Understanding stakeholder preferences for flood adaptation alternatives with natural capital implications

Inland flood risks are defined by a range of environmental and social factors, including land use and floodplain management. Shifting patterns of storm intensity and precipitation, attributed to climate change, are exacerbating flood risk in regions across North America. Strategies for adapting to growing flood risks and climate change must account for a community’s specific vulnerabilities, and its local economic, environmental, and social conditions. Through a stakeholder-engaged methodology, we designed an interactive decision exercise to enable stakeholders to evaluate alternatives for addressing specific community flood vulnerabilities. We used a multicriteria framework to understand what drives stakeholder preferences for flood mitigation and adaptation alternatives, including ecosystem-based projects. Results indicated strong preferences for some ecosystem-based projects that utilize natural capital, generated a useful discussion on the role of individual values in driving decisions and a critique of local environmental and hazard planning procedure, and uncovered support for a river management alternative that had previously been considered socially infeasible. We conclude that a multicriteria decision framework may help ensure that the multiple benefit qualities of natural capital projects are considered by decision makers. Application of a utility function can demonstrate the role of individual decision-maker values in decision outcomes and help illustrate why one alternative may be a better choice than another. Although designing an efficient and accurate multicriteria exercise is quite challenging and often data intensive, we imagine that this method is applicable elsewhere. It may be especially suitable to group decisions that involve varying levels of expertise and competing values, as is often the case in planning for the ecological and human impacts of climate change.

EVALUATION OF NON-STATIONARITY IN ANNUAL MAXIMUM FLOOD SERIES OF MODERATELY IMPAIRED WATERSHEDS IN THE UPPER MIDWEST AND NORTHEASTERN UNITED STATES

United States federal agencies assess flood risk using Bulletin 17B procedures which assume annual maximum flood series are stationary. This represents a significant limitation of current flood frequency models as the flood distribution is thereby assumed to be unaffected by trends or periodicity of atmospheric/climatic variables and/or anthropogenic activities. The validity of this assumption is at the core of this thesis, which aims to improve understanding of the forms and potential causes of non-stationarity in flood series for moderately impaired watersheds in the Upper Midwest and Northeastern US. Prior studies investigated non-stationarity in flood series for unimpaired watersheds; however, as the majority of streams are located in areas of increasing human activity, relative and coupled impacts of natural and anthropogenic factors need to be considered such that non-stationary flood frequency models can be developed for flood risk forecasting over relevant planning horizons for large scale water resources planning and management.

Assessing the balance between biodiversity conservation and coastal and estuarine management of the Sado Estuary Natural Reserve, Portugal, using BIO-SAFE

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil de Engenharia Ecológica

Risco de inundação em áreas rurais: bacia do rio Luís Alves (SC)

O presente trabalho identificou e mapeou as áreas inundáveis da Bacia do Rio Luís Alves. A bacia, de uso da terra predominantemente agrícola, possui um notável histórico de inundações, demandando estudos que subsidiem o planejamento e a gestão do território. A partir da coleta de dados pluviométricos e fluviométricos, associada ao processamento de dados espaciais, foi desenvolvida uma metodologia em ambiente de SIG, que possibilitou a simulação de eventos de inundação, bem como a determinação de áreas de risco.

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Climate change data and predictions for the Himalayas are very sparse and uncertain, characterized by a ?Himalayan data gap? and difficulties in predicting changes due to topographic complexity. A few reliable studies and climate change models for Nepal predict considerable changes: shorter monsoon seasons, more intensive rainfall patterns, higher temperatures, and drought. These predictions are confirmed by farmers who claim that temperatures have been increasing for the past decade and wonder why the rains have ?gone mad.? The number of hazard events, notably droughts, floods, and landslides are increasing and now account for approximately 100 deaths in Nepal annually. Other effects are drinking water shortages and shifting agricultural patterns, with many communities struggling to meet basic food security before climatic conditions started changing. The aim of this paper is to examine existing gaps between current climate models and the realities of local development planning through a case study on flood risk and drinking water management for the Municipality of Dharan in Eastern Nepal. This example highlights current challenges facing local-level governments, namely, flood and landslide mitigation, providing basic amenities ? especially an urgent lack of drinking water during the dry season ? poor local planning capacities, and limited resources. In this context, the challenge for Nepal will be to simultaneously address increasing risks caused by hazard events alongside the omnipresent food security and drinking water issues in both urban and rural areas. Local planning is needed that integrates rural development and disaster risk reduction (DRR) with knowledge about climate change considerations. The paper concludes with a critical analysis of climate change modeling and the gap between scientific data and low-tech and low capacities of local planners to access or implement adequate adaptation measures. Recommendations include the need to bridge gaps between scientific models, the local political reality and local information needs.

Inundações urbanas: desafios ao ordenamento do território. O caso da Cidade da Praia (Cabo Verde)

Pela sua posição geográfica e particulares condições climáticas, devidas à sua inserção na faixa saheliana com caraterísticas de marcada aridez, Cabo Verde é um arquipélago com condições naturais adversas, pautado principalmente pela seca prolongada. Muitas vezes esta conjuntura é interpolada por curtos períodos de fortes chuvadas que podem originar cheias e inundações nos principais centros urbanos. Os eventos ocorridos revelam consequências graves, desde prejuízos na agricultura, perda de animais, destruição de infra-estruturas, perda de bens materiais e, mesmo, vítimas humanas mortais. Este estudo tem como objetivos principais: (i) perceber os problemas e desafios que se colocam à cidade da Praia (maior centro urbano do país, com forte crescimento e expansão urbana) perante situações de inundação; (ii) contribuir para o maior conhecimento das causas e consequências dessas inundações; (iii) definir quais as áreas de maior suscetibilidade às cheias e quais as que possuem um maior risco potencial. Optou-se por uma metodologia integrada, através do levantamento bibliográfico, cartográfico, numérico e percetivo (com base em entrevistas e inquéritos). Para o estudo das bacias hidrográficas foram calculados índices morfométricos, definidas classes de permeabilidade do substrato geológico e aplicado o método multicritério de Reis (2011) para a definição das áreas suscetíveis às cheias. Analisaram-se as precipitações máximas diárias anuais e respetivos períodos de retorno, com a aplicação do método de Gumbel. A análise de notícias de jornais, referentes ao período compreendido entre 1980 e 2011, foi fundamental para o conhecimento da distribuição espácio-temporal dos eventos perigosos de inundação em Cabo Verde e na cidade da Praia. Os resultados obtidos revelam um significativo grau de suscetibilidade às cheias na cidade da Praia. As áreas de maior risco potencial às inundações encontram-se no setor central da cidade, resultante da conjugação da convergência do escoamento das três ribeiras principais, da elevada densidade populacional e de construção desordenada nos leitos de cheia e nas áreas deprimidas, onde se acumulam as águas.

Inundações Urbanas - Desafios ao Ordenamento do Território - O

Pela sua posição geográfica e particulares condições climáticas, devidas à sua inserção na faixa saheliana com caraterísticas de marcada aridez, Cabo Verde é um arquipélago com condições naturais adversas, pautado principalmente pela seca prolongada. Muitas vezes esta conjuntura é interpolada por curtos períodos de fortes chuvadas que podem originar cheias e inundações nos principais centros urbanos. Os eventos ocorridos revelam consequências graves, desde prejuízos na agricultura, perda de animais, destruição de infra-estruturas, perda de bens materiais e, mesmo, vítimas humanas mortais. Este estudo tem como objetivos principais: (i) perceber os problemas e desafios que se colocam à cidade da Praia (maior centro urbano do país, com forte crescimento e expansão urbana) perante situações de inundação; (ii) contribuir para o maior conhecimento das causas e consequências dessas inundações; (iii) definir quais as áreas de maior suscetibilidade às cheias e quais as que possuem um maior risco potencial. Optou-se por uma metodologia integrada, através do levantamento bibliográfico, cartográfico, numérico e percetivo (com base em entrevistas e inquéritos). Para o estudo das bacias hidrográficas foram calculados índices morfométricos, definidas classes de permeabilidade do substrato geológico e aplicado o método multicritério de Reis (2011) para a definição das áreas suscetíveis às cheias. Analisaram-se as precipitações máximas diárias anuais e respetivos períodos de retorno, com a aplicação do método de Gumbel. A análise de notícias de jornais, referentes ao período compreendido entre 1980 e 2011, foi fundamental para o conhecimento da distribuição espácio-temporal dos eventos perigosos de inundação em Cabo Verde e na cidade da Praia. Os resultados obtidos revelam um significativo grau de suscetibilidade às cheias na cidade da Praia. As áreas de maior risco potencial às inundações encontram-se no setor central da cidade, resultante da conjugação da convergência do escoamento das três ribeiras principais, da elevada densidade populacional e de construção desordenada nos leitos de cheia e nas áreas deprimidas, onde se acumulam as águas.

Los Mapas de riesgo de inundaciones: representación de la vulnerabilidad y aportación de las innovaciones tecnológicas

Los mapas de riesgo de inundaciones deberían mostrar las inundaciones en relación con los impactos potenciales que éstas pueden llegar a producir en personas, bienes y actividades. Por ello, es preciso añadir el concepto de vulnerabilidad al mero estudio del fenómeno físico. Así pues, los mapas de riesgo de daños por inundación son los verdaderos mapas de riesgo, ya que se elaboran, por una parte, a partir de cartografía que localiza y caracteriza el fenómeno físico de las inundaciones, y, por la otra, a partir de cartografía que localiza y caracteriza los elementos expuestos. El uso de las llamadas «nuevas tecnologías», como los SIG, la percepción remota, los sensores hidrológicos o Internet, representa un potencial de gran valor para el desarrollo de los mapas de riesgo de inundaciones, que es, hoy por hoy, un campo abierto a la investigación

Learning through Computer Model Improvisations

It has been convincingly argued that computer simulation modeling differs from traditional science. If we understand simulation modeling as a new way of doing science, the manner in which scientists learn about the world through models must also be considered differently. This article examines how researchers learn about environmental processes through computer simulation modeling. Suggesting a conceptual framework anchored in a performative philosophical approach, we examine two modeling projects undertaken by research teams in England, both aiming to inform flood risk management. One of the modeling teams operated in the research wing of a consultancy firm, the other were university scientists taking part in an interdisciplinary project experimenting with public engagement. We found that in the first context the use of standardized software was critical to the process of improvisation, the obstacles emerging in the process concerned data and were resolved through exploiting affordances for generating, organizing, and combining scientific information in new ways. In the second context, an environmental competency group, obstacles were related to the computer program and affordances emerged in the combination of experience-based knowledge with the scientists' skill enabling a reconfiguration of the mathematical structure of the model, allowing the group to learn about local flooding.

Tarkastelumallin kehittäminen hulevesien hallinnalle ilmastonmuutosolosuhteissa Suomessa, Case Imatra

Tulevaisuudessa ilmastonmuutos ja kaupungistuminen vaikuttavat monin eri tavoin hulevesienhallintaan. Useiden ennusteiden mukaan rankkasateet lisääntyvät huomattavassa määrin seuraavien sadan vuoden aikana. Ilmastonmuutos yhdistettynä maankäytön tehostumiseen lisää rankkasateiden aiheuttamia tulvia. Hulevesien hallintaan liittyvät haasteet lisääntyvät tulevaisuudessa. Suomessa ylimääräisen haasteen tuovat talviolosuhteet, joiden merkitys onnistuneessa hulevesien hallinnan suunnittelussa on huomioitava. Ilmastonmuutoksen tuomiin haasteisiin vastaaminen edellyttää monien eri asiantuntijoiden, kuten maankäytönsuunnittelun, kaavoituksen, teknisen toimen ja pelastuslaitoksen yhteistyötä. Näiden ajatusten pohjalta diplomityössä kehitettiin toimintamalli ja -kaavio, joita voidaan hyödyntää kaupunkien ja kuntien hulevesien käsittelyn suunnittelussa. Toimintamalli kehittely pohjautuu osittain Hämeenlinnan hulevesistrategiaan. Diplomityössä selvitettiin myös kolmen erilaisen taajaman hulevesien hallintaa Imatran kaupungissa. Tarkastelussa selvitettiin kyseisten alueiden nykyinen hulevesien käsittely ja sen ongelmakohdat. Näiden pohjalta mietittiin kullekin valuma-alueelle sopiva luonnonmukainen käsittelymenetelmä. Työn yhtenä tavoitteena on luoda hulevesistrategia Imatralle.

Tulvariskien tiede ja hallinta

Kirjallisuusarvostelu

Numerical modelling of the impact of climate change on the morphology of Saint-Lawrence tributaries

Cette thèse examine les impacts sur la morphologie des tributaires du fleuve Saint-Laurent des changements dans leur débit et leur niveau de base engendrés par les changements climatiques prévus pour la période 2010–2099. Les tributaires sélectionnés (rivières Batiscan, Richelieu, Saint-Maurice, Saint-François et Yamachiche) ont été choisis en raison de leurs différences de taille, de débit et de contexte morphologique. Non seulement ces tributaires subissent-ils un régime hydrologique modifié en raison des changements climatiques, mais leur niveau de base (niveau d’eau du fleuve Saint-Laurent) sera aussi affecté. Le modèle morphodynamique en une dimension (1D) SEDROUT, à l’origine développé pour des rivières graveleuses en mode d’aggradation, a été adapté pour le contexte spécifique des tributaires des basses-terres du Saint-Laurent afin de simuler des rivières sablonneuses avec un débit quotidien variable et des fluctuations du niveau d’eau à l’aval. Un module pour simuler le partage des sédiments autour d’îles a aussi été ajouté au modèle. Le modèle ainsi amélioré (SEDROUT4-M), qui a été testé à l’aide de simulations à petite échelle et avec les conditions actuelles d’écoulement et de transport de sédiments dans quatre tributaires du fleuve Saint-Laurent, peut maintenant simuler une gamme de problèmes morphodynamiques de rivières. Les changements d’élévation du lit et d’apport en sédiments au fleuve Saint-Laurent pour la période 2010–2099 ont été simulés avec SEDROUT4-M pour les rivières Batiscan, Richelieu et Saint-François pour toutes les combinaisons de sept régimes hydrologiques (conditions actuelles et celles prédites par trois modèles de climat globaux (MCG) et deux scénarios de gaz à effet de serre) et de trois scénarios de changements du niveau de base du fleuve Saint-Laurent (aucun changement, baisse graduelle, baisse abrupte). Les impacts sur l’apport de sédiments et l’élévation du lit diffèrent entre les MCG et semblent reliés au statut des cours d’eau (selon qu’ils soient en état d’aggradation, de dégradation ou d’équilibre), ce qui illustre l’importance d’examiner plusieurs rivières avec différents modèles climatiques afin d’établir des tendances dans les effets des changements climatiques. Malgré le fait que le débit journalier moyen et le débit annuel moyen demeurent près de leur valeur actuelle dans les trois scénarios de MCG, des changements importants dans les taux de transport de sédiments simulés pour chaque tributaire sont observés. Ceci est dû à l’impact important de fortes crues plus fréquentes dans un climat futur de même qu’à l’arrivée plus hâtive de la crue printanière, ce qui résulte en une variabilité accrue dans les taux de transport en charge de fond. Certaines complications avec l’approche de modélisation en 1D pour représenter la géométrie complexe des rivières Saint-Maurice et Saint-François suggèrent qu’une approche bi-dimensionnelle (2D) devrait être sérieusement considérée afin de simuler de façon plus exacte la répartition des débits aux bifurcations autour des îles. La rivière Saint-François est utilisée comme étude de cas pour le modèle 2D H2D2, qui performe bien d’un point de vue hydraulique, mais qui requiert des ajustements pour être en mesure de pleinement simuler les ajustements morphologiques des cours d’eau.

Comprehensive evaluation of the WaterGAP3 model across climatic, physiographic, and anthropogenic gradients

In den letzten Jahrzehnten haben sich makroskalige hydrologische Modelle als wichtige Werkzeuge etabliert um den Zustand der globalen erneuerbaren Süßwasserressourcen flächendeckend bewerten können. Sie werden heutzutage eingesetzt um eine große Bandbreite wissenschaftlicher Fragestellungen zu beantworten, insbesondere hinsichtlich der Auswirkungen anthropogener Einflüsse auf das natürliche Abflussregime oder der Auswirkungen des globalen Wandels und Klimawandels auf die Ressource Wasser. Diese Auswirkungen lassen sich durch verschiedenste wasserbezogene Kenngrößen abschätzen, wie z.B. erneuerbare (Grund-)Wasserressourcen, Hochwasserrisiko, Dürren, Wasserstress und Wasserknappheit. Die Weiterentwicklung makroskaliger hydrologischer Modelle wurde insbesondere durch stetig steigende Rechenkapazitäten begünstigt, aber auch durch die zunehmende Verfügbarkeit von Fernerkundungsdaten und abgeleiteten Datenprodukten, die genutzt werden können, um die Modelle anzutreiben und zu verbessern. Wie alle makro- bis globalskaligen Modellierungsansätze unterliegen makroskalige hydrologische Simulationen erheblichen Unsicherheiten, die (i) auf räumliche Eingabedatensätze, wie z.B. meteorologische Größen oder Landoberflächenparameter, und (ii) im Besonderen auf die (oftmals) vereinfachte Abbildung physikalischer Prozesse im Modell zurückzuführen sind. Angesichts dieser Unsicherheiten ist es unabdingbar, die tatsächliche Anwendbarkeit und Prognosefähigkeit der Modelle unter diversen klimatischen und physiographischen Bedingungen zu überprüfen. Bisher wurden die meisten Evaluierungsstudien jedoch lediglich in wenigen, großen Flusseinzugsgebieten durchgeführt oder fokussierten auf kontinentalen Wasserflüssen. Dies steht im Kontrast zu vielen Anwendungsstudien, deren Analysen und Aussagen auf simulierten Zustandsgrößen und Flüssen in deutlich feinerer räumlicher Auflösung (Gridzelle) basieren. Den Kern der Dissertation bildet eine umfangreiche Evaluierung der generellen Anwendbarkeit des globalen hydrologischen Modells WaterGAP3 für die Simulation von monatlichen Abflussregimen und Niedrig- und Hochwasserabflüssen auf Basis von mehr als 2400 Durchflussmessreihen für den Zeitraum 1958-2010. Die betrachteten Flusseinzugsgebiete repräsentieren ein breites Spektrum klimatischer und physiographischer Bedingungen, die Einzugsgebietsgröße reicht von 3000 bis zu mehreren Millionen Quadratkilometern. Die Modellevaluierung hat dabei zwei Zielsetzungen: Erstens soll die erzielte Modellgüte als Bezugswert dienen gegen den jegliche weiteren Modellverbesserungen verglichen werden können. Zweitens soll eine Methode zur diagnostischen Modellevaluierung entwickelt und getestet werden, die eindeutige Ansatzpunkte zur Modellverbesserung aufzeigen soll, falls die Modellgüte unzureichend ist. Hierzu werden komplementäre Modellgütemaße mit neun Gebietsparametern verknüpft, welche die klimatischen und physiographischen Bedingungen sowie den Grad anthropogener Beeinflussung in den einzelnen Einzugsgebieten quantifizieren. WaterGAP3 erzielt eine mittlere bis hohe Modellgüte für die Simulation von sowohl monatlichen Abflussregimen als auch Niedrig- und Hochwasserabflüssen, jedoch sind für alle betrachteten Modellgütemaße deutliche räumliche Muster erkennbar. Von den neun betrachteten Gebietseigenschaften weisen insbesondere der Ariditätsgrad und die mittlere Gebietsneigung einen starken Einfluss auf die Modellgüte auf. Das Modell tendiert zur Überschätzung des jährlichen Abflussvolumens mit steigender Aridität. Dieses Verhalten ist charakteristisch für makroskalige hydrologische Modelle und ist auf die unzureichende Abbildung von Prozessen der Abflussbildung und –konzentration in wasserlimitierten Gebieten zurückzuführen. In steilen Einzugsgebieten wird eine geringe Modellgüte hinsichtlich der Abbildung von monatlicher Abflussvariabilität und zeitlicher Dynamik festgestellt, die sich auch in der Güte der Niedrig- und Hochwassersimulation widerspiegelt. Diese Beobachtung weist auf notwendige Modellverbesserungen in Bezug auf (i) die Aufteilung des Gesamtabflusses in schnelle und verzögerte Abflusskomponente und (ii) die Berechnung der Fließgeschwindigkeit im Gerinne hin. Die im Rahmen der Dissertation entwickelte Methode zur diagnostischen Modellevaluierung durch Verknüpfung von komplementären Modellgütemaßen und Einzugsgebietseigenschaften wurde exemplarisch am Beispiel des WaterGAP3 Modells erprobt. Die Methode hat sich als effizientes Werkzeug erwiesen, um räumliche Muster in der Modellgüte zu erklären und Defizite in der Modellstruktur zu identifizieren. Die entwickelte Methode ist generell für jedes hydrologische Modell anwendbar. Sie ist jedoch insbesondere für makroskalige Modelle und multi-basin Studien relevant, da sie das Fehlen von feldspezifischen Kenntnissen und gezielten Messkampagnen, auf die üblicherweise in der Einzugsgebietsmodellierung zurückgegriffen wird, teilweise ausgleichen kann.

Los Mapas de riesgo de inundaciones: representación de la vulnerabilidad y aportación de las innovaciones tecnológicas

Los mapas de riesgo de inundaciones deberían mostrar las inundaciones en relación con los impactos potenciales que éstas pueden llegar a producir en personas, bienes y actividades. Por ello, es preciso añadir el concepto de vulnerabilidad al mero estudio del fenómeno físico. Así pues, los mapas de riesgo de daños por inundación son los verdaderos mapas de riesgo, ya que se elaboran, por una parte, a partir de cartografía que localiza y caracteriza el fenómeno físico de las inundaciones, y, por la otra, a partir de cartografía que localiza y caracteriza los elementos expuestos. El uso de las llamadas «nuevas tecnologías», como los SIG, la percepción remota, los sensores hidrológicos o Internet, representa un potencial de gran valor para el desarrollo de los mapas de riesgo de inundaciones, que es, hoy por hoy, un campo abierto a la investigación

Redes de inmigración, asentamientos informales y zonas de riesgo de inundación: el caso del Río de Oro en Santander (Colombia)

El trabajo devela las redes de inmigración que propiciaron la configuración de tres asentamientos humanos informales en la ronda del Río de Oro, en el sector urbano del municipio de Girón, Santander (Colombia). El estudio destaca la importancia de tener en cuenta la base socionatural en los ejercicios de planificación de la ciudad y, al mismo tiempo, muestra la necesidad de estudiar la dinámica migratoria hacia las zonas de alto riesgo de inundación.