DOI: https://doi.org/10.1007/s11269-026-04500-x
تاريخ النشر: 2026-02-01
المؤلف: Vishnu Prasad Pandey وآخرون
الموضوع الرئيسي: تقييم وإدارة مخاطر الفيضانات
نظرة عامة
تتناول البحث التأثيرات الكبيرة للفيضانات، مع التأكيد على الحاجة إلى نماذج شاملة لضعف الفيضانات والخسائر الاقتصادية التي تأخذ في الاعتبار كل من عمق الغمر ومدة الفيضانات. النماذج التقليدية أحادية المتغير، التي تركز فقط على مقاييس الشدة، تفشل في التقاط تعقيدات تأثيرات الفيضانات، خاصة في البيئات الحضرية. لسد هذه الفجوة، طور المؤلفون نماذج متعددة المتغيرات وأحادية المتغير لمختلف أنواع المباني، بما في ذلك الخرسانة المسلحة (RC)، والمباني الحجرية، والهياكل الفولاذية، فضلاً عن الأراضي الزراعية. تستخدم هذه النماذج بيانات الأضرار الفعلية وتطبق منهجية سطح الاستجابة لإنشاء نماذج ثنائية المتغير تأخذ في الاعتبار التفاعل بين عمق الغمر ومدة الفيضانات.
تشير النتائج إلى أن الهياكل القوية قد تواجه خسائر كبيرة في الوظائف والاقتصاد خلال أحداث الفيضانات، على الرغم من الأضرار المادية الطفيفة. يبرز الدراسة أهمية التعاون بين التخصصات في تطوير نماذج موثوقة لتقييم ضعف الفيضانات والخسائر. يمكن تعديل النماذج المقترحة للاستخدام في مناطق أخرى ذات ممارسات بناء مشابهة، على الرغم من أنه يُنصح بالحذر بشأن حدود عمق الغمر. بالإضافة إلى ذلك، يقترح البحث أن الدراسات المستقبلية يجب أن تتضمن نمذجة هيدروديناميكية وأن تأخذ في الاعتبار أشكال المباني والبنى التحتية المختلفة لتعزيز فهم تأثيرات الفيضانات على البيئة المبنية. يمكن أن تُفيد النماذج المطورة هنا في تخطيط تأمين الفيضانات وممارسات البناء، مما يسهم في تخطيط حضري أكثر مرونة في المناطق المعرضة للفيضانات.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على التأثير الكبير للفيضانات على البيئة المبنية، خاصة تحت تأثير تغير المناخ، الذي يزيد من حدة أحداث الفيضانات على مستوى العالم. حوالي 23% من السكان العالميين معرضون لخطر فيضان يعود كل 100 عام، مع وجود الغالبية في دول ذات دخل منخفض إلى متوسط. تقدر البنك الدولي أن الفيضانات تتسبب في خسائر مادية مباشرة تتجاوز 300 مليار دولار سنويًا، حيث تشهد جنوب وجنوب شرق آسيا الفيضانات الأكثر تكرارًا وشدة. إن نقص البنية التحتية المقاومة في هذه المناطق يزيد من الأضرار والعواقب الاقتصادية، مما يتطلب جهود استعادة تزيد من الضغط على الموارد.
تنتقد الورقة نماذج ضعف الفيضانات الحالية، التي تركز بشكل أساسي على التقييمات النوعية بناءً على خصائص البيئة المبنية، وغالبًا ما تفشل في تقديم نسب خسائر أو أضرار كمية. بينما كانت البيانات التجريبية من التقييمات بعد الفيضانات ضرورية في تطوير نماذج الضعف، هناك نقص ملحوظ في معالجة الجوانب متعددة المتغيرات لتأثيرات الفيضانات، مثل مدة الفيضانات وسرعة التدفق. يجادل المؤلفون بضرورة وجود نماذج ضعف وخسائر متعددة المتغيرات تأخذ في الاعتبار مقاييس الشدة المختلفة لالتقاط تعقيدات أضرار الفيضانات بشكل أفضل. تهدف الدراسة إلى سد هذه الفجوة من خلال تطوير نماذج أحادية ومتعددة المتغيرات لضعف الفيضانات، والخسائر، واستعادة الوظائف، مصممة خصيصًا لمنطقة نهر باغماتي في كاتماندو، نيبال، مما يسهم في فهم أكثر شمولاً لمخاطر الفيضانات في المناطق المعرضة بشدة.
الطرق
الإطار المنهجي لتقييم ضعف الفيضانات، والخسائر، واستعادة الوظائف مُنظم حول ثلاثة سمات رئيسية: البيانات، النموذج، والتطبيق. تتضمن الخطوة الأولية صياغة تصنيف لتصنيف الهياكل والبنى التحتية المختلفة، بما في ذلك المباني الخرسانية المسلحة (RC)، والمباني الحجرية، والمباني الفولاذية، والمباني شبه الدائمة، والأراضي الزراعية، وأنواع مختلفة من الجسور. هذا التصنيف ضروري لتقليل الشكوك العشوائية، حيث تستجيب الهياكل المختلفة بشكل مختلف لتحميل الفيضانات. قدمت المسوحات الميدانية الشاملة التي أجريت بعد الفيضانات في سبتمبر وأكتوبر 2024 في وادي كاتماندو، وهو منطقة معرضة للفيضانات السنوية، البيانات اللازمة. التقطت المسوحات معلمات حاسمة مثل عمق الغمر، ومدى الأضرار، ومدة الفيضانات، ومقدار الخسائر، ووقت الاستعادة، مما أسفر عن مجموعة بيانات تضم 26 زوجًا للمباني الخرسانية المسلحة والمباني الحجرية، و8 للمباني الفولاذية، و22 للهياكل شبه الدائمة، و11 للأراضي الزراعية.
لتحليل البيانات المجمعة، تم إنشاء أسطح ضعف الفيضانات الثنائية المتغيرات ومنحنيات الضعف أحادية المتغير باستخدام منهجية سطح الاستجابة (RSM)، التي تلتقط بشكل فعال التفاعل بين عمق الغمر ومدة الفيضانات – العوامل التي تؤثر بشكل مشترك على الأضرار والخسائر. تم تطوير نماذج الخسائر مع نسبة الأضرار (DR) كمتغير تابع، يتم تعريفه كنسبة الخسارة المتكبدة إلى إجمالي تكاليف الاستعادة. تم قياس عمق الغمر مباشرة، بينما تم تسجيل مدة الغمر من خلال مقابلات مع أصحاب المنازل، على الرغم من وجود تحيزات محتملة في التقييمات النوعية. تم بناء نماذج استعادة الوظائف باستخدام أساليب استعادة خطية، مع توضيح تطبيق المنهجية في الأقسام اللاحقة. يهدف هذا الإطار الشامل إلى تعزيز الفهم ونمذجة تأثيرات الفيضانات في المناطق المعرضة.
المناقشة
تقدم قسم المناقشة في الورقة البحثية تحليلًا شاملاً لنماذج ضعف الفيضانات، والخسائر، والاستعادة عبر أنواع المباني المختلفة، بما في ذلك الخرسانة المسلحة (RC)، والمباني الحجرية، والفولاذية، والهياكل شبه الدائمة، فضلاً عن الأراضي الزراعية. تصنف نماذج ضعف الفيضانات نسب الأضرار (DR) بناءً على عمق الغمر ومدة الفيضانات، مما يشير إلى أن مستويات DR من 0% إلى 5% تشير إلى تأثير تشغيلي ضئيل، بينما تشير DR التي تتجاوز 70% إلى عطل كامل وأضرار هيكلية كبيرة. تسلط النتائج الضوء على أن المباني الخرسانية المسلحة تظهر مقاومة أفضل للفيضانات مقارنة بالمباني الحجرية، التي تظهر ضعفًا أكبر، خاصة تحت عمق غمر منخفض. كما تظهر المباني الفولاذية مرونة كبيرة، حيث تؤثر الأضرار بشكل أساسي على المكونات غير الهيكلية. تُلاحظ الهياكل شبه الدائمة ل susceptibility للانهيار تحت تدفق زخم كبير.
تتوسع القسم أكثر في نماذج الخسائر، التي تقدر العواقب الاقتصادية بناءً على تقييمات الأضرار. على سبيل المثال، يمكن أن تصل الخسائر الاقتصادية للمباني الخرسانية المسلحة إلى حوالي 5,000 دولار عند DR قدره 0.5 تحت عمق غمر يبلغ 2.5 متر، بينما قد تتكبد المباني الحجرية خسائر تصل إلى 2,500 دولار في ظل ظروف DR عالية. تؤكد نماذج الاستعادة المقترحة في الدراسة على الحاجة إلى استعادة الوظائف حتى عندما تظل السلامة الهيكلية سليمة، مما يشير إلى أن الخسائر غير المباشرة يمكن أن تكون كبيرة. يتم توضيح تطبيق هذه النماذج من خلال دراسة حالة في ممر نهر مانوهارا في كاتماندو، حيث تم التحقق من صحة النماذج مقابل أحداث الفيضانات الأخيرة. يدعو المؤلفون إلى دمج هذه النماذج في تخطيط تأمين الفيضانات وممارسات البناء، بينما يدعون أيضًا إلى التعاون بين التخصصات لتعزيز فهم تأثيرات الفيضانات على البيئة المبنية. تشمل اتجاهات البحث المستقبلية تحسين نماذج الضعف للأراضي الزراعية وإدماج القوى الهيدروديناميكية في تقييمات الأضرار.
DOI: https://doi.org/10.1007/s11269-026-04500-x
Publication Date: 2026-02-01
Author(s): Vishnu Prasad Pandey et al.
Primary Topic: Flood Risk Assessment and Management
Overview
The research addresses the significant impacts of flooding, emphasizing the need for comprehensive flood vulnerability and economic loss models that account for both inundation depth and duration. Traditional univariate models, which focus solely on intensity measures, fail to capture the complexities of flood impacts, particularly in urban environments. To fill this gap, the authors developed both multivariate and univariate models for various building types, including Reinforced Concrete (RC), masonry, and steel structures, as well as for agricultural land. These models utilize actual damage data and employ response surface methodology to create bivariate models that consider the interaction between inundation depth and duration.
The findings indicate that even robust structures may experience substantial functionality and economic losses during flooding events, despite minimal physical damage. The study highlights the importance of interdisciplinary collaboration in developing reliable models for flood vulnerability and loss assessment. The proposed models can be adapted for use in other regions with similar construction practices, though caution is advised regarding inundation depth limits. Additionally, the research suggests that future studies should incorporate hydrodynamic modeling and consider various building forms and infrastructures to enhance the understanding of flood impacts on the built environment. The models developed here can inform flood insurance planning and construction practices, ultimately contributing to more resilient urban planning in flood-prone areas.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the significant impact of flooding on the built environment, particularly under the influence of climate change, which exacerbates flooding events globally. Approximately 23% of the global population is at risk of a 100-year return period flood, with the majority residing in low-to-middle income countries. The World Bank estimates that flooding incurs direct physical losses exceeding $300 billion annually, with South and Southeast Asia experiencing the most frequent and severe flooding. The lack of resilient infrastructure in these regions exacerbates damage and economic consequences, necessitating restoration efforts that further strain resources.
The paper critiques existing flood vulnerability models, which predominantly focus on qualitative assessments based on built environment characteristics, and often fail to provide quantitative loss or damage ratios. While empirical data from post-flood assessments have been instrumental in developing vulnerability models, there is a noted deficiency in addressing the multivariate aspects of flood impacts, such as flooding duration and flow velocity. The authors argue for the necessity of multivariate vulnerability and loss models that incorporate various intensity measures to better capture the complexities of flood damage. The study aims to fill this gap by developing both univariate and multivariate models for flood vulnerability, loss, and functionality restoration, specifically tailored for the Bagmati River region in Kathmandu, Nepal, thus contributing to a more comprehensive understanding of flood risk in highly vulnerable areas.
Methods
The methodological framework for assessing flood vulnerability, loss, and functionality restoration is structured around three key attributes: data, model, and application. The initial step involves formulating a taxonomy to categorize various structures and infrastructure, including reinforced concrete (RC) buildings, brick masonry buildings, steel buildings, semi-permanent buildings, agricultural land, and various types of bridges. This taxonomy is crucial for minimizing aleatoric uncertainties, as different structures respond differently to flood loading. Extensive field surveys conducted after the floods in September and October 2024 in Kathmandu Valley, a region prone to annual flooding, provided the necessary data. The surveys captured critical parameters such as inundation depth, damage extent, flooding duration, loss amount, and restoration time, resulting in a dataset comprising 26 pairs for RC and masonry buildings, 8 for steel buildings, 22 for semi-permanent structures, and 11 for agricultural land.
To analyze the collected data, bivariate flood vulnerability surfaces and univariate vulnerability curves were generated using Response Surface Method (RSM), which effectively captures the interaction between inundation depth and duration—factors that jointly influence damage and loss. Loss models were developed with the damage ratio (DR) as a dependent variable, defined as the ratio of loss incurred to total restoration costs. Inundation depth was measured directly, while inundation duration was recorded through homeowner interviews, despite potential biases in qualitative assessments. Functionality restoration models were constructed using linear restoration approaches, with the methodology’s application detailed in subsequent sections. This comprehensive framework aims to enhance understanding and modeling of flood impacts in vulnerable regions.
Discussion
The discussion section of the research paper presents a comprehensive analysis of flood vulnerability, loss, and recovery models across various building types, including reinforced concrete (RC), brick masonry, steel, and semi-permanent structures, as well as agricultural land. The flood vulnerability models categorize damage ratios (DR) based on inundation depth and duration, indicating that DR levels from 0% to 5% suggest minimal operational impact, while DR exceeding 70% signifies complete dysfunction and substantial structural damage. The findings highlight that RC buildings exhibit better resilience to flooding compared to brick masonry structures, which demonstrate higher vulnerability, particularly under low inundation depths. Steel buildings also show considerable ductility, with damage primarily affecting nonstructural components. Semi-permanent buildings are noted for their susceptibility to collapse under significant momentum flux.
The section further elaborates on loss models, which estimate economic consequences based on damage assessments. For instance, economic losses for RC buildings can reach approximately $5,000 at a DR of 0.5 under 2.5 m inundation, while brick masonry buildings may incur losses of up to $2,500 under high DR conditions. The restoration models proposed in the study emphasize the need for functionality restoration even when structural integrity remains intact, suggesting that indirect losses can be significant. The application of these models is exemplified through a case study in the Manohara River corridor in Kathmandu, where the models were validated against recent flooding events. The authors advocate for the integration of these models into flood insurance planning and construction practices, while also calling for interdisciplinary collaboration to enhance the understanding of flood impacts on the built environment. Future research directions include refining vulnerability models for agricultural land and incorporating hydrodynamic forces into damage assessments.