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Avaliação e Gestão dos Riscos de Inundações Fluviais e Costeiras Nova Directiva Europeia
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Avaliação e Gestão dos Riscos de Inundações Fluviais e Costeiras Nova Directiva Europeia
Gestão do Risco de Cheias. Principais conceitos associados à Directiva. Desafios na aplicação e no desenvolvimento dos conhecimentos.
A. Betâmio de Almeida
27 e 28 Março 2008
Avaliação e Gestão dos Riscos de Inundações Fluviais e Costeiras Nova Directiva Europeia
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Introdução à Directiva
Conceitos gerais de Risco e Vulnerabilidade
Análise do Risco
Avaliação do Risco
Mapas de Inundação e de Risco – Modelos computacionais
Plano de Gestão do Risco
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Cientista
Promotor
ONG
Público
Opinião pública
Autoridade reguladora
Comunicação Social (media)
O cientista comunica (risco) com várias partes da sociedade
técnico
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“As inundações podem provocar a perda de vidas, a deslocação de populações e danos no ambiente, comprometer gravemente o desenvolvimento económico e prejudicar as actividades económicas da Comunidade.”
Considerandos (1)
DIRECTIVA 2007/60/CE DO PARLAMENTO EUROPEU E DO CONSELHO
de 23 de Outubro de 2007
RELATIVA À AVALIAÇÃO E GESTÃO DOS RISCOS DE INUNDAÇÕES
• PERDA DE VIDAS• DESLOCAÇÃO DE POPULAÇÕES• DANOS NO AMBIENTE (E NAS PROPRIEDADES)• COMPROMETER GRAVEMENTE O DESENVOLVIMENTO ECONÓMICO
UM PERIGO! → Perdas e danos potenciais
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TRÊS CONTEXTOS DO PERIGO-INUNDAÇÃO
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Caparica, 2007
Coastal floods (overtopping)
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Rail Road in marshRail Road in marshOrleans Parish, LAOrleans Parish, LA
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• MATERIALIZAÇÃO DO PERIGO!!!
Artigo 2º
“1. «Inundação»:”cobertura temporária por água de uma terra normalmente não coberta por água. Inclui as cheias ocasionadaspelos rios, pelas torrentes de montanha e pelos cursos de águaefémeros mediterrânicos, e as inundações ocasionadas pelo mar nas zonas costeiras, e pode excluir as inundações com origem emredes de esgotos;”
Eventos chave: ocorrência de inundações/cheias
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• EXISTE UMA ORIGEM → UMA CAUSA → GÉNESE DO PERIGO
(10) São vários os tipos de inundações que ocorrem em toda a Comunidade: cheias de origem fluvial, cheias repentinas, inundações urbanas e inundações marítimas em zonascosteiras. Os danos causados pelas inundações podem também variar entre países e regiões da Comunidade. Por esse motivo, os objectivos da gestão dos riscos de inundações deverão ser fixados pelos próprios Estados-Membros e basear-se nasparticularidades locais e regionais.
DESAFIO – tipo de génese das inundações na aplicação da Directiva! Será convenienteconsiderar causas primárias (INICIAIS) e causas directas?
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• PERIGO + PERDAS/DANOS → CONCEITO DE RISCO
“(3) É possível e desejável reduzir o risco de consequências prejudiciais associadas àsinundações, especialmente para a saúde e a vida humanas, o ambiente, o património cultural, as actividades económicas e as infra-estruturas.Contudo, para serem eficazes, as medidas de redução destes riscos deverão ser tanto quantopossível coordenadas à escala das bacias hidrográficas.”
* ÂMBITO ESPACIAL DE INTEGRAÇÃO
(definição corrente) PERIGO
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INCIDÊNCIA DO PERIGO- Caracterização
CONSEQUÊNCIAS DE EVENTOS (POSSIVEIS E FUTUROS)- Caracterização
ÂMBITO ESPACIAL - a definir- Selecção de escala
DESAFIO – Definição do âmbito espacial? Implica escala de trabalho e metodologia apropriadas.
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• E O RISCO (CONCEITO) É DEFINIDO...
Artigo 2º
“(2) Risco de inundação: a combinação da probabilidade de inundações e das suas potenciais consequências prejudiciais para a saúde humana, o ambiente, o património cultural e as actividades económicas.
• CombinaçãoProbabilidade da ocorrência
+Potenciais consequências
(Definição técnica)
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Como combinar o Evento Perigoso → Génese das Inundações → Respectivas consequências?
1º Passo – Escolha de um Modelo Sequencial
METODOLOGIA OPR → Origem – Percurso (e difusão do perigo) – Recepção (e resposta aoimpacto)
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Precipitação, escoamento fluvial, agitação marítima/atmosférica, degelo, sismo, acidente
Escoamento superficial em linhas de água, galgamento e inundação de margens e vias de comunicação, sobrecarga de colectores, escoamento em áreas urbanas
CARACTERIZAÇÃO E ESTRUTURAÇÃO DO RISCO - CHEIA/INUNDAÇÃO
Origem
Percurso
Difusão do perigo
Recepção
Pessoas, bens, valores ambientais, infra-estruturas,prejuízos económicos
Danos, mortes, traumas, destruição, perdas económicas, interrupção de serviços,
poluição
Exposição ao impacto da cheia
Consequências do impacto
ELEMENTOS PARA AVALIAÇÃO/ANÁLISE DO RISCO
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ORIGEM
DIRECTA
SEQUENCIAL
Natural• Atmosférica/Precipitação/Tornado/Tempestade• Subida do nível do mar/tsunamis(maremotos)• Nível freático• ……
Falhas• Diques• Barragens/Reservatórios• Obstrução em singularidades /pontes,estreitamentos• Subpressões/subterrâneos• Sobrecarga de colectores• Rotura de condutas• ……
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2º Passo – Caracterização de cada componente da metodologia segundo duas qualidades principais
• Intensidade – características físicas quantitativas ou qualitativas do perigo• Volume• Caudal• Velocidade• Altura de água (inundação!!)• Duração• Poluição
• Frequência de ocorrência no futuro• Âmbito temporal (ano, vida útil…?)• Probabilidade de ocorrência
3º Passo – Caracterização das incertezas nos valores obtidos
Exemplo: características hidrodinâmicas da cheia
(Intensidade ,I)
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I (I0, x, y)I
I0
hVT1T2
I
y
x
Dh/Dt
Difusão da Intensidade
x,y
Propagação da cheia
PeAlteração da probabilidade
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Consequências
IncertezasIntensidade
Impa
cto
físico
/agr
essã
o
Incerteza na avaliação(resposta ao impacto)
Incerteza na ocorrênciae nas condições de ocorrência
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• Postulado – a intensidade do fenómeno perigoso está associada à respectiva probabilidade
Situação de Referência (neutra) Intensidade
Limites físicos? →Intensidade máxima em cada local do percurso?
1
0
Probabilidadede ocorrênciado perigo
CURVA DE FARMER
RISCOBaixo
RISCOModerado RISCO
Elevado
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• RISCO - DEFINIÇÃO TÉCNICA ADOPTADA PARA ANÁLISE QUANTITATIVA
Risco ≡ Probabilidade ( I ) x Consequências ( I )
[0 , 1]]0 , 1[
Risco ≡ Valor expectável das consequências no periodo de tempo adoptado (ano / vida útil…)
→Variável de Decisão
?
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Consequencias- LOCAL A-1000 000 euros
B- 100 000 euros
PROBABILIDADE COMPOSTA DE OCORRÊNCIA- LOCAL
A-.00001
B-.001
(por ano)
VALOR EXPECTÁVEL/ano-(RISCO) A-10 euros/ano
B-B-100 euros/anoDECISÃO ?
. A
. B
..defesas
Cheia e colapso das defesas
Cheia
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Risco associado a Cheias
Cheia perigosa
IntensidadeProbabilidadeFrequência
Vulnerabilidade de bens à cheia
Exposição de bens vulneráveis
RISCO
Danos sob efeito do impacto da cheia
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OrigemAlterações climáticas
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Desafio - Gestão das incertezas
- Mudança climática
Poderá a mudança climática afectar o Risco de cheias/inundações?
– Variação da precipitação (intensidade e probabilidade)
– Variação do nível médio do mar
– Intensificação de tempestades
– Alteração na exposição e nas vulnerabilidades
– Alterações nas bacias hidrográficas (uso do solo, coeficientes de escoamento)
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AvaliaçãoGestão e Risco
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CAPÍTULO IDISPOSIÇÕES GERAIS
Artigo 1.o
A presente directiva tem por objectivo estabelecer um quadro para a avaliação e gestãodos riscos de inundações, a fim de reduzir as consequências associadas àsinundações na Comunidade prejudiciais para a saúde humana, o ambiente, o patrimóniocultural e as actividades económicas.
Objectivo da Directiva: Avaliação do(s) Risco(s)Gestão do(s) Risco(s)
↓Redução das consequências
De Inundações
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Recepção
Ocupaçãodo percurso
Exposição de bens (valores)e infra-estruturas
Resposta (incerteza) ao impacto da cheia
Difusão do perigo hidrodinâmico (inundações)- propagação – atenuação/intensificação- intensidade e probabilidade local
Percurso
Probabilidade composta associada à inundação local
Consequências locais
– cadeia de ocorrências
Probabilidade condicionada do exposto ao impacto do perigo
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PERCURSO – trajectória física da cheia (perigo hidrodinâmico)
CADEIA DE OCORRÊNCIAS (probabilidades condicionadas) – Cenários adoptados
EXPOSIÇÃO DE SINGULARIDADES (Infra estruturas)
VULNERABILIDADE E RESPOSTA DE SINGULARIDADES (probabilidade)
ALTERAÇÃO DA DIFUSÃO DA CHEIA (e do perigo)
ALTERAÇÃO DAS INTENSIDADES E DAS CONSEQUÊNCIAS LOCAIS
- diques, barragens
- pontes, passagens hidráulicas ,diques,barragens
METODOLOGIA OPR
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PERCURSO – PROPAGAÇÃO – DIFUSÃO
• Domínio – Fluvial (ribeirinho), costeiro, urbano
• Forçador topográfico
– Caracterização e representação (SIG)
• Forçador hidrodinâmico
– Escoamento líquido
– Escoamento líquido + material sólido
• Interacção e resposta de “obstáculos expostos”
– Condicionamentos – obstrução
– Rotura
– Esgotamento da capacidade de vazão
• Modelação hidrodinâmica
• Interacção com vulnerabilidade – danos
• Apresentação de resultados
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Como se aplica o Modelo OPR?
Selecção – cenários + “factores de risco”
• Características (intensidade) da ocorrência inicial (origem)• Condições do percurso• Hipóteses sobre o que está exposto• Hipóteses sobre alterações no futuro → clima → ocupação
Simulação – modelos hidrológicos, hidrodinâmicos, de fiabilidade, de resistência, económicos… (modelos +/- simplificados, calibrados, validados..)
Resultados – valores expectáveis de consequências (danos)
Síntese – avaliação local e regional do risco
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ISO 31000 (2009?)
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CAPÍTULO IIAVALIAÇÃO PRELIMINAR DOS RISCOS DE INUNDAÇÕES
2. Com base em informações disponíveis ou facilmente dedutíveis, incluindo registos e estudossobre a evolução a longo prazo, nomeadamente do impacto das alterações climáticas naocorrência de inundações, a avaliação preliminar dos riscos de inundações é realizada a fim de fornecer uma avaliação dos riscos potenciais. A avaliação deve incluir, pelo menos, os seguinteselementos:
a) Cartas da região hidrográfica à escala apropriada, incluindo os limites das baciashidrográficas, das sub-bacias hidrográficas e, quando existam, das zonas costeiras, com a indicaçãode dados topográficos e da afectação dos solos;
b) Uma descrição das inundações ocorridas no passado que tenham tido impactos negativosimportantes na saúde humana, no ambiente, no património cultural e nas actividadeseconómicas, nos casos em que continue a existir uma probabilidade significativa de inundações semelhantes voltarem a ocorrer no futuro, incluindo a amplitude das inundaçõese as vias de evacuação das águas, e uma avaliação dos respectivos impactos negativos;
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c) Uma descrição das inundações significativas ocorridas no passado, sempre que se possam prever consequências prejudiciais significativas resultantes da ocorrência de inundações semelhantes no futuro;
e, em função das necessidades específicas dos Estados-Membros:
d) Uma avaliação das potenciais consequências prejudiciais das futuras inundações para a saúde humana, o ambiente, o património cultural e as actividades económicas, que tenha em conta tanto quanto possível questões como a topografia, a posição dos cursos de água e as suas características hidrológicas e geomorfológicas gerais, incluindo as planícies aluviais enquanto zonas de retenção natural, a eficácia das infra-estruturas artificiais existentes de protecção contra as inundações, a posição das zonas povoadas e das zonas de actividade económica e a evolução a longo prazo, incluindo o impacto das alterações climáticas na ocorrência de inundações.
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Análise doRisco
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A DISSONÂNCIA ENTRE OS DOIS MUNDOS PODE SER RELEVANTE E COLOCAR EM “RISCO” A EFICÁCIA DO APELO E A POSSIBILIDADE DE COMUNHÃO DE IDEIAS
INCOMUNICAÇÃO
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F (x ≤ X)
0 ≤ P ≤ 1
Função de
Distribuição (não-excedência)F(X)
X0
1
X
Área
dxdFf =
f
Conceito de probabilidade – Variáveis contínuas,I,Q….
Função densidade de Probabilidade-fdp
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Cumulative Distribution Function (CDF): F(y)=P(Y≤y)Probability Density Function (pdf): f(y)=dF(y)/dy
f(y) ≥ 0 ∀ y
P(a≤Y≤b) = F(b)-F(a) =
P(Y=a) = 0 ∀ a
∫b
adyyf )(
1)( =∫∞
∞−dyyf
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Probabilidade de Excedência
x
x
0
F (x ≥ X) 1
Período de retorno = )(
1xxF ≥
01,0100
1100 ==Ff
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Cumulative Distribution Function
Gupta Fig. 8.2
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Expected Values of Continuous RVs
[ ] ∫∫
∞
∞−
∞
∞−
=
==
dyyfygYgE
dyyyfYE
)()()(
)()( :Value Expected µ
VALOR EXPECTÁVEL DE UMA VARIÁVELou FUNÇÃO
G(y)=Função Danos (Consequências)
f(y)=Função densidade de probabilidade da intensidadelocal da cheia (I)
Se
O VALOR EXPECTÁVEL CORRESPONDE AO RISCO !!!!
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dAyxIyxDAIIPIPIRISCO LA
AA )),(,(),()()( 02010 ∫∗∗=
Difusão no percurso (DP(x,y,I0))
Prob. composta de ocorrências sequenciais
+ prob. associada a incertezas de percurso
Danos resultantesda inundação na
área A
Risco de cheia com intensidade I0 (T0) numa área A
)IA(D A
Componente pseudo-determinística
Prob. ocorrênciaInicial (origem)
T0=Período de Retorno considerado
(valor constante para A)
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dA)Iy,x(D)IA(D LA
A ∫=
Exposição
Categorizando por sub-áreas e tipos de bens
),().,(),( LL IyxVyxExIyxD =
Vulnerabilidade
)IA(D)IA(D)IA(D ALjjiji
A ≅= ∑∑
),,,,(),( 0 PercursoItyxDPyxII LL ==
DIFUSÃO NO PERCURSO
Danos
(INTENSIDADE LOCAL)
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“As inundações são um fenómeno natural quenão pode ser evitado. No entanto, determinadasactividades humanas (como o aumento das aglomerações humanas e dos bens económicos nas planícies aluviais e a redução da retenção natural de águadevido à utilização do solo) e as
alterações climáticas contribuem paraum aumento da probabilidade de ocorrência de inundações e do respectivo impacto negativo.”
1
2
1 VULNERABILIDADE
2 INCERTEZA
/ EXPOSIÇÃO
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O que é a vulnerabilidade?
• Grau de incapacidade de enfrentar consequências
• Grau de dano ou avaria num sistema provocado por um evento
• Operador de dano (0,1) resultante do impacto de um evento sobre um bem exposto
- Categorias
Física
Organizacional
Cultural (Motivacional)
V. Social
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Chicoutimi, Quebec, Juillet 1996 (Source Time 5/8/96)
Vulnerability :Land use
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FUNÇÃO VULNERABILIDADE
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I (I0, x, y)
Location
I
I(local flood intensity/magnitude)
FD
From hydraulics
Vulnerability function
(Flood Routing)
Log normal distribution
F = a + (1 – a) LOGN (FD, µ, σ)
I0
1
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)(),()()( 02010 AAA IADAIIPIPIRISCO ∗∗=
Factor origem
Factor percurso
Factor Recepção -
impacto
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CENÁRIOS
(ORIGEM)
PROPAGAÇÃO
EXPOSIÇÃO
RESPOSTA -VULNERABILIDADE
INUNDAÇÃO
IMPACTO HIDRODINÂMICO
VULNERABILIDADES
DANOS E PERDAS
ANÁLISE
RISCO RESIDUAL
(APRECIAÇÃO)
REMÉDIOS
GESTÃO
PLANOS
CONTROLO E MITIGAÇÃO DOS RISCOS
PROTECÇÃO CIVIL
GESTÃO DE CRISES
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Série de cheias – gama de períodos de retorno
Série de cenários – ocorrências possíveis (“known unknown”)
• Sequência de ocorrências no percurso e hipóteses sobre condições de base (população, resiliência, fiabilidade…)
Série de categorias de bens
• Pessoas• Tipos de construções (material, estrutura...)• Infra-estruturas• Bens agrícolas• Bens industriais• Gado• ...
Aj
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dAdDdIdIIyxDIyxDfAIIfIftotRISCO LLLL
Ex
A
I
I
I
IA
LMP
Lo
MP
MIN
03020
01 ),(),,(),()(, ∫∫∫∫≡
Risco total de cheia numa área A
)(21 kjikljikl
IADPP∑∑∑∑≡
Série de cheias iniciais (T>Tmin)
Série de cenários de percurso
Série de categorias de bens expostos
Série de sub-áreas inundadasFunção de danos médios ou prováveis
Probabilidades de origem e de percurso
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Percurso de cheiasCenários sequenciais
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(2001)
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P0(C) = 0,01N
h=0
E = 1000 habitantesV0= 0R0= 0
P1(R│C0) = 0,1
E = 1000 habitantesV1= 0,05R1= 0,01 • 0,1 • 50 = 0,05 vítimas/ano
Directiva (Capítulo II-Avaliação Preliminar)….including … the effectiveness of existing man-made flood defence
Infrastructures…
CENÁRIO A
CENÁRIO B
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Modos de Falha de DiquesAvaliação e Gestão dos Riscos de Inundações Fluviais e Costeiras Nova Directiva Europeia
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Taw/Curl, (1990)
Arvore de Eventos Arvore de Falhas
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FUNÇÃO DE VULNERABILIDADE (DIQUE)
PROBABILIDADEde
Rotura
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P(ROT Qgalg/m)
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Prob Rotura do Dique
fdp cheia incidente
fdp cheia modificada
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DEFRA/EA (UK)
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DEFRA/EA (UK)
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5,2)(2
5,1)(1 )()( ibreibrebre hhChhCQ −+−=
The breach outflow is computed as broad-crested weir flowSIGHN, 1997
h – elevation of the water surface
hbre(i) – elevation of the breach botom
function of the time of failure
Teresa Viseu 2002
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szkC 78.12 =
sibre kbC )(1 25.2=
For dykes
L
Φ
Qa1 Qa2
QbreKs – submergence correction
Red River case study Development of the algorithm for
prediction of the dyke-breach outflow hydrograph
Teresa Viseu 2002
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Red River case study Dyke-breach outflow propagation
Teresa Viseu 2002
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NEW ORLEANS 2005
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Antes Depois
Evento A
Evento B
------- > O Risco pode aumentar
A conjugação de estratégias é indispensável!!
Evento A
E E
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Percurso de cheiasModelação /SIMULAÇÃO
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CAPÍTULO IIICARTAS DE ZONAS INUNDÁVEIS E CARTAS DE RISCOS DE INUNDAÇÕES
3. As cartas de zonas inundáveis cobrem as zonas geográficas susceptíveis de ser inundadas, de acordo com os seguintes cenários:
a) Fraca probabilidade de cheias ou cenários de fenómenos extremos;b) Probabilidade média de cheias (periodicidade provável igual ou superior a 100 anos);c) Probabilidade elevada de cheias, quando aplicável.
4. Para cada um dos cenários referidos no n.o 3, devem indicar-se os seguintes elementos:a) Amplitude da inundação;b) Profundidades de água ou nível de água, quando aplicável;c) Quando aplicável, a velocidade da corrente ou o caudal da
cheia correspondente.
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MODELOS 1-D
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NÃO ESQUECER AS INCERTEZAS !!!
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• Caudal de ponta– media = 4957 m3/s– desvio-padrão = 630 m3/s– máximo simulado = 6814 m3/s– mínimo simulado = 3325 m3/s– caudal de ponta simulado com base nas melhores estimativas = 4653 m3/s– Tempo de ocorrência entre os 31 minutos e os 74 minutos
ANÁLISE DE INCERTEZAA. Betâmio de Almeida, Joana Santos (2005)
MÉTODO DE MONTE CARLO + LATIN HYPERCUBE SAMPLING
Probabilidade de não excedência de caudais em função do tempo
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Percurso de cheiasZonas urbanas
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Figura 1.3.1 - Áreas urbanas e urbanizáveis, áreas
industriais e turísticas
(Plano Nacional da (Plano Nacional da ÁÁgua)gua)
CHEIA em PESO DA RÉGUA
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Grande Lisboa 2008