Inundación de 100 años

Río Mississippi en Kaskaskia, Illinois, durante el Gran Diluvio de 1993

Una inundación de 100 años es un evento de inundación que tiene una probabilidad de 1 en 100 (1% de probabilidad) de ser igualada o superada en un año determinado.

La inundación de 100 años también se conoce como inundación del 1 %, ya que su probabilidad de superación anual es del 1 %. Para inundaciones costeras o lacustres, la inundación de 100 años generalmente se expresa como una elevación o profundidad de inundación y puede incluir efectos de olas. Para los sistemas fluviales, la inundación de 100 años generalmente se expresa como un caudal. Según la tasa de flujo de inundación esperada de 100 años, el nivel del agua de la inundación se puede mapear como un área de inundación. El mapa de la llanura aluvial resultante se denomina llanura aluvial de 100 años. Se encuentran disponibles estimaciones de la tasa de flujo de inundación de 100 años y otras estadísticas de flujo de corriente para cualquier corriente en los Estados Unidos. En el Reino Unido, la Agencia de Medio Ambiente publica un mapa completo de todas las áreas en riesgo de una inundación de 1 en 100 años. Las áreas cercanas a la costa de un océano o un lago grande también pueden inundarse por combinaciones de mareas, marejadas ciclónicas y olas. Los mapas de las llanuras aluviales de 100 años ribereñas o costeras pueden figurar de manera importante en los permisos de construcción, las reglamentaciones ambientales y los seguros contra inundaciones. Estos análisis generalmente representan el clima del siglo XX.

Probabilidad

Un malentendido común es que es probable que una inundación de 100 años ocurra solo una vez en un período de 100 años. De hecho, existe aproximadamente un 63,4% de probabilidad de que ocurran una o más inundaciones de 100 años en cualquier período de 100 años. En el río Danubio en Passau, Alemania, los intervalos reales entre inundaciones de 100 años entre 1501 y 2013 oscilaron entre 37 y 192 años. La probabilidad P_e de que una o más inundaciones que ocurran durante cualquier período excedan un umbral de inundación dado se puede expresar, utilizando la distribución binomial, como

${displaystyle P_{e}=1-left[1-left({frac {1} {fn}derecha]}$

donde T es el período de retorno umbral (por ejemplo, 100 años, 50 años, 25 años, etc.) y n es el número de años en el periodo. La probabilidad de excedencia P_e también se describe como el riesgo natural, inherente o hidrológico de falla. Sin embargo, el valor esperado del número de inundaciones de 100 años que ocurren en cualquier período de 100 años es 1.

Las inundaciones de diez años tienen un 10 % de probabilidad de ocurrir en un año determinado (P_e =0,10); 500 años tienen una probabilidad del 0,2 % de ocurrir en un año determinado (P_e =0,002); etc. El porcentaje de probabilidad de que ocurra una inundación de X años en un solo año es 100/X. Un análisis similar se aplica comúnmente a las inundaciones costeras o los datos de lluvia. El intervalo de recurrencia de una tormenta rara vez es idéntico al de una inundación fluvial asociada, debido a las variaciones en el tiempo y la ubicación de las lluvias entre las diferentes cuencas de drenaje.

El campo de la teoría del valor extremo se creó para modelar eventos raros, como inundaciones cada 100 años, con fines de ingeniería civil. Esta teoría se aplica más comúnmente a los flujos de corriente máximos o mínimos observados de un río determinado. En áreas desérticas donde solo hay lavados efímeros, este método se aplica a la precipitación máxima observada durante un período de tiempo determinado (24 horas, 6 horas o 3 horas). El análisis de valor extremo solo considera el evento más extremo observado en un año determinado. Por lo tanto, entre la gran escorrentía de primavera y una fuerte tormenta de lluvia de verano, cualquiera que diera lugar a más escorrentía se consideraría el evento extremo, mientras que el evento más pequeño se ignoraría en el análisis (aunque ambos pueden haber sido capaces de causar inundaciones terribles en su lugar). derecho propio).

Supuestos estadísticos

Hay una serie de suposiciones que se hacen para completar el análisis que determina la inundación de 100 años. Primero, los eventos extremos observados en cada año deben ser independientes de un año a otro. En otras palabras, no se puede encontrar que el caudal máximo del río de 1984 esté significativamente correlacionado con el caudal observado en 1985, que no puede correlacionarse con 1986, y así sucesivamente. La segunda suposición es que los eventos extremos observados deben provenir de la misma función de densidad de probabilidad. La tercera suposición es que la distribución de probabilidad se relaciona con la tormenta más grande (precipitación o medición del caudal del río) que ocurre en cualquier año. El cuarto supuesto es que la función de distribución de probabilidad es estacionaria, lo que significa que la media (promedio), la desviación estándar y los valores máximo y mínimo no aumentan ni disminuyen con el tiempo. Este concepto se conoce como estacionariedad.

La primera suposición a menudo, pero no siempre, es válida y debe probarse caso por caso. La segunda suposición suele ser válida si los eventos extremos se observan en condiciones climáticas similares. Por ejemplo, si todos los eventos extremos registrados provienen de tormentas eléctricas de fines de verano (como es el caso en el suroeste de los EE. UU.) o del derretimiento de la capa de nieve (como es el caso en el centro-norte de los EE. UU.), entonces esta suposición debería ser válida. Sin embargo, si hay algunos eventos extremos derivados de las tormentas eléctricas, otros del derretimiento de la capa de nieve y otros de los huracanes, lo más probable es que esta suposición no sea válida. La tercera suposición es solo un problema cuando se trata de pronosticar un evento de flujo bajo pero máximo (por ejemplo, un evento más pequeño que una inundación de 2 años). Dado que este no suele ser un objetivo en el análisis extremo o en el diseño de ingeniería civil, la situación rara vez se presenta.

La suposición final sobre la estacionariedad es difícil de probar a partir de datos de un solo sitio debido a las grandes incertidumbres incluso en los registros de inundación más largos (consulte la siguiente sección). En términos más generales, la evidencia sustancial del cambio climático sugiere fuertemente que la distribución de probabilidad también está cambiando y que la gestión de los riesgos de inundación en el futuro será aún más difícil. La implicación más simple de esto es que la mayoría de los datos históricos representan el clima del siglo XX y podrían no ser válidos para el análisis de eventos extremos en el siglo XXI.

Incertidumbre de probabilidad

Cuando se violan estos supuestos, se introduce una cantidad desconocida de incertidumbre en el valor informado de lo que significa la inundación de 100 años en términos de intensidad de lluvia o profundidad de inundación. Cuando se conocen todas las entradas, la incertidumbre se puede medir en forma de un intervalo de confianza. Por ejemplo, se podría decir que hay un 95 % de probabilidad de que la inundación de 100 años sea mayor que X, pero menor que Y.

El análisis estadístico directo para estimar la inundación fluvial de 100 años solo es posible en los relativamente pocos lugares donde se ha registrado una serie anual de descargas de inundación instantáneas máximas. En los Estados Unidos a partir de 2014, los contribuyentes han respaldado dichos registros durante al menos 60 años en menos de 2600 ubicaciones, durante al menos 90 años en menos de 500 y durante al menos 120 años en solo 11. A modo de comparación, el área total de la nación es de aproximadamente 3 800 000 millas cuadradas (9 800 000 km²), por lo que quizás haya 3000 tramos de arroyos que drenan cuencas de 1000 millas cuadradas (2600 km²) y 300 000 tramos que drenan 10 millas cuadradas (26 km²). En áreas urbanas, se necesitan estimaciones de inundación de 100 años para cuencas hidrográficas tan pequeñas como 1 milla cuadrada (2,6 km²). Para tramos sin datos suficientes para el análisis directo, las estimaciones de inundación de 100 años se derivan del análisis estadístico indirecto de los registros de inundación en otros lugares en una región hidrológicamente similar o de otros modelos hidrológicos. De manera similar, para las inundaciones costeras, existen datos de mareógrafos para solo alrededor de 1450 sitios en todo el mundo, de los cuales solo alrededor de 950 agregaron información al centro de datos global entre enero de 2010 y marzo de 2016.

Escala de alta agua 1501–2002 en Passau (Alemania) hasta septiembre de 2012

Existen registros mucho más largos de elevaciones de inundaciones en algunos lugares del mundo, como el río Danubio en Passau, Alemania, pero deben evaluarse cuidadosamente para verificar su precisión y exhaustividad antes de cualquier interpretación estadística.

Para un tramo de arroyo individual, las incertidumbres en cualquier análisis pueden ser grandes, por lo que las estimaciones de inundación de 100 años tienen grandes incertidumbres individuales para la mayoría de los tramos de arroyo. Para la inundación más grande registrada en cualquier lugar específico, o cualquier evento potencialmente mayor, el intervalo de recurrencia siempre es poco conocido. La variabilidad espacial agrega más incertidumbre, porque un pico de inundación observado en diferentes lugares en la misma corriente durante el mismo evento comúnmente representa un intervalo de recurrencia diferente en cada lugar. Si una tormenta extrema arroja suficiente lluvia en un brazo de un río para causar una inundación de 100 años, pero no cae lluvia en otro brazo, la ola de inundación aguas abajo de su unión podría tener un intervalo de recurrencia de solo 10 años. Por el contrario, una tormenta que produce una crecida de 25 años simultáneamente en cada brazo podría formar una crecida de 100 años río abajo. Durante una época de inundación, las noticias necesariamente simplifican la historia al informar el mayor daño y el mayor intervalo de recurrencia estimado en cualquier lugar. El público puede concluir fácil e incorrectamente que el intervalo de recurrencia se aplica a todos los tramos de corriente en el área de inundación.

Intervalos observados entre inundaciones

Las elevaciones máximas de 14 inundaciones ya en 1501 en el río Danubio en Passau, Alemania, revelan una gran variabilidad en los intervalos reales entre inundaciones. Los eventos de inundación mayores que la inundación de 50 años ocurrieron a intervalos de 4 a 192 años desde 1501, y la inundación de 50 años de 2002 fue seguida solo 11 años después por una inundación de 500 años. Solo la mitad de los intervalos entre inundaciones de 50 y 100 años estuvieron dentro del 50 por ciento del intervalo promedio nominal. De manera similar, los intervalos entre inundaciones de 5 años entre 1955 y 2007 oscilaron entre 5 meses y 16 años, y solo la mitad estuvo entre 2,5 y 7,5 años.

intervalos observados entre inundaciones en Passau, 1501–2013

Uso reglamentario

En los Estados Unidos, la inundación de 100 años proporciona la base de riesgo para las tarifas de seguro contra inundaciones. La información completa sobre el Programa Nacional de Seguros contra Inundaciones (NFIP) está disponible aquí. Una inundación reglamentaria o inundación base se establece de forma rutinaria para tramos de ríos a través de un proceso de elaboración de reglas basado en la ciencia dirigido a una inundación de 100 años en el intervalo de recurrencia promedio histórico. Además de los datos históricos de inundaciones, el proceso da cuenta de los valores reglamentarios previamente establecidos, los efectos de los embalses de control de inundaciones y los cambios en el uso del suelo en la cuenca. Los peligros de inundaciones costeras han sido mapeados mediante un enfoque similar que incluye los procesos físicos relevantes. La mayoría de las áreas donde pueden ocurrir inundaciones graves en los Estados Unidos han sido mapeadas consistentemente de esta manera. En promedio a nivel nacional, esas estimaciones de inundación de 100 años son suficientes para los propósitos del NFIP y ofrecen estimaciones razonables del riesgo de inundación futuro, si el futuro es como el pasado. Aproximadamente el 3 % de la población de EE. UU. vive en áreas sujetas al 1 % de probabilidad anual de peligro de inundación costera.

En teoría, sacar casas y negocios de áreas que se inundan repetidamente puede proteger a las personas y reducir las pérdidas de seguros, pero en la práctica es difícil para las personas retirarse de los vecindarios establecidos.