng. by J. & C. Walker. Sheet 2. It was published by Hydrographic Office, 1904. Scale [ca. 1:310,000]. This layer is image 2 of 3 total images of the three sheet source map representing the central portion of the map. The image inside the map neatline is georeferenced to the surface of the earth and fit to the 'Mercator' projection. All map collar and inset information is also available as part of the raster image, including any inset maps, profiles, statistical tables, directories, text, illustrations, index maps, legends, or other information associated with the principal map. This map shows features such as drainage, human settlements, ground cover, shoreline features, inlets, lagoons, shoals, sand banks, atolls, islands and islets, points, rocks, bottom types, and more. Relief shown by spot heights. Depths shown by soundings. Includes notes on navigation and locations of potable water. This layer is part of a selection of digitally scanned and georeferenced historic maps from the Harvard Map Collection and the Harvard University Library as part of the Open Collections Program at Harvard University project: Organizing Our World: Sponsored Exploration and Scientific Discovery in the Modern Age. Maps selected for the project correspond to various expeditions and represent a range of regions, originators, ground condition dates, scales, and purposes.

Maldives, 1902 (Image 3 of 3) (Raster Image)

This layer is a georeferenced raster image of the historic paper map entitled: Trigonometrical survey of the Maldive Islands, by Commander R. Moresby, assisted by Lieut. F.T. Powell, Indian Navy ; additions and corrections by Professor A. Agassiz, Mr. Stanley Gardiner and Mr. L. A. Molony, 1902 ; eng. by J. & C. Walker. Sheet 3. It was published by Hydrographic Office, 1904. Scale [ca. 1:310,000]. This layer is image 3 of 3 total images of the three sheet source map representing the southern portion of the map. The image inside the map neatline is georeferenced to the surface of the earth and fit to the 'Mercator' projection. All map collar and inset information is also available as part of the raster image, including any inset maps, profiles, statistical tables, directories, text, illustrations, index maps, legends, or other information associated with the principal map. This map shows features such as drainage, human settlements, ground cover, shoreline features, inlets, lagoons, shoals, sand banks, atolls, islands and islets, points, rocks, bottom types, and more. Relief shown by spot heights. Depths shown by soundings. Includes notes on navigation and locations of potable water. This layer is part of a selection of digitally scanned and georeferenced historic maps from the Harvard Map Collection and the Harvard University Library as part of the Open Collections Program at Harvard University project: Organizing Our World: Sponsored Exploration and Scientific Discovery in the Modern Age. Maps selected for the project correspond to various expeditions and represent a range of regions, originators, ground condition dates, scales, and purposes.

Boston, Massachusetts Region LIDAR First Return Elevation Data, 2002

LIDAR (LIght Detection And Ranging) first return elevation data of the Boston, Massachusetts region from MassGIS at 1-meter resolution. This LIDAR data was captured in Spring 2002. LIDAR first return data (which shows the highest ground features, e.g. tree canopy, buildings etc.) can be used to produce a digital terrain model of the Earth's surface. This dataset consists of 74 First Return DEM tiles. The tiles are 4km by 4km areas corresponding with the MassGIS orthoimage index. This data set was collected using 3Di's Digital Airborne Topographic Imaging System II (DATIS II). The area of coverage corresponds to the following MassGIS orthophoto quads covering the Boston region (MassGIS orthophoto quad ID: 229890, 229894, 229898, 229902, 233886, 233890, 233894, 233898, 233902, 233906, 233910, 237890, 237894, 237898, 237902, 237906, 237910, 241890, 241894, 241898, 241902, 245898, 245902). The geographic extent of this dataset is the same as that of the MassGIS dataset: Boston, Massachusetts Region 1:5,000 Color Ortho Imagery (1/2-meter Resolution), 2001 and was used to produce the MassGIS dataset: Boston, Massachusetts, 2-Dimensional Building Footprints with Roof Height Data (from LIDAR data), 2002 [see cross references].

Boston, Massachusetts, 2-Dimensional Building Footprints with Height Data (from LIDAR data), 2002

This dataset consists of 2D footprints of the buildings in the metropolitan Boston area, based on tiles in the orthoimage index (orthophoto quad ID: 229890, 229894, 229898, 229902, 233886, 233890, 233894, 233898, 233902, 237890, 237894, 237898, 237902, 241890, 241894, 241898, 241902, 245898, 245902). This data set was collected using 3Di's Digital Airborne Topographic Imaging System II (DATIS II). Roof height and footprint elevation attributes (derived from 1-meter resolution LIDAR (LIght Detection And Ranging) data) are included as part of each building feature. This data can be combined with other datasets to create 3D representations of buildings and the surrounding environment.