A GIS-supported fuzzy-set approach for flood risk assessment

This study presents a geographic information system (GIS)-supported three-dimensional fuzzy risk assessment approach (3D GIS-FRA) for flood risk assessment that is based on the development of a fuzzy-set risk model, 3D GIS mapping, and a hydro-statistical simulation. Using GIS and a digital elevation model (DEM), urban settings under different levels of flood risk are visualized and hydraulic simulations conducted for various river flow scenarios to determine the flow rates for specified risk levels. Then, a statistical analysis is carried out using historical records to establish a set of risk criteria that consider critical factors that affect the peak flow rate. Finally, the developed fuzzy-set risk model is applied to examine the flood risks using the outputs from the hydraulic models and statistical analysis. The developed method is applied to a section of the Red River in Southern Manitoba, Canada. The 3D GIS-FRA results indicate that there is a possibility of having a highly risky situation for the upper-bound extreme condition for the study area, although only limited impacts are expected for a 25-year flood. For the 75-year flood scenario, the overall flood risk level is high for the whole area. The results indicate that the developed risk analysis system is useful for systematically quantifying the flood risks and the related system uncertainties. Cet article présente une tridimensionnel évaluation des risques brouillée approche (3D SIG-FRA) basée sur le système d’information géographique (SIG) pour évaluer des risques d’inondation. L’étude s’est réalisée en développant un modèle de risque basé sur la théorie des ensembles et de la logique flous et à l’aide de la cartographie des données 3D provenant du SIG et de la simulation hydro-statistique. En utilisant le SIG et le model numérique d’élévation (MNE), l’environnement urbain à différents niveaux de risques d’inondation est visualisé, et des simulations hydrauliques sont menées pour divers scénarios d’écoulement de rivière dans le but de déterminer les débits correspondants à des niveaux de risques spécifiés. Ensuite, une analyse statistique est effectuée en utilisant les données historiques pour établir un ensemble de critères de risque dans lesquels les facteurs critiques affectant le débit de pointe sont considérés. Comme une autre étape, le modèle de risque développé en se basant sur l’ensemble flou est utilisé pour étudier les risques d’inondation à l’aide des résultats obtenus à partir des modèles hydrauliques et de l’analyse statistique. Enfin, la méthode développée est appliquée à une section de la rivière rouge qui se trouve dans le sud du Manitoba, Canada. Les résultats issus de la méthode proposée (3D GIS-FRA) indiquent qu’il y a une possibilité des situations à risque élevé sous conditions extrêmes pour le secteur à l’étude bien que seulement des incidences d’inondation limitées soient prévues pour une durée de 25 ans. En ce qui concerne le scénario d’inondation d’une durée de 75 ans, le niveau de risque global est élevé pour toute la région. Les résultats démontrent que le système d’analyse de risque développé est utile pour déterminer systématiquement les risques d’inondation et les incertitudes liées au système.