מיפוי אזור המבול הוא תרגול בסיסי להבנת סיכונים השיטפון והנחיית תכנון הקרקע, עיצוב תשתיות ותגובה חירום.מפות שיטפון לא מוצרים סטטיים; הם מתפתחים כמקור נתונים חדש, מודלים טכניקות, קלטות קהילתיות להיות זמינות.השיטות המשמשות טווח מלוויינים רחבים מרוחקים החישה סקרי קרקעיים, כל אחת תורמת שכבת מידע קריטית.

לוויינים מרוחקים ב- Flood Zone Mapping

תמונות לוויין מספק תצוגה סינפטית של אזורים גיאוגרפיים גדולים, מה שהופך אותו הכרחי עבור הערכות ראשוניות, ניטור לטווח ארוך, ולאחר הערכה של נזק לאחר-אפילוט. סוגים שונים של חיישנים לווייניים מציעים יתרונות נפרדים עבור מיפוי הצפה ויכול להיות משולב אסטרטגית כדי לשפר את הדיוק ואת הזמן.

תמונה אופטית ורב-ספקטרום

לווייני חשמל אופטיים כגון Landsat (NASA/USGS) ו- Sentinel-2 (סוכנות החלל האירופית) ללכוד גלויים וקרובים ל-NIR (NIR) גלקסיות מים סופגות את רוב הקרינה NIR, כך שלהקות אלה הן אינסטרומנטליות בפירוק גופי מים פתוחים.אינדיקים כמו מדד המים הנורמנטלי (NDWI) וניתוקציה מרכוש זה כדי להבדיל אזורים אלה ממפותחים במהירויות הצפות על פני השטח.

עם זאת, חיישנים אופטיים יש מגבלות, במיוחד הפרעה לכיסוי ענן, אשר לעתים קרובות מלווה אירועי שיטפונות ויכולה לטשטש את הנוף הלווין.למרות זה, נתונים אופטיים נשארים בעלי ערך למיפוי היסטורי, ניטור עונתי של אגן הנהר, והערכה של שינויים ארוכי טווח בדינמיקה הצפה.

יתר על כן, נתונים רב-ספקטרום מאפשרים סיווג כיסוי קרקע מפורט, עוזר להבחין בין הצפות מן הפסגות וזיהוי נכסים פגיעים כגון אזורי מגורים, שדות חקלאיים ותשתיות קריטיות.הזמינות החופשית של נתונים לנדסאט ו Sentinel יש מיפוי מבולגמל, המאפשר למדינות מתפתחות, ארגונים לא ממשלתיים וארגונים קהילתיים לייצר מפות בסיס עם משאבים מוגבלים.

« « SAR)

חיישני Synthetic Aperture Radar (SAR) שנמצאו על לווינים כגון Sentinel-1, RADARSAT-2 ו- TerraSAR-X, פועלים על ידי העברת הדופקים מיקרוגל ומדידה של ה-Backscatter משתקף משטח כדור הארץ.בניגוד חיישנים אופטיים, SAR יכול לחדור עננים, גשם וחושך, מה שהופך את המערכת המועדפת על מנת לפקח פעיל במהלך אירועים ותנאים.

אזורים מבולגים בדרך כלל מייצרים חתימה דלת אחורית נמוכה (dark) מכיוון שמשטחי מים רגועים פועלים כמשקף ספקטרום, הפניית הדופק המכ"ם הרחק מהחיישנים. SAR ניתן לעבד באמצעות שיטות כגון סף, שינוי, או מערכי למידת מכונה כדי להדיח את הצפות בתקופות של ממש.

טכניקות SAR מתקדמות מגבירות עוד יותר את דיוק המיפוי של הצפה.Pobimetric SAR (PolSAR) מבחין צמחייה מוצפנת מן המים הפתוחים על ידי ניתוח מצבי הקיטוב של האותות השבויים, אשר שימושי בסביבות מצפות מורכבות. Interferometric SAR (InSAR) מודד שינויים קלים בגובה פני המים ועיוות הקרקע, סיוע בעומס עומק ו ניטור תת-קרקעי, למרות השימוש שלה דורש מומחיות מבצעית.

יוזמות בינלאומיות כמו שירות ניהול חירום של קופניקוס (EMS) משתמשות באופן שגרתי בנתונים של Sentinel-1 SAR כדי לספק קווי שיטפון מהירים במהלך משברים, תמיכה בסוכנויות ניהול אסון ברחבי אירופה ומעבר לכך.

אינטגרציה עם מערכות מידע גיאוגרפיות (GIS)

מהירויות של שיטפונות לוויינים משמשים לעתים רחוקות בבידוד.במקום, הם משולבים עם נתונים מרחביים אחרים בתוך מערכות מידע גיאוגרפי (GIS) כדי לספק הערכות סיכון שיטפון מקיף.שכבות מפתח כוללות נתונים טופוגרפיים כגון מודלים דיגיטליים של אלבציה (DEMs), הקרקע להשתמש מפות, רשתות הפצה אוכלוסייה, ונתוני תשתיות קריטיות.

שילוב זה מאפשר לאנליסטים לכמת את האזור המוצפה, להעריך את מספר האנשים והנכסים שנפגעו, ולזהות פרצות בשירותים חיוניים כגון בתי חולים, בתי ספר ורשתות תחבורה.זה גם תומך ביצירת מפות של סיכון שיטפונות הממחישים את ההסתברות לתקופות של החזרה שונות, כגון השיטפון של 100 שנה, אשר מודיע מסגרות רגולטוריות ומדיניות ביטוח.

שתי פלטפורמות קוד פתוח GIS כמו QGIS ותוכנה מסחרית כגון ArcGIS מועסקים נרחב, המאפשר ניתוחים מרחביים מתוחכמות, תרחיש מודל, וייצור מפה שניתן להתאים לבעלי עניין שונים.

מודלים הידרולוגיים וhydrulic Modeling

בעוד שנתוני לוויין מספקים תמונות יקרות ערך של אירועים מבולחים, מודלים חיזוי הם חיוניים להתרחשות הצפה, היקף ועומק תחת משקעים שונים ותנאים הידרולוגיים. שתי קטגוריות מודלים עיקריים הם מודלים הידרולוגיים ומודלים הידראוליים, לעתים קרובות בשימוש ב טנדם כדי לדמות את תהליך השיטפון המלא מגשם ועד התפוצצות.

מודלים הידרולוגיים: טרנספורמציה של רדול-גשם

מודלים הידרולוגיים מדמיינים כיצד משקעים מתורגמים לתוך משטח על ידי חשבונאות עבור תהליכים כגון חדירה, evapotranspiration, דינמיקת לחות הקרקע, וזרימה של מודלים בשימוש נרחב כוללים HEC-HMS (מרכז הנדסה הינדרולוגית - מערכת הידרולוגית מודלים) שפותחה על ידי חיל האוויר האמריקאי של מהנדסים, SWAT (Soil and Assessment Tool), ואת מודל HBV.

מודלים אלה דורשים נתונים קלט מפורט כגון עוצמת גשם ומשך, שימוש בקרקע ומפות מסוג הקרקע, ותנאי לחות חד-משמעיים.הם מייצרים הידרוגרפים המייצגים את שערי זרימת נקודות מפתח ברשת הנהר, שמשמשים כתנאי גבול למודל הידראולי לאחר מכן.דיסקו מודלים הידרולוגיים או מחולקים למחצה, אשר הם קריטי עבור אגן ללא מגזים או אזורים ללא רב-תחומים.

הפלטים ההידרולוגיים מסייעים להגדיר שיטפונות עיצוב, כגון ההסתברות של 1% שנתי עולה (AEP), המשמש במיפוי שיטפון רגולטורי ועיצוב תשתיות כדי להבטיח עמידות נגד אירועים קיצוניים.

מודלים הידרוקוליים: Flow Dynamics בערוצים ובבולמורטים

מודלים הידרוגרפים לקחת הידרוגרפים שנוצרו על ידי מודלים הידרולוגיים או נתונים צפו וסימולציה מים זורמים דרך ערוצי הנהר וברחבי הצפות.מודל ההידראוליקלי הנפוץ ביותר (1D) הוא HEC-RAS (מערכת ניתוח הנהר של נהר ההנדסת הנדסה הירולוגי), אשר מחשב פרופילי פני מים לאורך הנהר מגיע באמצעות משוואות סנט-Venant או הנחות יציבות.

שני מודלים הידראוליים (2D) כגון TUFLOW, MIKE FLOOD ו HEC-RAS 2D, לפתור משוואות מים רדודות על פני רשת או מרש, המספקות מפות מפורשות מפורטות מרחבית של היקף הצפה, עומק ומהירות זרימה.מודלים אלה חשובים במיוחד עבור מיפוי עירוני שבו נתיבי זרימה מורכבים הנגרמים על ידי רחובות, מבנים, וניקוי דרישות גבוהה וסימולציה דינמית.

גישות מודלים 1D/2D מודלים נפוצים יותר ויותר, עם מודלים 1D סימולטור זרימה בתוך ערוצי הנהר ומודלים 2D המייצגים את הצפה וזרימת פני השטח העירוני. גישה היברידית זו מאוזנת יעילות חישובית עם פרטים מרחביים.

דרישות נתונים עבור Flood Modeling

  • (FLT:0) מודל של אלביעה דיגיטלית (DEM): 1 LiDAR-derived DEMs עם 1-5 מטר החלטה שטח מעדיפים ללכוד פרטים טופוגרפיים בסדר באזורים עירוניים ושיטפונות. Coarser DEMs כגון החלטה 30 מטר מ SRTM או ALOS לווייני עשוי להיות מספיק עבור הערכות אזוריות, אבל יכול להחמיץ מיקרוטופוגרפיה קריטית במסלולים מצפות.
  • (FLT:0Land Use/Land Cover Data:FLT:1) מנינג משככי משקל, המייצג את עמידות זרימת פני השטח, מוקצים על בסיס סוגי כיסוי קרקע כגון יער, דשא, ריצוף, או חקלאות. Accurate הקרקע להשתמש בנתונים לשפר את הריאליזם של זרימת מהירות ותחזיות עומק.
  • (FLT:0River Geometrymia:FLT:1 c-partal פרופילים עבור מודלים 1D או שכבות רחצה מפורטת של תאי 2D הם הכרחיים כדי לדמות הידראולים במדויק.
  • (FLT:0) נתונים הידרולוגיים והמטאורולוגיים: קיד 1 (Precipitation record), נתוני מד זרימת הזרמים, מפות אדמה, ושיעורי evapotranspiration מספקים קלט עבור סוללת מודלים הידרולוגיים וסימולציה של תרחיש.
  • (FLT:0Calibration and אימות נתונים: ההרחבה 1) , מידות הצפות ההיסטוריות מדימויים לווייניים, סקרי סימן מים גבוהים, ורשומות המד הן קריטיות להורדת פרמטרים של מודלים ואימות של תפוקה כדי להבטיח אמינות.

אי-וודאות היא טבועה בדוגמת הצפה, במיוחד בשל אי דיוקים במדידת הגשמים, שגיאות DEM וערכת פרמטר.S. ניתוח רגישות ומודלים של גישות מסייעות לכמת אי ודאות ולספק הערכות סיכון שיטפון הסתברותיות.

סקרים מקומיים וטכניקות אמתיות

למרות ההתקדמות בחישה מרחוק ומודלים, נתוני אמת הקרקע נותרו הכרחיים לאימות מפות הצפות ומימון מחדש של קלטי מודל. סקרים מקומיים מספקים פרטים בקנה מידה בסדר גודל ומאשרים את הדיוק המרחבי והזמני של מהירויות מצפות מרחוק.

LiDAR ו- Ground-based Topographic Surveys

סריקת לידר באוויר נחשבת לסטנדרט הזהב לייצור DEMs ברזולוציה גבוהה, המציעה דיוק גובה על סדר של 15-30 ס"מ ויכולת לחדור צמחייה בתנאים עלים- off.DEMs החדישים הם קריטיים עבור מודלים הידראוליים, שכן אפילו שגיאות עלייה קטנות עלולות לגרום סטייה משמעותית בתחזיות הצפות, במיוחד בסביבות מצפות שטוחות.

סקרים מבוססי קרקעיים משלימים באמצעות Real-Time Kinematic (RTK) GPS או כלי תחנה הכוללים נערכים לאיסוף נקודות בקרה ולוודא את איכות הנתונים של LiDAR. נקודות בקרה אלה משמשות כמדדים לדיוק גובה ולעזור להפחית שגיאות ב-DEM.

רשימות קריאה בהן מופיע Flood Marks and Debris Lines

לאחר אירועי שיטפונות, צוותי סקר מתעדים סימני מים גבוהים ברורים על מבנים, גשרים, עצים או תכונות נוף אחרות.סימנים אלה - לעתים קרובות גלויים כמו קווי בוץ, פסולת, או קווי זרע - מציינים את השלב המרבי הגיע.שימוש GPS שונים, סקרים מתעדים את הגובה המדויק ואת המיקום הגיאוגרפי של כל סימן.

נקודות נתונים אלה הן בלתי הולמות עבור מודלים הידראוליים, אימות מהירויות שיטוט לווייניים, ושיחזרו הידרוגרפים של שיטפון. Agencies כגון FEMA לשמור על מסדי נתונים מקיפים של סימני מים גבוהים משיטפונות משמעותיים, אשר משמשים כאותותים להערכות סיכון עתידיות.

סקרים באמפימטריים של ערוץ הנהר

מרחץ הנהר Accurate הוא חיוני עבור מודלים הידראוליים, במיוחד בנהרות עם מעמקים משתנים או מורולוגיות מורכבות.שיטות מסורתיות כרוכות סירות מצוידות בנאריות המדידה עומק מים ברציפות לאורך מעברי הנהר. עבור זרמים קטנים יותר, סקרים מתידקים עם מוט מדידה ו RTK GPS יכול להיות יעיל.

טכנולוגיות מתפתחות כוללות ⁇ ליDAR ו- Satellite-derived Bathry בגופי מים ברורים, הרחבת יכולת לכידת גיאומטריה ערוץ מפורטת באזורים בלתי נגישים.

אוסף נתונים מבוסס קהילה ורשומות היסטוריות

ידע מקומי הוא משלים חיוני לנתונים טכניים, לעתים קרובות לספק תובנות לאירועים שיטפונות לרשומות לוויין וזיהוי דפוסי ניקוז עדינים או שרידים חמים של שיטפון מבנים, סדנאות מיפוי חלקי וקבוצות מיקוד לעסוק חברים בקהילה בשיתוף חוויותיהם ותצפיותיהם.

יוזמות מדע אזרחי הרחיבו את היקף איסוף הנתונים על ידי מתנדבים הדרכה להגיש תצפיות על פני יישומים חכמים ופלטפורמות אינטרנט. שכבת נתונים שמקורם המונים זו מעשירה מפות שיטפון רשמי עם תצפיות בזמן אמת והיסטוריות, שיפור המודעות המצבית והאימות.

רשומות היסטוריות שמקורן בעיתונים, בארכיונים עירוניים, ותביעות ביטוח הצפה מספקות נקודת מבט ארוכת טווח על תדירות הצפה וחומרה.רשומות אלה עוזרות להרחיב את משך הזמן היעיל של נתונים הידרולוגיים, שיפור האמינות של הערכות של מרווחי ההשחזור, אשר לעתים קרובות מבוססים על רשומות קצרות יחסית של 50 עד 100 שנים.

ההרחבה של Reulatory Frameworks and Flood Mapping Standards

מפות אזור מבול משמשות ככלי רגולטורי קריטי, תוך הסתמכות על החלטות בשימוש קרקע, בניית קודים, שיעורי ביטוח שיטפונות ומוכנות אסון. מדינות שונות פיתחו סטנדרטים ותוכניות להנחות מאמצי מיפוי, הבטחת עקביות ואמינות.

FEMA Flood Insurance Rate Maps (FIRMs)

בארצות הברית, הסוכנות לניהול חירום פדרלי (FEMA) מייצרת מפות ביטוח מבול (FIRMs) המנציח אזורי מבול מיוחדים (SFHAs) מפות אלה בדרך כלל מתארות את אזור הצפה השנתי של 1%, הידוע גם בשם אזור המבולת הבסיס (BFE) המהווה את תקן הרגולציה של ניהול הצפה וביטוח.

תהליך המיפוי של FEMA כולל מודלים הידראוליים מפורטים, סקרי LiDAR ומעורבות קהילתית.The FLT:0FEMA Map Service CenterveFLT:1 מספק גישה ציבורית למפות אלה.עם זאת, רבים הם מיושנים, עם כמה בהתבסס על נתונים ומודלים שהם עשרות שנים, מה שמוביל ליוזמות מודרניזציה מתמשכת שנועדו לשלב נתונים אחרונים, שיפור טכניקות מודלים, שינויי אקלים.

האיחוד האירופי מבולז

הצו של האיחוד האירופי (2007/60/EC) דורש ממדינות החברות להעריך סיכונים מבולטים מכל המקורות – כולל נהרות, מים חוף, מים על פני השטח וממים קרקעיים – ולייצר מפות מצפות וסיכון.מפות אלה חייבות להיות נגישות לציבור ולעדכן כל שש שנים, לטפח שקיפות ומעורבות קהילתית.

ההוראה עוררה שיתוף פעולה בינלאומי ופיתוח של יוזמות מיפוי שיטפון אירופיות כגון מערכת המודעות של המבול האירופית (EFAS) ואת שירות ניהול חירום Copernicus, המנף נתונים לווייניים ומודלים לספק אזהרות מוקדמות והערכות סיכון על פני הגבולות.

תוכניות מיפוי שיטפון לאומיות אחרות

מדינות רבות פיתחו תוכניות מיפוי מבול משלהן המותאמות לתנאים המקומיים.לדוגמה, יפן מפעילה רשת מתקדמת של חיישנים ומודל בזמן אמת לתמיכה בחיזוי הצפה ותגובה חירום של הלשכה האוסטרלית למטאורולוגיה וגיאו-מדע אוסטרליה מספקת מוצרי סיכון מבולגים באמצעות נתונים משולבים ו הידרולוגיים.הודו משתמשת יותר ויותר בנתונים לוויין בשילוב סקרים קרקעיים לאזורים מבולטים, במיוחד באזורים המבולחים באזורים המבולחים.

מקורות נתונים סמכותיים כגון FLT:0 USGS StreamSteuratsFLT:1 ו-FLT:2Geoscience אוסטרליה מוצרי סיכון מבוללת 3 לספק כלים נגישים למיפוי וניתוח, תמיכה מתכננים, מהנדסים ומנהלי חירום ברחבי העולם.

אתגרים ודרכים עתידיות ב- Flood Zone Mapping

למרות ההתקדמות המשמעותית ברכישת נתונים, מודלים ומעורבות קהילתית, מיפוי אזור הצפה ממשיך להתמודד עם אתגרים רבים המשפיעים על יעילותה ואמינותה.

  • (FLT:0) Data Scarcity and Quality:FLT:1cio) אזורים רבים, במיוחד במדינות מתפתחות, חסרים נתונים טופוגרפיים ברזולוציה גבוהה, רשומות הידרולוגיות מקיפים, ופרטים עדכניים של הקרקע משתמשים בנתוני דיוק מודל ודיוק המפה.
  • (FLT:0) שינוי האקלים ו un-Stationarity:FLT ( 1:1 שינוי דפוסי משקעים, עלייה ברמת הים, ועוצמת סערה מוגברת מציגה אי-ודאות כי ניתוחים מסורתיים של תדירות הצפות לא יכולים ללכוד, למנוע מסגרות דינמיות מודלים.
  • (FLT:0) השימוש בלנד ו-Land Use Change:Build:cioFLT:1) התפתחות מהירה משנה ניקוז טבעי, מגביר פני השטח הבלתי-מעורר, ומדפי קישוריות להציף, מה שגורם לערכת סיכונים בשיטפון ודורש עדכונים תכופים.
  • (FLT:0) אינטגרציה של מקורות נתונים דיverse:cioFLT:1 ; נתוני לוויין הרמוניים, סקרי קרקע, קלטות הידרולוגיות ותצפיות קהילתיות דורשות טכניקות היתוך נתונים מתוחכמות ושיתוף פעולה בין-תחומי.
  • (FLT:0) תקשורת וגישה: 1.FLT:1 מבטיח כי מפות השיטפון מובנת, נגישה, ופעולה עבור קהלים מגוונים - ממקבלי מדיניות ועד תושבים - היא אתגר מתמשך, במיוחד בקהילות מוחלשות.

במבט קדימה, החידושים הטכנולוגיים מבטיחים לשפר את יכולות מיפוי הצפות.התקדמות בקונסטלציה לווייניים המספקים נתונים מרחביים וזמניים יותר, אלגוריתמי למידת מכונה עבור סיווג הצפה משופר, ופלטפורמות GIS מבוססות ענן המאפשרות עדכוני מפות בזמן אמת משנים את השדה.

יתר על כן, שילוב של נתונים מקודדים ומיפוי חלקי מעודד מעורבות קהילתית וחוסן.כאשר סיכונים אקלים עולים ברחבי העולם, מיפוי מבול הסתגלות המשלב תכנון תרחיש, אי ודאות, והערכות פגיעות חברתיות יהפכו חיוניות יותר לניהול סיכונים בר קיימא.