Expected flood damage to buildings in riverine and coastal zones

Abstract

The methodologies used to estimate flood damage to buildings are typically based on aftermath surveys and statistical analyses of insurance claims data that do not consider the direct effects of floodwater hydrodynamics. Flood parameters other than floodwater depth are frequently suggested as being important in the estimation of damages, but have not been thoroughly or systematically analyzed. This research work constitutes an original approach to model the expected flood damage to buildings located in riverine and costal zones, based on analytical representations of the failure mechanisms of individual building components. The diverse flood actions that can be generated during flooding events include: hydrostatic and hydrodynamic forces, waves, turbulent bores, debris impacts, and time-dependant local soil scour. The risk of flood damage was assessed at several locations within the watershed of Río Grande de Añasco in Puerto Rico, as a case study example. Risk indexes, such as the expected annual loss (EAL) and the probable maximum loss due to a 500-year flood (PML500), were computed at these locations. The EAL was found to range between 0.69% and 1.43%, while the PML500 varied from 18.5% to 23.3%. Likewise, at the coastal zones delimited by the Río Grande de Añasco watershed, the EAL ranged from 2.16% to 4.87%, while the PML500 varied between 33.2% and 51.6%. This research work provides a theoretical basis to estimate damage when surveyed data or insurance claims data is not available, or when the available data is insufficient or unreliable. It represents an improvement upon existing flood damage estimation methodologies. In addition, the results show how floodwater velocity can increase the flood damage outcome, and demonstrate the real need of considering floodwater hydrodynamics in the vulnerability assessment of buildings located in flood prone areas. The developed methodology could serve as a decision-making tool to assist researchers, designers, and emergency management agencies to identify zones of high risk, and to implement the necessary preventive measures and mitigation strategies to reduce the adverse impact of potential flooding events.

Las metodologías utilizadas para estimar daños a estructuras debido a inundaciones basadas típicamente en evaluaciones post eventos y análisis estadísticos de las reclamaciones a compañías de seguros, que no consideran los efectos directos de la hidrodinámica de las inundaciones. Frecuentemente otros parámetros además de la profundidad del agua son sugeridos como importantes en la estimación de daños por inundación, pero no han sido sistemáticamente analizados. Este trabajo de investigación constituye un nuevo enfoque en el modelaje de daños a estructuras localizadas en zonas aledañas a ríos y zonas costeras. Las diversas acciones que podrían generarse durante un evento de inundación incluyen: fuerzas hidrostáticas e hidrodinámicas, oleaje, corrientes turbulentas, impacto de escombros y socavación local del suelo. El riesgo de daños por inundación fue evaluado en distintas localidades dentro de la cuenca del Río Grande de Añasco en Puerto Rico, como ejemplo de aplicación. Índices de riesgo, como la pérdida esperada anual (EAL) y la pérdida máxima probable debido a un evento de recurrencia de 500 años (PML500), fueron calculados en estas localidades. Se encontró que el valor de EAL fluctuó entre 0.69% and 1.43%, mientras que el PML500 varió desde 18.5% hasta 23.3%. De igual manera, en las zonas costeras que bordean la cuenca del Río Grande de Añasco se encontró que el EAL fluctuó desde 2.16% hasta 4.87%, mientras que el PML500 varió entre 33.2% y 51.6%. La investigación actual provee una base teórica para estimar daños por inundación cuando los datos existentes son poco confiables o no están disponibles. Además, los resultados demuestran como la velocidad del agua durante una inundación puede aumentar la magnitud de los daños y exponen la necesidad de considerar la hidrodinámica de las inundaciones en los estudios de vulnerabilidad de estructuras localizadas en áreas propensas a inundaciones. La metodología desarrollada podría servir como una herramienta para asistir a investigadores, diseñadores y agencias de manejo de emergencias a identificar zonas de alto riesgo y a implementar las medidas de prevención necesarias y estrategias de mitigación para reducir el potencial impacto de un evento de inundación.