Ocena ryzyka powodziowego na poziomie adresu: strefy, prawdopodobieństwo wystąpienia i głębokość wody

Powódź rzeczna i powódź opadowa to dwa różne ryzyka

Powódź rzeczna (fluwialna) to wystąpienie cieku z brzegów. Jest w Europie ryzykiem najlepiej zmapowanym, ponieważ każde państwo członkowskie musi je modelować, i ma jasną fizykę: przepływ o zadanym okresie powrotu, poprowadzony korytem i doliną zalewową przez model hydrauliczny, daje zasięg, głębokość i prędkość przepływu wody. Powódź opadowa (pluwialna, od spływu powierzchniowego) to opad spadający szybciej, niż grunt i kanalizacja są w stanie go przyjąć, zbierający się w najniższych punktach ulicy, na której nie widać żadnej rzeki. Odpowiada za dużą część szkód wodnych w ubezpieczeniach mieszkaniowych i jest niewidoczna na mapach rzecznych, które obejmują wyłącznie modelowane cieki. Powódź błyskawiczna na małych ciekach o dużym spadku leży pomiędzy nimi i często brakuje jej na obu rodzajach map.

Rozróżnienie ma znaczenie dla oceny, ponieważ oba ryzyka mają inne dane, inną rozdzielczość i inne środki zaradcze. Powódź rzeczną pod danym adresem odczytuje się z oficjalnego poligonu albo z modelowanego rastra; podatność na powódź opadową wyprowadza się z samego terenu, komórka po komórce. Wał przeciwpowodziowy usuwa ryzyko rzeczne do wysokości swojego standardu projektowego i nie daje nic wobec wody opadowej; podniesiony próg drzwiowy pomaga przeciw obu. Oceny dostawcy, która nie mówi, które ryzyko opisuje, nie da się sprawdzić.

Mapy dyrektywy powodziowej i prawdopodobieństwo wystąpienia

Dyrektywa 2007/60/WE zobowiązała państwa członkowskie do sporządzenia wstępnej oceny ryzyka powodziowego do 22 grudnia 2011 r., map zagrożenia powodziowego i map ryzyka powodziowego do 22 grudnia 2013 r. oraz planów zarządzania ryzykiem powodziowym do 22 grudnia 2015 r., a także do przeglądu wszystkich trzech dokumentów co sześć lat. Mapy zagrożenia są wiążącą odpowiedzią państwa na pytanie „czy ten punkt jest zalewany i jak poważnie”. Art. 6 przesądza, co muszą pokazywać.

Dyrektywa 2007/60/WE, art. 4, 6, 7 i 14. Zestawy okresów powrotu różnią się w zależności od kraju; przewodniki po źródłach danych, do których linki znajdują się na końcu, wymieniają je dla każdego państwa.

Europejskie mapy JRC

Tam, gdzie kończą się mapy oficjalne, zaczyna się warstwa ogólnoeuropejska. Mapy zagrożenia powodzią rzeczną dla Europy i basenu Morza Śródziemnego Wspólnego Centrum Badawczego (Dottori i in., 2022) obejmują każdą rzekę o powierzchni zlewni powyżej 500 km² w rozdzielczości 100 m, dla okresów powrotu 10, 20, 50, 100, 200 i 500 lat, a na ograniczonych obszarach także 30 i 1 000 lat na potrzeby walidacji. Przepływy pochodzą z długookresowego przebiegu modelu hydrologicznego LISFLOOD – tego samego, który napędza Copernicus European Flood Awareness System (EFAS) – zweryfikowanego na ponad 700 wodowskazach, a zasięg zalania z dwuwymiarowego modelu hydraulicznego LISFLOOD-FP. Mapy są udostępniane na licencji CC BY 4.0.

Ich zastosowanie wyznaczają dwie cechy. Po pierwsze, są pozbawione obwałowań: autorzy podają, że mapy nie uwzględniają lokalnych budowli przeciwpowodziowych, ponieważ nie istnieją spójne dane europejskie o wałach. Po drugie, ich walidacja wobec map oficjalnych daje wskaźnik trafień około 0,65 dla zdarzenia raz na 100 lat, czyli uchwycone zostają dwie trzecie zasięgu referencyjnego, oraz krytyczny wskaźnik sukcesu około 0,35, rosnący w stronę 0,5 dla zdarzenia o okresie powrotu 500 lat. To narzędzie przesiewowe w skali regionalnej, a nie odpowiedź na poziomie adresu; przy 100 m jedna komórka to hektar, a ulica może być w jej wnętrzu mokra po jednej stronie i sucha po drugiej. Pod adresem najlepiej sprawdza się jako pozbawiony obwałowań odpowiednik oficjalnej mapy uwzględniającej budowle oraz jako jedyna warstwa na odcinkach, których państwo nie zmapowało.

Przynależność do strefy a głębokość wody – dlaczego oceny dla całych obszarów zawodzą

Fakt, że budynek znajduje się wewnątrz poligonu Q100, a fakt, że woda przy powodzi stuletniej sięga w tym miejscu 0,75 m, to dwie różne informacje, a tylko ta druga pozwala na wycenę strat. Oficjalne mapy często zawierają głębokość jako atrybut, ale wiele z nich publikuje tylko zasięgi. Głębokość można wówczas oszacować na podstawie zasięgu i numerycznego modelu terenu za pomocą narzędzia Floodwater Depth Estimation Tool (FwDET, Cohen i in., 2018): granica poligonu jest traktowana jako linia brzegowa o zerowej głębokości, wzdłuż niej próbkowana jest wysokość terenu, na tej podstawie interpolowana jest rzędna zwierciadła wody dla całego wnętrza poligonu, a na koniec odejmowana jest wysokość terenu. Przy wykorzystaniu numerycznego modelu terenu z LiDAR o rozdzielczości 1 m błąd dla powodzi rzecznych wynosi zazwyczaj kilkadziesiąt centymetrów; przy globalnym modelu terenu o rozdzielczości 30 m jest on znacznie większy.

Głębokość jest też miejscem, w którym do rachunku wchodzi sam budynek. Rastry mierzą wodę ponad terenem; szkoda zaczyna się na poziomie posadzki. Parter budynku mieszkalnego leży zwykle 0,30 do 0,45 m nad poziomem gruntu, dlatego jeden z silników odejmuje 0,25 m, zanim odczyta krzywą strat powodziowych, a mieszkanie na wyższej kondygnacji całkowicie wypada ze szkody powodziowej od rzeki. Dlatego ocena oparta wyłącznie na przynależności do strefy zawyża połowę budynków w dolinie zalewowej i nie odróżnia domu parterowego od mieszkania na trzecim piętrze. Całkowanie od głębokości do pieniędzy pokazuje krok po kroku poradnik o średniej rocznej szkodzie.

Ocena powodziowa dla gminy albo kodu pocztowego idzie jeszcze dalej w złym kierunku: uśrednia teren suchy i mokry do jednej liczby, która jest błędna dla niemal każdego budynku w jej zasięgu. Doliny zalewowe mają najwyżej kilkaset metrów szerokości; wieś nad rzeką ma domy w zasięgu Q10, domy na wyższej terasie i domy na zboczu, a ocena dla powiatu nie opisuje żadnego z nich. To samo dotyczy wody opadowej wewnątrz kwartału miejskiego. W dwóch symulacjach hydrodynamicznych o rozdzielczości 5 m, obejmujących 1 494 adresy na parterze, woda sięgnęła poziomu posadzki w ogóle tylko przy 3 do 5% adresów, a oczekiwana stopa szkody rosła wraz z oceną podatności dzielnicy jedynie słabo; podatność wskazywała mokre dzielnice, ale to, czy woda weszła do konkretnego budynku, zależało od mikrotopografii w skali 5 m.

Rozdzielczość jest więc pierwszym pytaniem o każdą ocenę. Oficjalny zasięg wykreślony w skali roboczej 1:10 000, raster głębokości o oczku 5 do 30 m i model terenu 1 m pozwalają odróżnić dwa sąsiadujące domy; europejski raster 100 m ani agregat dla powiatu – nie. Drugim pytaniem jest budynek: wysokość posadzki, kondygnacja, obecność piwnicy. Ocena, która tego nie odczytuje, nie oddzieli sklepu na parterze od biur nad nim, a te dwie polisy niosą zupełnie różne oczekiwane szkody.

Podatność na powódź opadową na podstawie charakterystyki terenu

Ryzyko powodzi opadowej nie ma pod większością adresów oficjalnego poligonu, więc modeluje się je z terenu. Fizycznie ugruntowanym skrótem jest wysokość nad najbliższym drenażem (HAND, Nobre i in., 2011): pionowa odległość komórki od najbliższego punktu sieci drenażu, która normalizuje rzeźbę terenu względem lokalnego zwierciadła wody i oddziela teren niski, płaski i źle odwadniany od całej reszty. Jedna z krajowych złożonych ocen podatności łączy HAND z czterema innymi deskryptorami terenu w komórce 20 do 30 m, a następnie wzmacnia wynik dla powierzchni uszczelnionych.

Wagi z metody oceny Bytero Shield. Tam, gdzie miasto dysponuje dwuwymiarową symulacją hydrodynamiczną o rozdzielczości 5 m (SFINCS), ocenę podatności zastępują głębokość i prędkość przepływu wody dla poszczególnych okresów powrotu.

Jak powstaje ocena punktowa i klasa ryzyka

Współistnieją dwie reprezentacje. Ocena zagrożenia w skali 0 do 100 porządkuje adresy według najkrótszego okresu powrotu, przy którym są jeszcze zalewane; strefa sprowadza ten sam materiał dowodowy do kilku klas, na których mogą opierać się reguły underwritingu. Jeden z opublikowanych zestawów reguł wyprowadza ocenę jako 100 − (ln(T/5) / ln(1000/5)) × 80 z minimalnego okresu powrotu zalewania T, a strefę z czterech warstw (rzeka z obwałowaniami, rzeka bez obwałowań, woda opadowa oraz warstwa maksymalnego wiarygodnego zdarzenia oparta na szkodach), przyjmując najwyższą strefę, na jaką wskazuje którakolwiek warstwa, i raportując, która warstwa zdecydowała oraz których warstw brakowało.

Krzywa oceny, klasy i progi stref z metody oceny Bytero Shield. Konwencje stref stosowane przez ubezpieczycieli w regionie również opierają przynależność na okresie powrotu, a głębokość traktują wyłącznie jako modyfikator.

Budowle przeciwpowodziowe: z obwałowaniami, bez obwałowań i standard ochrony

Wał przeciwpowodziowy nie usuwa zagrożenia; przesuwa je na rzadsze okresy powrotu i dokłada scenariusz przerwania. Oficjalne mapy z dyrektywy powodziowej powstają z uwzględnieniem istniejących budowli, są więc obrazem z obwałowaniami; mapy JRC nie modelują żadnych budowli i są obrazem bez obwałowań. Tam, gdzie oba obrazy się rozchodzą – sucho na mapie oficjalnej, mokro w modelu bez obwałowań – najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem jest budowla przeciwpowodziowa, i jedna z reguł przesiewowych oznacza taki adres jako „prawdopodobnie za obwałowaniem” z niską pewnością, schodząc do przybliżenia terenowego (wysokość nad najbliższym drenażem 2,0 m lub mniej przy jednoczesnym braku zalania na mapie oficjalnej) tam, gdzie nie wczytano rastra bez obwałowań. To przesiew, a nie hydrauliczna para „z obwałowaniami – bez obwałowań”, i tak należy go przedstawiać.

Sam standard projektowy pochodzi z bazy FLOPROS (Scussolini i in., 2016), globalnej bazy standardów ochrony przeciwpowodziowej wyrażonych jako okresy powrotu, zbudowanej z trzech warstw (dane projektowe istniejących budowli, wymagania polityk publicznych i oszacowanie modelowe) scalonych w najlepsze oszacowanie dla każdej jednostki administracyjnej niższego szczebla. Etykieta w rodzaju „chronione mniej więcej do 1 na 100 lat” mówi underwriterowi, że zdarzenia do Q100 są zatrzymywane, a ryzykiem rezydualnym pozostaje ogon rozkładu plus przerwanie wału – dokładnie taki kształt pokazuje przykład liczbowy w poradniku o średniej rocznej szkodzie: usunięcie zakresu od Q10 do Q100 dla domu w dolinie zalewowej obniżyło jego surową oczekiwaną szkodę o 77% i pozostawiło nienaruszone wkłady Q200 i Q500.

O co ubezpieczyciel powinien zapytać dostawcę danych powodziowych

Dziesięć pytań, które oddzielają produkt na poziomie adresu od przemianowanej mapy powiatowej.

• Które ryzyko? Powódź rzeczna, opadowa, błyskawiczna czy sztormowa od strony morza – oceniane osobno – i które z nich decyduje o wartości głównej.
• Jakie źródło i z którego rocznika? Oficjalny cykl dyrektywy powodziowej (2013, 2019 lub 2025), warstwa JRC 100 m albo własny model hydrauliczny dostawcy – dla każdego okresu powrotu.
• Jaka rozdzielczość dociera do adresu? Skala zasięgu, siatka głębokości (5, 20, 30 lub 100 m) oraz model terenu stojący za głębokością (LiDAR 1 m albo model globalny 30 m).
• Głębokość czy przynależność? Czy wynik niesie głębokość wody dla każdego okresu powrotu w danych współrzędnych, czy tylko informację, który poligon je zawiera.
• Z obwałowaniami czy bez? Który scenariusz reprezentuje każda warstwa i jaki standard ochrony zastosowano, wraz z jego pochodzeniem.
• Gdzie do rachunku wchodzi budynek? Próg posadzki, kondygnacja, piwnica, sposób użytkowania; czy mieszkanie na wyższej kondygnacji jest oceniane inaczej niż parter pod nim.
• Co dzieje się na odcinkach bez map? Czy „brak danych” jest zwracany jako taki, czy po cichu oceniany jako zero.
• Jak zbudowana jest ocena? Wzór prowadzący od okresu powrotu i głębokości do oceny, klasy i strefy oraz progi – na piśmie.
• Jak została zwalidowana? Wobec szkód, znaków wielkiej wody albo map oficjalnych, ze wskaźnikiem trafień i wskaźnikiem fałszywych alarmów, a nie referencją klienta.
• Co jest wersjonowane? Identyfikator modelu przy każdej odpowiedzi, tak aby ocenę dało się odtworzyć po tym, jak kolejny cykl map zmieni wynik.

W praktyce

Ocena na poziomie adresu to łańcuch: oficjalne zasięgi, ich odpowiednik bez obwałowań, głębokość dla każdego okresu powrotu na dokładnym modelu terenu, warstwa wody opadowej, własna posadzka i kondygnacja budynku oraz spisana reguła, która zamienia to wszystko w ocenę, strefę i etykietę pewności. Bytero realizuje ten łańcuch dla pojedynczego adresu i obok oceny zwraca okresy powrotu, głębokości, warstwę decydującą oraz wynik przesiewu obwałowań – w Bytero Shield; dostępność dla poszczególnych rynków podaje strona zasięgu. Publiczne dane stojące za mapami poszczególnych państw są zinwentaryzowane w poradnikach o źródłach danych, do których odsyłamy poniżej.

Pytania