DOI: https://doi.org/10.5194/nhess-26-1859-2026
تاريخ النشر: 2026-04-24
المؤلف: Camila Cotrim وآخرون
الموضوع الرئيسي: تقييم وإدارة مخاطر الفيضانات
نظرة عامة
تقدم البحث منهجية جديدة على مستوى أوروبا لتقييم الفيضانات الساحلية، مع معالجة قيود نماذج “البانيو” الثابتة التقليدية التي تعتمد على بيانات الارتفاع الخشنة. باستخدام نموذج فيضان ديناميكي (RFSM-EDA) بدقة 25 م، يتضمن الدراسة منحنيات مستوى المياه الكلي (TWL) المحددة حسب الموقع التي تأخذ في الاعتبار مستوى سطح البحر المتوسط، والمد والجزر، وزيادة العواصف، وتكوين الأمواج، مع مراعاة أيضًا انحدارات الشاطئ المتغيرة مكانيًا. تم التحقق من صحة المنهجية باستخدام أكثر من 51,000 نقطة هدف ساحلية و12 حدث فيضان تاريخي عبر سواحل مختلفة. أظهرت تحليلات الحساسية أن النماذج الثابتة تميل إلى المبالغة في تقدير الفيضانات بأكثر من 25% في المناطق المنخفضة، مع مساهمة تنوع نوع العاصفة في 41% من عدم اليقين في خرائط الفيضانات.
تؤكد النتائج على أهمية دمج معايير الحماية الساحلية، التي يمكن أن تقلل من تقدير المناطق المعرضة للفيضانات بأكثر من النصف. لا تعزز هذه الدراسة فقط الفهم العلمي للفيضانات الساحلية على نطاق واسع، بل تعمل أيضًا كمعيار منهجي لرسم خرائط مخاطر الفيضانات على المستوى القاري. يدعم الإطار توجيه الفيضانات في الاتحاد الأوروبي ويعزز التخطيط للتكيف وإدارة مخاطر المناخ، لا سيما في قطاعات التمويل والتأمين، مما يبرز التهديد المستمر للفيضانات الساحلية للمجتمعات والبنية التحتية.
طرق
تنطوي المنهجية لتطبيق نموذج فيضان قائم على العمليات على نطاق قاري على نهج من ثلاث خطوات. أولاً، يقوم الباحثون بإعداد شروط الحدود البحرية من خلال إنشاء منحنيات مستوى المياه الكلي (TWL) المتغيرة مكانيًا والمحددة حسب الموقع للأحداث القصوى التي تتميز بفترات عودة متغيرة. تشمل هذه الخطوة تحديد مستويات المياه القصوى المميزة، ومدد العواصف، وأشكال منحنيات المياه.
ثانيًا، تتضمن المنهجية توليد شبكات طبوغرافية مرنة وغير منتظمة لنموذج الفيضانات، والتي تدمج خشونة التضاريس المستمدة من بيانات استخدام الأراضي. أخيرًا، يتم إجراء محاكاة هيدروليكية باستخدام نموذج الفيضانات RFSM-EDA لتوليد خرائط الفيضانات عبر طيف من السيناريوهات القصوى. يهدف هذا النهج الشامل إلى تعزيز دقة وقابلية تطبيق نمذجة الفيضانات في سياقات جغرافية متنوعة.
نتائج
تقدم نتائج التحقق المعروضة في الشكل 3 مقارنة بين مدى الفيضانات الساحلية المعاد بناؤها والخرائط الملاحظة، مصنفة النتائج إلى إيجابيات حقيقية (“ضربات”)، وإيجابيات خاطئة، وسلبيات خاطئة (“فوات”). أظهر النموذج أعلى دقة في الحالات التي بالغ فيها قليلاً في تقدير مدى الفيضانات، لا سيما في السهول الفيضية المسطحة والأراضي الرطبة (مثل CFCC02، CFCC08، CFCC12). يُعزى هذا المبالغة إلى تأثيرات التنعيم لنموذج الارتفاع الرقمي (DEM) بدقة 25 م وغياب الدفاعات الساحلية. على العكس، أظهر CFCC09، على الرغم من كونه من الأكثر دقة، تقديرًا منخفضًا بسبب ارتفاع معاملات خشونة مانينغ في المناطق الحضرية، مما يعيق انتشار الفيضانات.
في المقابل، كانت النتائج الأقل دقة، التي تتميز بالتقدير المنخفض، ملحوظة في مواقع مثل CFCC05، CFCC10، CFCC11، وCFCC15، التي تتميز بشواطئ رملية وسهول فيضية أكثر انحدارًا. قد تنشأ هذه الأخطاء من قيود نموذج الارتفاع الرقمي (EU-DEM) بدقة 25 م في التقاط التفاصيل الطبوغرافية الدقيقة وتوقيت الحصول على DEM بالنسبة للأحداث الفيضانية التاريخية. تم تسليط الضوء أيضًا على حساسية نموذج الفيضانات لشروط الحدود، حيث ظهرت اختلافات عند مقارنة النتائج بخرائط الفيضانات المرجعية التي لم تأخذ في الاعتبار تكوين الأمواج أو الدفاعات الساحلية الموجودة. تم إجراء تحليلات إضافية، بما في ذلك مقارنات دقة DEM وتقديرات انحدار الشاطئ، لتحديد المصادر الرئيسية لعدم اليقين في عملية النمذجة.
نقاش
في هذا القسم، يناقش البحث المنهجيات ومجموعات البيانات المستخدمة لنمذجة أحداث مستوى المياه الكلي (TWL) القصوى على طول الساحل الأوروبي، مع التركيز على توليد منحنيات المياه وإعداد شروط الحدود البحرية. تم إنشاء ما مجموعه 105 منحنيات مياه لـ 51,010 نقطة هدف ساحلية (CTPs) باستخدام تحليل القيم القصوى، وتصنيف العواصف، وظروف العواصف المتوسطة. يتم تعريف TWL على أنه مجموع مستوى سطح البحر المتوسط، والمد والجزر الفلكي، وزيادة العواصف، وتكوين الأمواج، مع اعتبار مستوى سطح البحر المحلي كمرجع. استخدمت الدراسة نماذج مختلفة، بما في ذلك TPXO9 لمكونات المد وROMS لزيادة العواصف، لإعادة بناء سلسلة زمنية لمستوى المياه الكلي (TWL) بالساعة من 1985 إلى 2021.
كما يتناول القسم تفاصيل توليد الشبكات الطبوغرافية لنموذج الفيضانات RFSM-EDA، الذي يستخدم خلايا شبكة غير منتظمة لتمثيل الميزات الطبوغرافية. تم تعريف السهول الفيضية على أنها المناطق التي تقل عن 15 م ارتفاعًا المتصلة بالبحر، وتم التحقق من صحة النموذج مقابل الأحداث الفيضانية التاريخية باستخدام مؤشر النجاح الحرج (CSI) لتقييم دقة توقعات الفيضانات. تم إجراء تحليلات حساسية لمقارنة أداء نماذج الفيضانات المختلفة، ودقة نموذج الارتفاع الرقمي (DEM)، وأشكال منحنيات المياه، مما يكشف أن نموذج RFSM-EDA يتفوق عمومًا على النماذج الثابتة، لا سيما في المناطق الساحلية المسطحة. تؤكد النتائج على أهمية اختيار النموذج ودقة البيانات في التنبؤ بدقة بالفيضانات الساحلية، مع تداعيات على تقييمات مخاطر الفيضانات المستقبلية واستراتيجيات الإدارة.
DOI: https://doi.org/10.5194/nhess-26-1859-2026
Publication Date: 2026-04-24
Author(s): Camila Cotrim et al.
Primary Topic: Flood Risk Assessment and Management
Overview
The research presents a novel pan-European methodology for assessing coastal flooding, addressing the limitations of traditional static “bathtub” models that rely on coarse elevation data. Utilizing a dynamic flood model (RFSM-EDA) at a 25 m resolution, the study incorporates location-specific total water level (TWL) hydrographs that account for mean sea level, tides, storm surge, and wave setup, while also considering spatially varying foreshore slopes. The methodology was validated using over 51,000 coastal target points and 12 historical flood events across various coastlines. Sensitivity analyses revealed that static models tend to overestimate inundation by more than 25% in low-lying areas, with storm type variability contributing to 41% of flood map uncertainty.
The findings emphasize the importance of incorporating coastal protection standards, which can reduce the estimated exposed floodplain by more than half. This research not only enhances the scientific understanding of large-scale coastal flooding but also serves as a methodological benchmark for flood hazard mapping at the continental level. The framework supports the EU Floods Directive and informs adaptation planning and climate risk management, particularly in the finance and insurance sectors, highlighting the ongoing threat of coastal flooding to communities and infrastructure.
Methods
The methodology for applying a process-based flood model at a continental scale involves a three-step approach. First, researchers prepare marine boundary conditions by creating spatially variable, location-specific Total Water Level (TWL) hydrographs for extreme events characterized by varying return periods. This step includes defining distinct peak water levels, storm durations, and hydrograph shapes.
Second, the methodology entails generating flexible and irregular topographic meshes for the flood model, which integrate terrain roughness derived from land-use data. Finally, hydraulic simulations are conducted using the RFSM-EDA flood model to generate flood maps across a spectrum of extreme scenarios. This comprehensive approach aims to enhance the accuracy and applicability of flood modeling in diverse geographical contexts.
Results
The validation results presented in Figure 3 compare the reconstructed coastal flood extents with observed maps, categorizing outcomes into true positives (“hits”), false positives, and false negatives (“misses”). The model demonstrated the highest accuracy in cases where it slightly overestimated flood extents, particularly in flat floodplains and wetlands (e.g., CFCC02, CFCC08, CFCC12). This overestimation is attributed to the smoothing effects of the 25 m Digital Elevation Model (DEM) and the absence of coastal defenses. Conversely, CFCC09, despite being among the most accurate, exhibited underestimation due to high Manning roughness coefficients in urban areas, which hinder flood propagation.
In contrast, the least accurate results, characterized by underestimation, were observed in sites like CFCC05, CFCC10, CFCC11, and CFCC15, which feature sandy beaches and steeper floodplains. These inaccuracies may stem from the limitations of the 25 m EU-DEM in capturing fine topographical details and the timing of DEM acquisition relative to historical flood events. The sensitivity of the flood model to boundary conditions was also highlighted, as discrepancies arose when comparing results to reference flood maps that did not account for wave setup or existing coastal defenses. Additional analyses, including comparisons of DEM resolutions and foreshore slope approximations, were conducted to identify key sources of uncertainty in the modeling process.
Discussion
In this section, the research discusses the methodologies and datasets used to model extreme total water level (TWL) events along the European coastline, focusing on the generation of hydrographs and the preparation of marine boundary conditions. A total of 105 hydrographs were created for 51,010 coastal target points (CTPs) using extreme value analysis, storm classification, and mean storm conditions. TWL is defined as the sum of mean sea level, astronomical tide, storm surge, and wave setup, with local mean sea level serving as the reference. The study utilized various models, including TPXO9 for tidal constituents and ROMS for storm surge, to reconstruct hourly TWL time series from 1985 to 2021.
The section also details the generation of topographic meshes for the RFSM-EDA flood model, which employs irregular grid cells to represent topographic features. The floodplain was defined as areas below 15 m elevation connected to the sea, and the model was validated against historical flood events using a Critical Success Index (CSI) to assess the accuracy of flood predictions. Sensitivity analyses were conducted to compare the performance of different flood models, digital elevation model (DEM) resolutions, and hydrograph shapes, revealing that the RFSM-EDA model generally outperformed static models, particularly in flat coastal areas. The findings emphasize the importance of model choice and data resolution in accurately predicting coastal flooding, with implications for future flood risk assessments and management strategies.