Drought and flash floods risk assessment methodology
Authors:   , Díaz Loaiza Manuel Andrés 
Published: October 2023

Floods and Drought are some of the most catastrophic natural disasters for humanity, averaging 1 to 5 billion dollar of annually damage for flood events and 6 to 8 billion dollars respectively for drought events. To avoid this phenomena risk management science has grown in the last years and allows us to assess the risk and the possible benefits if some specific measures are implemented (e.g. mitigation / adaptation measures). A methodology for Non-Structural Measures (NSM) implementation in risk assessment has been developed for flood event management. Likewise, an uncertainty analysis has been done in order to identify the variation of the possible results in the risk assessment. An analysis has been done based on the Expected Annual Damage (EAD) to determine the optimal return period of design of a structural measure. A new indicator has been proposed based on this analysis: The Optimal Expected Annual Damage indicator (OEAD).
In the present document the results of pluvial flood risk assessment are described. These results include structural and non-structural measures based on a developed methodology for Arenys de Munt basin, which belongs to the region of Catalonia in Spain. To include non-structural measures in risk assessment, mitigation coefficients where built in the methodology, and are described in the methodology. Also, steps for the optimization of their possible implementation are defined. This research shows that potential economic losses are decreasing with the construction of structural measures from approximately 6.6 M€ to 3 M€ (box culvert of €14Million), and in combination with the implementation of non-structural measures this could even decrease to 0.7 M€ if the non-structural measures are implemented (for 500 year return period event). Related potential casualties results decrease from approx. 11 casualties to 8 and even as low as 2 casualties respectively if non-structural measures are implemented (for 500 year return period). This, demonstrate that non-structural measures are a way to follow in the flood risk mitigation.
For drought events, a new methodology has been developed in order to relate quantitative potential economic losses for rainfed crops with "Meteorological Drought". In the same, a method for the hazard (through the Palmer index) and vulnerability assessment was developed. The susceptibility of a particular crop due to a drought event was linked with a classification of the phenological stages according two seasons: the sowing and harvesting season. The case study was focus on the Llobregat basin, in which both, hydrometeorological and crop statistics data series were available. Results illustrate that the Llobregat basin has suffered at least 2 important periods of drought (2000/2001 and 2005/2006) during the length of the considered 16 year crop production record statistics. These periods of drought caused potential economic losses of approximately 40.13 M€ and 55.84 M€ in the geopolitical subdivision called "Comarcas" of the Llobregat basin. The related methodology, demonstrates coherence in the detection of "important" drought events, and in the quantification of individual potential losses per crop type, which shows that crops, like olives (classified in category woody crop type) are more resistant to drought than vegetables (tomato, lettuce chard etc.). Finally, in addition to the presented methodology the potential losses of crop efficiency curves are proposed, as indicators for agricultural drought risk assessment.
Les inundacions i les sequeres són alguns dels desastres més catastròfics per a la humanitat, promitjant anualment al voltant d'1 a 5 x 10³ milions de dòlars i 6 a 8 x 10³ milions de dòlars en pèrdues econòmiques respectivament. Per combatre aquests fenòmens, la ciència de la "gestió del riscs" ha anat desenvolupant al llarg dels últims anys, permetent-nos quantificar el risc i els possibles beneficis en el cas que algunes mesures siguin implementades (tals com mesures de mitigació/adaptació etc.). En el present document es presenta una metodologia per a la quantificació del risc considerant la implementació de mesures no-estructurals (NSM). Així mateix, es va desenvolupar una anàlisi d'incertesa per identificar les fonts de variància sobre els resultats en el càlcul del risc. Amb l'indicador EAD (Expected Annual Damage), es va realitzar una anàlisi per determinar el període de tornada òptima en el disseny de mesures estructurals, com a resultat del mateix, es proposa un nou indicador: l "Optimal Expected Annual Damage" (OEAD). En el present document s'exposen els resultats per a la quantificació del risc pluvial. Aquests resultats inclouen mesures estructurals i no-estructurals d'acord amb la metodologia desenvolupada per a la conca d'Arenys de Munt a Catalunya-Espanya. Per incloure en el càlcul del risc a les mesures no-estructurals, es van desenvolupar coeficients de mitigació els quals són explicats dins de la metodologia. Igualment, es defineixen els passos a seguir per a l'optimització en la implementació d'aquestes mesures. En aquesta investigació, s'il·lustra que les pèrdues potencials econòmiques disminueixen si una mesura estructural és implementada (canalització per Box Culvert de 14 M€), des de 6.6 M€ a 3 M€ (T=500 anys), i si s'implementen mesures no-estructurals en combinació amb la mesura estructural, les pèrdues potencials poden disminuir-se fins a 0.7 M€ per al període de tornada de 500 anys. Sobre les pèrdues potencials de vides humanes, la mitigació obtinguda segueix el mateix comportament que les pèrdues potencials econòmiques, disminuint des d'11 possibles víctimes a 8 amb la mesura estructural i a 2 en combinació amb la mesura no estructural. Pel fenomen de la sequera, es va desenvolupar una metodologia per relacionar la "Sequera Meteorològica" amb les pèrdues potencials econòmiques en cultius de secà. En la mateixa, es proposa un mètode per a la quantificació de la perillositat (mitjançant els índexs de Palmer) i la vulnerabilitat. La susceptibilitat d'un cultiu de secà a un esdeveniment de sequera (vulnerabilitat) es va relacionar fent una classificació d'acord a dos estats fenològics: l'època de sembra i de recol·lecció. El cas d'estudi es va enfocar a la conca del riu Llobregat-Espanya, de la qual es va disposar d'informació hidrometeorològica i de les estadístiques de producció de diferents tipus de cultius de secà. De l'anàlisi realitzada sobre la conca, es va observar que al llarg dels 16 anys d'estadístiques en els cultius, van ocórrer dos períodes importants de sequera (2000/2001 i 2005/2006). Aquests períodes de sequera van deixar respectivament pèrdues potencials econòmiques d'aproximadament 40.13 M€ i 55.84 M€ per a les comarques associades a la conca del riu Llobregat. La metodologia desenvolupada, demostra eficàcia en la detecció d'esdeveniments importants de sequera, així mateix, il·lustra una coherència en la quantificació de les pèrdues individuals en els tipus de cultiu, en les que cultius com l'oliva (classificat com a cultiu llenyós), demostra més resistència a la sequera respecte a altres cultius com l'enciam, tomàquets etc.. Finalment, com a complement a la metodologia desenvolupada, es proposa a les corbes de pèrdua d'eficiència de cultiu, com a indicadors per a la gestió del risc de sequeres en cultius de secà.