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Keywords:

  • flood warning;
  • rainfall threshold;
  • joint probability;
  • entropy;
  • copula
  • avertissement d'inondation;
  • seuil des précipitations;
  • probabilité conjointe;
  • entropie;
  • fonction copula

ABSTRACT

Floods cause severe damage worldwide in terms of human injury and have severe economic consequences, causing landslides, road accidents and inundation of agricultural areas. Non-structural flood protection strategies offer the possibility to protect the land, preventing flood event effects. In particular, early warning systems can inform of flood occurrences. These systems can be based on the evaluation of a rainfall threshold value that is the rainfall amount that determines a critical discharge in a given river cross-section. The alert is issued if the observed or forecast rainfall equals the threshold value without the support of online real-time rainfall–runoff forecasting systems.

The critical rainfall threshold values are evaluated by a probabilistic methodology, considering the joint cumulative distribution of cumulated rainfall and the corresponding peak discharge, for different durations. To estimate the joint distributions two approaches are considered: the meta-Gaussian and the copula functions.

The rainfall threshold values are estimated for the Mignone River basin (Italy). Results show that both joint distribution functions perform well in estimating the rainfall threshold values, as found from reliability analysis. In particular, the copula-based approach leads to issuing the alert in advance. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.

RÉSUMÉ

Les inondations causent des dommages sévères au monde en termes de pertes humaines et conséquences économiques graves causées par les glissements de terrain, les accidents de la route et la submersion des zones agricoles. Les stratégies de non-protection contre les inondations structurelles offrent la possibilité de protéger le territoire en anticipant les effets d'événements d'inondation. En particulier, les systèmes d'alerte précoce peuvent notifier la survenance des inondations. Ces systèmes peuvent être fondés sur l'évaluation d'une valeur seuil de précipitations qui est la quantité de pluie déterminant un débit critique à travers une section transversale dans une rivière donnée. L'alerte est émise si les précipitations observées ou prévues sont égales à la valeur de prévision pluie-débit donnée en temps réel et en ligne par les services de prévision météorologique.

Les valeurs du seuil de précipitations critiques sont évaluées par une méthode probabiliste, compte tenu de la distribution cumulative conjointe de précipitations cumulées et du débit de pointe correspondant, pour des durées différentes. Pour estimer les distributions conjointes, deux approches sont envisagées: la fonction copula et les fonctions méta-gaussiennes.

Les seuils de précipitations sont estimés pour le bassin du fleuve Mignone (Italie). Les résultats et l'analyse de fiabilité montrent que les deux fonctions de distribution conjointes donnent de bons résultats dans l'estimation valeurs de seuil des précipitations. En particulier, l'approche basée sur la fonction copula conduit à émettre l'alerte à l'avance. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.