INTEGRATED FLOOD RISK MANAGEMENT GESTION INTÉGRÉE DU RISQUE DE CRUE

INTEGRATED FLOOD RISK MANAGEMENT GESTION INTÉGRÉE DU RISQUE DE CRUE Bulletin 156 156 INTEGRATED FLOOD RISK MANAGEMENT GESTION INTÉGRÉE DU RISQUE DE CRUE 2014

Cover/Couverture : Photo : From a watercolor of Almansa Dam (Spain) in operation since the XIVth century. Photo : D après une aquarelle du Barrage de Almansa (Espagne), en service depuis le XIV e siècle. AVERTISSEMENT EXONÉRATION DE RESPONSABILITÉ : Les informations, analyses et conclusions contenues dans cet ouvrage n ont pas force de Loi et ne doivent pas être considérées comme un substitut aux réglementations officielles imposées par la Loi. Elles sont uniquement destinées à un public de Professionnels Avertis, seuls aptes à en apprécier et à en déterminer la valeur et la portée. Malgré tout le soin apporté à la rédaction de cet ouvrage, compte tenu de l évolution des techniques et de la science, nous ne pouvons en garantir l exhaustivité. Nous déclinons expressément toute responsabilité quant à l interprétation et l application éventuelles (y compris les dommages éventuels en résultant ou liés) du contenu de cet ouvrage. En poursuivant la lecture de cet ouvrage, vous acceptez de façon expresse cette condition. NOTICE DISCLAIMER: The information, analyses and conclusions in this document have no legal force and must not be considered as substituting for legally-enforceable official regulations. They are intended for the use of experienced professionals who are alone equipped to judge their pertinence and applicability. This document has been drafted with the greatest care but, in view of the pace of change in science and technology, we cannot guarantee that it covers all aspects of the topics discussed. We decline all responsibility whatsoever for how the information herein is interpreted and used and will accept no liability for any loss or damage arising therefrom. Do not read on unless you accept this disclaimer without reservation. Original text in English French translation by Patrick Le Delliou (France) Layout by Nathalie Schauner Texte original en anglais Traduction en français par Patrick Le Delliou (France) Mise en page par Nathalie Schauner

INTEGRATED FLOOD RISK MANAGEMENT GESTION INTÉGRÉE DU RISQUE DE CRUE Commission Internationale des Grands Barrages - 61, avenue Kléber, 75116 Paris Tél. : (33-1) 47 04 17 80 - Fax : (33-1) 53 75 18 22 E-mail : secretaire.general@icold-cigb.org Site : www.icold-cigb.net 1

COMMITTEE ON DAMS AND FLOODS COMMITTEE (IN 2011) COMITÉ SUR DES BARRAGES ET DES CRUES (EN 2011) Chairman/Président Canada Vice Chairman/Vice Président Spain/Espagne Members/Membres Australia/Australie Brazil/Brésil China/Chine Colombia/Colombie Czech Rep./Rép. Tchèque Dominican Rep./Rép. Dominicaine France Germany/Allemagne India/Inde Iran Ireland/Irlande Italy/Italie Japan/Japon Korea/Corée Netherlands/Pays Bas Norway/Norvège Pakistan Romania/Roumanie Russia/Russie Sweden/Suède Switzerland/Suisse Turkey/Turquie United Kingdom/Royaume Uni United States C. GUILLAUD L. BERGA R. NATHAN D. ZNAMENSKY C. YANG C. OSPINA R. KUCERA J. ARMENTEROS D. ROULT A. SCHUMANN M. FADAEIFARD B. O MAHONY G. GALEATI M. KASHIWAYANAGI J. KIM J. VAN DUIVENDIJK M. JOHNSRUD I. B. SHAIKH O. GABOR A. ASARIN R. LIDEN B. JOOS M. AIREY R. E. SWAIN 2

SOMMAIRE CONTENTS 1. INTRODUCTION 2. IMPORTANCES DES CRUES 3. IMPACTS DES CRUES 4. PRATIQUE DE LA GESTION INTÉGRÉE DU RISQUE INONDATION 5. CONCLUSIONS 6. RÉFÉRENCES 1. INTRODUCTION 2. FLOOD MAGNITUDES 3. FLOOD IMPACTS 4. PRACTICE OF INTEGRATED FLOOD RISK MANAGEMENT 5. CONCLUSIONS 6. REFERENCES 3

TABLE DES MATIÈRES 1. INTRODUCTION... 16 2. IMPORTANCES DES CRUES... 22 2.1. Exemples d importance de crues... 22 2.1.1. Les plus grandes crues à travers le monde... 22 2.1.2. Importance des crues de certains fleuves... 24 2.2. Caractéristiques des crues... 24 2.3. Éléments d appréciation de la crue de projet... 30 2.3.1. Sources de données... 32 2.3.2. Limites d extrapolation... 34 2.4. Méthodes d analyses... 34 2.4.1. Analyse fréquentielle des crues... 36 2.4.2. Modélisation pluie-débit... 42 2.4.3. Calcul de la crue maximale probable... 44 2.5. Évaluation des marges d incertitude... 46 2.6. Crues et changement climatique... 52 3. IMPACTS DES CRUES... 58 3.1. Dommages causés par les crues et effets bénéfiques des crues... 58 3.2. Dommages physiques... 58 3.2.1. Ampleur de l inondation... 58 3.2.2. Type et nature des dommages... 70 3.2.3. Étendue des dommages physiques... 70 3.2.4. Paramètres et courbes des dommages... 80 3.3. Crues et occupation des sols... 88 3.4. Niveau de protection... 94 3.4.1. Méthode classique d établissement de normes de protection contre les crues... 94 3.4.2. Méthode de gestion des crues basée sur les risques... 98 3.5. Impact des crues sur les processus naturels... 98 3.6. Analyse économique coûts/bénéfices d un projet de maîtrise des crues 102 3.6.1. Calcul des dommages annuels moyens sans projet de protection contre les crues... 102 3.6.2. Calcul des dommages annuels moyens avec un projet de protection contre les crues... 102 3.6.3. Analyse Coûts/Bénéfices... 104 4

TABLE OF CONTENTS 1. INTRODUCTION... 17 2. FLOOD MAGNITUDES... 23 2.1. Examples of flood magnitudes... 23 2.1.1. World s maximum floods... 23 2.1.2. Flood magnitudes for selected rivers... 25 2.2. Flood characterisation... 25 2.3. Design flood considerations... 31 2.3.1. Data sources... 33 2.3.2. Limits on Extrapolation... 35 2.4. Analysis methods... 35 2.4.1. Flood frequency analysis... 37 2.4.2. Rainfall-runoff modeling... 43 2.4.3. Probable maximum flood development... 45 2.5. Evaluating uncertainty margins... 47 2.6. Floods and climate change... 53 3. FLOOD IMPACTS... 59 3.1. Flood damages and flood benefits... 59 3.2. Physical damages... 59 3.2.1. Magnitude of flooding... 59 3.2.2. Type and nature of damages... 71 3.2.3. Extent of physical damage... 71 3.2.4. Damage parameters and damage curves... 81 3.3. Floods and land use... 89 3.4. Degree of protection... 95 3.4.1. The traditional approach of establishing a set of standards for flood protection... 95 3.4.2. The risk based approach to flood management... 99 3.5. Flood impact on natural processes... 99 3.6. Economic analysis of benefits and cost of a flood protection project... 103 3.6.1. Calculation of the average annual damage without flood protection project... 103 3.6.2. Calculation of the average annual damage with a flood protection project 3.6.3. Benefit Cost Analysis... 105 5

4. PRATIQUE DE LA GESTION INTÉGRÉE DU RISQUE INONDATION... 116 4.1. Nouveaux défis pour la gestion des crues... 114 4.2. Présentation de la gestion du risque... 116 4.2.1. Concept... 116 4.2.2. Approche pragmatique et équilibrée... 120 4.2.3. Nature du risque... 124 4.3. Approche par étapes... 126 4.3.1. 1 re étape : Identification des limites du système et des acteurs clés 126 4.3.1.1. Limites géographiques de la gestion des crues... 128 4.3.1.2. Acteurs clés du processus participatif... 130 4.3.1.3. Niveau de détail sur lequel la GIRI doit être fondée... 132 4.3.2. 2 e étape : Études préparatoires... 134 4.3.2.1. Évaluation des caractéristiques des crues... 136 4.3.2.2. Cartographie des inondations... 136 4.3.2.3. Études socio-économiques... 138 4.3.2.4. Études environnementales... 140 4.3.3. 3 e étape : Identification des mesures d atténuation des crues... 142 4.3.3.1. Méthodes structurelles... 144 4.3.3.2. Méthodes non structurelles... 148 4.3.3.3. Étude d impact environnemental et social et débits réservés... 152 4.3.4. 4 e étape : Analyse des risques et évaluation économique... 154 4.3.4.1. Choix des critères de risque... 156 4.3.4.2. Évaluation économique basée sur l analyse du risque.. 158 4.3.5. 5 e étape : Gestion des risques et formulation de la stratégie... 160 4.3.5.1. Cycle de gestion des risques... 162 4.3.5.2. Formulation de la stratégie GIRI... 164 5. CONCLUSIONS... 170 6. RÉFÉRENCES... 174 ANNEXES... 190 6

4. PRACTICE OF INTEGRATED FLOOD RISK MANAGEMENT... 115 4.1. New challenges in flood management... 115 4.2. Introducing risk management... 117 4.2.1. Concept... 117 4.2.2. Pragmatic and balanced approach... 121 4.2.3. Nature of risk... 125 4.3. Step-wise approach... 127 4.3.1. 1st Step: Identifying system boundaries and key players... 127 4.3.1.1. Geographical boundaries for flood management... 129 4.3.1.2. Key players for the participatory process... 131 4.3.1.3. Degree of detail on which the IFRM should be based.. 133 4.3.2. 2nd Step: Preparatory studies... 135 4.3.2.1. Assessment of flood characteristics... 137 4.3.2.2. Flood inundation mapping... 137 4.3.2.3. Socio-economic studies... 139 4.3.2.4. Environmental studies... 141 4.3.3. 3rd step: Identifying flood mitigation measures... 143 4.3.3.1. Structural methods... 145 4.3.3.2. Non-structural methods... 149 4.3.3.3. Environmental and social impact assessment and environmental flows... 153 4.3.4. 4th Step: Risk analysis and economic assessment... 155 4.3.4.1. Choice of risk criteria... 157 4.3.4.2. Economic assessments based on risk analysis... 159 4.3.5. 5th Step: Risk management and strategy formulation... 161 4.3.5.1. Risk management cycle... 163 4.3.5.2. Formulation of IFRM strategy... 165 5. CONCLUSIONS... 171 6. REFERENCES... 174 APPENDIX... 191 7

FIGURES / ENCADRÉS / TABLEAUX / ÉTUDES DE CAS Fig. 1 Variation de débit en fonction du bassin versant pour les plus grandes crues mondiales (Herschy, 2003) Fig. 2 Caractéristiques des catégories de crues en fonction de la période de retour en années (Nathan et Weinmann, 2001) Fig. 3 Exemple d application de la méthode EMA pour une analyse fréquentielle des débits moyens annuels sur un maximum de 3 jours (National Research Council, 1999) Fig. 4 Fréquences des débits de pointe annuels à l entrée du barrage de Pathfinder Dam, Wyoming, données par le meilleur ajustement de la loi distribution LP-III obtenu à l aide de FLDFRQ3 (Angleterre, 2003) Fig. 5 Exemple de courbe de fréquences des débits sortants d un barrage avec intervalle de confiance (Mittiga et coll. 2007) Fig. 6 Courbes de non-dépassement du volume de crue et du volume débordé du fleuve Sebou au Maroc voir également Encadré 3 (NEDECO, 1975) Fig. 7 Quatre crues de tailles différentes des oueds Ouerrha et Sebou, Maroc (NEDECO 1973) Fig. 8 Courbe de dépassement des niveaux d eau annuels maxi au droit de la ville de Paraná, fleuve Paraná, Argentine voir également Encadré 3 (Motor Columbus, 1979) Fig. 9 Subdivision des dommages causés par les inondations (Parker, 2001) Fig. 10 Courbes débits-dommages pour différentes catégories inondable de Mfolozi, Afrique du Sud valeurs de 1995 (Viljoen et coll. 2000). Fig. 11 Taux de mortalité dus aux grandes crues relevés dans la base de données de l observatoire des crues de Dartmouth Fig. 12 Courbe de dommage pour le paramètre d inondation sélectionné «volume de débordement» Fig. 13 Courbes de dépassement du volume débordé restant après introduction de solutions de protection contre les crues Fig. 14 Concept de risque (Grünewald, 2003) Fig. 15 Facteurs déterminants de l impact des crues Fig. 16 Équilibre entre investissements en infrastructures et mesures de gestion (Grey and Sadoff, 2007) Fig. 17 La GIRI est étroitement liée à la GIRE et à l aménagement du territoire Fig. 18 Cadre organisationnel normal lié à la gestion de l eau et des crues Fig. 19 Cycle de gestion des risques pour GIRI. Modifié après le rapport de l UNESCO (2006) Encadré 1 Encadré 2 Encadré 3 Encadré 4 Encadré 5 Encadré 6 Choix d un paramètre d inondation Relation entre une crue et l inondation qu elle provoque Courbes de dépassement pour le paramètre d inondation retenu Distinction entre coûts économiques et coûts financiers Dommages dus à l inondation causée par l ouragan Katrina à La Nouvelle-Orléans Application de paramètres de dommages dans différents pays 8

FIGURES / BOXES / TABLES / CASE STUDIES Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4 Fig. 5 Fig. 6 Fig. 7 Fig. 8 Variation in discharge with catchment area for the world s maximum floods (after Herschy, 2003) Characteristics of notional floods as a function of annual exceedance probability (AEP); (Nathan and Weinmann, 2001) Example application of EMA for American River annual maximum 3-day mean discharge frequency analysis (National Research Council, 1999) Annual peak-discharge frequency inflows to Pathfinder Dam, Wyoming, from best-fitting LP-III distribution using FLDFRQ3 (England, 2003) Example outflow frequency curves from a dam with confidence limits (Mittiga et al., 2007) Non-exceedance curve for flood and overspill volumes for the river Lower Sebou in Morocco - See also Box 3 (NEDECO, 1975) Four different size floods originating from the rivers Ouerrha and Sebou, Morocco (NEDECO 1973) Exceedance curve of the highest annual water levels at the city of Parana, River Parana, Argentina - See also Box 3 (Motor Columbus, 1979) Fig. 9 Subdivision of flood damages (Parker, 2001) Fig. 10 Stage damage curves for different infrastructure categories in the Mfolozi flood plain, South Africa -1995 values (Viljoen et al., 2000) Fig. 11 Fatality rates for large flood events from the Dartmouth Flood Observatory database Fig. 12 Damage curve for the selected inundation parameter overspill volume Fig. 13 Exceedance curves for remaining bank overspill after introduction of alternative options for flood protection Fig. 14 Risk Concept (Grünewald, 2003) Fig. 15 Determining factors for flood impact Fig. 16 Balancing investment in water infrastructure and management (Grey and Sadoff, 2007) Fig. 17 IFRM is closely linked to IWRM and land management Fig. 18 The normal organisational framework related to water and flood management Fig. 19 Risk management cycle for IFRM. Modified after (UNESCO, 2006) Box 1 Box 2 Box 3 Box 4 Box 5 Box 6 Selection of an inundation parameter The Relationship between a Flood and the Inundation it causes Exceedance curves for the selected inundation parameter Distinction between financial and economic costs Damage caused in New Orleans (USA) by flooding due to Hurricane Katrina Application of damage parameters in various countries 9

Tableau 1 Exemple d importance des crues Tableau 2 Types de données et plages d extrapolation pour l analyse fréquentielle des crues (Bureau of Reclamation, 1999) Tableau 3 Degrés approximatifs de fiabilité en fonction de l intervalle de confiance Tableau 4 Type et nature des dommages causés par les crues Tableau 5 Répartition des dommages en pourcentage du total des dommages causés par des crues Tableau 6 Changements de la nature des dégâts avec la société (Petraschek, 2001) Tableau 7 Taux de mortalité indicatifs recommandés dans le cas d inondation naturelle adaptés du rapport de Graham (1999) par Hill et coll. (2007) Tableau 8 Produit intérieur brut et densité de population au km² Tableau 9 Tableau 10 Tableau 11 Tableau 12 Tableau 13 Terres arables par habitant Périodes de retour du niveau d eau maxi des crues utilisées pour la conception d ouvrages de protection contre les crues dans différents pays Calcul des avantages annuels moyens (= Dommages annuels moyens évités) Évaluation économique de la protection contre les crues au moyen d un débit fluvial augmenté à 3 000 m 3 /s (tous les chiffres sont en milliers de USD, sauf le rapport B/C) Évaluation économique de la protection contre les crues au moyen d un débit fluvial augmenté à 5 000 m 3 /s (tous les chiffres sont en milliers de USD, sauf le rapport B/C) Étude de cas 1 Contrôle de crue intégré en république Tchèque en mars 2006 Étude de cas 2 La rivière Katakami au Japon Étude de cas 3 Le barrage d Al Wahda au Maroc Étude de cas 4 Exploitation coordonnée de retenues en vue de limitation du débit de pointe (Valais, Suisse) Étude de cas 5 Étude de cas : expérience de la crue extrême en août 2002 en Saxe Attentes et réalité concernant le rôle des barrages dans le contrôle des crues 10

Table 1 Table 2 Table 3 Example of order of magnitude of floods Data types and extrapolation ranges for flood frequency analysis (Bureau of Reclamation, 1999) Approximate Reliabilities as a Function of Confidence Limit Table 4 Type and nature of damages due to floods Table 5 Distribution of damages as a percentage of total damages caused by a certain flood (or by the average flood) Table 6 Nature of Damage Changes with Society (Petraschek, 2001) Table 7 Recommended indicative fatality rates for natural flooding adapted from (Graham 1999) by Hill et al. (2007)) Table 8 Gross Domestic Product and Population Density per Square Kilometre Table 9 Table 10 Arable Land Availability per Capita Return periods of peak water levels / floods used for design of flood protection works in various countries Table 11 Table 12 Table 13 Calculation of average annual benefits (= AAD avoided) Economic evaluation of flood protection by means of an increased river discharge of 3000 m 3 /s (all figures in US$ 000, except for B/C ratio) Economic evaluation of flood protection by means of an increased discharge of 5000 m 3 /s (all figures in US$ 000, except for B/C ratio) Case Study 1 Integrated Flood Control in the Czech Republic in March 2006 Case Study 2 The Katakami River in Japan Case Study 3 The Al Wahda Dam in Morocco Case Study 4 Reservoir in operations Case Study 5 Experience of the extreme flood in August 2002 in Saxony Expectations and reality about the role of dams for flood control 11

PRÉAMBULE Les crues comptent parmi les catastrophes naturelles les plus dévastatrices et les civilisations humaines ont toujours utilisé les moyens les plus efficaces mis à leur disposition pour protéger leurs vies et leurs infrastructures contre celles-ci. Les barrages et les grands ouvrages hydrauliques font partie des moyens les plus efficaces adoptés pour se protéger contre ces catastrophes ; au cours du siècle dernier, les techniques de construction de ces ouvrages ont considérablement évolué, conduisant à une augmentation de leur taille et de leur efficacité. Depuis sa fondation en 1928, la Commission Internationale des Grands Barrages (CIGB) est à la pointe du progrès en matière de technologie de barrage grâce à la coopération et aux échanges internationaux. Un comité spécifique CIGB a été mis en place pour discuter de l'expérience internationale et des progrès dans les techniques de lutte contre les crues où les barrages jouent un rôle essentiel et pour promouvoir l état de l art dans ce domaine. A ce jour, le travail de ce comité a été publié dans deux bulletins, notamment «Barrages et crues Recommandations et historique» publié en 2003 et «Rôle des barrages dans l atténuation des crues» publié en 2006. Ces études montrent que les pratiques et les principes d utilisation des barrages comme moyen de protection contre les crues ont évolué au fil du temps et plus spécialement au cours du siècle dernier. Une première tendance consistait à construire des structures plus grandes et plus efficaces, ce qui supposait implicitement que toutes les parties concernées partageaient le même enthousiasme pour la maîtrise des grandes crues, en ignorant les effets bénéfiques naturels des crues «normales». Toutefois, la technologie humaine apprend rapidement de ses expériences et une approche plus holistique de la mise en œuvre des barrages et de la protection contre les crues est apparue à la fin du 20 e siècle. La conception et l exploitation des barrages sont désormais placées dans le contexte plus large de la Gestion Intégrée des Ressources en Eau. La «Gestion Intégrée du Risque Inondation» est une application particulière de la Gestion des Ressources en Eau et elle constitue actuellement le cadre adopté pour la maitrise des crues. Ce concept est relativement récent et est actuellement connu surtout à travers une littérature abondante et quelques applications, principalement dans les pays développés. La mise en œuvre transfrontière de ce concept sur des bassins internationaux dans des pays moins développés est en cours sous la direction de grandes agences internationales. Ce concept conduira en dernier ressort à des systèmes de protection contre les crues plus efficaces et plus largement acceptés ; toutefois, son application est plus lourde à gérer que la méthode «économico-technocratique» traditionnelle, car elle exige une réelle implication de toutes les parties prenantes concernées et un accord final obtenu grâce à des négociations menées de bonne foi. L expérience montre que ce processus est souvent ralenti par l incapacité de certaines parties prenantes à abandonner certains de leurs privilèges ou par l introduction de certaines parties extérieures qui ne sont pas vraiment concernées par le projet ou par les avantages globaux pour le pays ou la collectivité. Ce processus requiert d importantes compétences diplomatiques et organisationnelles de la part du chef de projet pour surmonter un grand nombre de difficultés imprévues. 12

FOREWORD Floods are amongst the worst devastating natural disasters and human civilizations have always applied the most efficient means at their disposal to protect their lives and infrastructures against them. Dams and large hydraulic works are amongst the most efficient means adopted for protection against these disasters and, during the past century, the technology for the construction of these structures has evolved considerably, making them ever larger and more efficient. Since its foundation, in 1928, ICOLD has been at the forefront of the progress in dam technology through international cooperation and exchanges. A specific ICOLD committee has been set up to discuss international experience and advances in the technology of flood protection where dams play a key role and to promote stat- ofthe-art practices in this field. As of now, the work of this committee has been reported in two bulletins, namely Dams and Floods Guidelines and Case Histories published in 2003 and Role of Dams in Flood Mitigation, published in 2006. These reviews show that the practice and philosophy of the use of dams for flood protection have evolved over time, and more specifically during the past century. In an initial trend, the tendency was for larger and more efficient structures, implicitly assuming that all the concerned parties shared the same enthusiasm in controlling large floods and overlooking the benefits naturally provided by normal floods. However, human technology quickly learns from its experiences and a more holistic approach to dam implementation and flood protection has emerged during the end of the last century, and dam design and operation are now viewed in the wider context of Integrated Water Resources Management. Integrated Flood Risk Management is a specific application of Water Resources Management, and it presently constitutes the framework adopted for flood control. This concept is relatively recent, and is presently known mostly through an abundant literature and through some implementations, mainly in developed countries. Transboundary implementation of this concept over international watersheds in less developed countries is presently underway under the direction of large international agencies. This concept will ultimately lead to more efficient and more widely accepted flood protection systems; however, its application is more cumbersome that the traditional economico-technocratic approach, as it requires a genuine involvement of all concerned stakeholders and a final agreement between all of them through good faith negotiation. Experience shows that this process is frequently slowed down due to the inability of some stakeholders to give up some of their privileges or by the introduction of some outside parties not really concerned by the project or the overall benefits to the country or the community. This process requires significant diplomatic and organizational skills on the part of the project leader in order to overcome a host of unexpected difficulties. 13

Néanmoins, la «Gestion Intégrée du Risque Inondation» est maintenant adoptée d une manière générale pour des projets dans lesquels la protection contre les crues est un élément important. Le but de ce bulletin est de souligner les grands principes de cette méthode et de donner des conseils aux personnes chargées sur le plan technique ou administratif de la gestion des crues et de leur maîtrise. Sans donner de préférence à l une ou l autre des méthodes, ce bulletin a pour but de décrire les connaissances fondamentales nécessaires à la gestion des crues selon l état actuel de la technique et d aider à choisir la conception et la stratégie de mise en œuvre les plus appropriées en fonction des caractéristiques du bassin. Ce bulletin actualise également certains outils techniques utilisés dans la gestion des crues et présentés dans de précédents bulletins de la CIGB. La préparation de ce bulletin n'a été possible que grâce à la collaboration sincère et enthousiaste de chacun des 26 membres de ce comité qui ont partagé leur expérience et leur temps pour rendre ce bulletin aussi utile et instructif que possible. Tout au long de cette expérience, mon rôle a ressemblé à celui de «chef» d un grand d orchestre. Je remercie encore vivement tous ces contributeurs pour leur précieuse collaboration. CHRISTIAN GUILLAUD Président du Comité des barrages et des crues 14

Nevertheless, Integrated Flood Risk Management is now generally adopted for projects where flood protection is a significant component, and it is the purpose of this bulletin to outline the main principles of this approach and provide guidance to people assigned technically or managerially with the task of flood management and control. Without giving preference for any method, this bulletin aims to describe the fundamental knowledge needed for flood management according to the current state-of-the art and to provide help in selecting the most appropriate design and implementation strategy, based on basin-specific characteristics. This bulletin also updates some of the technical tools applied in flood management, which had been presented in earlier ICOLD bulletins. The preparation of this bulletin was only possible thanks to the genuine and enthusiastic collaboration of each of the 26 members of this committee, who shared their experience and their time to make this bulletin as useful and instructive as possible. All along this experience, my role was similar to the one of a Conductor in a large orchestra. Once CHRISTIAN GUILLAUD Chairman, Committee on Dams and Floods 15

1. INTRODUCTION Les crues constituent l un des risques naturels les plus dévastateurs en termes de dommages physiques et de pertes en vies humaines (CIGB, 2006) ; et au cours des dernières décennies, l intensité et la gravité de l ensemble des risques naturels, notamment les crues, a eu tendance à augmenter de façon alarmante. La raison principale en est la croissance rapide de la population et des richesses dans la plupart des pays, avec comme conséquence, une augmentation des dégâts et des accidents corporels causés par les crues à cause de la concentration de populations et d infrastructures dans les plaines inondables. Certains des outils les plus efficaces dont on dispose pour maitriser les crues sont les ouvrages de génie civil comme les barrages, les digues et les canaux, qui sont des mesures structurelles. Les barrages permettent de stocker le surplus d eau et de réguler le débit naturel des rivières ; les digues protègent les zones les plus basses ; et les canaux détournent le surplus d eau des zones sensibles. Cependant, par définition, les crues fortes ou extrêmes sont rares, par conséquent les ouvrages de protection ne sont pas souvent utilisés. Ces ouvrages doivent être conçus de manière à ce que, dans des conditions normales, ils puissent servir à d autres fins et interférer aussi peu que possible avec d autres activités humaines et d autres processus naturels. Les mesures structurelles ne couvrent que l aspect physique de la maitrise des crues. La protection contre les crues et leur maitrise requièrent également une organisation complexe et efficace afin d utiliser les outils de contrôle des crues le plus efficacement possible, de synchroniser les activités de contrôle des crues lorsque celles-ci se produisent et de planifier le développement des plaines inondables afin de minimiser l exposition aux inondations. Par conséquent, les ouvrages de maitrise des crues et les activités de gestion des crues sont intimement liés aux activités humaines et aux infrastructures dans les plaines inondables et ne peuvent être mis en œuvre séparément. Toutefois jusqu à une période récente, la plupart des mesures de protection contre les crues mises en œuvre habituellement négligeaient le fait que les crues avaient certains «aspects bénéfiques» pour les plaines inondables, en termes de dépôts de nutriments et de contribution au cycle de vie annuel de nombreuses espèces vivantes. En raison des coûts élevés associés aux mesures structurelles de maitrise des crues et d une sensibilisation accrue aux bénéfices environnementaux et sociaux d une inondation limitée, une nouvelle approche est apparue dans laquelle la société cherche à gérer le risque lié aux inondations. L idée générale de la gestion du risque inondation est de maximiser les bénéfices que les crues génèrent dans les plaines inondables, tout en acceptant les risques d inondations et en atténuant autant que possible les dommages qu elles causent. Cette nouvelle approche a été possible grâce à une meilleure compréhension des caractéristiques et des effets des crues, et grâce au développement et à l utilisation plus générale de l analyse des risques dans la planification sociale. L introduction d une approche plus holistique de la gestion des crues a généré de nouveaux termes comme «Gestion intégrée des crues» et «Gestion du risque 16

1. INTRODUCTION Floods constitute one of the most devastating natural hazards, in terms of physical damages, as well as loss of human lives (ICOLD, 2006); and in recent decades, the intensity and severity of all the natural hazards, including floods, has been following an alarmingly increasing trend. The main reason is the rapid population and wealth growth in most countries. As a result, flood damages and casualties are increasing because of the concentration of population and infrastructures in flood plains. Some of the more efficient tools available for controlling floods are civil works such as dams, levees and canals, which are structural measures. Dams enable storing excess water and controlling the natural flow in rivers; levees protect low lying areas; and canals divert excess water away from sensitive areas. However, large or extreme floods are rare by definition, and therefore, flood protection works are used infrequently. These structures must be designed in such a way that, under normal conditions, they may be used for other purposes and interfere as little as possible with other human activities and natural processes. Structural measures only cover the physical aspect of flood control. Flood protection and flood control also require a complex and efficient organisation, in order to operate flood control tools in the most efficient way, to synchronise flood control activities when floods occur, and to plan flood plain developments to minimise exposure to floods. Therefore, flood control structures and flood management activities are intimately meshed with both human activities and the planning of infrastructures in the flood plains and cannot be carried out separately. However, until recently, most of the currently implemented flood protection measures overlooked the fact that floods also generate some kind of benefits to the flood plains, in terms of deposition of nutrients and of contribution to the annual life cycle of many living species. Because the costs associated with structural flood control measures are high and with increasing awareness of the environmental and social benefits of limited flooding, a new approach has been introduced where society aims to manage the risk of floods. The general idea of flood risk management is to maximise the benefits generated on the flood plains, while at the same time accepting the risk of floods and mitigating the damages caused by them as far as possible. This new approach has been possible due to increased understanding of flood characteristics and effects, as well as the development and more general use of risk analysis in societal planning. The introduction of a more holistic approach to flood management has yielded new terms, such as Integrated Flood Management and Flood Risk 17

inondation» et a produit une pléthore d articles publiés dans des journaux scientifiques, dans des conférences et sur Internet. Bien que ces publications aient toutes le même objectif, une meilleure gestion des crues, elles peuvent différer considérablement dans leur cible et dans la méthodologie qu elles proposent. En outre, les possibilités de gestion des crues varient considérablement d un bassin fluvial à l autre en raison des différences de caractéristiques physiques et de développement économique de la région. Les mesures proposées pour la gestion des crues peuvent être pleinement motivées et raisonnables dans un pays développé alors que les mêmes mesures auront des effets limités dans un pays en voie de développement et viceversa. Pour l ingénieur, l urbaniste ou le décideur, dont la tâche est de concevoir une stratégie de gestion des crues ou de mettre en œuvre des mesures de contrôle des crues, les dispositions à prendre peuvent être assez déroutantes. Il est difficile de décider quelles mesures sont applicables à «mon» cas et s il est possible de les mettre en œuvre et de les exploiter d un point de vue pratique. Par conséquent, le but du présent bulletin est de donner des conseils de gestion intégrée du risque inondation aux personnes chargées, sur le plan technique ou administratif, de la gestion et de la maîtrise des crues. Sans donner de préférence à l une ou l autre des méthodes, ce bulletin a pour but de décrire l état de l art des connaissances fondamentales nécessaires à la gestion des crues, et d aider à choisir la stratégie de conception et de mise en œuvre la plus appropriée en fonction des caractéristiques du bassin et du cadre de la gestion intégrée du risque inondation. Les conditions préalables à toute gestion des crues sont la compréhension des caractéristiques des crues et de la manière de calculer leur importance et leur fréquence. Il est tout aussi essentiel de comprendre les impacts des crues, négatifs et positifs, et de savoir les évaluer quantitativement et qualitativement. La connaissance des caractéristiques et des impacts des crues est un élément fondamental de l analyse des risques, qui constitue la base d une gestion intégrée des crues. Le bulletin est donc structuré en trois chapitres principaux traitant des caractéristiques, des impacts et de la gestion des crues. Le chapitre 2 décrit les méthodes d évaluation de l importance et des caractéristiques des fortes crues et des crues extrêmes. Le chapitre 3 décrit les impacts des crues en termes de dommages matériels et d effets bénéfiques potentiels et leur rapport avec l aménagement du territoire. Il présente les différents types de mesures de protection contre les crues. Ce chapitre donne également un exemple de l analyse économique des bénéfices et coûts d un projet de protection contre les crues. Le chapitre 4 décrit les pratiques courantes liées à la gestion intégrée du risque inondation. En conclusion, le chapitre 5 résume les développements «théoriques» présentés dans les chapitres 2 à 4. Ceux-ci sont illustrés par des exemples d applications de programmes de Gestion Intégrée du Risque Inondation ou d activités de maîtrise des crues à travers le monde. Le «contrôle de crue intégré en République Tchèque en mars 2006» est une description détaillée d un système efficace de gestion des crues, constamment amélioré en fonction du retour d expérience des crues réelles, et souligne des mesures d amélioration. 18

Management, and has created a plethora of literature published in scientific journals, at conferences and on the internet. Although these publications all share the same goal of managing floods better, they may differ significantly in their focus and proposed methodology. Furthermore, the possibilities for flood management vary significantly from one river basin to another, because of differing physical characteristics and the region s economic development. Proposed flood management measures may be fully motivated and reasonable in a developed country, while the same measures would have limited effects in a developing country, and vice versa. For the individual engineer, city planner or policy maker, faced with the task of designing a flood management strategy or implementing flood control measures, the steps to take can therefore be quite confusing. It is a difficult decision to determine which measures are applicable for my case and possible to implement and operate from a practical point of view. Therefore, the purpose of the present bulletin is to give guidance in integrated flood risk management to people assigned technically or managerially with the task of flood management and control. Without giving preference for any method, the bulletin aims to describe the fundamental knowledge needed for flood management according to the current state-of-the art and to provide help in selecting the most appropriate design and implementation strategy, based on basin-specific characteristics and the framework of integrated flood risk management. The prerequisites for all flood management are the understanding of flood characteristics and how to calculate both the magnitude and frequency of floods. Equally essential are the understanding of the impacts of floods, both negative and positive, and how to quantitatively and qualitatively evaluate these. The knowledge of flood characteristics and impacts is a fundamental input to the risk analysis, which forms the basis for integrated flood management. Therefore, the bulletin is structured into three main chapters dealing with the flood characteristics, impacts and management: Chapter 2 describes the methods used to evaluate the magnitude and the characteristics of large and extreme floods. Chapter 3 describes the flood impacts, in terms of physical damages and potential benefits and their relation to land use. It introduces the various types of flood protection measures. An example of the economic analysis of benefits and costs of a flood protection project is also given in this chapter. Chapter 4 describes the current practices related to Integrated Flood Risk Management. The theoretical developments presented in Sections 2 to 4 are concluded in Chapter 5. They are illustrated by the description of specific applications of Integrated Flood Risk Management programmes or flood control activities throughout the world: The Integrated Flood Control in the Czech Republic in March 2006 provides a detailed description of an efficient flood management system, which has been continuously improved based on feedback from actual floods, and outlines measures for further refinement. 19

L exemple concret de la rivière Kitakami au Japon décrit les infrastructures conçues pour maitriser efficacement les inondations tout en minimisant l interférence avec d autres activités humaines. L étude de cas du barrage d Al Wahda au Maroc montre à quel point il a contribué à améliorer la sécurité dans une région où des crues dévastatrices étaient fréquentes et a contribué également à stimuler le développement économique et social de la région. L exploitation coordonnée de retenues en vue de limiter le débit de pointe en Suisse montre comment des outils technologiques sophistiqués peuvent aider à réduire les dommages causés par les crues et à en optimiser les effets bénéfiques. La description de la capacité réelle de contrôle des crues d un système de contrôle des crues en Allemagne montre la nécessité d une interaction entre les organismes de maîtrise des crues et les habitants des plaines inondables, afin d optimiser les avantages du contrôle des crues et éviter des attentes irréalistes de la part du public. La gestion des crues, la maîtrise des crues et les conséquences des inondations ont déjà été abondamment traitées par la CIGB. Les résultats de ces discussions et de ces expertises sont présentés dans les actes des congrès triennaux de la CIGB et dans plusieurs bulletins, notamment les Bulletins 35, 50, 65, 82, 86, 96, 100, 108, 116, 125, 130, 131 et 142 (CIGB, 1982, 1985, 1988, 1992a, 1992 b, 1994, 1995, 1997, 1999, 2003, 2005, 2006 et 2010). 20

The case history of the Kitakami River, in Japan, describes the infrastructures designed to control flooding in an efficient manner while minimising interference with other human activities. The case study of the Al Wahda dam in Morocco demonstrates how it has greatly helped in improving safety in an area where devastating floods were frequent and has also helped to boost the social and economic development of the area. The synchronised operation of reservoirs with the purpose of curbing flood magnitude in Switzerland provides an example of how sophisticated technological tools can help to reduce flood damage and maximise benefits from flood inflow. The description of the actual flood control capability of a flood control system in Germany shows the necessity of interaction between flood control organisations and the public living in the flood plain, in order to maximise the flood control benefits and to avoid unrealistic expectations from the public. Flood management, flood control and flood consequences have already been extensively dealt with by ICOLD. Results of these discussions and expertises are presented in the proceedings of the triennial ICOLD congresses, and in several bulletins, namely bulletins 35, 50, 65, 82, 86, 96, 100, 108, 116, 125, 130, 131 and 142 (ICOLD, 1982, 1985, 1988, 1992a, 1992b, 1994, 1995, 1997, 1999, 2003, 2005, 2006 and 2010). 21

2. IMPORTANCES DES CRUES Par définition, une crue résulte de débits supérieurs à la normale qui inondent des terrains en dehors du lit mineur d un cours d eau. Ce bulletin concerne les crues dues à des précipitations sur un bassin versant et non pas celles causées par des tsunamis, des raz de marée, des ruptures de digues ou de barrages, qui résultent de processus différents et exigent par conséquent des moyens différents d investigation et de protection. La gestion intégrée des crues nécessite l exploitation d ouvrages hydrauliques sur une large gamme de débits. Normalement, les crues en question ont des périodes de retour allant de 2 ans jusqu à la crue maximale probable. Les crues de période de retour inférieures à 2 ans restent en général dans le lit mineur et ne provoquent pas de dommage. La crue maximale probable (CMP) est «le débit maximal résultant de la combinaison la plus sévère de conditions hydrométéorologiques physiquement possibles pour le bassin versant étudié» (FEMA, 2004). Des crues se produisent naturellement une fois par an ou davantage. Normalement, des dommages sont constatés lorsque l importance de la crue dépasse une certaine valeur propre à chaque cours d eau. Les chapitres suivants fournissent des indications sur l importance relative des crues. Le chapitre 2.1.1 montre les crues maximales observées à travers le monde et le chapitre 2.1.2 présente l estimation des crues de différentes fréquences pour quelques fleuves dans le monde. 2.1. EXEMPLES D IMPORTANCE DE CRUES 2.1.1. Les plus grandes crues à travers le monde Des données concernant les différentes valeurs des crues maximales observées à travers le monde ont été collectées par Herschy (2003) et les 54 plus importantes sont présentées sur la Fig. 1. Ces informations reposent sur un ensemble de données précédemment réunies par Rodier et Roche (1984) qui déclarent : «il est cependant probable que pour bon nombre de ces crues, la période de retour soit inférieure à 100 ans» (p. 344) là où on estimait que l événement le plus rare observé dans cet ensemble de maxima avait une période de retour d environ 2000 ans (d après une méthode de datation isotopique). Cependant, il faut reconnaitre que les périodes de retour signalées sont basées sur la longueur des relevés observés et ne tiennent pas compte de la probabilité conjointe que l événement puisse se produire à la fois dans le temps et dans l espace (au sein de régions hydrométéorologiques homogènes). En réalité, la probabilité qu une crue dépasse ces valeurs dans un lieu donné est sans doute beaucoup plus faible que celle indiquée par les relevés disponibles sur site et il vaut la peine de noter que ces maxima observés se sont avérés conformes aux estimations de la CMP (Nathan et coll., 1994). Il faut noter également que les maxima observés en Europe se situent en dessous de ces maxima mondiaux. 22

2. FLOOD MAGNITUDES A flood, by definition, results from higher than normal flows which inundate land outside the stream channel. This bulletin addresses floods caused by precipitation on a catchment and not those caused by tsunamis, tidal surges, levee breaches or dam failures, which result from different processes and, therefore, require different means for investigation and protection. Integrated flood management necessitates operating hydraulic structures over a wide range of flood magnitudes. Normally the floods of concern have recurrence intervals ranging from about 2 years to the probable maximum flood. Floods with recurrence intervals less than about 2 years generally remain in the channel and do not produce flood damages. The probable maximum flood (PMF) is the maximum runoff condition resulting from the most severe combination of hydrological and meteorological conditions that are considered reasonably possible for the drainage basin under study (FEMA, 2004). Floods naturally occur annually or more frequently. Damages are normally observed when the magnitudes of floods exceed a certain value, which is specific to each river. The following sections provide indications on the relative magnitude of floods. Section 2.1.1 outlines maximum floods observed around the world and Section 2.1.2 describes the evaluation of floods of different recurrences for selected rivers in the world. 2.1. EXAMPLES OF FLOOD MAGNITUDES 2.1.1. World s maximum floods An indication of the range of maximum flood magnitudes observed around the world has been compiled by Herschy (2003), the largest 54 of which are presented in Fig. 1. This information is based on an earlier data set first compiled by Rodier and Roche (1984), who comment that... it is probable that for a good many of these floods the return period is indeed less than 100 years (p 344), where the rarest event in this set of observed maxima was estimated to have a return period of around 2 000 years (based on an isotope dating approach). However, it needs to be recognised that the reported return periods are based on the length of the observed records, and do not take into account the joint probability of the event occurring in both time and space (within homogeneous hydrometeorological regions). In reality, the probability of a flood exceeding these magnitudes at a specific location is likely to be much rarer than that indicated by the availability of at-site records, and it is worth noting that this envelope of observed maxima has been shown to be consistent with estimates of the Probable Maximum Flood (eg Nathan et al, 1994). It should also be noted that maxima observed for floods in Europe lie below the envelope of these world maxima. 23

1000000 Brazil Flood Peak (m 3 /s) 100000 10000 1000 USA USA Madagascar India India Iceland S Korea Phillippines Pakistan China India India Madagascar Taiwan Australia USA USA India Japan USA N Korea Pakistan Nepal Mexico USA New Caledonia Japan USA USA Japan India Australia Pakistan India Taiwan Australia Japan New Caledonia New Zealand USA USA USA N. Korea Tahiti Puerto Rico USA MexicoNew Caledonia Fr Polynesia USA Cuba Russia China 100 10 100 1000 10000 100000 1000000 10000000 Catchment Area (km 2 ) Fig. 1 Variation de débit en fonction du bassin versant pour les plus grandes crues mondiales (Herschy, 2003) 2.1.2. Importance des crues de certains fleuves Le Tableau 1 montre l estimation des crues de différentes fréquences pour certains fleuves à travers le monde. Il rappelle également les principales caractéristiques naturelles du bassin versant qui déterminent l importance de la crue, notamment les conditions climatiques générales, la topographie dominante et les dimensions du bassin versant. Les données de ce tableau sont extraites des différentes études effectuées par SNC-Lavalin (Canada). 2.2. CARACTÉRISTIQUES DES CRUES Diverses caractéristiques des crues peuvent avoir une influence sur les plans de gestion et sur l efficacité des systèmes de rétention, notamment : débit de pointe, volume, durée, forme de l hydrogramme, moment où l événement se produit et fréquence. De nombreux types d aménagement du territoire sont à l abri des crues de faible période de retour (crues fréquentes) : résidentiel, industriel, commercial, agricole et certains aménagements à usage récréatif. Les crues peu fréquentes (crues exceptionnelles) peuvent permettre des aménagements à usage agricole et récréatif dans la mesure où la durée de la crue est suffisamment courte pour éviter des dommages importants. Le débit de pointe, le volume et la forme de l hydrogramme influent sur la conception des ouvrages 24

1000000 Brazil Flood Peak (m 3 /s) 100000 10000 1000 USA USA Madagascar India India Iceland S Korea Phillippines Pakistan China India India Madagascar Taiwan Australia USA USA India Japan USA N Korea Pakistan Nepal Mexico USA New Caledonia Japan USA USA Japan India Australia Pakistan India Taiwan Australia Japan New Caledonia New Zealand USA USA USA N. Korea Tahiti Puerto Rico USA MexicoNew Caledonia Fr Polynesia USA Cuba Russia China 100 10 100 1000 10000 100000 1000000 10000000 Catchment Area (km 2 ) Fig. 1 Variation in discharge with catchment area for the world s maximum floods (after Herschy, 2003) 2.1.2. Flood magnitudes for selected rivers Table 1 shows the evaluation of floods of various recurrences for selected rivers around the world. It outlines basic natural features which determine the range of flood magnitude for the watershed, namely the general climatic conditions, the prevailing topography and the size of the watershed. The data in this table is extracted from various studies carried out by SNC-Lavalin (Canada). 2.2. FLOOD CHARACTERISATION Floods have several characteristics that impact on management plans and the effectiveness of flood retention systems, namely: peak discharge, volume, duration, hydrograph shape, time of occurrence, and frequency of occurrence. Many types of land use are precluded by floods with short recurrence intervals (frequent floods) such as residential, industrial, commercial, agricultural, and some recreational uses. Low flood frequencies (rare floods) may still allow agricultural and recreational uses as long as the flood duration is short enough to avoid large flood damages. The peak discharge, volume, and hydrograph shape influence the design of hydraulic structures for flood regulation and protection. The time of occurrence affects reservoir operating rules to efficiently use storage capacity, in order to balance the 25

Tableau 1 Exemple d importance des crues Fleuve Mersey Ravi Dordogne Rupert Kagera Godavari Saskatchewan Congo Lieu Chutes du Site de Argentat Barrage de Chutes de Dummugudem Nipawin Inga Lac supérieur Chamera II (France) la Rupert Rusumo Falls (Inde) (Canada) (RD Congo) (Canada) (Inde) (Canada) (Rwanda) Bassin versant (km 2 ) 1 671 2 593 4 420 30 525 30 700 281 000 287 000 3 700 000 Climat Maritime ; froid Mousson Tempéré Froid Équatorial Mousson Continental ; Équatorial froid Topographie Collines Himalaya Montagnes Collines Vallonné Vallonné Plaines Plat ; collines peu élevées peu élevées peu élevées peu élevées Type de Naturelle Naturelle Régulée Naturelle Naturelle Légèrement Naturelle Naturelle régulation régulée Débit annuel moyen m 3 /s 46 104 106 637 210 2 225 406 40 850 Crue moyenne m 3 /s 157 1 130 610 1 050 416 32 000 2 170 61 200 Crue maximale m 3 /s S/O 3 156 1 650 1 420 637 81 720 8 870 89 800 enregistrée Crue 50 ans m 3 /s 381 3 820 1 500 1 500 711 87 700 5 320 89 000 Crue 500 ans m 3 /s 620 8 070 2 150 1 700 881 127 000 8 470 106 000 CMP (1) ou m 3 /s 1 995 (1) S/O 3 120 (2) 3 470 (1) 1 082 (2) 184 000 (2) 20 300 (1) 137 000 (2) 10 000 ans (2) 26

Table 1 Example of order of magnitude of floods River Mersey Ravi Dordogne Rupert Kagera Godavari Saskatchewan Congo Location Upper Lake Chamera II Site Argentat Rupert Dam Rusumo Falls Dummu-gudem Nipawin Inga Falls (India) (France) (Canada) (Rwanda) (India) (Canada) (RD Congo) (Canada) Drainage area (km 2 ) 1,671 2,593 4,420 30,525 30,700 281,000 287,000 3,700,000 Climate Maritime; cold Monsoon Temperate Cold Equatorial Monsoon Continental; Equatorial cold Topography Low hills Himalayas Low mountains Low hills Hilly Hilly Plains Flat; low hills Type of regulation Natural Natural Regulated Natural Natural Some Natural Natural regulation Mean annual flow m 3 /s 46 104 106 637 210 2,225 406 40,850 Mean flood m 3 /s 157 1,130 610 1,050 416 32,000 2,170 61,200 Max. flood of record m 3 /s N/A 3,156 1.650 1,420 637 81,720 8,870 89,800 50-yr flood m 3 /s 381 3,820 1,500 1,500 711 87,700 5,320 89,000 500-yr flood m 3 /s 620 8,070 2,150 1,700 881 127,000 8,470 106,000 PMF (1) or m 3 /s 1995 (1) N/A 3,120 (2) 3,470 (1) 1,082 (2) 184,000 (2) 20,300 (1) 137,000 (2) 10,000-yr (2) 27

hydrauliques destinés au contrôle des crues et à la protection contre les inondations. Le moment où se produit l événement a des répercussions sur les règles d utilisation efficace de la capacité de stockage du réservoir, afin de trouver un équilibre entre les besoins de protection aval contre les crues et les autres utilisations du réservoir. Les besoins environnementaux pour la préservation des poissons, de la faune et des zones humides peuvent en général résister aux inondations. De nombreux facteurs influent sur les caractéristiques d une crue. L intensité des précipitations, leur durée et leur distribution sont les principaux facteurs qui déterminent le débit de pointe, le volume et la durée de la crue, ainsi que la forme de l hydrogramme. D autres facteurs influent aussi sur les caractéristiques d une crue, notamment la teneur en eau du sol, la topographie du bassin versant, son réseau de drainage, sa taille et sa forme, les types de sol, la couverture végétale et la morphologie du cours d eau. Dans les régions les plus froides du monde, l accumulation et la distribution de la neige ainsi que la distribution des températures sur le bassin versant sont également des paramètres importants de génération des crues. De plus, l homme influe sur les caractéristiques des crues à travers l aménagement du territoire et certains changements structurels comme la construction et l exploitation de barrages et de réservoirs, les digues, les projets de canalisation des cours d eau et les dérivations des cours d eau. Ce bulletin classe les crues en trois catégories, «forte», «exceptionnelle» ou «extrême», en fonction de leur fréquence et de leur importance (Nathan et Weinmann, 2001). Ces catégories de crues sont illustrées par la Fig. 2. Les fortes crues concernent en général des évènements pour lesquels on dispose d observations et de mesures directes et qui ont des périodes de retour de moins de 100 ans. Les crues exceptionnelles représentent des événements qui se situent entre les observations directes et la limite crédible d extrapolation des données. La limite crédible d extrapolation varie considérablement en fonction du type et de la quantité de données utilisées dans l analyse de la fréquence des crues ; on estime cette limite à environ le double des stations-années enregistrées et utilisées pour l analyse. Les crues extrêmes ont en général de grandes périodes de retour (ou de très faibles probabilités annuelles de dépassement PAD), qui se situent au-delà de la limite crédible d extrapolation mais sont toutefois nécessaires pour la conception des ouvrages et la gestion des crues. Les crues extrêmes sont à la limite de l impondérable. L incertitude est très grande et ne peut être quantifiée. Aucune donnée ne pouvant étayer les estimations des crues de cette catégorie, les hydrologues et les ingénieurs doivent s en remettre à nos connaissances et à notre compréhension des processus hydrologiques pour évaluer les crues extrêmes. Ces crues peuvent souvent être la conséquence de combinaisons imprévisibles et inhabituelles de paramètres hydrologiques qui ne se sont généralement pas présentés dans l historique des crues dans un endroit donné. Une limite potentielle supérieure pour une crue en un site donné est la crue maximale probable (CMP). La CMP est causée par la précipitation maximale probable (PMP) définie théoriquement comme la quantité maximale de précipitations d une durée déterminée pouvant être physiquement recueillie dans une zone de superficie donnée, en un lieu géographique déterminé et à un certain moment de l année (U.S. National Weather Service, 1982). 28

need for downstream flood protection against other uses for conservation storage. Environmental needs for fish, wildlife, and wetland conservation generally can withstand flooding. Numerous factors influence flood characteristics. Rainfall intensity, duration, and distribution are the primary factors that determine the peak discharge, flood volume and duration, and hydrograph shape. Other factors also influence flood characteristics including initial soil moisture content, catchment topography, drainage network, size, and shape; soil types; vegetal cover; and river morphology. In colder areas of the world, snow accumulation and distribution, as well as temperature distribution over the watershed are also significant flood generation parameters. In addition, man affects flood characteristics through land use and structural changes, such as the construction and operation of dams and reservoirs, levees, stream channelisation projects, and river diversions. This bulletin categorises floods as large, rare, or extreme based on flood frequency and magnitude (Nathan and Weinmann, 2001). These flood categories are shown in Fig. 2. Large floods generally encompass events for which direct observations and measurements are available and have recurrence intervals less than about 100 years. Rare floods represent events located in the range between direct observations and the credible limit of extrapolation from the data. The credible limit of extrapolation varies considerably based on the type and amount of data used in the flood frequency analysis, with the credible limit of extrapolation estimated as approximately double the station-years of record used for the analysis. Extreme floods generally have very large recurrence intervals (or very small annual exceedance probabilities - AEP), which are beyond the credible limit of extrapolation but are still needed for design and flood management. Extreme floods border on the unknowable. Uncertainty is very large and unquantifiable. Since data cannot support flood estimates in this range, hydrologists and engineers must rely on our knowledge and understanding of hydrologic processes to estimate extreme floods. These floods may often result from unforeseen and unusual combinations of hydrologic parameters generally not represented in the flood history at a particular location. One potential upper bound to the largest flood at a particular site of interest is the probable maximum flood (PMF). The PMF is caused by the Probable Maximum Precipitation (PMP), which is defined as theoretically the greatest depth of precipitation for a given duration that is physically possible over a given size storm area at a particular geographical location at a certain time of the year (U.S. National Weather Service, 1982). 29

4 7 4 5 Fig. 2. Caractéristiques des catégories de crues en fonction de la période de retour en années; (Nathan et Weinmann, 2001). 2.3. ÉLÉMENTS D APPRÉCIATION DE LA CRUE DE PROJET Les éléments à intégrer dans une analyse hydrologique des crues doivent tenir compte de l objectif des études, des données hydrologiques disponibles, des techniques d analyse possibles, des ressources disponibles pour l analyse et du niveau acceptable d incertitude. L objectif des études a une incidence sur le type d informations hydrologiques nécessaires pour évaluer le problème. Certains problèmes peuvent nécessiter seulement une courbe de fréquence des débits de pointe alors que d autres peuvent requérir des hydrogrammes complets ou une analyse saisonnière. Les données disponibles, les techniques d analyse possibles, les ressources disponibles et les besoins des décideurs influencent le choix des éléments à inclure dans le calcul de la crue de projet. Les caractéristiques des crues pour une étude donnée dépendent du type d impacts que l analyste essaie d éviter ou de minimiser. Le calcul de la crue de projet doit prendre en compte la fréquence acceptable des effets des crues dans la formulation du plan de gestion des crues. Habituellement, de très grandes conséquences sociales ou économiques nécessiteront le recours à une crue de projet avec une probabilité annuelle de dépassement (PAD) inférieure à 1 sur 100 (crues exceptionnelles ou extrêmes). Des conséquences moindres permettent de recourir à des crues de projet moins fortes. La fréquence de la crue de projet est souvent établie par des réglementations ou des politiques gouvernementales locales. Une fois que la fréquence de la crue est sélectionnée, il est possible de déterminer d autres paramètres de crue présentant un intérêt, comme le débit de pointe, le volume, la durée, la forme de l hydrogramme et le moment de l évènement. Le besoin de ces paramètres dépend des choix envisagés pour la gestion des crues. L établissement d un plan d exploitation du réservoir requiert 30

4 7 4 Fig. 2 Characteristics of notional floods as a function of annual exceedance probability (AEP); (Nathan and Weinmann, 2001) 2.3. DESIGN FLOOD CONSIDERATIONS The elements selected for incorporation in a hydrologic analysis of floods must consider the purpose of the investigation, available hydrologic data, possible analysis techniques, resources available for analysis, and tolerable level of uncertainty. The purpose of the investigation impacts the type of hydrologic information needed to assess the problem. Some problems may require only a peak-discharge frequency curve, while others may need complete hydrographs or a seasonal analysis. The available data, possible analysis techniques, resources available, and needs of the decision makers influence the selection of elements to be included in developing the design flood. The flood characteristics of interest in a particular study depend upon the type of flood impacts that the analyst is trying to avoid or minimise. Development of the design flood should consider the tolerable frequency of flood impacts in formulating the flood management plan. Usually very large social or economic consequences will necessitate use of a design flood with an annual exceedance probability (AEP) less than 1 in 100 (rare or extreme floods). Smaller consequences allow use of smaller design floods. The design flood frequency is often established by local governmental regulations or policies. Once the desired flood frequency is selected, other flood parameters of interest can be determined such as the peak discharge, volume, duration, hydrograph shape, and time of occurrence. The need for these parameters is based on the flood management alternatives considered. Establishment of a reservoir operation plan usually requires examining all of these flood parameters to avoid flood damages 31

habituellement l examen de tous ces paramètres de crue pour éviter des dommages en aval. En général, il est nécessaire d analyser la fréquence des crues pour définir une crue de projet et évaluer la fiabilité attendue du plan de gestion des crues. D autres caractéristiques peuvent être tirées des modèles hydrologiques basés sur les précipitations. Généralement, les paramètres à considérer, ainsi que la fréquence de crue retenue, déterminent le choix de la méthode de calcul. 2.3.1. Sources de données Le type de données et la durée d enregistrement des données devraient déterminer les limites d extrapolation pour l analyse de la fréquence des crues. Pour des crues de projet «fortes», mais fréquentes, il est possible d interpoler à l intérieur des données de crues. Cependant, pour des crues «exceptionnelles» et «extrêmes», une extrapolation est nécessaire pour fournir les informations qui répondront aux exigences de conception du projet. Les sources d informations utilisées pour les analyses fréquentielles des crues incluent les relevés de débits et de précipitations ainsi que les données des paléocrues. Les relevés de débits se composent de données collectées à des stations de jaugeage (relevés systématiques) et de mesures indirectes du débit et du niveau atteint par les crues sur ce site et sur d autres sites (relevés historiques), avec notamment des observations historiques du niveau de crue éventuellement disponibles dans des articles de journaux et autres relevés existants. Aux États-Unis et en Australie, les relevés de débits sur un même site s étendent le plus souvent sur une période de 20 à 60 ans. Les relevés des précipitations et des températures varient considérablement en durée et en qualité mais dans la plupart des cas ils ne dépassent pas 100 ans. D autre données météorologiques, comme les chutes de neige, l équivalent en eau de la neige, le rayonnement solaire ainsi que la vitesse et la direction du vent, sont utilisées pour la modélisation hydrologique et ont habituellement moins de 30 ans de relevés d archives. En Europe et dans certaines parties d Asie, on peut espérer disposer de périodes de relevés plus longues que celles-ci. L hydrologie des paléo-crues est l étude de crues passées ou anciennes qui se sont produites avant la mise en place par l homme de réseaux d observations ou de mesures directes par des procédés hydrologiques modernes (Baker,1987). Les données des paléo-crues n impliquent pas l observation directe des crues par l homme. Au contraire, la preuve de crues passées est apportée par des relevés géomorphologiques et stratigraphiques. L avantage des données des paléo-crues est qu il est souvent possible de créer des séries de plusieurs milliers d années. Ces données incluent en général les relevés des plus grandes crues qui se sont produites dans le bassin versant ou peuvent à minima indiquer les limites des niveaux atteints par les crues les plus importantes au cours de longues périodes. Toutefois, ces informations ne donnent qu un ordre de grandeur des crues extrêmes possibles auxquelles on peut s attendre à l avenir, parce que le climat qui prévalait à l époque des paléo-crues était probablement très différent du climat actuel et du climat auquel on peut s attendre dans un siècle. La preuve des crues passées est également apportée par des livres anciens, des descriptions figurant dans les journaux etc. Par exemple, aux Pays Bas, des milliers de vieux livres et autres publications sur les ondes de tempête et les crues de rivières entre les années 517 et 1700 ont été examinés minutieusement et des centaines de 32

downstream. In general, flood frequency analysis is needed to develop a design flood and to evaluate the expected reliability of the flood management plan. Other characteristics can be derived from rainfall-based hydrologic models. In general the flood parameters of interest, as well as the desired flood frequency, determine the choice of flood estimation technique. 2.3.1. Data sources The type of data and length of the data record should determine extrapolation limits for flood frequency analysis. For large but frequent design floods, it may be possible to interpolate within the data. However, for rare and extreme floods extrapolation is necessary to provide information needed to satisfy project design requirements. The sources of information used for flood frequency analyses include streamflow and precipitation records and paleoflood data. Streamflow records consist of data collected at established gauging stations (systematic records) and indirect measurements of streamflow and flood stages at this and other sites (historical records), including historical observations of flood stage that may be available in newspaper articles and other extant records. In the United States and Australia, streamflow records at a single site most often range in length from about 20 to 60 years. Precipitation and temperature records vary considerably in length and quality, but in most cases are limited to less than 100 years. Other meteorological data, such as snowfall, snow water equivalent, solar radiation, and wind speed and direction, are used for hydrologic modelling and usually have less than 30 years of records. In Europe and some parts of Asia, it may be expected that longer period of record than these are available. Paleoflood hydrology is the study of past or ancient flood events, which occurred before the time of human observation or direct measurement by modern hydrological procedures (Baker, 1987). Paleoflood data do not involve direct human observation of the flood events. Instead, evidence of past floods is determined from geomorphic and stratigraphic records. The advantage of paleoflood data is that it is often possible to develop records that are several thousand years long. These data generally include records of the largest floods that have occurred in the catchment, or could at least provide the limits on the stages of the largest floods over long time periods. However, this information only provides an order of magnitude for possible extreme floods, which can be expected in the future, because the climate which prevailed, when paleofloods occurred, was probably significantly different from the present climate and from the climate which can be expected within one century or so. Evidence of past floods is also determined from old books, descriptions in newspapers, etc. For instance in The Netherlands someone scrutinised thousands of old books and other publications on storm surges and river floods between the years 517 and 1700 and found hundreds of river floods and consequential flooding in 33

crues fluviales et inondations en résultant ont été trouvées pour de nombreux fleuves de toute l Europe occidentale. En Argentine, Motor Colombus (1979) a étudié les crues historiques du fleuve Paraná à Corrientes et analysé les données des crues de 1812, 1858, 1878, 1905 et 1966. 2.3.2. Limites d extrapolation Le type de données et la longueur des relevés utilisés dans l analyse fréquentielle des crues constituent les principaux critères pour déterminer une plage d extrapolation crédible pour les estimations de crues. L objectif de l analyse fréquentielle des crues et de l extrapolation est de donner des estimations de crues fiables pour une large gamme de fréquences afin de permettre la formulation d un plan de gestion des crues approprié. Afin d améliorer la fiabilité du plan de gestion des crues, les courbes fréquence-crue doivent inclure une estimation de l incertitude qui entoure les valeurs médianes. Les données utilisées constituent la seule base de vérification de l analyse ou des résultats de modélisation et, de ce fait, il n est pas possible de vérifier les extrapolations au-delà des données. Les gains les plus importants à réaliser pour donner des estimations crédibles des crues «extrêmes» peuvent être obtenus en combinant des données régionales émanant de plusieurs sources. C est pourquoi les méthodes d analyse qui rassemblent des données et des informations provenant de sources de précipitations régionales, de mesures de débits régionales et de paléo-crues régionales devraient offrir le plus haut degré de crédibilité pour l estimation des crues «exceptionnelles» et «extrêmes». Le Tableau 2 répertorie les différents types de données qui peuvent servir de base aux estimations des fréquences des crues et les plages optimales sur lesquelles les extrapolations sont crédibles. En général, les plages optimales sont basées sur la ou les meilleure(s) combinaison(s) de données envisagées aux États-Unis dans un avenir prévisible. Les plages types sont basées sur la ou les combinaison(s) de données généralement disponibles et analysées pour la plupart des sites (Bureau of Reclamation, 1999). D autres pays ont des durées d enregistrement différentes, qui doivent servir à déterminer les limites d extrapolation appropriées des fréquences de crues. Les informations présentées dans le Tableau 2 n ont pour but que d aider à déterminer le type et la quantité de données nécessaires à une analyse particulière ; chaque situation est différente et doit être évaluée individuellement. Les plages d extrapolation doivent être déterminées par l évaluation du type de données, les durées des enregistrements, le nombre de stations dans une région hydrologiquement homogène, le degré de corrélation entre les stations et d autres caractéristiques de données susceptibles d affecter l exactitude des données (Bureau of Reclamation, 1999). 2.4. MÉTHODES D ANALYSES De nombreuses méthodes différentes d analyses sont disponibles pour calculer une crue de projet. Le choix d une méthode particulière dépend habituellement du type d informations hydrologiques nécessaires, de la disponibilité des données, des contraintes de temps et de budget pour l analyse et de l expérience préalable de l analyste. La plupart des méthodes ont recours à une analyse statistique pour évaluer la probabilité qu une crue de projet se produise. Les méthodes d analyse ci-après n ont pas pour but d être exhaustives. Différents pays disposent de modèles différents 34

many rivers all over Western Europe. In Argentina, Motor Colombus (1979) studied historical floods on the river Parana at Corrientes and analysed data about floods in 1812, 1858, 1878, 1905 and 1966. 2.3.2. Limits on extrapolation The type of data and the record length used in the flood frequency analysis form the main bases for establishing a range on credible extrapolation for flood estimates. The objective of flood frequency analysis and extrapolation is to provide reliable flood estimates for a wide range of frequencies to allow formulation of an appropriate flood management plan. In order to improve reliability of the flood management plan, flood frequency relationships should include an estimate of the uncertainty around the median values. The data used in the analysis provide the only basis for verification of the analysis or modeling results, and as such, extensions beyond the data cannot be verified. The greatest gains to be made in providing credible estimates of extreme floods can be achieved by combining regional data from multiple sources. Thus, analysis approaches that pool data and information from regional precipitation, regional streamflow, and regional paleoflood sources should provide the highest assurance of credible characterisation of rare and extreme floods. Table 2 lists the different types of data that can be used as a basis for flood frequency estimates and the typical and optimal ranges of credible extrapolation. In general, the optimal ranges are based on the best combination(s) of data envisioned in the United States in the foreseeable future. Typical ranges are based on the combination(s) of data that are commonly available and analysed for most sites (Bureau of Reclamation, 1999). Other countries have different record lengths which should be used for determining appropriate flood frequency extrapolation limits. The information presented in Table 2 is only intended to assist in determining the type and amount of data needed for a particular analysis; each situation is different and should be assessed individually. The ranges of extrapolation should be determined by evaluating the type of data, lengths of records, number of stations in a hydrologically homogeneous region, degree of correlation between stations, and other data characteristics that may affect the accuracy of the data (Bureau of Reclamation, 1999). 2.4. ANALYSIS METHODS Many different analysis approaches are available for developing a design flood. The choice of a particular method usually depends on the type of hydrologic information needed, availability of data, time and budget constraints for the analysis, and prior experience of the analyst. Most of the approaches use some type of frequency analysis for evaluating the probability of occurrence of the design flood. The analysis methods that follow are not intended to be exhaustive in nature. Different countries have different but suitable models available for use. Therefore, 35

Tableau 2 Types de données et plages d extrapolation pour l analyse fréquentielle des crues (Bureau of Réclamation, 1999) Type de données utilisées pour l analyse fréquentielle des crues Plage d extrapolation crédible pour probabilité annuelle de dépassement Type La meilleure possible Données de débits sur site 1 sur 100 1 sur 100 Données de débits régionales 1 sur 500 1 sur 1 000 Données de débits sur site et données de paléo crues sur Site 1 sur 4 000 1 sur 10 000 Données de précipitations régionales 1 sur 2 000 1 sur 10 000 Données de débits régionales et données de paléo-crues régionales 1 sur 15 000 1 sur 40 000 Combinaison des jeux de données régionales et extrapolation 1 sur 40 000 1 sur 100 000 mais qui peuvent être utilisés. C est pourquoi, les méthodes de modélisation présentées traitent davantage de types généraux de modèles que de types de modèles spécifiques. Plusieurs méthodes sont présentées incluant l analyse fréquentielle des crues, la modélisation pluie-débit et le calcul de la crue maximale probable. 2.4.1. Analyse fréquentielle des crues L analyse fréquentielle des crues est réalisée sur un site particulier en ajustant une loi de distribution aux données, à l aide de paramètres statistiques locaux ou régionaux pour évaluer les quantiles de crues. Une analyse de fréquences locale utilise des paramètres statistiques tirés de relevés de débits au droit d une seule station. Cette méthode est la plus facile et elle suffit habituellement pour évaluer de grandes crues sur un site qui dispose d une durée d enregistrement très longue. Une analyse «régionale» est plus complexe et demande plus de temps, car les paramètres statistiques sont tirés non seulement de chroniques de débits mesurés sur le site d étude, mais également sur plusieurs sites d une région similaire du point de vue hydrologique. Une analyse de fréquence régionale est probablement plus adaptée pour évaluer des crues exceptionnelles et extrêmes, car elle utilise beaucoup plus d années d enregistrement, ce qui doit permettre de réduire le niveau d incertitude dans les estimations. S agissant de relevés de débits, l ensemble des données se compose habituellement d une population hétérogène avec des crues provenant d événements générés par différents phénomènes hydrométéorologiques (par ex. averses extratropicales, averses tropicales, évènements convectifs tels que des orages, des précipitations frontales ou la fonte des neiges) ou provenant d affluents amont ayant des réactions aux crues sensiblement différentes, sans oublier les crues causées par les embâcles. Certains relevés de débits peuvent correspondre à ceux d une station située en aval d un barrage ; ils sont alors régulés par l exploitation du réservoir. Dans l idéal, toutes ces crues devraient être recalculées pour les rendre homogènes ou séparées selon leur origine et analysées séparément ; ensuite, les 36

Type of data used for flood frequency analysis Table 2 Data types and extrapolation ranges for flood frequency analysis (Bureau of Reclamation, 1999) Range of credible extrapolation for annual exceedance probability Typical Best possible At-site streamflow data 1 in 100 1 in 200 Regional streamflow data 1 in 500 1 in 1,000 At-site streamflow and at-site paleoflood data 1 in 4,000 1 in 10,000 Regional precipitation data 1 in 2,000 1 in 10,000 Regional streamflow and regional paleoflood data 1 in 15,000 1 in 40,000 Combinations of regional data sets and extrapolation 1 in 40,000 1 in 100,000 the modeling approaches presented deal more with generalised types of models rather than specific ones. Several approaches are presented including flood frequency analysis, rainfall-runoff modeling, and probable maximum flood development. 2.4.1. Flood frequency analysis Flood frequency analysis is conducted at a particular location by fitting a distribution to the data using either at-site statistical parameters or regional parameters to estimate flood quantiles. An at-site frequency analysis uses statistical parameters that are derived from streamflow records at a single location. This approach is the easiest and is usually sufficient for estimating large floods at a site that has a very long record length. A regional analysis is more complex and time consuming because the statistical parameters are derived from not only streamflow records at the site but at many sites in a hydrologically similar region. A regional frequency analysis is probably more suitable for estimating rare and extreme floods because many more years of record are used in the analysis, which should reduce uncertainty in the estimates. When dealing with streamflow records, the data set usually consists of a mixed population with floods originating from events generated by different hydrometeorological causes (e.g. extra-tropical storms, tropical storms, convective events such as thunderstorms, frontal precipitation or snowmelt), or upstream tributaries with markedly different flood response, including ice-jam floods. Some of the streamflow records may be those from a station which is located downstream of a dam, thus subject to regulation by the operations of the reservoir. Ideally, these floods would be re-computed for their unimpaired conditions or separated according to causal factors and analysed separately; then, the individual flood frequency curves would be combined to form the flood frequency relationship for 37

différentes courbes de fréquence des crues devraient être combinées pour former la relation fréquence-crue du site concerné. En pratique, on procède habituellement à l analyse d une population hétérogène, en raison de la difficulté et du coût de séparation des crues selon leurs origines. Pour éviter ces problèmes, il est possible d appliquer une différenciation saisonnière si les processus de génération des crues varient de manière significative entre les saisons. L exactitude est souvent sacrifiée lorsque l on analyse une population hétérogène, car la pondération statistique de chacune des distributions, qui doivent être combinées, est incertaine. Plusieurs méthodes sont disponibles pour évaluer les paramètres statistiques d ajustement d une distribution à un ensemble de données : la méthode des moments, la méthode des moments de probabilité pondérés (PWM - Probability Weighted Moments), les algorithmes des moments espérés (EMA - Expected Moments Analysis) et la méthode du maximum de vraisemblance (MLE - Maximum Likelihood Estimators). L avantage d utiliser les méthodes EMA ou MLE est la capacité à intégrer des données historiques et de paléocrues dans l analyse fréquentielle des crues. La méthode des moments est en général la plus facile à utiliser et on dispose de nombreux programmes informatiques pour ce type d analyse. Aux États-Unis, la méthode des moments est minutieusement décrite dans le Bulletin 17B (Interagency Advisory Committee on Water Data, 1982). Ces directives recommandent d ajuster une loi de distribution de type Pearson 3 aux logarithmes décimaux des débits de pointe (distribution LP-III). Pour déterminer les trois paramètres statistiques utilisés pour ajuster la loi de distribution, la moyenne et l écart type des échantillons sont déterminés à partir des logarithmes des débits de crues sur site ; le coefficient d asymétrie est déterminé à partir d une combinaison de données sur site et de données régionales. Des ajustements sont réalisés pour traiter les points aberrants hauts et bas. Les moments de probabilité pondérés (Hosking, 1990) sont basés sur les moments L qui sont des combinaisons linéaires d observations ordonnées. Ceci est différent des produits-moments du fait qu aucune élévation au carré ou au cube n est appliquée pour calculer ces moments. Souvent, la variabilité des produitsmoments est élevée si un événement occasionnel dont la taille dépasse plusieurs fois les autres valeurs domine les autres événements. Si des logarithmes de valeurs d échantillonnage sont utilisés pour évaluer les produits-moments, les valeurs faibles sont souvent exagérées. Ces effets peuvent être évités par l application de moments L. Des combinaisons de moments L permettent d évaluer des moments de probabilité pondérés (PWM), qui spécifient plusieurs distributions habituellement appliquées dans des statistiques de crues (Stedinger et al., 1993). L EMA (Lane and Cohn, 1996 ; Cohn et al., 1997) est une procédure d évaluation des paramètres basée sur les moments qui a amélioré la méthode des moments en intégrant différents types de données systématiques, historiques et de paléocrues dans l analyse fréquentielle des crues. D un point de vue philosophique, l EMA est conforme à l approche de la méthode des moments (Cohn et al., 1997 et England, 1998), et c est un prolongement naturel de la méthode des moments qui produit des résultats identiques en cas d absence de points aberrants hauts ou bas. La méthode EMA fonctionne dans un cadre de données tronqué par une reconnaissance explicite du nombre de valeurs connues et inconnues supérieures et inférieures à un seuil. La Fig. 3 montre un exemple de courbe fréquentielle de débits de pointe avec la méthode EMA. 38

the location of interest. In practice, a mixed population analysis is usually conducted, due to the difficulty and cost of separating the floods according to their causal mechanisms. To avoid these problems a seasonal differentiation can be applied if the flood generating processes differ significantly between seasons. Accuracy is often sacrificed when using a mixed population analysis, as the statistical weighting of the individual distributions, which have to be combined, is uncertain. Several approaches are available for estimating the statistical parameters for fitting a distribution to a data set the method of moments, probability weighted moments (PWM), expected moments algorithm (EMA), and maximum likelihood estimators (MLE). The advantage of using the EMA or MLE approaches is the ability to incorporate historical and paleoflood data into the flood frequency analysis. The method of moments is generally the easiest to use, and computer programs for this type of analysis are more widely available. In the United States, the method of moments is thoroughly described in Bulletin 17B (Interagency Advisory Committee on Water Data, 1982). These guidelines recommend fitting a Pearson type 3 distribution to the common base 10 logarithms of the peak discharges (LP-III distribution). To determine the three statistical parameters used to fit the distribution, the sample mean and variance are determined from the logarithms of the at-site flood flows, and the skewness is determined from a combination of at-site and regional data. Adjustments are made to treat high and low outliers. Probability Weighted Moments (Hosking, 1990) are based on L moments which are linear combinations of ranked observations. This differs from product-moments in that no squaring or cubing is applied to derive these moments. Often the variability of product-moments is high if an occasional event which is several times larger than other values dominates the other events. If logarithms of sample values are used to estimate product moments, small values are overemphasised. These effects can be avoided if L- moments are applied. By linear combinations of L- moments, probability weighted moments (PWM) can be estimated which specify several distributions which are usually applied in flood statistics (Stedinger et al., 1993). The EMA (Lane and Cohn, 1996 ; Cohn et al., 1997) is a moments-based parameter estimation procedure that improved upon the method of moments procedure by incorporating different types of systematic, historical, and paleoflood data into flood frequency analysis. EMA is philosophically consistent with the method of moments approach (Cohn et al., 1997 and England, 1998), and it is a natural extension to the method of moments that produces identical results when no high or low outliers are present. The EMA approach operates in a censored data framework by explicitly recognising the number of known and unknown values above and below a threshold. An example peak-flow frequency curve with EMA is shown in Fig.3. 39

2 Fig. 3 Exemple d application de la méthode EMA pour une analyse fréquentielle des débits moyens annuels sur un maximum de 3 jours (National Research Council, 1999). Une courbe de fréquence peut aussi être développée en utilisant une méthode Bayesienne avec la méthode du maximum de vraisemblance (O Connell, 1999). La méthode intègre des informations systématiques, historiques et de paléocrues ainsi que des incertitudes de données et de modèles. Les MLE intègrent différents types de données systématiques, historiques et de paléocrues dans l analyse fréquentielle des crues. O Connell (1999) a mis au point un programme informatique, FLDFRQ3, qui ajuste plusieurs types de distributions à des données de crues et explique des incertitudes de données par des techniques Bayesiennes. Les MLE se sont avérées supérieures à la méthode des moments pour évaluer des paramètres statistiques lors de l intégration d informations historiques et de paléocrues (Stedinger and Cohn, 1986). La Fig. 4 montre un exemple de courbe fréquentielle de débits de pointe avec des MLE. Fig. 4 Fréquences des débits de pointe annuels à l entrée du barrage de Pathfinder Dam, Wyoming, données par le meilleur ajustement de la loi distribution LP-III obtenu à l aide de FLDFRQ3 (Angleterre, 2003) 40

2 Fig. 3 Example application of EMA for American River annual maximum 3-day mean discharge frequency analysis (National Research Council, 1999) A flood frequency relationship can also be developed using a Bayesian approach with the method of maximum likelihood (O Connell, 1999). The approach incorporates systematic, historical, and paleoflood information, and data and model uncertainties. MLEs incorporate different types of systematic, historical, and paleoflood data into flood frequency analysis. O Connell (1999) has developed a computer program, FLDFRQ3, which fits several types of distributions to flood data and accounts for data uncertainties with Bayesian techniques. MLEs have been shown to be superior to the method of moments for estimating statistical parameters when incorporating historical and paleoflood information (Stedinger and Cohn, 1986). An example peak-flow frequency curve with MLEs is shown in Fig. 4. Fig. 4 Annual peak-discharge frequency inflows to Pathfinder Dam, Wyoming, from best-fitting LP-III distribution using FLDFRQ3 (England, 2003) 41

2.4.2. Modélisation pluie-débit Le choix d une méthode d analyse particulière dépend du type d informations hydrologiques nécessaires et de la disponibilité des données. En créant des hydrogrammes de crues complets, la modélisation pluie-débit donne des informations sur de nombreux paramètres de crues que la seule analyse fréquentielle des crues ne peut fournir. Théoriquement, la méthode implique de transformer une pluie de projet en une crue de projet supposée avoir la même probabilité d occurrence que l événement pluvieux. Une description très détaillée de cette méthode a été écrite par l Australian Institution of Engineers (2001). L utilisation de modèles hydrologiques est utile si des caractéristiques hydrologiquement importantes ont été modifiées (par ex. par des réservoirs) ou dans des cas où les séries chronologiques hydrologiques existantes ne peuvent pas être extrapolées dans le futur. Les modèles pluie-débit simulent les processus hydrologiques avec des degrés de complexité variables. À une extrémité de la gamme de modèles se trouvent des fonctions de transfert simple qui relient les données climatiques au ruissellement. À l autre extrémité, les modèles les plus complexes tentent de résoudre des équations liées à des processus physiques connus. La plupart des modèles pluie-débit se situent quelque part entre ces extrêmes. L exactitude du modèle dépend de l exactitude des données d entrée et de la capacité du modèle à représenter correctement les processus hydrologiques. Des modèles complexes requièrent de nombreuses données détaillées variables dans l espace. Si les données nécessaires ne sont pas disponibles ou sont trop onéreuses à collecter, il peut être plus judicieux d utiliser un modèle moins complexe. Plusieurs types de données sont nécessaires aux modèles pluie-débit pour transformer les précipitations en ruissellement. Les besoins en données climatiques incluent la moyenne spatiale des précipitations, la répartition temporelle des précipitations, l épaisseur du manteau neigeux, les paramètres de la fonte des neiges et la température atmosphérique pendant la saison de la fonte des neiges. Concernant les propriétés physiques du bassin versant, les données nécessaires comprennent les zones de drainage des sous-bassin, les pentes du lit et du bassin versant, la longueur du cours d eau, les temps de réponse ou temps de concentration, les conditions antérieures et les informations concernant les ouvrages de dérivation ou de stockage des eaux de ruissellement. La nature des sols et leur occupation sont nécessaires pour déterminer la moyenne spatiale des taux d infiltration du sol et autres pertes. De plus, de nombreux autres types de données sont nécessaires au fonctionnement du modèle, notamment les paramètres relatifs aux réservoirs et à la propagation dans le cours d eau, l évaporation et d autres paramètres utilisés dans les équations de transfert qui doivent généralement être déterminés par étalonnage. Un modèle hydrologique peut être soit un modèle pluie-débit ponctuel pour modéliser un événement unique, soit un modèle de simulation en continu. L un ou l autre de ces modèles produira des hydrogrammes de crues. Cependant, des modèles de simulation d écoulement en continu nécessitent des données supplémentaires. Étant donné que ces modèles représentent en permanence tout ce qui concerne les précipitations et la répartition de l eau dans le bassin versant, des données sur les écoulements saturés et non saturés et des informations sur 42

2.4.2. Rainfall-runoff modeling The choice of a particular analysis method depends on the type of hydrological information needed and availability of data. By generating complete flood hydrographs, rainfall-runoff modeling provides information about many flood parameters that flood frequency analysis alone cannot. Conceptually, the method involves transforming a design rainfall into a design flood that is assumed to have the same probability of occurrence as the storm. A very thorough description of this approach was written by the Australian Institution of Engineers (2001). Applications of hydrological models are useful if hydrologically relevant characteristics were changed (e.g. by reservoirs) or in cases where the existing hydrological time series of the past cannot be extrapolated into the future. Rainfall-runoff models simulate hydrological processes with varying degrees of complexity. At one end of the spectrum are simple transfer functions that relate climatic inputs to runoff. At the other end, the most complex models attempt to solve equations related to known physical hydrologic processes. Most rainfall-runoff models are somewhere between these extremes. The accuracy of the model depends on the accuracy of the input data and the ability of the model to correctly represent the hydrologic processes. Complex models require lots of detailed spatially varying data. If the necessary data is not available or is too expensive to collect, it may make more sense to use a less complex model. Rainfall-runoff models need several types of data to make the transformation from rainfall to runoff. Climate data needs include spatially averaged rainfall, the rainfall temporal distribution, snowpack depths, snowmelt parameters and air temperature during snowmelt season. Physical properties of the catchment that are needed include the sub-basin drainage areas, channel and catchment slopes, watercourse lengths, lag times or times of concentration, antecedent conditions, and information about physical structures that divert or store runoff. Soils and land use data are needed to determine spatially averaged soil infiltration rates and other losses. In addition, many other types of data are needed to run the model, including reservoir and stream routing parameters, evaporation and other parameters used in the transfer equations that are generally determined through calibration. A hydrologic model may either be characterised as a single-event rainfallrunoff model or as a continuous streamflow simulation model. Either of these types of model will produce flood hydrographs. However, continuous streamflow simulation models require additional data. Since these models continuously account for all of the rainfall and the location of water in the catchment, unsaturated and saturated flow data and evapotranspiration information are necessary to account for soil moisture changes and subsurface water movement. Nevertheless, the 43

l évapotranspiration sont nécessaires pour tenir compte des changements d humidité du sol et du mouvement des eaux souterraines. Néanmoins, l application de systèmes de simulation mixtes stochastiques-déterministes est une option pour augmenter la base de données des analyses de crues. S appuyant sur un générateur stochastique de précipitations, qui fournit de longues séries de champs de précipitations répartis dans l espace, il est possible d appliquer un modèle hydrologique déterministe pour générer des séries à long terme de données de débit dans des bassins fluviaux. Les caractéristiques stochastiques des précipitations, par rapport à leur répartition dans le temps et dans l espace, peuvent être étudiées, tout comme les incertitudes sur l humidité initiale des bassins versants. En comparant les caractéristiques statistiques des séries de crues ainsi produites avec les caractéristiques des séries observées, il est possible de valider l efficacité de la production de données et d adapter les paramètres statistiques si nécessaire. L utilisation de générateurs de débits stochastiques déterministes permet de simuler une grande quantité de données de débit en tenant compte de changements dans les caractéristiques physiques du processus de crue, notamment les installations de rétention des crues. Si les intervalles de temps de simulation sont suffisamment courts, des analyses statistiques multi-variables de la série chronologique générée sont possibles. Les données d entrées des modèles peuvent être déterministes ou stochastiques. Les modèles déterministes utilisent des valeurs uniques des données d entrées pour établir un hydrogramme de crue unique. À l inverse, des modèles stochastiques utilisent des distributions de probabilité pour caractériser la gamme des valeurs observées et la variabilité des données d entrées des modèles et ensuite calculer des hydrogrammes de crue multiples. Les exemples de modèles déterministes incluent le système de modélisation hydrologique HEC-HMS (U.S. Army Corps of Engineers, 1998), le logiciel RORB (Laurenson and Mein, 1995), et le système PRMS (Leavesley et al., 1983). Des exemples de modèles stochastiques de crue qui utilisent les techniques de Monte-Carlo pour effectuer des tirages dans les lois de distribution des principaux paramètres d entrée comprennent SEFM développé par MGS Engineering Consultants, Inc., en collaboration avec le Bureau of Reclamation américain (Schaefer et Barker, 2002), et la version 6 du RORB (Laurenson et coll., 2010). 2.4.3. Calcul de la crue maximale probable Le calcul de la crue maximale probable (CMP) est un cas particulier de modélisation pluie-débit. La CMP est habituellement choisie pour le projet lorsque des conséquences catastrophiques sont possibles et qu une défaillance structurelle ne peut être tolérée. La crue maximale probable (CMP) est «la condition maximale de ruissellement résultant de la plus sévère combinaison de conditions hydrologiques et météorologiques raisonnablement possibles pour le bassin versant étudié» (FEMA, 2004). Aucune probabilité réaliste ne peut être rattachée à la CMP. Lorsque le concepteur sélectionne la CMP en tant que crue de projet, c est parce que les conséquences d une défaillance sont très graves. Si une crue de projet moindre est choisie, cette décision est prise en sachant qu un certain risque de défaillance est acceptable. De par la nature très conservatrice du calcul, la probabilité annuelle de dépassement de la CMP est inférieure à celle de la PMP qui, selon la Fig. 2, est habituellement comprise entre 10-4 et 10-7. 44

application of stochastic- deterministic simulation systems is an option to increase the data base of flood analyses. Based on a stochastic rainfall generator, which provides spatial distributed rainfall fields over long time series, a deterministic hydrological model can be applied to generate long term series of runoff data within river basins. The stochastic characteristics of precipitation, with regard to the spatial and temporal distribution, can be considered, as well as the statistical uncertainties of initial wetness of watersheds. By comparing the statistical characteristics of generated flood series with characteristics from observed series, it is possible to validate the efficacy of data generation and to adapt the statistical parameters as necessary. With application of stochastic-deterministic runoff generators, a large amount of runoff data can be simulated by considering changes in the physical characteristics of flood processes including flood retention facilities. If the time intervals of simulation are small enough multi-variate statistical analyses of the generated time series are possible. Model inputs can be either deterministic or stochastic. Deterministic models use single values of the required inputs to derive a single flood hydrograph. Conversely, stochastic models use probability distributions to characterise the observed range and variability of the required model inputs and develop multiple flood hydrographs. Examples of deterministic models include HEC-HMS (U.S. Army Corps of Engineers, 1998), RORB (Laurenson and Mein, 1995), and PRMS (Leavesley et al., 1983). Examples of stochastic single event flood models that use Monte-Carlo techniques to sample from distributions of the main flood producing factors include SEFM developed by MGS Engineering Consultants, Inc., in conjunction with the U.S. Bureau of Reclamation (Schaefer and Barker, 2002), and version 6 of RORB (Laurenson et al., 2010). 2.4.3. Probable maximum flood development The development of the probable maximum flood (PMF) is a specialized case of rainfall-runoff modeling. The PMF is usually selected for design when catastrophic consequences are possible and structural failure cannot be tolerated. The PMF is the maximum runoff condition resulting from the most severe combination of hydrological and meteorological conditions that are considered reasonably possible for the drainage basin under study (FEMA, 2004). No realistic probability can be attached to the PMF. When the designer selects the PMF as the design flood, it is because the consequences of failure are very severe. If a lesser design flood is selected, it is done with the knowledge that some risk of failure is acceptable. By its very conservative nature, the AEP of the PMF is less than that of the PMP, which from Fig. 2 usually ranges from 10-4 to 10-7. 45

La CMP est déterminée par une méthode déterministe plutôt que par une méthode probabiliste. Pour calculer la CMP on utilise les modèles étudiés dans le chapitre 2.4.2, mais en entrant dans les modèles des paramètres de projet plus conservateurs. Les méthodes utilisées pour déterminer la CMP varient d un pays à l autre et même d une agence à l autre dans chaque pays. Chacune des méthodes a une chose en commun, un désir de choisir des paramètres d entrée conservateurs pour produire la CMP la plus grande possible pour le site d étude. Le degré de conservatisme varie, car l objectif est de calculer une crue raisonnablement possible, mais représentative tout de même du potentiel de ruissellement maximal. Les procédures détaillées de calcul de la CMP sont très bien documentées dans FERC (2001), Cudworth (1989), et l Institut des Ingénieurs, Australie (2001). Par conséquent, les procédures de calcul de la CMP ne sont pas présentées dans ce rapport, qui ne traite que de concepts généraux. L élément le plus important pour déterminer la CMP est habituellement la PMP (Précipitation Maximale Probable). Dans le calcul de la CMP on utilise la PMP en la centrant sur le bassin versant de manière à produire la combinaison la plus critique du débit de pointe et du volume de crue. La répartition temporelle de la pluie est choisie pour produire le plus grand débit de pointe et la répartition maximale de l écoulement autour de la pointe. Pour déterminer la crue la plus critique, il peut être nécessaire de prendre en compte plusieurs répartitions spatiales et temporelles. Pour produire la CMP la plus grande, les pertes sont minimisées. Les pertes prennent de nombreuses formes, mais les plus importantes résultent de l infiltration dans le sol. D autres pertes viennent de l interception par la végétation, l évapotranspiration et la rétention dans des dépressions superficielles. Les conditions antérieures à la PMP jouent également un rôle majeur dans la détermination de la CMP. La PMP est un événement typiquement saisonnier. Par conséquent, le bassin versant peut être recouvert de neige pendant l hiver ou peut déjà être très humide à cause d événements pluvieux antérieurs. Une fonte des neiges en même temps que la PMP peut aussi être un facteur important. Les réservoirs peuvent être pleins. Le cours d eau a probablement un débit de base alimenté par de l eau souterraine parcourant des distances considérables sous terre. Chacune de ces conditions est étudiée en association avec la PMP pour déterminer celles qui pourraient vraisemblablement se produire au moment de l événement pluvieux tout en augmentant le potentiel de crue du bassin versant. Des décisions supplémentaires sont prises en ce qui concerne la transformation des précipitations en ruissellement et les paramètres de propagation de la crue. La méthode des hydrogrammes unitaires est la plus couramment utilisée pour convertir les précipitations en ruissellement. De nombreuses méthodes sont disponibles pour calculer les écoulements dans les réservoirs, les bassins de rétention et le lit du cours d eau. La clé pour obtenir un modèle de crue représentatif est l étalonnage et la vérification par rapport à de grandes crues historiques. 2.5. ÉVALUATION DES MARGES D INCERTITUDE Il est important de souligner ici les nombreuses causes d incertitude impliquées dans l évaluation d une crue. Ces causes peuvent être associées à la mesure des 46

The PMF is determined using a deterministic procedure rather than a probabilistic one. In calculating the PMF, the same models discussed in Section 2.4.2 are used, but with more conservative design parameters input to the models. Approaches used for determining the PMF vary from country to country and even from agency to agency within each country. Each of the approaches has one thing in common a desire to choose conservative input parameters to produce the largest PMF for the study site. The degree of conservatism varies because the objective is to compute a flood that is reasonably possible but still representative of the maximum runoff potential. Detailed procedures for computing the PMF are well documented in FERC (2001), Cudworth (1989), and Australian Institution of Engineers (2001). Therefore, PMF computational procedures are not presented in this report, only generalized concepts are discussed. The most important input to determining the PMF is usually the PMP. The calculation of the PMF uses the PMP storm which is centered over the watershed to produce the most critical combination of peak discharge and flood volume. The temporal distribution of the storm is selected to produce the largest peak discharge and the maximum distribution of flow about the peak. To determine the most critical flood, several spatial and temporal arrangements may need consideration. To produce the largest PMF, losses are minimized. Losses take many forms, but the largest are from infiltration into the ground. Other losses come from interception by vegetation, evapotranspiration, and retention in surface depressions. Antecedent conditions prior to the PMP also play a major role in determining the PMF. The PMP storm is typically a seasonal event. Therefore, the watershed may have snow on the ground during the winter, or may already be very wet from a prior storm. Concurrent snowmelt with PMP may also be an important consideration. Reservoirs may be full. The stream probably contains base flow which is contributed by water flowing underground considerable distances as ground water. Each of these conditions are considered in combination with the PMP storm to determine those that could be reasonably expected to occur at the time of the storm while maximizing the flood potential of the watershed. Additional decisions are made with regard to converting rainfall to runoff and flood routing parameters. Unit hydrographs are the most common method used to convert excess rainfall to runoff. Many approaches are available to route flood runoff through reservoirs, detention storage, and stream channels. The key to having a representative flood model is calibration and verification to large historic floods. 2.5. EVALUATING UNCERTAINTY MARGINS It is important to highlight here the numerous causes of uncertainty involved in flood magnitude evaluation. These causes may be related to the flow measurement, 47

débits, au traitement des données ou à l évaluation statistique. Celles-ci comprennent, entre autres, les éléments suivants : Mesure des débits et traitement des données : incertitude dans l établissement de la courbe de tarage pour les débits de crues; incertitude dans la transposition des relevés entre une station de jaugeage et une zone non jaugée; erreurs introduites dans le traitement des données (généralement une limitation sérieuse dans de nombreux pays); Évaluation statistique : incertitude dans le choix de la loi de distribution statistique; incertitude découlant de l échantillon limité d observations disponibles; manque d homogénéité de l échantillon de crue (changements dans la gestion de l eau pendant la période de relevé, avec la construction d un ou de plusieurs réservoirs en amont des sites de jaugeage, changement de l emplacement et du type de station de jaugeage, différents processus de génération de crues, comme les crues de fonte des neiges, les crues d embâcles, etc.); incertitude dans l étalonnage et la structure du modèle pluie-débit utilisé pour évaluer l hydrogramme de la crue de projet. L évaluation de l incertitude introduite par les méthodes de mesure des débits et le traitement des données doit se faire au cas par cas. Cette incertitude peut parfois être très importante ; cependant la plupart du temps elle n est pas détectée, sauf si l utilisateur des données se rend sur le site de jaugeage et pose des questions sur le jaugeage et les méthodes de traitement des données. Plusieurs méthodes peuvent être utilisées pour évaluer l incertitude introduite par l évaluation statistique. Des intervalles ou des limites de confiance sont couramment utilisés pour aider les ingénieurs à évaluer l incertitude des estimations et à déterminer le débit de pointe correct de la crue qui doit être utilisé dans le projet. L intervalle de confiance associé à l estimation est fonction de la durée des relevés disponibles pour l analyse, des lois de probabilité retenues (loi de distribution des fréquences) et de la manière dont les statistiques sur les mesures sont effectuées. La fiabilité de l évaluation augmente au fur et à mesure que la durée des séries de données augmente. Des valeurs approximatives de fiabilité peuvent être calculées pour différentes périodes de retour. À titre d exemple pour des événements peu fréquents, le Tableau 3 résume les niveaux d incertitudes approximatifs en fonction de l intervalle de confiance, de la probabilité de dépassement annuel et de la durée de la série de données (Wanielista et coll., 1997). Par exemple, avec 25 ans de données historiques, il existe un degré de certitude élevé que l estimation pour la crue décennale se situera à plus ou moins 50 % de la valeur réelle, mais la probabilité que cette valeur estimée corresponde à plus ou moins 10 % de la valeur réelle n est que de 50 %. Le Tableau 3 montre également la 48

data handling or statistical evaluation. These include, but are not limited to, the following: Flow measurement and data handling: uncertainty in establishing the rating curve for flood flows; uncertainty in the transposition of records from a gauging station to an ungauged area; errors introduced in data handling (usually a severe limitation in several countries); Statistical evaluation : uncertainty in the selection of a statistical distribution; uncertainty arising from the limited sample of observations available; non-homogeneity of flood sample (changes in water management during the period of record, with the construction of reservoir(s) upstream of the gauging sites, change in location and type of gauging station, different flood generation processes, such as snowmelt flood, ice-jam floods, etc.); and, uncertainty in the calibration and structure of the rainfall-runoff model that is used to estimate the design flood hydrograph. The evaluation of uncertainty introduced by flow measurement methods and data handling must be carried out on a case by case basis. This uncertainty may sometimes be very significant; however it remains undetected most of the time, unless the data user visits the gauging site and inquires about gauging and data handling methods. Several methodologies can be applied for the assessment of uncertainty introduced by statistical evaluation. Confidence intervals or limits are commonly used to assist engineers in the assessment of the accuracy of estimates and in the determination of the proper flood peak discharge which should be used for the design. The associated confidence interval of the estimate is a function of the length of record available for the analysis, the assumed probability relationships (frequency distribution), and the way the sample statistics are estimated. As the length of the record increases, the reliability of the estimate also increases. Approximate values of reliability (percent chance) can be calculated for different return periods. As an example for infrequent events, Table 3 summarises approximate reliabilities as a function of confidence limit, annual exceedance probability, and record length (Wanielista et al., 1997). For example, with 25 years of historical data there is a high degree of certainty that the estimate for the 1 in 10 year flood will fall within plus and minus 50% of the actual value, but the likelihood that this estimated value falls within plus and minus 10% of the actual is only about 50%. Table 3 also shows the likelihood that a flood of a given annual exceedance probability occurs within a specific planning period. For example, it is 49

probabilité qu une crue de fréquence fixée se produise au cours d une période de planification donnée. Par exemple, on voit que la probabilité qu une crue cinquantennale se produise dans une période de 30 ans est de 45 %. Les méthodes qui peuvent être utilisées pour évaluer les intervalles de confiance dans l analyse fréquentielle des crues sont décrites par Stedinger et al. (1993). Tableau 3 Degrés approximatifs de fiabilité en fonction de l intervalle de confiance Période Durée Probabilité qu une crue d une de retour des relevés Intervalle de confiance (% d erreur) période de retour donnée (années) (années) se produise en N années ±10 % ±25 % ±50 % N = 30 N = 50 2 10 47 88 99 100 % 100 % 25 68 99 100 100 96 100 100 10 10 46 77 97 95 % 99 % 25 50 93 99 100 85 100 100 50 10 37 70 91 45 % 63 % 25 46 91 97 100 73 99 100 100 10 35 66 90 26 % 39 % 25 45 89 98 100 64 99 100 Les techniques de simulation de Monte-Carlo sont bien adaptées pour représenter la variabilité stochastique des phénomènes générateurs de crues, bien que ces techniques puissent aussi être étendues pour caractériser l incertitude provoquée par la transformation des précipitations en débits. Les informations nécessaires pour être rigoureux sont de plus en plus difficiles à obtenir au fur et à mesure que les crues approchent de la limite crédible d extrapolation. Cependant, les incertitudes associées aux entrées clés du projet peuvent être théoriquement calculées (comme la grande incertitude liée à l affectation d une probabilité annuelle de dépassement à la précipitation maximale probable) et ensuite utilisées pour évaluer l impact sur l objectif de dimensionnement du projet. Un exemple d application de cette démarche est donné dans la Fig. 5, où on constate que l incertitude sur la probabilité de déversement sur le barrage est presque un ordre de grandeur en plus ou en moins de chaque côté de la meilleure estimation. 50

seen that the likelihood of a 1 in 50 year flood occurring within a 30 year period is 45%. Techniques that can be used to estimate confidence intervals in flood frequency analysis are described by Stedinger et al. (1993). Table 3 Approximate Reliabilities as a Function of Confidence Limit Return Record Likelihood that a flood Period Length Confidence Limits (% error) of given return period occurs (years) (years) within N years ±10 % ±25 % ±50 % N = 30 N = 50 2 10 47 88 99 100 % 100 % 25 68 99 100 100 96 100 100 10 10 46 77 97 95 % 99 % 25 50 93 99 100 85 100 100 50 10 37 70 91 45 % 63 % 25 46 91 97 100 73 99 100 100 10 35 66 90 26 % 39 % 25 45 89 98 100 64 99 100 Monte-Carlo simulation techniques are well suited to capturing the stochastic variability of flood producing factors, though such frameworks can also be extended to characterise the uncertainty involved in the transformation of rainfall to floods. The information required to do this rigorously is increasingly difficult to obtain as the magnitude of floods approach the credible limit of extrapolation. However, the uncertainties associated with key design inputs can be notionally represented (such as the large uncertainty involved in assigning an annual exceedance probability to the Probable Maximum Precipitation) and then used to assess the impact on the design objective of interest. An example application of this is provided in Fig. 5, where it is seen that the uncertainty in the exceedance probability of the dam overtopping is almost an order of magnitude either side of the best estimate. 51

Fig. 5. Exemple de courbe de fréquences des débits sortants d un barrage avec intervalle de confiance (Mittiga et coll., 2007) 2.6. CRUES ET CHANGEMENT CLIMATIQUE L influence du changement climatique sur le risque de crue fait l objet d une attention croissante. Cet intérêt est soulevé d abord pour deux raisons, notamment (i) le lien de causalité entre la hausse des températures et la gravité et la fréquence des précipitations exceptionnelles à extrêmes, qui se traduisent par une augmentation des inondations, et (ii) l augmentation des dégâts causés par la montée du niveau de la mer et par des facteurs sociétaux. Ces deux thèmes sont brièvement abordés ci-dessous. Tout d abord, il faut noter que les preuves de l augmentation de la température sont largement répandues sur le globe. Des exemples sont donnés dans le rapport du GIEC (2007) : onze des douze dernières années (1995 2006) figurent parmi les douze années les plus chaudes depuis 1950, date à laquelle ont débuté les relevés instrumentaux de la température à la surface du globe ; sur l ensemble de la planète, le niveau de la mer s est élevé de 3,1 mm/an entre 1993 et 2003 ; et on a observé une diminution des zones couvertes de neige et de glace, l étendue maximale du gélisol saisonnier ayant diminué d environ 7 % dans l hémisphère nord depuis 1900. Les causes connues de ces changements sont à la fois naturelles et anthropogènes mais sont en général axées autour de la concentration des gaz à effet 52

Outflow 90% outflox confidence limits Dam Crest Food Peak Flow (3 3 /s) AEP of DCF Annual Exceedance Probability Fig. 5 Example outflow frequency curves from a dam with confidence limits (Mittiga et al., 2007) 2.6. FLOODS AND CLIMATE CHANGE The influence of climate change on flood risk is receiving increasing attention. This interest arises primarily for two reasons, namely (i) the causal relationship between rising temperatures and the severity and frequency of large to extreme rainfalls, which result in an increase in hydrologic floods, and (ii) the increase in flood damages associated with sea level rise and societal factors. These two themes are briefly discussed below. Firstly, however, it is worth noting that the evidence for temperature increase is widespread over the globe. Examples are given in IPCC (2007) including: eleven of the twelve years from 1995 to 2006 rank in the twelve warmest years in the instrumental record of global surface temperature (since 1950); increases in sea levels with the global average sea level rising at an average rate of about 3.1 mm per year from 1993 to 2003; and, observed decreases in snow and ice extent with the maximum areal extent of seasonally frozen ground decreasing by about 7% in the Northern Hemisphere since 1900. The known causes of these changes are a mixture of natural and anthropogenic, but generally centre around the concentration of greenhouse gases present in the 53

de serre présents dans l atmosphère. Les gaz à effet de serre présents dans l atmosphère réduisent la perte de chaleur dans l espace et sont essentiels au maintien de la température terrestre. Le dioxyde de carbone (CO 2 ) est considéré comme le gaz à effet de serre anthropogène le plus important de l atmosphère. La concentration atmosphérique globale de CO 2 est passée d environ 280 ppm (valeur préindustrielle) à 379 ppm en 2005 (GIEC, 2007). De plus, les concentrations de gaz à effet de serre à longue durée de vie comme le méthane (CH 4 ), l oxyde nitreux (N 2 O) et les hydrocarbures halogènes ont augmenté pendant l ère industrielle. Le rapport du GIEC (2007) indique qu il est très vraisemblable (c.-à-d. que la probabilité est supérieure à 90 %) que l augmentation des températures moyennes à la surface du globe depuis la moitié du 20 e siècle résulte des augmentations observées des émissions des gaz à effet de serre dues à des activités humaines. Pendant cette période, la somme des forçages solaires et volcaniques aurait probablement causé davantage de refroidissement que de réchauffement. Des températures plus élevées augmentent la capacité de l atmosphère à retenir l eau et l évaporation dans l atmosphère, favorisant de ce fait des précipitations plus intenses. Trenberth et coll. (2003) soutiennent que l augmentation de la teneur en humidité de l atmosphère devrait augmenter le taux de précipitation localement en stimulant les orages par un dégagement de chaleur latent et ensuite en fournissant davantage d humidité. Cependant, ils se demandent ce qui arrive au volume d eau total, puisque la durée de l orage peut être raccourcie par ce processus. Des simulations à modèles multiples, avec neuf modèles de climats mondiaux, appuient cette hypothèse en montrant que l intensité des précipitations (précipitations annuelles divisées par le nombre de jours de pluie) augmentera à différents degrés selon le scénario de changement climatique modélisé (Kundzewicz et coll., 2007). Différents cas d augmentations de l intensité des précipitations ont déjà été relevés pendant le 20 e siècle, comme : Une nette tendance à l augmentation de l intensité des fortes précipitations d hiver et d automne en Suisse (Schmidli und Frei, 2005); Augmentation de l intensité des précipitations en Italie, malgré une baisse du nombre de jours de pluie (Brunetti et coll., 2004); Augmentation significative du nombre de jours de pluie et des précipitations extrêmes sur deux jours aux États-Unis d après sur une analyse effectuée dans des états limitrophes entre 1932 et 1997 (Pielke et Downton, 2000); Augmentation de la fréquence de fortes précipitations entre 1910 et 2000 en Inde (Roy and Balling, 2004); Tendance à l augmentation pour six des sept précipitations extrêmes en moyenne en Europe (KleinTank et Konnen, 2003); Augmentation des précipitations extrêmes malgré une diminution de l ensemble des précipitations en Italie et en Espagne (Alpert et coll., 2002). L évaluation de l influence des changements climatiques sur les crues est un peu plus compliquée que pour les précipitations. Alors que l on peut s attendre à ce qu une augmentation de la fréquence des précipitations de grande intensité entraine une augmentation de la fréquence et de la gravité des crues, certains facteurs supplémentaires doivent être pris en compte pour contrôler la transformation du 54

atmosphere. Greenhouse gases in the atmosphere reduce the loss of heat into space and are essential in maintaining the temperature of the earth. Carbon Dioxide (CO 2 ) is believed to be the most important anthropogenic greenhouse gas in the atmosphere. The global atmospheric concentration of CO 2 has increased from preindustrial value of about 280 ppm to 379 ppm in 2005 (IPCC, 2007). Additionally, concentrations of other long-lived greenhouse gases such as methane (CH 4 ), nitrous oxide (N 2 O) and halocarbons have increased during industrial times. The IPCC (2007) states that it is very likely (i.e. there is a greater than 90% probability) that the increase in the global average temperatures since the mid-20th century is due to observed increases in greenhouse gas emissions due to humans. During this period, the sum of solar and volcanic forcings would likely have produced cooling rather than warming. With higher temperatures, the water-holding capacity of the atmosphere and evaporation into the atmosphere increase, and this favours more intense precipitation. Trenberth et al. (2003) argue that increasing the moisture content of the atmosphere should increase the rate of precipitation locally by stimulating the storm through latent heat release and further by supplying more moisture. They do, however, question what happens to the total volume of water as the duration of the storm may be shortened through this process. Multi-model simulations, with nine global climate models, support this hypothesis by showing that precipitation intensity (annual precipitation divided by number of wet days) will increase to different degrees depending upon the climate change scenario being modelled (Kundzewicz et al., 2007). Already, there are various cases of recorded increases in the intensity of rainfall over the 20th century, such as: A clear increasing trend in intensity of winter and autumn heavy precipitation in Switzerland (Schmidli and Frei, 2005); Increase in precipitation intensity in Italy, although a decrease in the number of wet days (Brunetti et al., 2004); Significant increase in the number of wet days and two-day precipitation extremes in the United States based on an analysis of contiguous states over the period 1932-97 (Pielke and Downton, 2000); An increase in the frequency of large precipitation events over the period 1910 to 2000 in India (Roy and Balling, 2004); Increasing trend in six out of seven precipitation extremes averaged across Europe (Klein Tank and Konnen, 2003); and, Increase in extreme rainfall despite a decrease in total rainfall in Italy and Spain (Alpert et al., 2002). The assessment of the influence of climate change on floods is somewhat more complicated than for rainfalls. While it can be expected that an increase in the frequency of high intensity rainfalls will result in an increase in the frequency and severity of floods, there are additional factors to be considered that control the conversion of rainfall excess to flood hydrograph. For example Kundzewicz et al. 55

surplus de précipitations en hydrogramme de crue. Par exemple Kundzewicz et coll. (2006) suggèrent que la fonte des neiges est apparemment plus précoce et moins abondante et que, par conséquent, la probabilité de crues de printemps dans des endroits sensibles peut diminuer. Ils notent aussi que les augmentations de température ne traduiront pas une réduction des embâcles et que l augmentation de la débitance qui en résultera peut diminuer les risques d inondation au printemps. On peut également s attendre à ce que des périodes de temps sec plus longues entraînent une baisse des niveaux du stockage dans les réservoirs ; de ce fait les débits sortants peuvent diminuer, en raison d une plus grande disponibilité des retenues. À l inverse, la hausse du niveau des mers prévue par le GIEC (2007) provoquera une augmentation des inondations dans des zones côtières basses, qui représentent les régions les plus peuplées du monde. La plupart des réservoirs étant utilisés à des fins multiples, la nécessité d une meilleure protection contre les crues qui pourraient résulter du changement climatique doit être compensée par d autres objectifs de fonctionnement. En particulier, les risques accrus de sécheresse et le changement des conditions de qualité de l eau doivent être pris en compte. L influence du réchauffement global sur les dommages provoqués par les crues dépend de facteurs autres que les crues fluviales (Pielke et Downton, 2000 ; Evans et coll., 2004a). Pour la gestion des crues en aval des barrages, il est probablement important de tenir compte de l influence de la hausse du niveau de la mer sur les crues en amont de l embouchure. La simultanéité de niveaux de la mer plus élevés avec des débits de crue aux barrages provoquera une augmentation des niveaux d inondation et par conséquent une plus grande menace pour la vie et les biens. Les délais nécessaires pour atténuer les risques inhérents, par des changements de politique ou par la construction de barrages et autres ouvrages de maîtrise des crues, sont longs et dans certains cas il faudra plusieurs décennies avant d en voir le résultat. Les barrages de maîtrise des crues sont un moyen d atténuer ces risques, même s il est clair (par ex. Evans et coll., 2004 b) qu un ensemble de mesures en réponse aux crues sera nécessaire ; ces mesures concerneront la politique publique, la gestion du territoire, l ingénierie fluviale et côtière et les initiatives pour la réduction des pertes. C est le but de la gestion intégrée des risques d inondation qui est décrite de manière plus détaillée dans le chapitre 4. 56

(2006) suggest that snowmelt is likely to be earlier and less abundant, and as such the likelihood of spring floods in susceptible locations may decrease. They also note that increased temperatures will result in ice-jams being less prevalent, and the associated increase in river conveyance may decrease the risk of flooding during spring. It can also be expected that longer periods of dry weather will result in lower reservoir storage levels, and hence outflows may reduce due to the increased availability of flood storage. Conversely, the increased sea levels predicted by the IPCC (2007) will cause increased flooding in low lying coastal areas, which represent the most densely populated regions of the world. As most reservoirs are used for multiple objectives, the need for improved flood protection which could derive from climate change has to be balanced with other targets of operation. Here especially the increased risks of droughts and changing water quality conditions have to be considered. The influence of global warming on flood damages is dependent on factors other than hydrological floods (Pielke and Downton, 2000; Evans et al., 2004a). Of perhaps most relevance to flood management downstream of dams is the need to consider the influence of rising sea levels on upstream flood conditions. The expected concurrence of higher sea levels with dam flood outflows will result in increased inundation levels and hence greater threat to life and property. The lead times required to mitigate the attendant risks, either through policy changes or the construction of dams and other flood control structures, are long and in some cases may take many decades to come to fruition. Flood control dams provide one means of mitigating these risks, though it is clear (e.g. Evans et al., 2004b) that a portfolio of flood response measures will be needed that span public policy, landscape management, river and coastal engineering, and loss reduction initiatives. This is the purpose of flood risk management, which is described in more details in Chapter 4. 57

3. IMPACTS DES CRUES 3.1. DOMMAGES CAUSÉS PAR LES CRUES ET EFFETS BÉNÉFIQUES DES CRUES Depuis les débuts de la civilisation, les grandes crues ou les crues extrêmes sont considérées comme une nuisance, car ce sont des phénomènes d ampleur anormale qui, en plus des pertes humaines, interrompent les activités humaines et causent des dommages aux établissements humains. C est la raison pour laquelle les «impacts des crues» ont toujours été perçus dans un sens négatif et que le principe de protection contre les crues a toujours été simple : le coût des ouvrages de protection contre les crues est compensé par la diminution correspondante des dommages qu elles causent (qu ils soient physiques ou immatériels, comme les pertes en vies humaines). Ce mode de pensée impliquait la croyance selon laquelle la nature avait une capacité de résilience infinie et qu elle se remettrait de toute façon des conséquences de toute interruption occasionnelle et/ou limitée des processus naturels provoquée par les mesures de maîtrise des crues. Depuis la fin du siècle dernier, un nouveau concept est apparu, qui introduit les processus naturels dans l équation d équilibre entre les mesures de maîtrise des crues et la diminution des dommages. Il est reconnu que les crues font partie intégrante des processus naturels hydrologiques et biologiques sur un bassin versant et que l interruption du régime des crues affecte ces processus de manière plus ou moins importante. On divise donc maintenant les conséquences des crues en deux catégories : les impacts négatifs, principalement les conséquences sur les activités humaines, sur les vies et sur les structures anthropiques. Ces aspects sont traités dans les chapitres suivants 3.2 à 3.4 ; les effets positifs, constitués par leur contribution aux processus naturels, qui sont traités dans le chapitre 3.5. 3.2. DOMMAGES PHYSIQUES 3.2.1. Ampleur de l inondation Pour formuler et appliquer un certain niveau de gestion des crues, il est nécessaire de définir d une manière ou d une autre l ampleur de l inondation ainsi que l importance des dommages physiques et de trouver une relation entre les deux. Suivant le chapitre 2, on suggère que l importance d une crue est définie sur la base d un paramètre de crue. Il faut choisir le paramètre de crue le plus approprié à la situation locale. En conséquence, les différentes valeurs que ce paramètre de crue a obtenues ou obtient au cours d une série de crues (qui peuvent être historiques) d importance différente doivent être analysées et traitées. Il en résultera une courbe de fréquence (appelée également courbe de non-dépassement). Mais, en dehors des paramètres de crue, il est également possible de définir des paramètres que l on peut appeler paramètres d inondation. Les différents 58

3. IMPACTS DES CRUES 3.1. FLOOD DAMAGES AND FLOOD BENEFITS Large or extreme floods have been considered a nuisance since the beginning of civilization, because they are phenomena of abnormal magnitude, which disrupt human activities and cause damages to human settlements, in addition to loss of life. That is the reason why flood impacts have always been perceived in a negative sense and the principle of flood protection has always been straightforward: the cost of flood protection works is balanced with the corresponding reduction in flood damages (whether physical or intangible, like loss of life). Implicit to this way of thinking was the belief that nature has an infinite capacity of resilience and that it would eventually recover from the consequences of any occasional/limited disruption of natural processes caused by flood control measures. Since the end of the last century, a new concept has emerged which introduces the natural processes in the balancing equation between flood control measures and flood damage reduction. It is recognised that floods are an integral part of the natural hydrological and biological processes on a watershed, and that disrupting the flood regime affects these processes in a more or less significant manner. Therefore, flood impacts are now divided in two categories: The negative impacts, which are mainly the impacts on human activities and lives and on man-made structures. Those aspects are dealt with in the following sections 3.2 to 3.4; and The positive impacts, which are their contribution to natural processes, are dealt with in section 3.5. 3.2. PHYSICAL DAMAGES 3.2.1. Magnitude of flooding In order to formulate and carry out a degree of flood management, it is necessary to define, in one way or another, the magnitude of flooding, as well as the extent of physical damages and to find a relationship between the two. Following Chapter 2, it is suggested that the magnitude of a flood be defined on the basis of a flood parameter. A flood parameter, which is most appropriate to the local situation, should be selected. Subsequently, the various values this selected flood parameter has attained or attains during a range of (possibly historical) floods of different magnitude would be analysed and processed. This would result in a frequency curve (also called non-exceedance curve). But, apart from flood parameters one can also define flooding parameters, or, may be more clearly, one may call these inundation parameters. The various 59

paramètres applicables aux crues et aux inondations sont étudiés en détail dans le rapport (ICID, 2005) auquel il est fait référence. Seuls les aspects en lien avec l objectif du présent bulletin sont résumés ici. La différence entre les deux types de paramètres est illustrée par la Fig. 6. La courbe du haut montre la probabilité de non-dépassement d un volume de crue donné, alors que la courbe du bas montre la courbe de non-dépassement pour une inondation réelle, dans laquelle «l importance» est exprimée ici par le paramètre d inondation «volume débordé». Fig. 6. Courbes de non-dépassement du volume de crue et du volume débordé du fleuve Sebou au Maroc voir également encadré 3.3 (NEDECO, 1975) Un paramètre de crue doit représenter une crue de manière à ce que les différentes valeurs du paramètre, valables pour différentes crues s écoulant dans un bassin versant en un point donné (par exemple au point d entrée du réservoir ou de la zone inondable), traduisent l importance de ces crues les unes par rapport aux autres. Bien évidemment, il est possible que, à un certain point du bassin versant et du cours d eau, la crue soit beaucoup mieux caractérisée par son hydrogramme et par la période de retour associée. Mais il existe de nombreuses situations ou des hydrogrammes de différentes tailles ont des formes complètement différentes pour le même cours d eau et au même endroit (Fig. 7). 60

parameters applicable to floods and inundations are discussed in detail in (ICID, 2005) to which reference is made. Here, only the aspects relevant to the purpose of this Bulletin are summarised. The difference between the two is illustrated in Fig. 6. The upper graph shows the non-exceedance curve for the volume of a range of floods, while the lower graph demonstrates the non-exceedance curve for actual flooding, where magnitude is expressed here by the inundation parameter bank overspill. Fig. 6 Non-exceedance curve for flood and overspill volumes for the river Lower Sebou in Morocco See also Box 3.3 (NEDECO, 1975) A flood parameter should represent a flood in such manner that the different values of the parameter, valid for different floods travelling down a river in a certain catchment at a given point (for instance at the point of entry of the reservoir or the flood prone area), reflect the magnitude of these floods in relation to each other. Obviously, a flood at a certain point of a river basin and watercourse can best be characterised by its hydrograph and the related return period. But there are many situations where hydrographs of different size for the same river and the same location have completely different shapes (Fig. 7). 61

Fig. 7. Quatre crues de tailles différentes des oueds Ouerrha et Sebou, Maroc (NEDECO, 1973) Dans ce cas, un paramètre précis et soigneusement choisi de l onde de crue peut également caractériser une crue de manière tout à fait satisfaisante à un endroit donné. Ces paramètres de crue sont : débit maximal pendant la crue ; niveau d eau maximal pendant la crue ; débit maximal journalier moyen pendant la crue ; volume de l onde de crue réelle au-dessus d un débit donné ; durée de l onde de crue réelle au-dessus d un débit ou d un niveau d eau donné. Étant donné que la forme d une crue avec un débit de pointe donné, en un lieu géographique donné, dépend en général du bassin versant, il est possible d utiliser un paramètre simple pour décrire la crue 1. Comme cela a déjà été mentionné, il est également possible de définir des paramètres d inondation. L inondation est un phénomène complexe ; elle dépend de caractéristiques stochastiques (la crue) et des caractéristiques de la zone inondable. 1 Par exemple, le paramètre utilisé en Australie à des fins de planification est presque toujours la probabilité annuelle de dépassement (PAD) d une crue d une hauteur maximale donnée ou d un débit maximal donné. 62

Fig. 7 Four different size floods originating from the rivers Ouerrha and Sebou, Morocco (NEDECO, 1973) In that case a carefully selected unambiguous parameter of a flood wave travelling along a river may, at a certain location, characterise a flood quite satisfactorily as well. Such flood parameters are: maximum discharge during flood; maximum water level during flood; maximum average daily discharge during flood; volume of the actual flood wave above a given discharge; duration of the actual flood wave above a given discharge or water level. As the form of a flood of a given peak discharge, at a given geographic location, will, very generally, be a function of the catchment, a single parameter can be used to describe the flood 1. As already stated one can also define inundation parameters. Inundation is a complex phenomenon; it depends on stochastic features (the flood) and the characteristics of the flood prone area. But physical, man-made structures (dams, 1 For instance, the parameter used in Australia for planning purposes is almost always the annual exceedance probability (AEP) of a flood of a given maximum height or maximum flow rate. 63

Mais les structures physiques, anthropiques (barrages, digues de protection contre les crues) jouent également un rôle. Ces dernières peuvent à leur tour modifier la relation entre la crue et l inondation, de manière déterministe ou stochastique (rupture de barrage par exemple). Les résultats des études topographiques, hydrologiques et hydrauliques doivent indiquer quel est le paramètre d inondation qui représente le mieux le phénomène d inondation (voir encadré 1). Encadré 1 Choix d un paramètre d inondation Des études menées au Maroc (NEDECO, 1973) ont montré que ce qui représentait le mieux l inondation de la plaine du Rharb par les fleuves Sebou et Ouerrha était le volume de débordement total dans la plaine. Dans le cas des études sur le Paraná- Paraguay menées en Argentine et au Paraguay (Motor Columbus, 1979), qui couvraient une zone beaucoup plus vaste, pas moins de sept emplacements ont été sélectionnés, pour lesquels le niveau d eau maximal annuel au-dessus d une certaine «cote d alerte» pouvait être considéré comme représentatif du paramètre de crue. Dans ce cas, cela correspondait également au paramètre d inondation pour un certain tronçon du fleuve; car il était situé au niveau des zones inondables le long de ce tronçon. Aux Pays-Bas et dans plusieurs autres pays, la hauteur d eau sert de paramètre d inondation. Cependant, on sait par expérience que les situations hydrologiques et topographiques, ainsi que la taille de la zone, déterminent dans une grande mesure le paramètre d inondation à utiliser. Étant donné qu une crue est en principe caractérisée par son hydrogramme et par sa période de retour et l inondation qu elle cause par un paramètre d inondation, il est toujours nécessaire de traduire les hydrogrammes de crue en inondations. Quelques commentaires sur la méthode normalement utilisée sont développés dans l encadré 2. L impact d une crue sur la zone qu elle inonde, ses habitants, ses infrastructures, ses bâtiments et autres biens est influencé par de très nombreux facteurs (par ex. les paramètres d inondation) comme : étendue maximale de l inondation dans une certaine zone ; durée de l inondation dans une zone donnée ; débit de débordement dans une zone donnée ; hauteur locale de l inondation ; variation dans le temps de ces paramètres ou leur relation (étendue de l inondation pour un niveau d eau H pendant une période T) ; vitesse de montée des eaux de crue ; vitesse (locale) des eaux de crues ; sédiments transportés par les eaux de crues temps disponible pour l annonce de la crue ; aménagement du territoire dans les plaines inondables ; turbulence de l écoulement ; temps nécessaire à la remise en état de la zone après l inondation ; 64

flood embankments) also play a role. The latter, in turn, can modify the relationship between flood and inundation, in a deterministic or stochastic (dam break for instance) manner. The results of topographic, hydrologic and hydraulic studies should indicate which inundation parameter best represents the flooding phenomenon (see Box 1). Box 1 Selection of an inundation parameter During studies in Morocco (NEDECO, 1973), it turned out that inundation of the Rharb plain by the Sebou and Ouerrha rivers was best represented by the overall bank overspill into the plain. In the case of the Parana-Paraguay studies in Argentina-Paraguay (Motor Columbus, 1979), which covered a much larger area, no less than seven locations were earmarked at which the maximum annual water level above a certain danger level could be considered as the representative flood parameter. In this case this was also the inundation parameter for a certain river reach; as it included the riverine flooded areas in that particular reach. In the Netherlands and in many other countries the depth of flooding is used as the inundation parameter. However, it is known from experience that the hydrological and topographical situations, as well as the size of the area, determine to a major extent the inundation parameter to be used. Given the fact that a flood is basically characterised by its hydrograph and return period and the flooding it causes by an inundation parameter, there is still the need to translate flood hydrographs into flooding events. A few comments about the method normally used are given in Box 2. The impact of a flood event on the area it inundates, its inhabitants, its infrastructure, buildings and other assets is influenced by a wide variety of factors (i.e. flooding parameters), such as: maximum extent of inundation in a certain area; duration of inundation in a certain area; bank overspill in a certain area; the local depth of inundation; the variation in time of these parameters or their relationship (extent of inundation for a water level H and during a time T); the rate of rise of floodwaters; the (local) velocity of floodwaters; sediment carried by floodwaters; time available for flood warning; the land use on the floodplain; the turbulence of the flow; the time it takes for the area to be reclaimed after the flood; 65

Encadré 2 Relation entre une crue et l inondation qu elle provoque La méthode utilisée de préférence pour établir la relation entre l hydrogramme représentant une crue et les paramètres types d une inondation est la modélisation hydraulique. Sauf en ce qui concerne les inondations qui sont compliquées par leur système d écoulement (surtout valable dans des zones urbaines), on peut affirmer en général que la modélisation physique (modèles réduits) n est pas nécessaire. Actuellement, des modèles mathématiques d inondations, comme l indique par exemple le rapport ICID (2005), sont capables de résoudre la plupart des problèmes. En outre, de nombreux modèles intègrent également des paramètres de transport de sédiments ou de qualité de l eau et peuvent par conséquent représenter tous les paramètres qui caractérisent l inondation. Évidemment, il est préférable de disposer de données sur les crues de référence (c.-à-d. les crues historiques connues) pour étalonner les paramètres du modèle. Il faut disposer en outre d une description topographique précise de la zone inondée ainsi que de la bathymétrie du ou des cours d eau et de ses berges. L utilisation de modèles unidimensionnels ou bidimensionnels dépendra de la taille de la zone inondable, de la complexité des écoulements à l intérieur de cette zone et des échanges de débit entre le lit principal du cours d eau et les zones inondables. L avantage des modèles hydrauliques est qu ils permettent très facilement de simuler une rupture de digue ou un élargissement de brèche, soit grâce à des modèles de «rupture de barrage» soit en se basant sur des schématisations tirées de considérations théoriques sur le développement des ruptures de barrage et de l élargissement de brèches dans des remblais. En l absence de modélisation de la zone inondable, il faut revenir à l analyse du plus grand nombre possible de crues et d inondations connues. Dans ce cas, il faut se fier, entre autres (par ex. par des méthodes de corrélation), aux paramètres de crue et d inondation les plus représentatifs. Une liste exhaustive des modèles utilisés dans des études hydrologiques et hydrauliques de crues est donnée dans le rapport (SEPIC, 2004). action de l onde sur la zone inondée ; qualité de l eau du débit de débordement ; gros matériaux transportés par la crue (par ex. dans le cas de torrents : arbres, blocs, rocher) ; saison pendant laquelle se produit la crue (par ex. par rapport à la saison des récoltes ou aux terrains de camping situés sur les berges) ; heure du jour ou jour de la semaine où s est produite la crue (c.-à-d. les habitants étaient chez eux ou au travail). Tous ces éléments (ou paramètres d inondation) doivent être pris en compte lors de l élaboration d une stratégie de gestion des crues. Lorsque l inondation concernée couvre une vaste zone, il est nécessaire de diviser la zone en unités plus petites pour s assurer d une meilleure homogénéité des paramètres d inondation (voir également encadré 1). Il est alors possible d établir une étroite relation entre la crue et l inondation d une part et entre l inondation et les dégâts d autre part. 66

Box 2 The Relationship between a Flood and the Inundation it causes The method preferred to establish the relationship between the hydrograph representing a flood and the typical inundation parameters is hydraulic modelling. Except for the inundations, which are complicated by their conveyance system (especially valid in urban areas), one can state in general that physical modelling (scale models) is not required. Nowadays, mathematical models of flooding events, as for instance discussed in (ICID, 2005), are able to solve most problems. Moreover, many models also incorporate sediment transport or water quality parameters and are therefore able to represent all parameters, which characterise the inundation. Obviously, it is preferable to have data available about reference floods (i.e. recorded historical floods) for calibration of the model parameters. Also, an accurate topographical description of the flooded area as well as the bathymetry of watercourse(s) and its banks must be available. Whether one has to apply one- or two-dimensional models will depend on the size of the flood prone area, on the complexity of the water movements inside that area and on the interchange between the flows in the river and in the flood prone areas. The advantage of hydraulic models is that they quite easily enable the simulation of levee break or breach growth, either by means of dam break models or on the basis of schematisations following from theoretical considerations on development of dam failures and breach growth in embankments. In the absence of modelling of the flood prone area one has to fall back on the analysis of as many floods and recorded inundations as possible. In that case, one has to rely inter alia (for instance by correlation methods) on the most representative flood and inundation parameters. An exhaustive list of models used in hydrologic and hydraulic studies for floods is given in (SEPIC, 2004). wave action on the inundated area; the water quality of bank overspill; the large materials transported by the flood (like in the case of torrential streams: trees, boulders, rocks); the season of occurrence of the flood (e.g. in relation to the cropping season or camping grounds on river banks); the time of the day or day of the week when flood happens (i.e. people at home or at work). All these issues (or: inundation parameters) need to be taken into account when developing a strategy for flood management. When the inundation concerned covers a large area, it is necessary to divide the area into smaller units to ensure that the inundation parameters are more homogeneous (see also Box 1). It is then also possible to establish a close relationship between flood and inundation, on the one hand, and inundation and damage on the other. 67

On peut dire en général qu un paramètre de crue a une portée régionale alors qu un paramètre d inondation concerne une situation locale. Il est donc possible d établir une courbe de dépassement pour un paramètre d inondation sélectionné (Encadré 3). Étant donné que cela nécessite des données quantitatives qui peuvent être collectées d une manière simple, seul un nombre limité d éléments de la liste des paramètres d inondation ci dessus peuvent être utilisés à cet effet. Bien que les quatre premiers éléments de la liste (étendue maximale de l inondation, durée d inondation, débit de débordement, hauteur de l inondation) soient tous des paramètres d inondation dignes d intérêt, c est le quatrième, hauteur moyenne ou maximale de l inondation dans une certaine zone, qui est le plus fréquemment utilisé. Encadré 3 Courbes de dépassement pour le paramètre d inondation retenu Les courbes de dépassement pour le paramètre d inondation retenu jouent un rôle important dans l évaluation (économique) du plan de maîtrise des crues (voir chapitre 3.6). La Fig. 6 montre les courbes de dépassement du volume total et du volume de débordement dans la plaine du Rharb au Maroc. Les données de la courbe du volume de débordement résultent de la corrélation établie entre les volumes débordés (calculés pour un nombre limité de crues à l aide d un modèle mathématique) et le volume des mêmes crues sur et au-delà d un débit continu de 2 100 m 3 /s obtenu à partir des hydrogrammes réalisés au confluent du Sebou et de l Ouerrha. Le paramètre retenu pour les études du Paraná-Paraguay pour chaque sous-zone était le niveau d eau. Sur la Fig. 8 la courbe de dépassement pour une sous-zone particulière est représentée par les niveaux d eau annuels maximum dans la ville de Paraná. Fig. 8 Courbe de dépassement des niveaux d eau annuels maxi au droit de la ville de Paraná, fleuve Paraná, Argentine voir également Encadré 3 (Motor Columbus, 1979). 68

One may say that, in general, a flood parameter has a regional significance while an inundation parameter bears on the local situation. Also for a selected inundation parameter an exceedance curve can be drawn (Box 3). As this requires quantitative data, which can be collected in a simple straightforward manner, only a limited number of items from the list of inundation parameters given above can be used for this purpose. Though the first four items of the list (maximum extent of flooding, duration of inundation, bank over spill, depth of inundation) are all inundation parameters having certain merits, it is the fourth one, average or maximum depth of inundation in a certain area, which is most frequently used. Box 3 Exceedance curves for the selected inundation parameter Exceedance curves for the selected inundation parameter play an important role in the (economic) evaluation of a flood control scheme (see Section 3.6). In Fig. 6 the exceedance curves for the total volume and the overspill volume into the Rharb plain in Morocco are presented. The data for the overspill curve were found by establishing a correlation between the overspill volumes (calculated for a limited number of floods by means of a mathematical model) and the volume of the same floods over and above a continuous discharge of 2,100 m 3 /s as obtained from the hydrographs at the SebouOuerrha confluence. The selected parameter for the Parana-Paraguay studies for each sub-area was the water level. In Fig. 8 the exceedance curve for a particular sub-area is shown for the highest annual water levels at the city of Parana. Fig. 8 Exceedance curve of the highest annual water levels at the city of Parana, River Parana, Argentina See also Box 3-3 (Motor Columbus, 1979) 69

3.2.2. Type et nature des dommages Le regroupement des dommages qui est fait habituellement dépend beaucoup des particularités de la zone concernée (aménagement du territoire, aspects économiques et sociaux) et de l ampleur des dommages dans chaque catégorie. Il est également possible de faire des sous-catégories. Le Tableau 4 montre une vue d ensemble de ces regroupements. Chaque pays procédera à ses propres regroupements et de ce fait, ce tableau ne peut en aucun cas être considéré comme figé. Il n indique que la tendance générale. Une illustration d une possible subdivision des dommages causés par les crues est donnée par la Fig. 9 : les dommages sont répartis en dommages directs et dommages indirects, puis subdivisés en préjudices matériels (qui peuvent être associés à un coût financier) et immatériels (qui ne peuvent être associés à un coût financier), et ensuite en dommages primaires (dont les effets sont ressentis pendant la crue) et dommages secondaires (dont les effets sont ressentis lorsque la crue est passée). Fig. 9 Subdivision des dommages causés par les inondations (Parker, 2001) 3.2.3. Étendue des dommages physiques Les dommages causés par des crues (ou mieux des inondations) incluent les pertes en vies humaines, les dommages causés aux bâtiments et aux infrastructures, les dommages environnementaux et sociaux et d autres types de dommages. De nombreuses plaines inondables sont soumises à des activités agricoles intensives. Des zones de développement urbain et industriel, ainsi que certains services de télécommunication et de transport, sont également situés dans des plaines inondables. Lorsqu une inondation se produit, cette pénétration des activités humaines dans les plaines inondables provoque des perturbations économiques et communautaires, avec parfois même des implications nationales plus larges. 70

3.2.2. Type and nature of damages The grouping of damages normally applied is very much a function of the particulars of the area concerned (land use, economic and social aspects) and of the magnitude of damage in each group. Various sub-distinctions can also be made. Table 4 presents an overview of such distinctions. Each country will develop its own groupings and therefore this table can by no means be considered to provide the final picture. It only shows the general trend. An illustration of possible subdivision of flood damages is provided in Fig. 9, where damages are subdivided into direct and indirect damages, then further subdivided into tangible (which can be associated with a financial cost) and intangible (which cannot be associated with a financial cost) damages, and further into primary damages (which are felt mainly during flood occurrence) and secondary damages (which are felt after flood is past). Fig. 9 Subdivision of flood damages (Parker, 2001) 3.2.3. Extent of physical damage Damages caused by floods (or better: inundation) include loss of life, damages to buildings and infrastructure, environmental, social and other types of damages. Many flood plains are subject to intensive agricultural activities. Urban and industrial developments, as well as telecommunication and transportation services, are also situated in flood plains. This penetration of human activities into the flood plains causes economic and community disruptions, with sometimes even wider national implications, when flooding occurs. Moreover, a diversity of economic and physical characteristics in different river reaches complicates evaluating potential 71

Tableau 4 Type et nature des dommages causés par les crues Catégorie principale Sous-catégorie Nature des dommages Commentaires Pertes en vies humaines Résidents et visiteurs Blessures, traumatismes graves Hébergement et biens personnels associés Dommages structurels causés aux bâtiments Dommages causés aux contenus des bâtiments, voitures Nettoyage interne Dommages directs Bâtiments et services publics Entreprises commerciales et industrielles Dommages structurels causés aux bâtiments et aux infrastructures Dommages causés aux contenus des bâtiments Nettoyage interne Dommages causés aux véhicules publics et privés Perte et interruption de services essentiels Déplacement de groupes vulnérables comme les patients des hôpitaux Dommages structurels causés aux magasins, bâtiments, entrepôts Pertes en équipement, transport, usine Dommages causés au stock et à l équipement Nettoyage interne Bâtiments : Administratifs, hôpitaux, écoles, équipements sportifs Services publics : routes, voies ferrées, télécommunications, électricité, gaz, eau potable, assainissement, évacuation des eaux pluviales, etc. Agriculture et bétail Perte de récolte Baisse de la qualité des récoltes Retards de production Enlèvement des sédiments et travaux de terrassement associés Traitement chimique supplémentaire des plantes, engrais destiné à atténuer les conséquences négatives de l inondation Pertes du bétail et de sa production Les pertes dans le secteur agricole peuvent avoir des répercussions pendant plusieurs années (par ex. perte de vergers parvenus à maturité) Dommages indirects Conséquences physiques et psychologiques Dommages causés à l économie Coûts d occasions perdues Mesures d urgence Problèmes de santé causés par les inondations, le stress, les épidémies et coûts liés au recouvrement de la santé Perte de salaires, de production, de bénéfices commerciaux Baisse du niveau des services (écoles fermées, communications interrompues) Frais d évacuation Coût des opérations de secours et de sauvetage Lutte contre l inondation Aux Pays-Bas, on distingue en plus les dommages indirects à l intérieur et à l extérieur de la zone inondable (gêne de la production industrielle) 72

Table 4 Type and nature of damages due to floods Main distinction Sub-distinction Nature of damage Remarks Loss of life Residents and visitors Injury, severe trauma Accommodation and related private propert Structural damage to buildings Damage to contents of buildings, cars Internal clean-up Direct damages Public buildings and utilities Commercial and industrial enterprises Structural damage to buildings and infrastructure Damage to contents of buildings Internal clean-up Damage to public and private vehicles Loss and disruption of essential services Displacement of vulnerable groups, e.g. patients from hospitals Structural damage to shops, buildings, storage Loss of equipment, transport, plant Damage to stock and equipment Internal clean-up Buildings: administrative, hospitals, schools, sports accommodation, community centers; Utilities: roads, rail-ways, telecomm., electricity, gas, water supply, sewerage, storm water drainage, etc Agriculture and livestock Loss of harvest Decrease in crop quality Delays in production Removal of sediment and related leveling works Additional chemical treatment of plants, fertilizer to mitigate negative effects of inundation Losses in the agricultural sector can persist for several years (e.g. loss of mature orchards) Loss of cattle and their production Physical and psychological effects Damage to the economy Ill-health caused by flooding, stress, epidemics and related health recovery costs Loss of wages, production, business income In the Netherlands a further distinction is made of indirect damage inside the flood-prone area and outside (disturbance of industrial production) Indirect damage Opportunity costs Reduced level of services (schools closed, interrupted communications) Emergency measures Evacuation expenses Cost of relief and rescue operations Flood fighting 73

En outre, la diversité des caractéristiques économiques et physiques de chaque tronçon de rivières rend compliqué l évaluation des dommages potentiels causés par une inondation. Le degré de sensibilité aux inondations d un tronçon de rivière donné dépend autant du type d activité développé dans la zone inondable que des caractéristiques topographiques, géologiques et hydrologiques. Afin de décider du degré optimal de gestion de la crue, il est nécessaire de connaitre l étendue des dommages causés par des crues de différentes importances ou différentes probabilités. L évaluation des dommages doit par conséquent être considérée comme une étape nécessaire à la gestion de la crue. À cet égard, on note que des cartes d inondation, comme cela est mentionné dans le chapitre 4.4.2, peuvent être très utiles dans la réalisation de l évaluation. Les impacts des crues touchent les aspects sociaux, techniques, financiers et économiques de la vie humaine. Cependant, les crues ont aussi des conséquences sur l environnement naturel : la flore, la faune, les zones humides, la nappe phréatique, les forêts, etc. En général, on connait bien les quatre premiers impacts mentionnés même si on ne fait pas toujours bien la distinction entre impacts financiers et impacts économiques (Encadré 4). Le cinquième groupe d impacts n a toutefois été reconnu que récemment (chapitre 3.5). Encadré 4 Distinction entre coûts économiques et coûts financiers Dans le contexte de l estimation du coût des dommages causés par les crues, les coûts financiers pourraient être définis comme des coûts occasionnés à une personne, un groupe de personnes, un organisme gouvernemental ou un établissement commercial. Par exemple, la perte de bénéfices nets imputable à une inondation pour une entreprise commerciale individuelle pourrait être considérée comme une perte financière, mais pas comme une perte économique ; on suppose en effet que des clients, qui auraient acheté des biens ou des services à l entreprise sinistrée, peuvent satisfaire rapidement leurs besoins auprès d entreprises concurrentes des environs et de cette manière la perte subie par la première entreprise est compensée par le gain imprévu de la seconde. Cependant, un changement de fournisseurs et un choix réduit peuvent avoir des conséquences sociales. D autre part, les coûts économiques sont des coûts mesurés en termes de consommation de ressources humaines ou naturelles pour l ensemble de la collectivité. Les coûts économiques sont une mesure du changement dans le bienêtre collectif et n incluent pas les pertes financières subies par une partie de la collectivité qui deviennent alors un gain pour une autre partie. La distinction entre ces deux types de coûts peut être importante avec de nombreuses parties prenantes, comme le décrit l Annexe 4, dans laquelle les coûts/bénéfices des opérations liées à la crue entre différents propriétaires doivent être analysés d un point de vue économique. La première catégorie d impacts comprend : les pertes en vies humaines ; les dommages matériels directs causés aux biens privés et publics ; les problèmes de santé (dont le stress) ; 74

flood damage for policy purposes. The degree to which a specific reach in a river is prone to flood damage will inter alia be determined by the occupational pattern, as well as the topographical, geological and hydrological characteristics of the reaches. In order to decide on an optimum degree of flood management it is necessary to know the extent of damage caused by floods of different magnitudes/ probabilities. Damage assessment must therefore be seen as a necessary step used for carrying out flood management. In this respect, it is noted that inundation maps, as mentioned in Section 4.4.2, can be very useful in carrying out the assessment. Flood impacts concern social, technical, financial and economic aspects of human life. However, there are also impacts on the natural environment: flora, fauna, wet lands, ground water, forests, etc. In general, the first four impacts mentioned are well known; though the distinction between financial and economic impacts is not always clear (Box 4). The fifth group of impacts, however, has only been recognised in recent times (see Section 3.5). Box 4 Distinction between financial and economic costs In the context of the cost of flood impacts, financial costs could be defined as costs to an individual, group of individuals, government agency or business establishment. For example, the loss of net revenue to an individual business enterprise as a result of flooding would be considered a financial loss but not an economic loss - as it is assumed that customers, who would otherwise have purchased goods or services from the flooded business, can readily secure their needs from competing enterprises in the nearby area, and so the loss suffered by the first business is offset by the windfall gain of the second. However, there may be social impacts as a result of changing suppliers and reduced choice. On the other hand, economic costs are costs measured in terms of consumption of human or natural resources for the community as a whole. Economic costs are a measure of change in communal welfare, and do not include financial losses to a segment of the community which then become a gain to another segment. The distinction between these two types of costs can be important with multiple stakeholders such as described in Appendix 4 where the costs/benefits of flood operations between different owners needs to be analysed in an economic framework. The first category of impacts comprises: loss of human lives; direct material damages to private and public property; health problems (stress included); 75

les conséquences directes ou induites liées aux difficultés de fonctionnement normal des systèmes de communication de la collectivité (arrêt des activités et des services, liaisons routières coupées, interruption des activités économiques et commerciales, mesures d urgence exceptionnelles, évacuation et relogement des personnes). Tous les impacts ne sont pas nécessairement exprimés en «valeurs» monétaires. Les valeurs peuvent être éthiques, morales, sociales, religieuses ou de nature psychologique (anxiété et inquiétude causées par la crue et ses risques, isolation de personnes, perturbation du tissu social, perte de biens précieux et irrécupérables, dommages subis par le patrimoine historique et culturel, etc.). Il se pourrait bien que ces derniers dommages soient quelquefois plus élevés que les dommages matériels (Encadré 5). Encadré 5 Dommages dus à l inondation causée par l ouragan Katrina à La Nouvelle-Orléans En 2005, La Nouvelle-Orléans et ses environs étaient frappés par l ouragan Katrina. L ampleur des dommages matériels (c.-à-d. physiques) dus à l inondation fut estimée à 30 milliards USD. Cependant, l ensemble des dommages fut beaucoup plus important. À cet égard, on doit d abord penser à des dommages immatériels, comme les dommages causés à des produits uniques ou la perte de produits uniques réalisés par des artistes, la perte d un logement que l on aime et que l on connait bien, le coût des secours apportés par les autorités et les organisations sociétales aux victimes des inondations, la perte d étudiants qui ont poursuivi leurs études dans d autres universités, la faillite d entreprises qui ont dû cesser leur activité pendant et après l inondation, etc. Il n est pas possible de donner une estimation fiable de ces coûts immatériels, mais il se pourrait que le total de tous les coûts des dommages réclamés en justice contre le gouvernement fédéral américain (environ 650 milliards USD) soit une bonne indication du coût global de ces dommages. Presque la moitié de cette somme est réclamée par les autorités régionales (l État de Louisiane pour 200 milliards USD et la ville de La Nouvelle Orléans pour 80 milliards USD). L étendue des dommages physiques dépend à la fois de l exposition à l inondation et du type et de l importance des activités humaines dans la zone inondable. L exposition à l inondation, à son tour, est fonction d une part des conditions présentes dans la zone inondable et d autre part des caractéristiques de la crue. À cet égard, il faut mentionner les points suivants : la vitesse de montée de la crue, par ex. les orages d été ont tendance à avoir un coefficient de pointe plus élevé par rapport à la durée de toute l inondation ; par contre, le ruissellement de l eau de fonte des neiges provoque une montée beaucoup plus lente sauf bien sûr s il se produit en même temps qu une embâcle ; la hauteur de l inondation par rapport aux aménagements existants ; la vitesse d écoulement des eaux en crue ; l annonce de la crue et les mesures d évacuation mises en place ; 76

indirect or induced impacts related to difficulties in the normal functioning of the communication system of the community (a standstill of activities and services, severed road links, disruption of economic and commercial activities, exceptional emergency measures, evacuation and re-establishment of people). Not all impacts are necessarily expressed in monetary values. The values can be ethical, moral, social, religious or be of a psychological nature (anxiousness and concern in view of the flood event and its associated risk, isolation of persons, disruption of the social fabric, loss of cherished, unrecoverable goods, damages to the historical and cultural heritage, etc.). It could well be that the last mentioned damages are a few times higher than the material damages (Box 5). Box 5 Damage caused in New Orleans (USA) by flooding due to Hurricane Katrina In 2005, the city of New Orleans and its surroundings were hit by Hurricane Katrina. The magnitude of the material (i.e. physical) damage due to flooding was estimated at US$ 30 billion. The overall damage, however, was much larger. In this respect one must think about immaterial damage, like damage to or loss of unique products made by artists, loss of one s well-known and beloved habitat, the cost and effort which went into flood relief provided by the authorities and societal organisations, loss of students, who continued their studies at universities elsewhere, bankruptcy of enterprises, which had to stop operating during and after the flooding, etc. It is not possible to give a reliable estimate of these immaterial costs but it could well be that the sum of all damage costs claimed in court against the US Federal Government (some US$ 650 billion) gives a good indication of this overall damage costs. Nearly 50% of this amount is claimed by regional authorities (State of Louisiana US$ 200 billion, city of New Orleans US$ 80 billion). The extent of physical damages is dependent, both on the exposure to flooding and on the type and extent of human activities in the flood prone area. The exposure to flooding, in turn, is a function of, on the one hand, the conditions present in the flood prone area and, on the other, the characteristics of a particular flood. In this respect, the following can be mentioned: the speed of rise to flood peak, e.g. summer storm events tend to have a higher peak factor in relation to the duration of the overall flood event; alternatively, snowmelt runoff provides for a much slower rise unless of course occurring in combination with an ice jam; depth of inundation with respect to existing development; velocity of flood waters; flood warning and evacuation measures in place; 77

les effets de l inondation sur l accès aux transports ; l étendue et l état des moyens de défense contre la crue. Le type et l étendue des activités humaines présentes dans la zone inondable sont un autre facteur décisif pour les dommages matériels. A cet égard, on note qu un degré significatif de protection contre les inondations entraîne pratiquement toujours davantage d activités humaines, plus de développement dans la zone encore inondable (dans une certaine mesure) et, dernier point, mais pas le moindre, une attitude générale de négligence et de déni vis-à-vis d une éventuelle inondation. La manière dont les dommages se répartissent sur les différents secteurs de la société et de l économie dépendra de la densité de population de la zone inondable, de l aménagement du territoire et du niveau de développement économique. Le Tableau 5 présente, pour quelques crues, la répartition des dommages matériels en pourcentages de l ensemble des dommages causés. On peut observer par exemple qu en ce qui concerne l importance relative des dommages agricoles, il existe une différence importante entre l Argentine, le Paraguay et les Pays-Bas d une part et les États-Unis et le Maroc d autre part. Petraschek (2001) affirmait que la nature des dommages change avec la société et a illustré cela avec la distribution de tous les dommages causés par les crues en Suisse en 1868 et en 1987 (Tableau 6). Tableau 5 Répartition des dommages en pourcentage du total des dommages causés par des crues Secteur Argentine Paraguay Maroc U.S.A. Pays-Bas Sous-zone A 7 Sous-zone P 4 Plaine du Rharb Missouri Mississippi Meuse Crue de référence Crue moyenne Crue moyenne Crue moyenne 1993 1993 Biens privés et publics 56 32 7 58 Infrastructures/services 18 23 11-38 Industrie et commerce 7 20 14 33 Frais d évacuation 14 22 - - Agriculture et bétail 5 3 68 62 9 TOTAL 100 100 100 100 100 Tableau 6 Changements de la nature des dégâts avec la société (Petraschek, 2001) Secteur En 1868 En 1987 Correction du cours d eau Routes et ponts Agriculture (sol et récoltes) Bâtiments et leur contenu Services publics 17.0 % 8.2 % 56.5 % 18.3 % --- 22.9 % 32.7 % 8.8 % 21.7 % 13.8 % 3.2.4. Paramètres et courbes des dommages L étendue des dommages physiques dus à une crue doit être évaluée en termes monétaires et de manière méthodique. Ces évaluations constituent la base des courbes de dommages qui doivent être établies pour une certaine zone inondable. Les courbes 78

effects of inundation on transportation access; extent and condition of flood defence assets. The type and extent of human activities present in the flood-prone area is another factor determining the physical damage. In this respect, it is noted that a substantial degree of protection against flooding practically always results in more human activities, more development in the still (to a certain extent) flood prone area and, last but not least, in a general attitude of carelessness and denial towards the possibility of a flooding event. How damages are distributed over the various sectors of society and the economy will depend on the population density in the flood prone area, on land use and on the degree of economic development. In Table 5 the distributions of physical damages are given as percentages of the total damage caused by specific floods in the areas indicated. One can, for instance, observe that, as far as the relative magnitude of agricultural damage is concerned, there is indeed a significant difference between Argentina, Paraguay and The Netherlands, on the one side, and USA and Morocco, on the other. Petraschek (2001) argued that the nature of the damage changes with society and illustrated this with the distribution of overall damages caused by floods in Switzerland in both 1868 and 1987 (Table 6). Table 5 Distribution of damages as a percentage of total damages caused by a certain flood Sector Argentina Paraguay Morocco U.S.A. Netherlands Sub-Area A 7 Sub-Area P 4 Rharb plain Missouri Mississippi Meuse Reference flood Average flood Average flood Average flood 1993 1993 Private and public property 56 32 7 58 Infrastructure /services 18 23 11-38 Industry and commerce 7 20 14 33 Evacuation expenses 14 22 - - Agriculture and livestock 5 3 68 62 9 TOTAL 100 100 100 100 100 Table 6 Nature of Damage Changes with Society (Petraschek, 2001) Sector In 1868 In 1987 River training Roads and bridges Agriculture (land & crops) Buildings and contents Utilities 17.0 % 8.2 % 56.5 % 18.3 % --- 22.9 % 32.7 % 8.8 % 21.7 % 13.8 % 3.2.4. Damage parameters and damage curves The extent of physical damage, due to an observed flood event has, to be assessed in monetary terms and in a methodical manner. Such assessments form the basis of the damage curves to be developed for a certain flood prone area. Damage 79

de dommages montrent la relation entre l importance de l inondation et les dommages physiques qu elle cause. Pour établir cette relation, il faut relier les deux aspects à un paramètre d inondation commun (appelé aussi paramètre de dommage). Plus de détails sont disponibles dans le rapport ICID (2005) dont est tiré l Encadré 6. La Fig 10 montre un ensemble de courbes de dommages concernant une zone inondable d Afrique du Sud. Fig. 10 Courbes débits-dommages pour différentes catégories d infrastructures dans la zone inondable de Mfolozi, Afrique du Sud valeurs de 1995 (Viljoen et coll., 2000) Les courbes de dommages sont utilisées dans l évaluation économique des systèmes de maîtrise des crues (ICID 2005), mais sont également un outil efficace de détermination des mesures non structurelles à utiliser pour gérer les crues. Dans la plupart des cas, le coût de ces mesures ne représente qu une petite partie des dommages qui peuvent être évités grâce à leur mise en œuvre. À cet égard il faut mentionner : la prévision et l annonce des crues, la maîtrise du développement des plaines inondables (par ex. occupation du sol sur la base des cartes d inondation), la protection contre les crues, la planification des interventions d urgence en cas de crues, la lutte contre les inondations, etc. Ces mesures sont détaillées dans le rapport ICID (1999) et dans le chapitre 4.4.3. de ce Bulletin. En ce qui concerne la protection contre les crues, il convient de citer la déclaration suivante (Black, 1975) : «Les maisons sont essentiellement des structures légères soumises à des forces de flottaison et elles ne sont pas particulièrement solides. La protection contre les crues est une idée qui s est développée pour protéger de grandes structures professionnelles (usines, banques, etc.) et ne semble pas pouvoir s appliquer de manière classique à une maison. La construction de digues individuelles autour d une maison ou d un petit groupe de maisons peut être efficace s il existe un moyen de supprimer l infiltration ou si l infiltration est si lente que les eaux de crue ont baissé avant qu il ne se produise une infiltration suffisante pour causer des dommages excessifs. D autres idées peuvent surgir, mais on doit être prudent pour évaluer les forces et les dangers potentiels». Il faut admettre que l évaluation économique des systèmes de maîtrise des crues tend à se concentrer sur la prévention des dommages directs (Tableau 5). Le point important «pertes en vies humaines» est donc ignoré. 80

curves show the relationship between the magnitude of inundation and the physical damage caused by it. In order to find this relationship both aspects have to be related to a common inundation parameter (also called damage parameter). More details can be found in (ICID, 2005). Box 6 is copied from the latter. A set of damage curves for a flood plain in South Africa is shown in Fig. 10. Fig. 10 Stage damage curves for different infrastructure categories in the Mfolozi flood plain, South Africa -1995 values (Viljoen et al., 2000). Damage curves are used in the economic evaluation of flood control schemes (ICID, 2005), but are also an efficient tool for the determination on non-structural measures to be used in flood management. In most cases these measures cost only a fraction of the damage which can be avoided thanks to their implementation. Mentioned in this respect are: flood forecasting and warning, control of floodplain development (e.g. zoning on the basis of inundation maps), flood proofing, flood emergency response planning, flood fighting, etc. Details about these measures can be found in (ICID, 1999) and in Section 4.4.3 of this Bulletin. As far as flood proofing is concerned it is worthwhile to quote the statement made in (Black, 1975): Houses are basically light structures with potentially very great buoyant forces and they are not particularly strong. Flood proofing is an idea that developed to protect large corporate structures (factories, banks, etc.) and would appear to have little promise as conventionally applied to a house. Individual levees around a house or a small group of houses may work if a means of removing seepage can be effected or seepage is so slow that the flood waters have receded before sufficient seepage occurs to cause excessive damage. Other ideas may emerge but one should be careful to evaluate the forces and hazards involved. It has to be admitted that economic evaluation of flood control schemes tends to focus on the prevention of direct damages (Table 5). The important item loss of human life is thus ignored. 81

Encadré 6 Application de paramètres de dommages dans différents pays MAROC Dans la plaine du Rharb, au Maroc, il a été trouvé que le volume débordé dans les (grandes) zones inondables était un paramètre global qui pouvait être plus ou moins considéré comme représentatif des autres paramètres de dommages pertinents, tels que : la hauteur de l inondation (logements, récoltes) la durée de l inondation (la plupart des récoltes), la vitesse du courant (infrastructures, canne à sucre), les dépôts de sédiments (plantation d agrumes) (NEDECO 1975). La modélisation de quatre crues historiques d importance différente a permis d établir la durée d inondation pour des «unités» caractérisées par un certain aménagement du territoire, un certain type de culture et une certaine topographie. En utilisant les courbes de dommages élaborées sur la base de la «durée d inondation», ainsi que les chiffres des études de crues passées, il a été possible de déterminer les dommages agricoles et les autres dommages pour chaque unité et, par conséquent, pour toute la zone inondée par chacune des quatre crues. La corrélation ainsi trouvée entre le paramètre de crue global «volume débordé», et les valeurs de dommage global et de «dommage par catégorie» a permis de préparer des courbes de dommages. PAYS-BAS Aux Pays-Bas, toutes les fonctions de dommages sont basées sur la «hauteur d inondation», mais, en plus, les paramètres «ondes» (comme celles provoquées par des ondes de tempêtes) et la vitesse du courant (entre 3 et 8 m/s) sont pris en compte pour évaluer les dommages causés aux bâtiments. Pour calculer le nombre de victimes, la «hauteur d inondation», la vitesse du courant, la vitesse de montée du niveau d eau (en m/h) et les ondes ont été intégrées dans la fonction dommages. AUSTRALIE En Australie, il est reconnu que les dommages urbains dépendent de la «hauteur de l inondation» alors que les dommages ruraux dépendent à la fois de la durée et de la hauteur de l inondation. Dans une thèse récente (Jonkman, 2007), un effort a été fait pour mettre au point une méthode générale d évaluation des pertes en vies humaines dues aux crues. Cela a permis par la suite d analyser les quelques informations disponibles concernant les pertes en vies humaines au cours des crues historiques. On a découvert que les inondations côtières et fluviales de grande ampleur qui affectent des zones de faible altitude protégées par des dispositifs de protection contre les crues peuvent faire de nombreuses victimes. À cet égard, on signale que 1 % de la population exposée ne survit pas à l inondation. Toutefois, ce taux de mortalité relativement élevé ne s applique pas à la plupart des inondations dues à des crues de rivières 2. 2 Ceci n est évidemment pas vrai pour les inondations dues à une rupture de barrage ou à des débordements importants et non anticipés (par ex. par la population vivant dans les plaines inondables) provoqués par des lâchers de barrages... 82

Box 6 Application of damage parameters in various countries MOROCCO In the Rharb plain in Morocco it was found that the volume of bank overspill into the (large) flood-prone area was an overall parameter which, more or less, could be considered to be representative for other relevant damage parameters such as: depth of inundation (accommodation, crops), duration of inundation (most crops), current velocity (infrastructure, sugar cane), sediment deposition (citrus plantations) (NEDECO, 1975). By modelling four historical floods of different magnitude the duration of flooding for units having a certain land use, cropping pattern and topography could be established. By using the damage curves, developed on the basis of duration of flooding, as well as figures from past-flood surveys, one could then determine the agricultural and other damage for each unit and, subsequently, for the whole flooded area for each of the four floods. The correlation thus found between the overall flood parameter bank overspill and the overall damage and damage by type enabled the preparation of damage curves. NETHERLANDS In The Netherlands all damage functions are based on depth of flooding but, in addition, the flood parameters waves (as caused by storm surges), and current velocity (between 3 to 8 m/s) are taken into account for damage to buildings. For calculating the number of deaths the depth of flooding, the current velocity, the rate of rise of the water level (in m/h) and waves have been incorporated in the damage function. AUSTRALIA In Australia it is recognised that urban damage depends on depth of flooding while rural damage depends on both duration and depth of flooding. In a recent thesis (Jonkman, 2007) an effort has been made to formulate a general approach for the estimation of loss of life due to floods. Subsequently, the limited information regarding loss of life in historical flood events was evaluated. It was found that large-scale coastal and river floods, that affect low-lying areas protected by flood defences, can cause many fatalities. In this respect it is mentioned that 1 % of the exposed population will not survive the event. However, this, relatively high, mortality rate does definitely not apply to most flooding due to river floods 2. 2 Obviously, this statement does not apply to dam-break floods and non-anticipated (i.e by the population living in the flood plains) large spilling from the reservoir. 83

Un document récent (Hill et coll., 2007) donne une vue d ensemble des différentes études visant à déterminer les pertes en vies humaines potentielles imputables à des inondations. Il apparait cependant que, dans la plupart des cas, les modèles empiriques habituellement disponibles évaluent les pertes en vies humaines dues à des ruptures de barrages et ne sont pas adaptés pour évaluer les pertes en vies humaines lorsqu il n y a pas de rupture de barrage. En fait, les données concernant des crues extrêmes naturelles sont limitées. Les informations les plus pertinentes concernant les crues proviennent des bases de données de l observatoire des crues de Dartmouth (DFO) dans le New Hampshire (États-Unis), qui collecte des informations sur les grandes crues dans le monde entier, avec des archives remontant à 1985 (www.dartmouth.edu/~floods). L analyse est décrite dans le rapport Hill et coll. (2007) : «Les crues extrêmes ont été sélectionnées à partir de l ensemble des données en retenant celles dont la période de retour dépassait 100 ans en théorie. Cela a entrainé une diminution des données, de 2 861 à 76 crues. Les crues sélectionnées ont ensuite été vérifiées pour s assurer qu elles étaient représentatives d une inondation naturelle résultant des précipitations et que les pertes en vies humaines étaient une conséquence directe de l inondation. Une liste définitive de 26 inondations a été établie, après élimination des inondations présentant les caractéristiques suivantes : inondations liées à des glissements de terrain, en effet certaines pertes en vies humaines pourraient être le résultat du glissement de terrain ; rupture de barrage ou de digue ; crues brutales ; tsunamis ; l ouragan Katrina, car certains accidents mortels étaient dus au vent ; lorsque plus de 100 000 personnes sont déplacées, car elles représentent en général des inondations survenant sur d importants réseaux fluviaux avec de longs délais d alerte. Dans la Fig. 11, le taux de mortalité pour chaque inondation est représenté en fonction du nombre de personnes déplacées. Comme prévu, il existe un rapport entre le taux de mortalité et le nombre de personnes déplacées. Cela signifie que les inondations dans lesquelles un petit nombre de personnes sont déplacées correspondent en général à des bassins hydrographiques plus petits dans lesquels le délai d alerte est réduit et, à l inverse, là où le nombre de personnes déplacées est important, le bassin est généralement grand, avec un délai d alerte correspondant plus long et de ce fait un taux de mortalité plus faible. Cela peut aussi dépendre de la topographie généralement plus plate associée à de très grandes populations à risque. En 1999, Graham notait également cette relation inverse entre les personnes à risques et le taux de mortalité et que les bases de données des inondations «renferment probablement davantage de cas prouvant qu il existe une relation inverse entre la population à risque et le taux de mortalité de l inondation. Cela signifie qu au fur et à mesure de l augmentation de la population à risque, la mortalité de l inondation (ou la gravité de l inondation) a diminué. Les populations nombreuses ne s installent pas dans des canyons étroits c est pourquoi les populations relativement nombreuses se trouvent dans des zones plus plates où la mortalité est habituellement réduite.» 84

In the recent paper (Hill et al., 2007), an overview is given of the various studies aimed at the determination of the potential loss of life (LOL) due to floods. However, it appeared that in most cases the currently available empirical models developed are estimating LOL due to dam-break and they are not suitable for estimating LOL for the case without dam failure. In fact data concerning extreme natural floods are limited. The most relevant information from flood events comes from the databases of Dartmouth Flood Observatory (DFO) in New Hampshire, USA, which collates information on large floods from around the world, with an archive extending back to 1985. The analysis is described in (Hill et al., 2007): The most extreme events were selected from the dataset which had average recurrence intervals in excess of notionally 100 years. This resulted in reducing the data set from 2,861 to 76 floods. The selected floods were then examined to ensure that they were representative of the natural flooding resulting from rainfall and that the loss of life was a direct result of the flood. A final list of 26 events was selected, once events were rejected which had the following characteristics: associated with landslides, as some of the loss of life could be a result of the landslide; dam or levee failure; flash floods; tsunamis; hurricane Katrina because some of the fatalities were due to wind; displaced persons in excess of 100,000, as these are likely to represent flooding on large river systems with long warning times. In Fig. 11 the fatality rate for each event is plotted against the number of displaced persons. As expected, there is a relationship between the fatality rate and the number of displaced persons. This reflects that the events with a smaller number of persons displaced are likely to represent smaller catchments where the warning time is reduced and conversely, where there are a very large number of persons displaced, then the catchment is likely to be large with a corresponding longer warning time and hence lower fatality rate. It may also be a function of the generally flatter topography associated with very large populations at risk. [Graham 1999] also notes this inverse relationship between PAR (persons at risk) and fatality rate and that the databases of flood events: probably contain many cases demonstrating that there is an inverse relation between population at risk and flood lethality. This means that as the population at risk increased, the flood lethality (or flood severity) decreased. Large populations do not fit into narrow canyons hence larger populations are situated in the flatter areas where the lethality is usually reduced. 85

Une méthode simple d évaluation des pertes en vies humaines pour les crues naturelles serait d adopter les taux de mortalité moyens (0,0015) des 26 inondations relevées dans la base de données de l observatoire des crues de Dartmouth. Cependant, d après la figure 3-6 il est clair que ce serait sous-estimer le taux de mortalité dans des bassins hydrographiques de plus petite taille, avec des délais d alertes réduits et surestimer les taux de mortalité dans de très grands bassins hydrologiques avec des délais d alerte plus longs. Une autre méthode consiste à adopter la meilleure courbe d ajustement indiquée dans la Fig. 11. Toutefois, il subsiste encore une grande part de variabilité dans le taux de mortalité qui ne s explique pas par cette simple relation. En se fondant sur la cohérence de l extrémité inférieure de la fourchette des taux de mortalité donnés par (Graham, 1999 3 ) avec ceux donnés par l Observatoire des crues de Dartmouth, on propose qu ils servent de base à l évaluation des pertes en vies humaines imputables à des inondations naturelles. Les taux de mortalité indicatifs recommandés sont résumés dans le Tableau 7. Fig. 11. Taux de mortalité dus aux grandes crues relevés dans la base de données de l observatoire des crues de Dartmouth Pour une crue de gravité moyenne, les taux de mortalité ont été relevés à l extrémité inférieure de la fourchette recommandée par Graham (1999). Pour la crue de faible gravité, un taux de mortalité de 0,0002 (1 pour 5000) a été inclus, basé sur les taux de mortalité moyens relevés pour des populations nombreuses par l Observatoire des crues de Dartmouth (PAR Personnes À Risque entre 1 000 et 100 000). Ce taux de mortalité correspond au taux de mortalité recommandé par Graham (1999) pour des inondations de faible gravité causées par des ruptures de barrages, avec un délai d alerte de plus d une heure et une compréhension précise de la gravité de l inondation. Il faut noter qu on peut s attendre à ce que dans la majorité des cas, la gravité des inondations non imputables à une rupture sera faible et par conséquent, le taux de mortalité sera d environ 0,0002. Toutefois, il existe quelques cas, comme les vallées encaissées ou les crues éclairs, où les inondations non causées par une rupture peuvent entraîner des conditions d inondation de gravité moyenne ; dans ces cas il est recommandé d appliquer les taux de mortalité indiqués dans le Tableau 7. 3 Il faut souligner que la méthode empirique développée par Graham (1999) a été mise au point pour l évaluation des pertes en vies humaines dues à une rupture de barrage. 86

A simple approach to estimate the loss of life for natural floods would be to adopt the median fatality rates (0.0015) from the 26 events from the Dartmouth Flood Observatory database. However, from Fig. 10 it is clear that this would underestimate the fatality rate for smaller catchments, where there is reduced warning time, and overestimate the fatality rates for very large catchments, where there are long warning times. Another approach is to adopt the best fit line shown in Fig. 11. However, there is still much of the variability in the fatality rate that is not explained by the simple relationship. Based upon the consistency of the low end of the range fatality rates from (Graham, 1999 3 ) with those from the Dartmouth Flood Observatory events, it is proposed that they form the basis for estimating loss of life from natural flooding. The recommended indicative fatality rates are summarised in Table 7. Fig. 11 Fatality rates for large flood events from the Dartmouth Flood Observatory database For Medium flood severity the fatality rates have been taken from the low end of the range recommended by Graham (1999). For the Low flood severity a fatality rate of 0.0002 (1 in 5,000) has been included, based upon the median fatality rates for large populations in the Dartmouth Flood Observatory events (PARs between 1,000 and 100,000). This fatality rate corresponds to the fatality rate recommended by Graham (1999) for Low severity dam break flooding, with a warning time in excess of 1 hour and a precise understanding of the flood severity. It should be noted that it is expected that, for the majority of cases, the flood severity of the nonfailure floods would be Low and hence the fatality rate would be approximately 0.0002. However, there will be some cases, such as confined valleys or flash floods, where the non-failure floods would give rise to Medium flood severity conditions, and in these cases it is recommended that the fatality rates outlined in Table 7 are applied. 3 It should be highlighted that the empirical method developed by Graham (1999) has been developed for the estimation of loss of life from dam failure. 87

Tableau 7 Taux de mortalité indicatifs recommandés dans le cas d inondation naturelle adaptés du rapport de Graham (1999) par Hill et coll. (2007) Gravité de la crue Moyenne Délai d alerte (minutes) Compréhension de la gravité de la crue Taux de mortalité Pas d alerte S.O. 0,03 15 à 60 Plus de 60 Vague 0,01 Précise 0,005 Vague 0,005 Précise 0,0002 Faible Tous Tous 0,0002 3.3. CRUES ET OCCUPATION DES SOLS Green et coll. (2000) décrivent très bien les différents aspects liés à l occupation des sols dans les plaines inondables. Les réflexions suivantes sont extraites du chapitre 2.2 de leur rapport : «Les plaines inondables ont été parmi les premières zones développées pour l occupation humaine : les sols sont souvent riches en sédiments alluvionnaires ; la terre est plate ; les cours d eau étaient les meilleures voies de transport ; l eau était abondante ; et les terres humides locales fournissaient d excellentes sources de matériau pour la construction et les usages domestiques comme la fabrication des paniers. Ainsi, les plaines inondables présentent des avantages concurrentiels majeurs pour l occupation humaine et les premières populations choisissaient les avantages de l agriculture de labour dans les plaines inondables plutôt qu une vie plus pauvre de chasse et de cueillette dans les collines surplombant les zones inondables. Même si leur établissement dans les plaines inondables les exposait au risque d inondation, ils pouvaient avoir une meilleure qualité de vie ; cette plus grande prospérité diminuait aussi leur vulnérabilité à d autres dangers. Madison (1998) rapporte qu au 8 e siècle en Chine, les trois quarts de la population vivaient dans le nord du pays de la culture des terres sèches ; à la fin du 13 e siècle, les trois quarts de la population vivaient au sud du Yangzi de la culture du riz. Ce changement a permis un doublement immédiat de la population et une hausse de 30 % du revenu par habitant. Cet avantage concurrentiel a continué jusqu à ce jour. Les Wentlooge Levels sont un polder côtier situé dans le sud du Pays de Galles (Royaume-Uni) ; les vasières en mer étant un site Ramsar, cela semblait être un lieu idéal pour supprimer délibérément les protections contre les crues. Un examen plus approfondi a révélé que les raisons pour lesquelles d importants nouveaux investisseurs étaient attirés dans la région étaient exactement les mêmes que les raisons pour lesquelles la région avait d abord été revendiquée à l époque romanobritannique et était devenu un centre d activité industrielle au 19 e siècle : la seule autre alternative était des pentes raides ou des plaines inondables étroites (Chatterton et coll., 1993)». 88

Tableau 7 Taux de mortalité indicatifs recommandés dans le cas d inondation naturelle adaptés du rapport de Graham (1999) par Hill et coll. (2007) Flood Severity Medium Warning Time (minutes) Flood Severity Understanding Fatality Rate No warning Not applicable 0.03 15 to 60 More than 60 vague 0.01 precise 0.005 vague 0.005 precise 0.0002 Low All All 0.0002 3.3. FLOODS AND LAND USE The various aspects relating to land use in flood plains are quite well described in (Green et al., 2000). The following has been copied from Chapter 2.2 of their Paper: Floodplains were amongst the areas first developed for human settlements: the soils are often rich, alluvial deposits; the land is flat; rivers were the best routes for transport; water was plentiful; and the local wetlands provided good sources of material for building and domestic uses such as baskets. Thus, floodplains have major competitive advantages for human settlement and people from early history chose the advantages of arable farming on the floodplains over a poorer life hunting-gathering in the hills above the floods. Whilst settling on the floodplains exposed them to the risk of flooding, the quality of life that could be achieved was greater; that greater prosperity also reduced their vulnerability to other hazards. Maddison (1998) reports that in C8th China, 3/4s of the population lived in north China from dry land farming; by the end of the C13th, 3/4s of the population lived south of the Yangtze from rice farming. This shift allowed an immediate doubling of the population together with a 30% rise in per capita income. This competitive advantage has continued to the present day. The Wentlooge Levels are a coastal polder in South Wales (UK); since the offshore mudflats are a Ramsar site, it looked like an ideal candidate for managed retreat. Closer examination revealed that the reason why large new investments are being attracted to the area are exactly the same as the reasons why the area was first reclaimed in Romano-British times and was a centre for industrial activity in the C19th: the only alternative land is either steep hillside or narrow river floodplain (Chatterton et al., 1993). 89

«Dans la plupart des pays, les plaines inondables font déjà partie du système socio-économique ; peu d entre elles sont vierges de toute activité humaine. De ce point de vue, le terme «empiétement des plaines inondables» est très trompeur et véhicule aussi un message essentiellement idéologique : la véritable décision est de savoir s il vaut mieux se développer dans la zone inondable plutôt qu ailleurs. La réponse peut être oui pour l une des deux raisons : il vaut mieux se développer dans la zone inondable plutôt que n importe où ailleurs ou bien il n existe aucun autre endroit pour se développer. Une fois que d autres contraintes de planification sont prises en compte, comme le classement en zones de grande valeur paysagère, en zone d importance archéologique ou en «ceinture verte», la zone inondable peut être l endroit le moins préjudiciable pour un développement intensif. Au Royaume- Uni par exemple, le gouvernement municipal a décidé d entreprendre des travaux d atténuation des crues sur le Black Brook près de Loughborough et de développer ensuite la région, car l autre solution était une intrusion dans la forêt de Charnwood (Parker, 1955). En termes relatifs, les coûts d atténuation des crues sont souvent beaucoup plus faibles que les coûts des infrastructures et les autres coûts engendrés par l intensification du développement dans un autre endroit». Les contraintes de gestion des crues et l utilisation des plaines inondables varient considérablement entre les différents pays. Par conséquent, ce qui est une politique appropriée dans un pays peut être tout à fait inadapté dans un autre. Les trois mesures de pressions et de contraintes qui doivent intervenir dans une politique de gestion appropriée des crues sont : produit intérieur brut (PIB)/km² ; densité de population ; terres arables par habitant. La première mesure à la fois la disponibilité des ressources naturelles et l intensité avec laquelle celles-ci sont déjà utilisées ; la seconde mesure l intensité de la demande pour ces ressources ; et la troisième mesure la disponibilité d une ressource clé (Tableaux 8 et 9). Ainsi, plus les valeurs des deux premières mesures sont faibles et plus la valeur de la troisième est élevée, moins nombreuses seront les contraintes probables de développement d une stratégie de gestion des crues. En particulier, là où les terres arables sont rares, et en termes de nourriture les terres arables sont beaucoup plus productives que les pâturages, il est plus difficile d envisager d abandonner une partie de ces terres arables ou de les transformer en pâturages. De même, le déplacement des populations vivant dans la zone inondable est une option plus pratique dans ces pays, notamment pour les populations établies au 19 e siècle où les densités de population étaient globalement très faibles. Pour amener la densité de population des États-Unis à celle de la France, pays dont la densité de population n est pas particulièrement forte, il faudrait que la population des États-Unis augmente de l équivalent des trois quarts de la population de la Chine. À l inverse, 100 millions de personnes habitent la zone inondable du Fleuve Jaune en Chine (Banque Mondiale, 1997). C est précisément parce qu elles ont été peuplées tôt que les plaines inondables sont généralement intégrées dans des activités agricoles et économiques existantes. Les plaines inondables sont utilisées pour les cultures de décrue et le pâturage saisonnier ; elles fournissent aussi du poisson et des matériaux pour la construction et l usage quotidien (Acreman and Hollis, 1996; Drijver et coll., 1985). 90

In most of the world, the floodplains are already part of the web of the socioeconomic system; few are untouched by human activity. From this catchment perspective, the term floodplain encroachment is highly misleading and also carries an essentially ideological message: the real decision is whether it is better to develop on the floodplain than elsewhere. The answer may be yes for one of two reasons: it is better to develop on the floodplain than anywhere else or there is nowhere else to develop. Once other planning constraints are taken into account, such as designations as areas of landscape value, of archaeological significance or Green Belt, the floodplain may be the least damaging place for intensified development. For instance in the UK, the municipal government decided to undertake flood alleviation works on the Black Brook near Loughborough and then to develop the area because the alternative was intrusion into Charnwood Forest (Parker, 1995). In relative terms, the costs of flood alleviation are often much lower than the infrastructure and other costs of intensifying development elsewhere. The constraints on flood management and the use of floodplains vary significantly between different countries. Consequently, what is an appropriate policy in one country may be quite inappropriate in another. Three measures of the pressures and constraints under which an appropriate flood management policy must be developed are: Gross Domestic Product (GDP)/km 2 ; population density; and arable land per capita. The first is a joint measure of the availability of natural resources and the intensity with which they are already being used; the second is a measure of the intensity of demand for those resources; and the third a measure of the availability of a key resource (Table 8 and Table 9). Thus, the lower the values of the first two measures and the higher the value of the third, the fewer will be the likely constraints in developing a flood management strategy. In particular, where arable land is scarce, and in food terms arable land is much more productive than grazing land, it is less likely to be possible to consider abandoning some of that arable land or converting it to grazing. Similarly, resettling people who live on the floodplain is a more practical option in those countries, particularly those of C19th settlement, where population densities are, in global terms, very low. To bring the population density of the USA to that of France, a not-particularly-densely-populated country, the population of the USA would have to increase to the equivalent of ¾ of the population of China. Conversely, 100 million people inhabit the floodplain of the Yellow River in China (World Bank, 1997). Precisely because they were settled early, floodplains are typically integrated into existing agricultural and economic activities. Floodplains are used for flood recession farming and seasonal livestock grazing; they also provide fish and materials for construction and everyday use (Acreman and Hollis, 1996; Drijver et al., 1985). 91

Tableau 8 Produit intérieur brut et densité de population au km 2 Country or State GDP/km 2 Population/km 2 New Jersey 10 010 810 371 Connecticut 6 685 702 228 Pays-Bas 6 423 100 443 Japon 5 644 387 331 Royaume-Uni 3 552 713 238 Allemagne 3 310 826 231 Illinois 1 859 901 78 France 1 600 902 104 États-Unis 596 186 28 Missouri 587 108 29 Bangladesh 152 341 871 Dakota du Sud 70 090 4 Chine 46 535 120 Montana 36 760 2 Australie 33 095 2 Népal 21 930 143 Mali 1 639 7 Dans le même temps, les occupants des plaines inondables se sont adaptés au risque d inondation afin de faire face au danger des crues. Ces adaptations sont variées : élévation de remblais construits aux Pays-Bas comme refuges contre les inondations, construction de maisons sur pilotis en Malaisie ou habitude de se réfugier sur les toits des maisons au Bangladesh. À Setubal, au Portugal, les habitants se sont adaptés aux inondations fréquentes en ajoutant à leur porte d entrée une porte en acier ou un mur en béton. Dans certains cas, un mur similaire a été construit à travers la porte entre le salon et la salle de bains, de sorte qu en cas de débordement des toilettes pendant une inondation, le salon soit protégé (Penning-Rowsell and Fordham, 1994). La forme d adaptation extrême est peut-être celle des habitants des chars au Bangladesh. Ici le cours des rivières change en permanence, entraînant la création et l érosion d iles ; les habitants des chars conservent la propriété de la terre, qu elle fasse habituellement partie ou non du lit de la rivière (Schmuck-Widmann, 1996). Ainsi, de nombreuses populations sont parfaitement adaptées au modèle courant d inondation. 92

Table 8 Gross Domestic Product and Population Density per Square Kilometer Country or State GDP/km 2 Population/km 2 New Jersey 10 010 810 371 Connecticut 6 685 702 228 The Netherlands 6 423 100 443 Japan 5 644 387 331 United Kingdom 3 552 713 238 Germany 3 310 826 231 Illinois 1 859 901 78 France 1 600 902 104 United States 596 186 28 Missouri 587 108 29 Bangladesh 152 341 871 South Dakota 70 090 4 China 46 535 120 Montana 36 760 2 Australia 33 095 2 Nepal 21 930 143 Mali 1 639 7 At the same time, the occupiers of the floodplains have adapted to the risk of flooding so as to cope with the flood hazard. These adaptations vary from the raised earth mounds constructed in the Netherlands as flood refuge areas, to raising housing on stilts in Malaysia, to the practice of taking refuge in roof areas in Bangladesh. In Setubal, in Portugal, residents have adapted to frequent flooding by closing off their front door with either a steel door or a concrete wall. In some cases, a similar wall has been constructed across the door between the living area and the bathroom so that when the toilet overflows in a flood, the living area is protected (Penning-Rowsell and Fordham, 1994). The most extreme form of adaptation is perhaps that of the char dwellers of Bangladesh. Here, the rivers are constantly changing their courses, creating and eroding islands and the char dwellers retain title to land whether or not it is currently part of the river channel (Schmuck-Widmann, 1996). Thus, many populations are highly adapted to the routine pattern of flooding. 93

Tableau 9 Terres arables par habitant Pays Algérie Australie Chine Allemagne Inde Japon Thaïlande Royaume-Uni États-Unis Moyenne mondiale Terres arables par habitant (hectares) 0.27 2.68 0.10 0.14 0.17 0.03 0.29 0.10 0.67 0.24 Source : Indicateurs du développement dans le monde sélectionnés par la Banque mondiale 1999/2000 3.4. NIVEAU DE PROTECTION 3.4.1. Méthode classique d établissement de normes de protection contre les crues Comme cela a été dit précédemment, les différents types d aménagement du territoire ainsi que la densité de population dans une zone inondable particulière définiront le niveau de protection que l on estime justifié dans ces conditions. Selon le rapport ICID de 2005 : «la société demandera une meilleure et une plus grande protection contre les crues si (a) des vies humaines sont en danger et (b) les inondations, pour l avoir vécu, perturbent la vie quotidienne de manière inacceptable.» Savoir quel est le niveau de protection réellement atteint est, tout d abord (pour les niveaux de protection inférieurs, par exemple sur une période de retour de 50 ans) une question économique : les coûts seront-ils absorbés par les bénéfices. Une fois qu une telle protection a été établie sur une base économique, toute protection supplémentaire (qui, d un point de vue économique, ne produira que de faibles avantages matériels supplémentaires) est un «luxe» : la société concernée peut se permettre de dépenser une partie de sa richesse pour de tels moyens supplémentaires de maîtrise des crues 4. Cette approche n est pas nouvelle : une personne riche achètera également une voiture plus grande et plus chère qu une personne à revenus modestes. Cela peut être illustré par une comparaison des périodes de retour valable respectivement pour les Pays-Bas et pour le Bangladesh (Tableau 10). Dans les deux cas, cela concerne un pays à forte densité de population situé dans le delta de plusieurs grands fleuves. Et dans les deux cas, le danger de pertes en vies humaines vient surtout de la mer plutôt que de ces fleuves. Mais le PIB des Pays-Bas est de 27 000 USD par habitant et celui du Bangladesh est de 360 USD par habitant! 4 C est comme avoir une résidence secondaire ou une deuxième voiture dans la famille. 94

Table 9 Arable Land Availability per Capita Country Algeria Australia China Germany India Japan Thailand UK USA World average Arable land per capita (hectares) 0.27 2.68 0.10 0.14 0.17 0.03 0.29 0.10 0.67 0.24 Source: World Bank Selected World Development Indicators 1999/2000 3.4. DEGREE OF PROTECTION 3.4.1. The traditional approach of establishing a set of standards for flood protection As discussed above, the different types of land use, together with the density of population in a particular flood prone area, will result in the degree of protection which is considered justified in the circumstances. In (ICID, 2005) it is stated that: society will ask for more and better protection against floods if (a) human life is in danger, and (b) flooding, as experienced, disturbs daily life in an unacceptable manner. What level of protection is actually achieved is, first of all (for the lower levels of protection, say, up to a return period of 50 years), a matter of economics: will the costs be borne by the benefits. After such protection has been established on an economic basis, any additional protection (which, from an economic point of view, will only render low additional material benefits) is a luxury : the society concerned can afford to spend part of its affluence on such additional flood control 4. This approach is not new: a rich person will also buy a more expensive larger car than a person having a moderate income. This can be illustrated by a comparison of return periods valid for the Netherlands and Bangladesh respectively (Table 10). In both cases it concerns a densely populated country situated in the delta of a number of large rivers. And in both cases the danger for loss of human life originates predominantly from the sea rather than from these rivers. But GNP 5 of the Netherlands amounts to US$ 27 000 per capita and that of Bangladesh to US$ 360 per capita! 4 Like having a second house somewhere else or a second car in the family. 5 Nowadays GNP is also called GNI (gross national income) 95

Pays Condition ou élément Zones agricoles Zones résidentielles industrielles Australie (Victoria) 100 Bangladesh 10 à 25 NC Canada Développement résidentiel Structures de «sécurité» Structures «vitales» 100 500 1 000 Allemagne 15-25 50 à 200 Hongrie 100 1 000 Pays-Bas Inondation causée par la mer Inondation causée par les rivières Inondation en zone transfrontalière 4 000 1 250 2 000 10 000 1 250 2 000 Espagne Routes 25 à 50 100 à 500 Suisse Tableau 10 Périodes de retour du niveau d eau maxi des crues utilisées pour la conception d ouvrages de protection contre les crues dans différents pays 6. 5 à 20 10 à 50 50 à EHQ 7 100 à QEH Royaume-Uni Moins de 100 États-Unis Jusqu à 500 (QEH : Débit Extrêmement Haut, avec une période de retour supposée entre 100 ans et celle de la CMP (1 000 à 10 000 ans) Comme dans de nombreux autres pays, les habitants du Bangladesh ont appris à «vivre avec les inondations» alors qu aux Pays-Bas ils ne le veulent plus et (beaucoup plus important) à ce jour, ils peuvent se permettre de maintenir ce principe. Évidemment ce qui précède simplifie considérablement la situation dans les deux pays. au Bangladesh, la combinaison de la pénétration des rivières dans le pays et les fortes pluies de la mousson ne permet pas d atteindre un jour le même niveau de protection contre les crues (fluviales) qu au Pays-Bas; la taille de l estuaire et les niveaux moyens bas des terrains des îles et des vasières du Bangladesh, pourtant densément peuplées, ne permettent pas de construire un «Projet Delta», comme cela avait été fait aux Pays-Bas après la tempête de 1953, pour lutter contre les niveaux d eau élevés provoqués par les cyclones. 6 Les chiffres indiqués reposent en partie sur des informations non confirmées, implicitement données dans différentes publications. 7 EHQ signifie «crue extrêmement forte», c est-à-dire une crue qui reviendrait avec une période comprise entre 100 ans et la PMF (soit 1 000 à 10 000 ans). 96

Country Condition or item Agricultural areas Residential/ industrial areas Australia (Victoria) 100 Bangladesh 10 to 25 Not known Canada Residential development life line structures vital life line structures Germany 15-25 50 to 200 Hungary 100 1 000 Netherlands Flooding from sea Flooding from rivers Flooding in trans. zone Flooding from sea 4000 1250 2000 10 000 1250 2000 Spain Roads 25 to 50 100 to 500 Switzerland United Kingdom Table 10 Return periods of peak water levels / floods used for design of flood protection works in various countries 6 5 to 20 10 to 50 100 500 1000 50 to EHQ 7 100 to EHQ 100 to EHQ USA Up to 500 As in many other countries, the people in Bangladesh have learnt to live with floods, while in the Netherlands they do not want to any longer and (much more importantly) so far, they can afford to maintain this principle. Obviously, the above greatly simplifies the situation in both countries: in Bangladesh, the combination of inflow into the country by rivers and heavy rainfall during the wet season, renders it impossible to ever attain the level of (river-) flood control achieved in The Netherlands; the size of the estuary and the average low level of densely populated islands and mud flats in Bangladesh render it impossible to fight against the high water levels of cyclones by constructing a Delta Project, as was done in The Netherlands after the storm surges in 1953. 6 Figures given are partly based on non-confirmed information, implicitly given in various publications. 7 EHQ stands for extremely high flood, which is supposed to have a return period somewhere between 100 years and that of the PMF (1,000 to 10,000 years). 97

On peut conclure de ce qui précède qu il n est pas possible de faire des recommandations précises sur le niveau de protection souhaité. De trop nombreux aspects doivent être pris en considération et la situation diffère trop d un pays à l autre et d un bassin hydrographique à l autre, pour permettre d établir un tableau avec des chiffres précis. Toutefois, si l on se base sur les chiffres du Tableau 10 et sur ce qui a été dit précédemment, on peut conclure en toute certitude que : des considérations économiques 8 et des pertes en vies humaines potentielles détermineront dans un premier temps la période de retour de la crue de projet ; normalement, les zones rurales seront protégées jusqu à une crue de projet ayant une période de récurrence de 10 à 25 ou 100 ans ; les zones de développement résidentiel ou industriel seront en général protégées en prenant en compte des périodes de retour de 100 à 500 ans ; si la fiabilité des données de base est douteuse et/ou si l inondation provoque des pertes considérables en vies humaines, la période de retour considérée sera beaucoup plus importante. Aux Pays-Bas, on retient une période de retour de 10 000 ans pour des zones de faible altitude à forte densité de population. En fait, dans la plupart des pays et pour les barrages les plus importants, on tient compte d une crue de projet avec une période de retour de 10 000 ans ou la CMP. 3.4.2 Méthode de gestion des crues basée sur les risques Au cours de ces dernières années, des directives ont été élaborées dans différents pays pour prôner l utilisation de l analyse des risques dans les décisions de gestion des plaines inondables comme la détermination des niveaux des crues de projet. Des normes minimales, comme la généralisation des protections contre les «crues centennales», sont rejetées en faveur d un cadre qui cherche à équilibrer le risque résultant des crues exceptionnelles par rapport aux avantages économiques et sociaux offerts par l utilisation des plaines inondables. Cette méthode est traitée dans le chapitre 4. 3.5. IMPACT DES CRUES SUR LES PROCESSUS NATURELS L impact des crues sur les processus naturels (et de ce fait sur l environnement) ne peut être étudié que dans le contexte plus large du bassin hydrologique pris dans son ensemble et de l impact des mesures anthropiques sur l environnement, comme la construction de grands barrages, la gestion des crues, les digues, la correction et le détournement des cours d eau. 8 Mais les assureurs ont aussi des idées précises dans ce domaine : (Parker, 2001) déclarait qu une zone présentant un risque d inondation supérieur à 0,5 % (soit une période de retour de 200 ans) devait être considérée comme une zone «à haut risque». Si la construction est autorisée dans ces zones, il estime qu'une période de retour de 200 ans doit être adoptée. 98

From the above it can be concluded that it is not possible to give firm recommendations regarding the desired level of protection. There are too many aspects to be taken into account and the situation differs too much from country to country and from river basin to river basin, to enable the drawing up of a table with firm figures. However, based on the figures in Table 10 and what has been said earlier, it can be safely concluded that: economic considerations 8 and potential for loss of life in first instance will determine the return period of the design flood; rural areas will normally be protected up to the design flood having a return period in the range of 10 to 25 or 100 years; residential and industrial development areas will generally be protected taking account of return periods of 100 to 500 years; if the reliability of basic data is dubious and/or flooding will result in a substantial loss of human life, the return period taken is much higher. In the Netherlands 10,000 years is taken as return period for its low-lying densely populated areas. In fact for major dams in most countries also a design flood having a return period of 10,000 years or the PMF is taken into account. 3.4.2. The risk based approach to flood management In recent years guidelines have been developed in various countries which advocate the use of risk analysis for floodplain management decisions such as the determination of flood planning levels. Minimum standards such as the ubiquitous 100 year flood level are rejected in favour of a framework which aims to balance the risk from rare floods against the economic and social advantages of using the floodplain. This approach is elaborated upon in Chapter 4. 3.5. FLOOD IMPACT ON NATURAL PROCESSES The impact of floods on natural processes (and thus on the environment) can only be discussed in the wider context of the river basin as a whole and the impact of man-made actions on the environment like the construction of large dams, flood management, flood embankments, river training and river diversion. 8 But insurers may also have firm ideas in this respect: (Parker, 2001) stated that any area having a risk of flooding of more than 0.5 % (i.e. a return period of 200 years) should be considered high risk. If building is permitted within these areas, in his opinion a return period for flooding of 200 years should be adopted. 99

Il faut tout d abord comprendre que les crues en tant que telles peuvent être source de bénéfices sans aucune intervention de l homme. Les crues reconstituent les zones humides, rechargent les nappes phréatiques et contribuent au développement de l agriculture et de la pêche. À long terme, ces bénéfices ne seront connus que si des études socio-économiques sont menées pour analyser et mesurer l impact des crues. Les effets positifs des crues sur l environnement sont connus, mais à ce jour, ils ne sont pas quantifiés, notamment en termes monétaires. Il faut garder ces effets à l esprit au moment de choisir et d évaluer des projets de maîtrise des crues. Les effets des mesures anthropiques de prévention et/ou de limitation de l impact des crues ont été étudiés et discutés par de nombreuses associations et de nombreuses personnes. À cet égard, il faut se référer tout d abord aux Bulletins techniques publiés à ce jour par le comité CIGB sur l environnement. (CIGB, 1981, 1982, 1985, 1988a, 1988 b, 1992a, 1993, 1994, 1995, 1999). D autres bulletins sont en préparation et seront bientôt publiés. Les activités actuelles de ce comité et du comité sur le rôle des barrages dans le développement et la gestion des bassins versants méritent également d être mentionnées ici. Les sujets «Écosystèmes des bassins fluviaux» et «Impacts des grands barrages sur les écosystèmes» ont également été élaborés par la Commission Mondiale des Barrages (Bergkamp et coll., 2000). Il faut aussi citer Drijver et coll., 1985, et Hill et coll., 2000. À la lecture de ces publications, on ne peut que conclure que la plupart de leurs auteurs ne souhaitent pas que le bassin versant naturel et ses cours d eau subissent une quelconque intervention. Évidemment, ce n est pas une idée réaliste. De plus en plus de personnes vivent dans ces plaines inondables et ces populations créent de l activité économique. Ces peuplements, les infrastructures correspondantes et le développement économique (exploitations agricoles, infrastructures d irrigation, industries, installations touristiques, etc.) exigent la limitation et si possible la prévention totale des inondations. Cependant, il va de soi que toute intervention destinée à la gestion des crues devrait faire l objet d une «Analyse des impacts environnementaux» pour parvenir à des mesures d atténuation en rapport avec la perturbation de l écosystème par le projet de gestion des crues proposé. Parfois, les plaines inondables ne sont pas encore habitées et ce peut être le cas, par exemple, lorsque les terres inondables les plus basses sont des terres humides. Selon Green et coll. (2000) : «(ces zones humides) comptent parmi les habitats les plus riches du monde et l argument le plus fort contre le développement intensif des plaines inondables est habituellement la valeur écologique des zones humides existantes. Lorsque les valeurs fonctionnelles des zones humides (de Groot, 1987; Maltby, 1986) sont ajoutées à cette équation, il peut être plus rentable de les laisser tranquilles. La valeur des zones humides en termes de pêches ainsi que d autres valeurs fonctionnelles ont été largement communiquées (Dixon et al., 1994 ; Maltby, 1986)». Dernier point et non le moindre, on note que la CIGB, consciente de cette situation de conflit potentiel, a récemment publié (février 2010) un projet de prise de position sur un processus d amélioration de la planification des infrastructures pour les ressources en eau, intitulé «Planification basée sur une vision globale». Dans ce document, la gestion des crues est placée dans le contexte plus large du développement des ressources en eau. La planification basée sur une vision globale 100

First of all one should realise that floods as such may generate benefits on their own without any interference by mankind. Floods replenish wetlands; recharge the aquifer and support agriculture and fisheries. In the long term, the benefits of the latter can only be known by carrying out socio-economic studies to analyse and measure the effects of floods. The positive effects of floods on the environment are known but so far the quantification of these effects is lacking, particularly in monetary terms. Still one should bear these effects in mind when selecting and evaluating flood control projects. The effects of man-made actions to prevent and/or limit the impact of floods have been studied and discussed by many different organisations and individuals. In this respect reference is made first of all to the Technical Bulletins published so far by ICOLD s Committee on the Environment. (ICOLD, 1981, 1982, 1985, 1988a, 1988b, 1992a, 1993, 1994, 1995, 1999). More bulletins are under preparation and are about to be released shortly. Also the present activities of that Committee and that of the Committee on the Role of Dams in the Development and Management of River Basins need to be mentioned here. The subjects River Basin Ecosystems and Ecosystem Impacts of Large Dams have also extensively been elaborated upon by the World Commission on Dams (Bergkamp et al, 2000). Mention should also be made of (Drijver et al, 1985) and (Hill et al, 2000). When looking through these publications one cannot but conclude that most of their authors like the natural catchment and its rivers to stay free from any intervention whatsoever. Obviously, this is not a realistic idea. There are more and more people living in these floodplains and these inhabitants will induce economic development. The settlements, the related infrastructure and the economic development (farms, irrigation infrastructure, industries, tourist facilities, etc.) demand the restriction and, if possible, the complete prevention of flooding. However, it stands to reason that any intervention aimed at flood management should be subject of an Environmental Impact Assessment, in order to arrive at mitigative measures in relation to the disturbance of the ecosystem by the proposed flood management project. Sometimes, the floodplains are not yet inhabited and this, for instance, can be the case when lowland floodplains are wetlands. In Green et al. (2000) it is argued that: (these wetlands) are amongst the richest habitats in the world and the strongest argument against intensifying development of the floodplains is usually the ecological value of the existing wetlands. When the functional values of wetlands (de Groot, 1987; Maltby, 1986) are added to this equation, it can be more efficient to leave the wetlands alone. The value of wetlands in terms of providing fisheries and other functional values have now been extensively reported (Dixon et al., 1994; Maltby, 1986). Last but not least it is noted that ICOLD, being aware of this situation full of potential conflict, recently (February 2010) published the draft of a position paper on an improved planning process for water resources infrastructure called Comprehensive Vision Based Planning (CVBP). In this position paper, flood management is placed in the wider context of water resources development. CVBP is accomplished on a watershed basis that addresses the domestic, agricultural, 101

est réalisée à l échelle d un bassin versant qui répond aux besoins domestiques, agricoles, industriels et environnementaux de ce bassin versant. Pour créer des projets durables de ressources en eau, le processus doit également porter sur la qualité et la quantité de l eau, la gestion de la nappe phréatique, la sédimentation, l utilisation des terres et la préservation de l habitat naturel et de l environnement en assurant des débits suffisants en aval. 3.6. ANALYSE ÉCONOMIQUE COÛTS/BÉNÉFICES D UN PROJET DE MAÎTRISE DES CRUES Ce chapitre donne un exemple simple de l évaluation des bénéfices et des coûts d un projet de maîtrise des crues au moyen de courbes de dépassement et d une courbe de dommages. Ce type de calcul est nécessaire pour définir l importance d un système de protection contre les crues avant de procéder à des analyses plus complètes. 3.6.1. Calcul des dommages annuels moyens sans projet de protection contre les crues Dans la colonne [1] du Tableau 11, une gamme de valeurs est donnée pour le «volume débordé» qui correspond dans ce cas au paramètre d inondation choisi (ou paramètre «dommage»). Ces valeurs sont données par les courbes de dépassement de la Fig. 13 (courbe la plus à gauche). Pour les mêmes valeurs du paramètre «dommage», les coûts des dommages sont indiqués dans la colonne [2]. Ces valeurs sont extraites de la Fig. 12. Une courbe de «dépassement» implique que par exemple l augmentation du flux de débordement de 300 hm 3 entre les valeurs 200 et 500 (colonne [1] du Tableau 11) entraînera une augmentation des dommages de 46 à 82 millions USD (voir Fig. 11 et colonne [2]), c.-à-d. 36 millions USD (colonne [3]). D après la Fig. 12, les probabilités de dépassement des volumes débordés de 200 et 500 hm 3 seront respectivement de 0,33 par an et de 0,15 par an (colonne [4]). La probabilité de dépassement de ces 300 hm 3 supplémentaires de volume débordé sera «en moyenne» de 0,225 par an (colonne [5]). Le reste des calculs du Tableau 11 est simple. Il est à noter que les dommages causés par des crues dont la période de retour est supérieure à 20 ans (probabilité 5 % par an) ne contribuent qu à 6 % des dommages annuels moyens. 3.6.2. Calcul des dommages annuels moyens avec un projet de protection contre les crues Le calcul est répété pour une situation comportant des projets de maîtrise des crues. Dans ce cas, la courbe de dépassement du volume débordé change : il y a moins de volume débordé et par conséquent moins de dommages. La maîtrise des crues, au moyen de digues plus hautes entrainant une augmentation des débits de la rivière implique dans le cas d un débit de 3 000 m 3 /s que les dommages annuels moyens 102

industrial and environmental needs in the watershed. To produce sustainable water resources projects, the process needs to also address water quality and quantity, groundwater management, sedimentation, land use, and maintaining the natural habitat and the environment by ensuring adequate downstream discharges. 3.6. ECONOMIC ANALYSIS OF BENEFITS AND COST OF A FLOOD PROTECTION PROJECT This section presents a simple example illustrating the evaluation of the benefits and costs of a flood protection project using exceedance curves and a damage curve. This type of calculation is necessary for defining the magnitude of a flood protection system, prior to undertaking more comprehensive analyses. 3.6.1. Calculation of the average annual damage without Flood Protection Project In column [1] of Table 11 a range of values is given for the volume of bank overspill, which, in this case is the selected inundation parameter (or damage parameter). These values follow from the exceedance curves in Fig. 13 (curve most to the left). For the same values of the damage parameter, damage costs are given in column [2]. These values are derived from Fig. 12. An exceedance curve implies that, for instance, the increase in bank overspill of 300 hm3 between the 200 and 500 values (column [1] of Table 11) will result in an increase in damages from US$ 46 to 82 million (see Fig. 11 and column [2]), i.e. US$ 36 million (column [3]). Following from Fig. 12, the probabilities of exceedance of bank overspills of 200 and 500 hm3 will be 0.33 per annum and 0.15 per annum respectively (column [4]). The probability of exceedance of the said additional 300 hm 3 of bank overspill will be on average 0.225 p.a. (column [5]). The remainder of the calculations in Table 11 are straightforward. Note that damages caused by floods having a return period of more than 20 years (probability 5 % per annum) contribute only 6% to the average annual damage (AAD). 3.6.2. Calculation of the average annual damage with a Flood protection Project The calculation is repeated for the situation that flood control projects are introduced. In that situation the exceedance curve of bank overspill changes: there is less bank overspill and, consequently, less damage. Flood control, by means of higher flood embankments leading to increased river discharges, implies in the case of a discharge of 3000 m 3 /s that the AAD reduces from US$ 41.1 million to US$ 103

diminuent de 41,1 à 19,7 millions USD (Tableau 11). Ainsi, les dommages annuels moyens «évités» s élèvent à 21,4 millions USD. Ce même Tableau 11 montre qu un débit de 5 000 m 3 /s fait baisser les dommages annuels moyens restant à 5,9 millions USD ; les annuels moyens correspondants évités sont alors de 35,2 millions USD. 3.6.3. Analyse Coûts/Bénéfices Une analyse Coûts/Bénéfices peut être effectuée lorsque lesdits bénéfices et coûts «tangibles» ont été déterminés sur une base annuelle pour la vie économique 9 du projet. Voir Tableaux 12 et 13 pour plus de détails. Le calcul permet de déterminer le rapport Coûts/Bénéfices (C/B) et, par approches successives, le taux de rentabilité interne (TRI) pour différents taux d actualisation de la «valeur actuelle nette». Lorsque l on effectue ces calculs sur les coûts et bénéfices tangibles des mesures de gestion des plaines inondables, il faut comprendre qu il n existe pas de «livre de recettes». Cela exige d évaluer chaque stratégie possible (option) et d avoir un jugement technique sûr. Ceci s applique par exemple aux prévisions en matière de maintenance, aux attentes en termes de taux de croissance de l investissement dans la zone protégée et à la fiabilité de la base des données hydrologiques. Les exemples donnés montrent que, du seul point de vue économique, l augmentation de débit de 3 000 m 3 /s est une solution plus intéressante qu une augmentation de débit de 5 000 m 3 /s, même si dans ce dernier cas, les dommages annuels moyens restants sont nettement moindres. Mais les différences sont minimes et l optimum économique se situe probablement autour de 4 000 m 3 /s. À cet égard, il faut également noter que la «maîtrise des crues» comprend des solutions structurelles et non structurelles. En général, on a trouvé que des solutions non structurelles (occupation appropriée des sols, dispositifs d annonce de crue, acquisitions de biens inondables, dispositifs d évacuation) semblaient économiquement plus intéressantes que des solutions structurelles. Parmi les mesures structurelles possibles, les seules mesures communes sont les digues de protection et les améliorations des lits. Les barrages à réservoirs ne sont justifiés d un point de vue économique que s ils fonctionnent sur une base multi-usage. 9 La durée de vie économique d un projet dépend beaucoup du taux d actualisation appliqué dans l évaluation économique. Plus ce taux est élevé, plus la durée de vie économique est courte. Avec un taux d actualisation de 15 %, la valeur actuelle journalière des «pertes moyennes annuelles» au bout de 30 ans ne représente que 4 % de sa valeur initiale (somme de la colonne [9] du Tableau 11). La durée de vie technique d un projet peut durer beaucoup plus longtemps. 104

19,7 million (Table 11). Thus, the average annual damages avoided amount to US$ 21.4 million. The same Table 11 shows that a discharge of 5000 m 3 /s brings the remaining AAD down to US$ 5.9 million and the corresponding average annual damage avoided becomes US$ 35.2 million. 3.6.3. Benefit Cost Analysis When the so-called tangible benefits and costs have been determined on an annual basis for the economic life 9 of the project a benefit-cost analysis can be made. Reference is made to Tables 12 and 13 for further details. The calculation enables determination for various discount rates of the net present value (NPV), the benefit-cost ratio (B/C) and, by approximation, the Economic Internal Rate of Return (EIRR). When carrying out these calculations on tangible benefits and costs of floodplain management measures, one must realise that there is no cookbook way to do so. It requires estimation for each possible strategy (option), as well as sound engineering judgement. This applies, for instance, to the maintenance to be expected, to the expected growth rate of the investment in the protected area and to the reliability of the hydrological database. In the examples given one can see that, solely from an economic point of view, the increase in discharge to 3,000 m 3 /s is more attractive than the solution with an increase of discharge to 5,000 m 3 /s, though in the latter case the remaining AAD is much less. But the differences are small and the economic optimum is probably somewhere around 4,000 m 3 /s. In this respect, note also that flood control includes both structural and nonstructural solutions. In general, it has been found that non-structural solutions (appropriate zoning, flood warning arrangements, acquisition of flood prone properties, evacuation arrangements) tend to be more economically attractive than structural solutions. Of the possible structural measures, the only common ones are flood embankments and waterway improvements. Reservoir dams tend to be only economically justified if they are operated on a multipurpose basis. 9 The economic life of a project depends very much on the discount rate applied in the economic evaluation. The higher the discount rate the shorter the economic life. This is demonstrated in Box 7: at a discount rate of 15% the present day value of the AAD after 30 years is only 4% of its original value (sum of column [9] of Table 11). The technical life of a project can be considerably longer. 105

Fig. 12 Courbe de dommage pour le paramètre d inondation sélectionné «volume de débordement» Fig. 13 Courbes de dépassement du volume débordé restant après introduction de différentes solutions de protection contre les crues 106

Fig. 12 Damage curve for the selected inundation parameter overspill volume Fig. 13 Exceedance curves for remaining bank overspill after introduction of alternative options for flood protection 107

Tableau 11 Calcul des avantages annuels moyens (= Dommages annuels moyens évités) Domages sans projet Dommages avec débit de projet = 3 000 m 3 /s Dommages avec débit de projet = 5 000 m 3 /s Volume débordé en millions de m 3 (hm 3 ) Dommages liés au volume débordé en millions USD (coll.1) Augmentation des dommages dus à l augmentation du volume débordé (en moi USD) Probabilité de dépassement du volume débordé (coll.1) Probabilité moyenne de dépassement de l augmentation du volume débordé Dommages correspondant à l augmentation du volume débordé et probabilité de dépassement Probabilité de dépassement du volume débordé (coll. 1) Probabilité moyenne de dépassement de l augmentation du volume débordé Dommages correspondant à l augmentation du volume débordé et probabilité de dépassement Probabilité de dépassement du volume débordé (coll. 1) Probabilité moyenne de dépassement de l augmentation du volume débordé Dommages correspondant à l augmentation du volume débordé et probabilité de dépassement [1] [2] [3] [4] [5] [6]= [3]x[5] [7] [8] [9]= [3]x[8] [10] [11] [12]= [10]x[11] 10 3 0,95 0,42 0,17 3 0,9 2,7 0,4 1,2 0,16 0,48 20 6 0,85 0,38 0,15 14 0,755 10,57 0,34 4,76 0,14 1,89 50 20 0,66 0,30 0,12 12 0,58 6,96 0,32 3,78 0,10 1,14 100 32 0,50 0,33 0,07 14 0,415 5,81 0,245 3,43 0,06 0,84 200 46 0,33 0,16 0,05 36 0,24 8,64 0,11 3,96 0,0315 1,134 500 82 0,15 0,06 0,013 41 0,10 4,1 0,04 1,64 0,008 0,328 1000 123 0,05 0,02 0,003 71 0,03 2,13 0,0125 0,8875 0,0015 0,1065 2000 194 0,01 0,005 0 36 0,0055 0,198 0,0025 0,09 0 0 5000 230 0,01 0 0 Valeur estimée mathématique des dommages (restants) par an : 41,108 19,7475 5,9185 Bénéfices du projet (c.-à-d. dommages évités) par an 21,3605 35,1895 108

Table 11 Calculation of average annual benefits (= AAD avoided) Damage without project Damage with project discharge = 3000 m 3 /s Damage with project discharge = 5000 m 3 /s Volume of bank overspill in million m 3 (hm 3 ) Damage related to bank over spill in million US$ (coll. 1) Increase in damage due to incr. in bank over spill (million US $) Prob. of exceedance of vol. of bank over spill (coll. 1) Average prob. of exceedance of increase in bank over spill Damage corresponding with increase in bank over spill and prob. of exceedance Prob. of exceedance of vol. of bank over spill (coll. 1) Average prob. of exceedance of increase in bank over spill Damage corresponding with increase in bank over spill and prob. of exceedance Prob. of exceedance of vol. of bank over spill (coll. 1) Average prob. of exceedance of increase in bank over spill Damage corresponding with increase in bank over spill and prob. of exceedance [1] [2] [3] [4] [5] [6]= [3]x[5] [7] [8] [9]= [3]x[8] [10] [11] [12]= [10]x[11] 10 3 0,95 0,42 0,17 3 0,9 2,7 0,4 1,2 0,16 0,48 20 6 0,85 0,38 0,15 14 0,755 10,57 0,34 4,76 0,14 1,89 50 20 0,66 0,30 0,12 12 0,58 6,96 0,32 3,78 0,10 1,14 100 32 0,50 0,33 0,07 14 0,415 5,81 0,245 3,43 0,06 0,84 200 46 0,33 0,16 0,05 36 0,24 8,64 0,11 3,96 0,0315 1,134 500 82 0,15 0,06 0,013 41 0,10 4,1 0,04 1,64 0,008 0,328 1000 123 0,05 0,02 0,003 71 0,03 2,13 0,0125 0,8875 0,0015 0,1065 2000 194 0,01 0,005 0 36 0,0055 0,198 0,0025 0,09 0 0 5000 230 0,01 0 0 Math. Expectation Value of (remaining) damages p.a.: 41,108 19,7475 5,9185 Benefits due to Project (I.e. avoided damages) per year: 21,3605 35,1895 109

Tableau 12 Évaluation économique de la protection contre les crues au moyen d un débit fluvial augmenté à 3 000 m 3 /s (tous les chiffres sont en milliers de USD, sauf le rapport B/C) Coût de construction Bénéfices = dommages évités grâce au projet Coûts et bénéfices actualisés Coûts Bénéfices Coûts Bénéfices Coûts Bénéfices Année n Investissement Entretien Dommages annuels évités Dommages annuels évités plus investissements 1 ) Coûts et bénéfices actualisés à 6 % Idem à 8 % Idem à 15 % [1] [2] [3] [4] (coll. 2 + 3) (coll. 5) (coll. 2 + 3) (coll. 5) (coll.2+3) (coll 5) [5] = [4] x (1 + p) n (1 + 0.06) n (1 + 0.06) n (1 + 0.08) n (1 + 0.08) n (1 + 0.15) n (1 + 0.15) n 0 (2000) 1 80.000 0 0 75.472-74.074-69.565-2 80.000 0 0 71.200-68.587-60.491-3 80.000 0 0 67.170-63.507-52.601-4 800 21.360 24.041 634 19.043 588 17.671 457 13.745 5 800 21.360 24.762 598 18.504 544 16.853 398 12.311 6 800 21.360 25.505 564 17.980 504 16.072 346 11.026 7 800 21.360 26.270 532 17.471 467 15.328 301 9.876 8 800 21.360 27.058 502 16.977 432 14.619 262 8.845 9 800 21.360 27.870 474 16.496 400 13.942 227 7.922 10 800 21.360 28.706 447 16.029 371 13.296 198 7.096 11 800 21.360 29.567 421 15.576 343 12.681 172 6.355 12 800 21.360 30.454 398 15.135 318 12.094 150 5.692 13 800 21.360 31.368 375 14.706 294 11.534 130 5.098 14 800 21.360 32.309 354 14.290 272 11.000 113 4.566 15 800 21.360 33.278 334 13.886 252 10.491 98 4.090 16 800 21.360 34.277 315 13.493 234 10.005 85 3.663 17 800 21.360 35.305 297 13.111 216 9.542 74 3.281 18 800 21.360 36.364 280 12.740 200 9.100 65 2.938 19 800 21.360 37.455 264 12.379 185 8.679 56 2.632 20 800 21.360 38.579 249 12.029 172 8.277 49 2.357 21 800 21.360 39.736 235 11.689 159 7.894 43 2.111 22 800 21.360 40.928 222 11.358 147 7.528 37 1.891 23 800 21.360 42.156 209 11.036 136 7.180 32 1.694 24 800 21.360 43.420 198 10.724 126 6.847 28 1.517 25 800 21.360 44.723 186 10.420 117 6.530 24 1.359 26 800 21.360 46.065 176 10.126 108 6.228 21 1.217 27 800 21.360 47.447 166 9.839 100 5.940 18 1.090 28 800 21.360 48.870 157 9.560 93 5.665 16 976 29 800 21.360 50.336 148 9.290 86 5.402 14 874 30 800 21.360 51.846 139 9.027 80 5.152 12 783 31 800 21.360 53.402 131 8.771 74 4.914 11 701 32 800 21.360 55.004 124 8.523 68 4.686 9 628 1 p est le taux d investissement dans la zone protégée contre les crues, il est estimé à 3 % par an Valeur nette actualisée Rapport bénéfice-coût 222.970 380.208 213.254 285.150 186.104 126.336 157.238 71.896 59.768 1.71 1.34 0,68 110

Table 12 Economic evaluation of flood protection by means of an increased river discharge of 3000 m 3 /s (all figures in US$ 000, except for B/C ratio) Cost of construction Benefits = avoided damages due to construction of project Discounted Costs and benefits Cost Benefits Cost Benefits Cost Benefits Year n Investment Maintenance Avoided damages per annum Avoided damages, incl investments 1 ) Costs and benefits are discounted at 6% per annum Ditto at 8% Ditto at 15% [1] [2] [3] [4] (coll. 2 + 3) (coll. 5) (coll. 2 + 3) (coll. 5) (coll. 2 + 3) (coll. 5) [5] = [4] x (1 + p) n (1 + 0.06) n (1 + 0.06) n (1 + 0.08) n (1 + 0.08) n (1 + 0.15) n (1 + 0.15) n 0 (2000) 1 80.000 0 0 75.472-74.074-69.565-2 80.000 0 0 71.200-68.587-60.491-3 80.000 0 0 67.170-63.507-52.601-4 800 21.360 24.041 634 19.043 588 17.671 457 13.745 5 800 21.360 24.762 598 18.504 544 16.853 398 12.311 6 800 21.360 25.505 564 17.980 504 16.072 346 11.026 7 800 21.360 26.270 532 17.471 467 15.328 301 9.876 8 800 21.360 27.058 502 16.977 432 14.619 262 8.845 9 800 21.360 27.870 474 16.496 400 13.942 227 7.922 10 800 21.360 28.706 447 16.029 371 13.296 198 7.096 11 800 21.360 29.567 421 15.576 343 12.681 172 6.355 12 800 21.360 30.454 398 15.135 318 12.094 150 5.692 13 800 21.360 31.368 375 14.706 294 11.534 130 5.098 14 800 21.360 32.309 354 14.290 272 11.000 113 4.566 15 800 21.360 33.278 334 13.886 252 10.491 98 4.090 16 800 21.360 34.277 315 13.493 234 10.005 85 3.663 17 800 21.360 35.305 297 13.111 216 9.542 74 3.281 18 800 21.360 36.364 280 12.740 200 9.100 65 2.938 19 800 21.360 37.455 264 12.379 185 8.679 56 2.632 20 800 21.360 38.579 249 12.029 172 8.277 49 2.357 21 800 21.360 39.736 235 11.689 159 7.894 43 2.111 22 800 21.360 40.928 222 11.358 147 7.528 37 1.891 23 800 21.360 42.156 209 11.036 136 7.180 32 1.694 24 800 21.360 43.420 198 10.724 126 6.847 28 1.517 25 800 21.360 44.723 186 10.420 117 6.530 24 1.359 26 800 21.360 46.065 176 10.126 108 6.228 21 1.217 27 800 21.360 47.447 166 9.839 100 5.940 18 1.090 28 800 21.360 48.870 157 9.560 93 5.665 16 976 29 800 21.360 50.336 148 9.290 86 5.402 14 874 30 800 21.360 51.846 139 9.027 80 5.152 12 783 31 800 21.360 53.402 131 8.771 74 4.914 11 701 32 800 21.360 55.004 124 8.523 68 4.686 9 628 1 p is the rate of investment in the area protected against floods estimated at 3 % per annum Net Present Value: Benefit-Cost ratio: 222.970 380.208 213.254 285.150 186.104 126.336 157.238 71.896 59.768 1.71 1.34 0,68 111

Tableau 13 Évaluation économique de la protection contre les crues au moyen d un débit fluvial augmenté à 5 000 m 3 /s (tous les chiffres sont en milliers de USD, sauf le rapport B/C) Coût de construction Bénéfices = dommages évités grâce au projet Coûts et bénéfices actualisés Coûts Bénéfices Coûts Bénéfices Coûts Bénéfices Année n Investissement Entretien Dommages annuels évités Dommages annuels évités plus investisse-ments 1 ) Coûts et bénéfices actualisés à 6 % Idem à 8 % Idem à 15 % [1] [2] [3] [4] (coll. 2 + 3) (coll. 5) (coll. 2 + 3) (coll. 5) (coll. 2 + 3) (coll. 5) [5] = [4] x (1 + p) n (1 + 0.06) n (1 + 0.06) n (1 + 0.08) n (1 + 0.08) n (1 + 0.15) n (1 + 0.15) n 0 (2000) 1 100.000 0 0 94.340-92.593-86.957-2 100.000 0 0 89.000-85.734-75.614-3 100.000 0 0 83.962-79.383-65.752-4 100.000 0 0 79.209-73.503-57.175-5 1.500 35.189 40.794 1.121 30.483 1.021 27.764 746 20.282 6 1.500 35.189 42.018 1.057 29.621 945 26.478 648 18.165 7 1.500 35.189 43.278 998 28.782 875 25.252 564 16.270 8 1.500 35.189 44.576 941 27.968 810 24.083 490 14.572 9 1.500 35.189 45.914 888 27.176 750 22.968 426 13.052 10 1.500 35.189 47.291 838 26.407 695 21.905 371 11.690 11 1.500 35.189 48.710 790 25.660 643 20.891 322 10.470 12 1.500 35.189 50.171 745 24.933 596 19.924 280 9.377 13 1.500 35.189 51.676 703 24.228 552 19.001 244 8.399 14 1.500 35.189 53.227 663 23.542 511 18.122 212 7.522 15 1.500 35.189 54.823 626 22.876 473 17.283 184 6.737 16 1.500 35.189 56.468 590 22.228 438 16.482 160 6.034 17 1.500 35.189 58.162 557 21.599 405 15.719 139 5.405 18 1.500 35.189 59.907 526 20.988 375 14.992 121 4.841 19 1.500 35.189 61.704 496 20.394 348 14.298 105 4.336 20 1.500 35.189 63.555 468 19.817 322 13.636 92 3.883 21 1.500 35.189 65.462 441 19.256 298 13.004 80 3.478 22 1.500 35.189 67.426 416 18.711 276 12.402 69 3.115 23 1.500 35.189 69.449 393 18.181 255 11.828 60 2.790 24 1.500 35.189 71.532 370 17.667 237 11.281 52 2.499 25 1.500 35.189 73.678 349 17.167 219 10.758 46 2.238 26 1.500 35.189 75.888 330 16.681 203 10.260 40 2.005 27 1.500 35.189 78.165 311 16.209 188 9.785 34 1.795 28 1.500 35.189 80.510 293 15.750 174 9.332 30 1.608 29 1.500 35.189 82.925 277 15.304 161 8.900 26 1.440 30 1.500 35.189 85.413 261 14.871 149 8.488 23 1.290 31 1.500 35.189 87.975 246 14.450 138 8.095 20 1.155 32 1.500 35.189 90.615 232 14.041 128 7.720 17 1.035 1 p est le taux d investissement dans la zone protégée contre les crues, il est estimé à 3% par an Valeur nette actualisée Rapport bénéfice-coût 362.439 594.993 343.397 440.652 291.101 185.484 232.554 97.255 105.617 1,64 1,28 0,64 112

Table 13 Economic evaluation of flood protection by means of an increased discharge of 5000 m 3 /s (all figures in US$ 000, except for B/C ratio) Cost of construction Benefits = avoided damages due to construction of project Coûts et bénéfices actualisés Cost Benefits Cost Benefits Cost Benefits Year n Investment Maintenance Avoided damages per annum Avoided damages, incl investments 1 ) Costs and benefits are discounted at 6% per annum Ditto at 8% Ditto at 15% [1] [2] [3] [4] (coll. 2 + 3) (coll. 5) (coll. 2 + 3) (coll. 5) (coll. 2 + 3) (coll. 5) [5] = [4] x (1 + p) n (1 + 0.06) n (1 + 0.06) n (1 + 0.08) n (1 + 0.08) n (1 + 0.15) n (1 + 0.15) n 0 (2000) 1 100.000 0 0 94.340-92.593-86.957-2 100.000 0 0 89.000-85.734-75.614-3 100.000 0 0 83.962-79.383-65.752-4 100.000 0 0 79.209-73.503-57.175-5 1.500 35.189 40.794 1.121 30.483 1.021 27.764 746 20.282 6 1.500 35.189 42.018 1.057 29.621 945 26.478 648 18.165 7 1.500 35.189 43.278 998 28.782 875 25.252 564 16.270 8 1.500 35.189 44.576 941 27.968 810 24.083 490 14.572 9 1.500 35.189 45.914 888 27.176 750 22.968 426 13.052 10 1.500 35.189 47.291 838 26.407 695 21.905 371 11.690 11 1.500 35.189 48.710 790 25.660 643 20.891 322 10.470 12 1.500 35.189 50.171 745 24.933 596 19.924 280 9.377 13 1.500 35.189 51.676 703 24.228 552 19.001 244 8.399 14 1.500 35.189 53.227 663 23.542 511 18.122 212 7.522 15 1.500 35.189 54.823 626 22.876 473 17.283 184 6.737 16 1.500 35.189 56.468 590 22.228 438 16.482 160 6.034 17 1.500 35.189 58.162 557 21.599 405 15.719 139 5.405 18 1.500 35.189 59.907 526 20.988 375 14.992 121 4.841 19 1.500 35.189 61.704 496 20.394 348 14.298 105 4.336 20 1.500 35.189 63.555 468 19.817 322 13.636 92 3.883 21 1.500 35.189 65.462 441 19.256 298 13.004 80 3.478 22 1.500 35.189 67.426 416 18.711 276 12.402 69 3.115 23 1.500 35.189 69.449 393 18.181 255 11.828 60 2.790 24 1.500 35.189 71.532 370 17.667 237 11.281 52 2.499 25 1.500 35.189 73.678 349 17.167 219 10.758 46 2.238 26 1.500 35.189 75.888 330 16.681 203 10.260 40 2.005 27 1.500 35.189 78.165 311 16.209 188 9.785 34 1.795 28 1.500 35.189 80.510 293 15.750 174 9.332 30 1.608 29 1.500 35.189 82.925 277 15.304 161 8.900 26 1.440 30 1.500 35.189 85.413 261 14.871 149 8.488 23 1.290 31 1.500 35.189 87.975 246 14.450 138 8.095 20 1.155 32 1.500 35.189 90.615 232 14.041 128 7.720 17 1.035 1 p is the rate of investment in the area protected against floods estimated at 3 % per annum Net Present Value: Benefit-Cost ratio: 362.439 594.993 343.397 440.652 291.101 185.484 232.554 97.255 105.617 1,64 1,28 0,64 113

4. PRATIQUE DE LA GESTION INTÉGRÉE DU RISQUE INONDATION 4.1. NOUVEAUX DÉFIS POUR LA GESTION DES CRUES La gestion des crues a une longue histoire et beaucoup de documents ont été publiés sur le sujet. L objectif de la gestion des crues dont traitent la plupart des documents est de savoir comment réduire les inondations et/ou les dommages causés par les crues. Les méthodes de gestion des crues ont souvent été développées à la suite d inondations majeures qui ont entraîné de lourdes pertes humaines ou économiques, ce qui a déclenché une prise de conscience, la mise à disposition de fonds et la manifestation d une volonté politique. La gestion des crues a donc été principalement axée sur les problèmes, souvent sur une base ad hoc, et fondée sur la maîtrise des crues. Au cours des dernières décennies, un nouveau type de défi est cependant apparu par rapport aux inondations, à savoir, comment préserver les effets positifs à long terme sur l environnement et les activités socio-économiques qui résultent de crues régulières. Parallèlement au développement des mesures de maîtrise des crues, il est apparu de plus en plus que : Les plaines inondables, telles qu elles ont été créées à travers les siècles par des crues régulières qui déposaient de l argile, du limon et du sable, sont essentielles pour la production alimentaire et le développement industriel et par conséquent pour les moyens d existence d une grande partie de la population mondiale ; Les terres humides et les estuaires, pour lesquels les crues sont essentielles afin de préserver la biodiversité, sont importants pour des activités économiques comme le tourisme et la pêche. Par conséquent, on a compris qu il y a un prix à payer sur le plan environnemental et économique si la maîtrise des crues est trop développée. De vastes mesures d atténuation des crues, qui offrent une très grande sécurité contre les inondations, peuvent avoir des impacts environnementaux ou sociaux négatifs importants. À l inverse, il vaut parfois mieux accepter un risque plus élevé de crues, qui nécessiterait moins de mesures de protection et aurait des effets moins négatifs sur l environnement et sur les populations dont les moyens d existence dépendent des crues. Le défi est donc de trouver un équilibre entre l atténuation des effets négatifs des crues et l exploitation de leurs effets bénéfiques. Ce nouveau défi est apparu dans la gestion des crues suite au développement de la Gestion intégrée des ressources en eau (GIRE) actuellement mise en œuvre dans de nombreux bassins fluviaux du monde. La GIRE implique une approche interdisciplinaire et collective qui favorise un processus de coordination intersectorielle dans la gestion de l eau. Elle souligne l importance d étudier les effets de la gestion de l eau sur d autres domaines, tels l environnement, l agriculture et la socio-économie. L un des principaux éléments de la GIRE est la participation des parties prenantes. 114

4. PRACTICE OF INTEGRATED FLOOD RISK MANAGEMENT 4.1. NEW CHALLENGES IN FLOOD MANAGEMENT Flood management has a long history and much literature has been published on the subject. The focus of flood management, which most of the literature deals with, is how to reduce flooding and/or damage caused by floods. Methods for flood management have often been developed as a result of major flooding events that had large human or economic losses, which triggered awareness and made funds and political will available. Flood management has thus been mostly problem driven, often on an ad hoc basis, and based on flood control. During recent decades, a new type of challenge has, however, been emerging with regard to flooding, namely how to maintain the long-term positive effects on environment and socio-economic activities that are the result of regular floods. In parallel with the development of flood control measures it has increasingly emerged that: Floodplains, as created through the centuries by regular floods depositing clay, silt and sand, are essential for food production and industrial development and thus the livelihood of a large part of the population of the world; and wetlands and estuaries, for which floods are essential for preserving high biodiversity, are important for economic activities such as tourism and fisheries. Therefore, it has been understood that flood control, if developed too far, often has a trade-off both environmentally and economically. Extensive flood mitigation measures that give very large security against floods may cause large negative environmental or social impacts. Conversely, it may be more beneficial to accept a higher risk for floods, which would require fewer mitigation measures and thus cause less negative impacts on environment and people who are dependent on flood consequences for their livelihood. The challenge is, therefore, to balance flood impact mitigation with harnessing the benefits of the floods. This emerging new challenge in flood management has followed the development of Integrated Water Resources Management (IWRM) that today is implemented in many river basins of the world. IWRM implies an interdisciplinary and collective approach that promotes a process of cross-sectoral coordination in water management. It, therefore, brings in the importance of looking at the effects of water management on other disciplines such as environment, agriculture and socio-economics. One of the central parts of IWRM is stakeholder participation. 115

Un nouveau concept est donc apparu dans le cadre de la GIRE : la Gestion intégrée des crues (GIC). La définition généralement acceptée de la GIC est celle donnée par l Associated Programme on Flood Management-APFM (2004) : «La méthode de gestion intégrée des crues vise à exploiter au maximum les avantages nets que procurent les plaines inondables tout en réduisant les pertes en vies humaines, la vulnérabilité et les risques liés aux inondations et à préserver les écosystèmes et leur biodiversité, dans le cadre général de la GIRE.» Les éléments fondamentaux de la GIRE et de la GIC, selon GWP (2000) et l APFM (2004) sont les suivants : les bassins fluviaux doivent être considérés comme des systèmes intégrés, en reconnaissant que l eau et l environnement sont un bien économique ; coopération et coordination à travers les frontières institutionnelles ; approche participative et transparente comprenant un éventail représentatif de parties prenantes dans le processus de prise de décision. Bien que, dans de nombreuses parties du monde, l objectif principal de la gestion des crues soit la réduction des dommages causés par les crues, les concepts de la GIC seront de plus en plus importants pour les urbanistes et les responsables de l aménagement des territoires ainsi que pour les associations et les parties prenantes qui aménagent et gèrent de grandes infrastructures hydrauliques. Pour les décideurs, les ingénieurs de planification, les propriétaires de barrages et les autres parties prenantes, il est essentiel d accepter le concept de GIC et de travailler par anticipation. Actuellement dans de nombreux pays, la GIRE et la GIC sont intégrées dans la législation et la politique de l eau et il est donc important de faire partie du processus plutôt que d être un observateur passif. Il faut faire la distinction ici entre des projets mis en œuvre dans le seul but, ou presque, de maîtriser les crues et des projets mis en œuvre avant tout pour développer les ressources en eau (hydroélectricité, alimentation en eau, navigation, etc.) Dans le second cas, les effets bénéfiques utilisés dans la comparaison doivent inclure tous les effets bénéfiques, et pas seulement ceux résultants de la maîtrise des crues. 4.2. PRÉSENTATION DE LA GESTION DU RISQUE 4.2.1. Concept Parallèlement à la notion d effets positifs des crues, on a réalisé également que, dans de nombreux cas, les mesures de maîtrise des crues étaient conçues de manière plutôt conservatrice, axées principalement sur une prévention aussi élevée que possible en fonction des moyens financiers. 116

A new concept has therefore surfaced as part of the IWRM: Integrated Flood Management (IFM). The generally accepted definition of IFM is the one made by APFM (2004): The integrated flood management approach aims to maximise the net benefit from floodplains and at the same time reduce loss of life as a result of flooding, flood vulnerability and risk, and preserve ecosystems and their associated biodiversity, within the overall framework of IWRM. Fundamental parts of IWRM and IFM are as expressed by GWP (2000) and APFM (2004): River basins should be seen as integrated systems, acknowledging that water and environment is an economic good; Cooperation and coordination across institutional boundaries; Participatory and transparent approach including a representative range of stakeholders in the decision-making process. Although, in many parts of the world, the main focus of flood management will be on reduction of flood damages the concepts of IFM will be increasingly important for land and city planners as well as for organisations and stakeholders developing and managing large hydraulic infrastructure. For policy makers, planning engineers, dam owners and other stakeholders it is essential to accept the concept of IFM and work proactively. Currently in many countries, IWRM and IFM are vested in the water law and policies and therefore, it is important to be part of the process, rather than being a passive observer. Distinction should be made here between projects implemented for the almost single purpose of flood control and projects which are basically implemented for developing water resources (hydroelectricity, water supply, navigation, etc.,). In the second case, project benefits used in the comparison should include all the benefits, not only flood control benefits. 4.2. INTRODUCING RISK MANAGEMENT 4.2.1. Concept In parallel with the notion of the positive effects of floods, it has also been realised that, in many cases, flood control measures are designed rather conservatively, mainly focusing on preventing as high a flood as is financially possible. 117

Le risque se définit par : Risque = fonction (probabilité, dégâts) La Fig. 14 illustre le concept de gestion du risque. Fig. 14 Concept de risque (Grünewald, 2003) Conformément au développement de la compréhension des probabilités de crues et des dommages dus aux inondations, basés sur des relevés plus longs et des impacts d inondations documentés, il est naturel d introduire la gestion du risque dans le processus de maîtrise des crues. Accepter et apprendre à vivre avec de grandes crues permet d optimiser les mesures de maîtrise des crues, d utiliser les plaines inondables et de tirer des effets positifs plus efficaces des crues. L idée de base est que les zones inondables devraient être utilisées le mieux possible entre les crues. La mise en place de mesures de gestion des crues, comme des systèmes d annonce des crues, une sensibilisation et une préparation des populations, etc. permettrait de limiter les dommages et par conséquent leurs coûts. L introduction de la gestion des risques a donc été à l origine du terme Gestion intégrée du risque inondation (GIRI) qui est maintenant l expression la plus couramment utilisée pour la gestion des crues. La GIRI peut se diviser principalement en deux grandes parties : l évaluation du risque inondation dont l objectif principal est de quantifier les impacts des crues pour différentes périodes de retour; l atténuation des risques, dont l objectif est de sélectionner des me impacts des crues. Si l on relie ensuite le risque et la vulnérabilité, conformément à la Fig.15, l atténuation des risques peut se diviser entre la réduction du risque d inondations ou la réduction de la vulnérabilité de la société aux inondations, ou une combinaison des deux. 118

Risk is defined as: Risk = Function (Probability, Consequence). Fig. 14 illustrates the concept of risk management. Fig. 14 Risk Concept (Grünewald, 2003) In line with the development of understanding of both flood probabilities and flood damages, based on longer records and documented flood impacts, it is natural to introduce risk management into the flood control process. By accepting and learning to live with large floods, flood control measures can be optimised, giving room for utilising the floodplains and allowing for more efficient positive effects of floods. The basic idea is that areas prone to flooding should be utilised in the best way possible in the periods between floods. By further introducing flood management measures, such as flood warning systems, public awareness and preparedness, etc., the flood damages and, thereby, the costs can be limited. The introduction of risk management has, therefore, initiated the term Integrated Flood Risk Management (IFRM), which is now the common expression used for flood management. IFRM can basically be divided into two major parts: flood risk assessment that has the main purpose of quantifying the impacts of floods with different recurrence periods; risk mitigation, which has the purpose of selecting measures to alleviate the impacts of floods. By further linking risk and vulnerability, in accordance with Fig. 15, the risk mitigation can be divided into either reducing the risk of floods or reducing the vulnerability of the society to floods, or a combination of both. 119

Fig. 15 Facteurs déterminants de l impact des crues Les principales mesures de réduction du risque ont été des infrastructures comme les barrages et les digues. Récemment cependant, on a également pris des mesures non structurelles, telles que laisser «de la place au fleuve» en installant des zones de retenue le long du fleuve ou en retenant l eau par une modification de l usage des terres. Réduire la vulnérabilité de la société aux crues inclut des mesures types de gestion des crues comme les alertes précoces, l information et la préparation. En tant que tel, le concept GIRI associe la maîtrise classique des crues par des mesures structurelles et la gestion des crues par des mesures non structurelles. Les mécanismes de partage des pertes, qui permettent de faire indemniser les victimes d une catastrophe par l État ou la collectivité, sont également un élément fondamental de la réduction de la vulnérabilité. Lier atténuation et partage des pertes est la clé du succès de la GIRI car il serait difficile pour les parties prenantes de vivre avec le risque inondation sans cette assurance (Linnerooth-Bayer et Vari, 2002). L objectif de la GIRI d utiliser davantage les plaines inondables et les effets bénéfiques des inondations serait vain sans le partage des pertes. Par conséquent, la GIRI permet de combiner les connaissances accumulées au cours de plus d un siècle de maîtrise des crues, les développements des dernières décennies en termes de technologie de gestion des crues et des risques et le concept de la GIRE, où l eau et l environnement sont des biens économiques. Grâce aux analyses économiques des différentes alternatives d atténuation, il est possible (du moins en théorie) de trouver la meilleure solution à long terme pour la gestion des crues. 4.2.2. Approche pragmatique et équilibrée Tout en admettant les principes de la GIRI, il faut noter qu aucun bassin fluvial n a la même sensibilité aux crues et que, dans de nombreux cas, les dommages causés par les inondations dépassent de loin leurs avantages. Dans de nombreux pays développés, la force destructrice de l eau provoque encore des chutes importantes de la croissance du PIB et les inondations sont une des causes de la pauvreté durable dans de nombreuses régions du monde (Grey et Sadoff, 2007). La mise en œuvre de la GIRI nécessite une grande quantité de données et de connaissances sur les caractéristiques des crues et leurs impacts ainsi que l intervention d autorités et d organismes compétents. Le concept de la GIRI a été développé, dans une grande mesure, dans le monde industriel où le niveau économique général permet de recourir à des solutions optimisées et où la disponibilité des données et des connaissances est élevée. 120

Fig. 15 Determining factors for flood impact The main measure for reducing risk has been infrastructure, such as dams and dykes. However, recently, non-structural measures, such as giving room for the river by providing retention areas along the river or by retaining water in the landscape through changing the land use, have also been used. Reducing vulnerability of society to floods includes typical flood management measures such as early warnings, information and preparedness. As such, the IFRM concept combines both traditional flood control through structural measures and flood management through non-structural measures. A fundamental part of reducing vulnerability is also loss-sharing mechanisms, in which the victims of a disaster are compensated for the damages by the state or community. Linking mitigation and loss-sharing is key to the success of IFRM, since it would be difficult for stakeholders to live with the risk of flood without such insurance (Linnerooth-Bayer and Vari, 2002). Without loss-sharing the purpose of IFRM to utilise the floodplains and benefits of floods to a larger degree would thus be in vain. Therefore, IFRM gives the possibility of combining the accumulated knowledge of more than one century s flood control, the recent decades of development in flood and risk management technology and the concept of IWRM, where water and environment are economic goods. Through economic assessments of different alternative mitigation measures, the best long-term solution can, therefore (at least in theory), be found for flood management. 4.2.2. Pragmatic and balanced approach While recognising the IFRM principles, it should be noted that no river basins have the same susceptibility to floods, and that, in many cases, the damages caused by floods far exceed the benefits of the floods. In many developing countries, the destructive force of water still causes significant drops of the GDP growth and floods are one of the reasons for sustained poverty in large parts of the world (Grey and Sadoff, 2007). Implementation of IFRM requires a large amount of data and knowledge on flood characteristics and flood impacts, as well as capable authorities and institutions. The concept of IFRM has, to a large degree, been developed in the industrialised world, where the general economic standard gives opportunity for optimised solutions and where knowledge and data availability is high. 121

Le manque de données est source d incertitudes dans l évaluation des risques et diminue la possibilité de trouver des solutions optimisées. Une économie en développement, basée en général sur une agriculture de subsistance, manque normalement de structures destinées à la gestion des risques ou au partage des pertes qui sont des éléments essentiels du succès de la GIRI. Par conséquent, dans de nombreuses situations, le concept de GIRI est un processus trop ambitieux et inutilement lourd. Dans ces situations, il est important de se concentrer sur les éléments les plus essentiels de la gestion des crues et de limiter l étendue de l analyse du système et l approche participative pour éviter des délais trop longs avant la mise en œuvre. Les leçons tirées depuis dix ans du débat sur le développement des infrastructures ont montré que des exigences trop élevées en matière d études préparatoires et d implication participative, pour assurer une large participation et réduire les impacts sociaux et environnementaux, comme l a proposé la Commission mondiale sur les barrages (WCD, 2000), pouvaient conduire à l arrêt des investissements en infrastructures. Alors que l investissement en infrastructures est nécessaire dans de nombreux pays en voie de développement pour la sécurité de l eau (à la fois comme source de production et prévention des crues), Grey et Sadoff (2007) soulignent que les conséquences autrefois imprévues des changements environnementaux et des déplacements sociaux sont maintenant bien documentées et ne peuvent de ce fait être ignorées. Toutefois, continuent Grey et Sadoff, il est tout aussi inacceptable de placer les normes environnementales et sociales si haut qu elles limitent la sécurité de l eau ou empêchent d en garantir la sécurité. La CIGB participe activement à ces développements. Elle a publié récemment (février 2010) un projet de mémorandum sur un processus de planification amélioré pour les infrastructures de ressources en eau appelée «Planification globale basée sur la vision» (voir chapitre 3.5). Le besoin d investissements en infrastructures, comme base de la GIRI, doit être souligné. Des mesures non structurelles ont peu d effet si elles ne sont pas combinées à des structures de maîtrise des crues simplement parce que les possibilités de régulation sont limitées. De la même façon, des investissements structurels dans une rivière déjà bien régulée apportent des avantages supplémentaires limités. La Fig. 16 illustre le retour sur investissements des infrastructures et des mesures de gestion, ce qui montre l importance de maintenir un équilibre entre mesures structurelles et mesures non structurelles pour une gestion efficace des crues. Le chapitre 3.6 présente un exemple de calcul détaillé de l optimisation économique d un projet de protection contre les inondations. Cet exemple s applique dans le cas où seuls les dommages importants causés par des crues peuvent être évalués financièrement. L une des étapes les plus importantes pour tout décideur, planificateur ou ingénieur impliqué dans la conception d une stratégie de gestion de crues est donc d intégrer la gestion des crues dans le cadre d un développement global, de se concentrer sur les questions essentielles et, par conséquent, de fixer des limites du système pour s assurer que la stratégie peut être mise en œuvre dans une perspective de temps raisonnable. En d autres termes, le concept de la GIRI doit être développé de manière pragmatique. 122

Lack of data causes uncertainties in the risk assessment and reduces the possibility of optimised solutions. A developing economy, typically based greatly on subsistence agriculture, normally lacks the structures for either risk management or loss-sharing, which are essential parts for successful IFRM. Therefore, in many situations, the IFRM concept is an over ambitious and unnecessarily cumbersome process. In these situations, it is important to focus on the most essential parts of flood management and to limit the extent of system analysis and participatory approach to avoid extended lead times before implementation. The lessons learnt, in the decade-long debate on infrastructural development, have shown that over high demands on preparatory studies and participatory involvement, for ensuring a wide participation and minimised environmental and social impacts, such as proposed by the World Commission on Dams (WCD, 2000), may lead to a standstill in investments in infrastructure. While investment in infrastructure is needed in many developing countries for water security (both as a source of production and prevention of floods), Grey and Sadoff (2007) emphasise that the previously unforeseen consequences of environmental change and social displacement have now been well documented and therefore, cannot be ignored. However, continue Grey and Sadoff, setting the environmental and social standards so high that they constrain or even prevent achieving water security is equally unacceptable. ICOLD is actively participating in these developments. It has recently published (February 2010) the draft of a position paper on an improved planning process for water resources infrastructure called Comprehensive Vision Based Planning (CVBP) (see Section 3.5). The need for investments in infrastructure, as a basis for IFRM, must be emphasised. Non-structural measures have little effect if not combined with flood control structures, simply because the degree of regulation is limited. Likewise, infrastructural investments in an already well regulated river give limited extra benefits. Fig. 16 illustrates the return on investments in infrastructure and managerial measures, which shows the importance of keeping a balance of structural and non-structural measures for efficient flood management. An example of a detailed calculation of the economic optimisation of a flood protection project is presented in Section 3.6. This example applies for the case where only the only significant damages caused by floods can be financially evaluated. One of the most important steps for any policy maker, planner or engineer, involved in the design of a flood management strategy is, therefore, to put flood management into the overall development framework, to focus on the essential issues and, thereby, limit the system boundaries to ensure that the strategy can be implemented in a reasonable time perspective. In simple words the IFRM concept must be conducted in a pragmatic way. 123

Fig. 16 Équilibre entre investissements en infrastructures et mesures de gestion (Grey et Sadoff, 2007) 4.2.3. Nature du risque L un des problèmes les plus difficiles posés par la maîtrise des risques, naturels ou anthropiques, est lié à la nature de la vulnérabilité. L expérience montre que la capacité de la société à gérer le risque dépend fortement de la nature de celui-ci. Trois grandes catégories peuvent être identifiées (voir chapitre 3.2.2 pour plus de détails) : 1. risque limité aux pertes économiques ; 2. risque par rapport aux valeurs intangibles ou non monétaires portées par la société (environnement, archéologie, bien-être social, etc.) ; 3. risque par rapport à la vie humaine. La réponse de la société varie considérablement selon le type de risque. des techniques simples reconnues existent pour le risque économique (voir chapitre 3.6) ; la protection contre le risque lié aux valeurs intangibles ou non monétaires est jusqu à présent laissée à l appréciation des personnes ; dans certaines sociétés, la législation et les réglementations spécifient le niveau de risque acceptable par rapport à la vie humaine. On peut constater que, jusqu à récemment, certaines sociétés n ont pas adopté une méthode systématique et globale d atténuation du risque et les mesures adoptées reflètent dans chaque cas ce que la classe politique considère comme le meilleur intérêt pour la société. L originalité de la nouvelle tendance en matière de gestion intégrée du risque inondation est une approche participative dans laquelle tous les acteurs clés sont consultés et où la solution adoptée est obtenue par consensus parmi les acteurs. Cette méthode est décrite dans le chapitre suivant. 124

Fig. 16 Balancing investment in water infrastructure and management (Grey and Sadoff, 2007) 4.2.3. Nature of risk One of the most challenging issues when dealing with the control of hazards, whether natural or man-made, is related to the nature of the vulnerability. Experience shows that the ability of Society to deal with the risk greatly depends on the nature of the risk. Three broad categories can be identified (refer to Section 3.2.2 for more detail): 1. risk limited to economic losses; 2. risk to intangible or non-monetary values praised by the Society (environment, archaeology, social well-being, etc.); 3. risk to human life. The Society s response varies greatly with the kind of risk. well-accepted straightforward techniques exist for economic risk (see Section 3.6); protection against the risk to intangible or non-monetary values is so far left to the appreciation of individuals; in some Societies, laws and regulations specify the acceptable level of risk to human life. It can be seen that, until recently, Societies have not adopted a systematic and comprehensive approach to risk mitigation, and measures adopted reflect in each case what the political class perceives as the best interest of the Society. The originality of the new trend in integrated flood risk management consists of a participatory approach where all key players are consulted and where the adopted solution is reached by consensus amongst those players. This approach is described in the next Section. 125

4.3. APPROCHE PAR ÉTAPES En raison de la diversité des conditions existantes que l on rencontre dans les différents bassins fluviaux et les différents pays du monde, il n existe pas de modèle de mise en œuvre de la GIRI. Par conséquent, le message de ce bulletin est de reconnaitre les principes de la GIRI, qui sont tous motivés et judicieux, et de les adapter conformément à ce qui est raisonnable et réalisable dans chaque cas spécifique. Le comité des barrages et des crues de la CIGB propose ainsi un certain nombre d étapes de base à suivre lors de la conception d une stratégie de gestion des crues. Ces étapes ne sont pas la solution exacte pour tous les bassins fluviaux, mais obligent la personne ou l organisme chargé de la gestion des crues à considérer tous les aspects de la GIRI et à les mettre en œuvre le mieux possible compte tenu des circonstances. D une manière générale, il est recommandé dans le processus de développement d une stratégie de gestion efficace des crues d être transparent au niveau des actions, de prendre le temps d écouter et d expliquer les solutions alternatives aux parties prenantes, mais de viser un délai maximum de 2 à 4 ans (selon l ampleur du problème) pour l ensemble de la procédure avant la mise en œuvre. Toutes les étapes proposées sont associées à des recommandations sur la documentation dont le lecteur a besoin pour obtenir plus de détails et plus d éléments d appréciation. Cela lui permet ainsi d asseoir ses propres connaissances de base et sa propre interprétation de la GIRI et sa manière de la mettre en œuvre. 4.3.1. 1 re étape : Identification des limites du système et des acteurs clés Lectures recommandées : Water a shared responsibility, The United Nations World Water Development Report 2 (UNESCO, 2006) Integrated Water Resources Management (GWP, 2000) Integrated Flood Management Concept paper (APFM, 2004 and 2009a) Sink or Swim? Water Security for growth and development (Grey and Sadoff, 2007) Social Aspects and stakeholder involvement in integrated flood management (WMO, 2006b) Water management, water security and climate change adaptation: Early impacts and essential responses (Sadoff and Muller, 2009) Comme l explique le chapitre ci-dessus, la gestion intégrée du risque inondation est étroitement liée à la GIRE et à l aménagement du territoire (Fig. 17). La première étape pour quiconque s occupe de la GIRI est d avoir une vue d ensemble de la GIRE ainsi que de ses concepts principaux et de sa relation avec la gestion des crues (GWP, 2000 ; Green, 2003 ; APFM, 2004 ; UNESCO, 2006 ; APFM, 2007a; APFM, 2009a ; APFM, 2009b). Il est également essentiel de reconnaitre la différence de niveau de développement des différentes parties de notre monde, ce qui oriente la gestion de l eau et le développement (voir par ex. Grey and Sadoff, 2007). 126

4.3. STEP-WISE APPROACH Because of the different pre-conditions found in different river basins and countries of the world there is no blue-print for implementing IFRM. Therefore, the message of this bulletin is to acknowledge the principles of IFRM, which are all well motivated and sound, and to adapt these principles in accordance with what is reasonable and implementable in every specific case. The Dams and Flood Committee of ICOLD thus proposes a number of basic steps to follow when designing a flood management strategy. These steps are not the exact solution for all river basins but force the person or institution in charge of the flood management task to consider all aspects of IFRM and to implement them as is judged best possible under the specific circumstances. The overall recommendations for the process of developing an effective flood management strategy are to be transparent in your actions, to take the time to listen to and to explain the alternative solutions to stakeholders, but to aim for a maximum time period of 2-4 year (depending on the magnitude of the problem) for the whole procedure prior to implementation. All proposed steps are associated with recommendations on relevant literature for the reader to get more details and background. In this way the reader can establish his/her own basic knowledge and interpretation of IFRM and how it can be implemented. 4.3.1. 1st Step: Identifying system boundaries and key players Recommended reading: Water a shared responsibility, The United Nations World Water Development Report 2 (UNESCO, 2006) Integrated Water Resources Management (GWP, 2000) Integrated Flood Management Concept paper (APFM, 2004 and 2009a) Sink or Swim? Water Security for growth and development (Grey and Sadoff, 2007) Social Aspects and stakeholder involvement in integrated flood management (WMO, 2006b) Water management, water security and climate change adaptation: Early impacts and essential responses (Sadoff and Muller, 2009) As explained in the section above, integrated flood risk management is closely linked to IWRM and to land management (Fig. 17). The first step for anyone dealing with IFRM is to get an overview of IWRM and its main concepts and relation to flood management (GWP, 2000; Green, 2003; APFM, 2004; UNESCO, 2006; APFM, 2007a; APFM, 2009a; APFM, 2009b). It is also essential to acknowledge the difference in development level in different parts of our world, which guides the focus of water management and development (see e.g. Grey and Sadoff, 2007). 127

Fig. 17 La GIRI est étroitement liée à la GIRE et à l aménagement du territoire L une des pierres angulaires de la GIRE est que les limites d un bassin versant sont fixées par la topographie et représentent une unité naturelle pour la gestion de l eau. Un bassin fluvial est une région fermée où la gestion de l eau affecte directement les habitants et les autres parties prenantes du bassin. Bien que le bassin fluvial couvre différentes unités administratives, celles-ci sont incitées à coopérer. L expérience de mise en œuvre de la GIRE à l échelle d un bassin, et notamment pour des fleuves transfrontaliers, a montré que c était un processus difficile. Alors que nombreux pays du monde ont mis au point une gouvernance de l eau à l échelle nationale, sa mise en œuvre à l échelle d un bassin reste très limitée (UN-Water, 2008). La plupart des pays essaient de répartir la gestion de l eau en distribuant pouvoirs et ressources. Cela s explique par le fait que des associations et des collectivités locales possèdent de fortes connaissances locales hydrologiques, environnementales et socioéconomiques et détiennent également les plus gros enjeux dans les décisions prises sur la façon de gérer les ressources. Des gouvernements nationaux ou régionaux centralisés ont des difficultés à réglementer l eau dans un bassin fluvial, car ils ne sont pas conscients des priorités et des intérêts locaux. 4.3.1.1. Limites géographiques de la gestion des crues L une des premières décisions de la GIRI est de fixer les frontières géographiques pour la gestion des crues. L APFM (2004) et l OMM (2006b) suivent le concept de la GIRE et recommandent l échelle du bassin versant comme l unité naturelle de gestion des crues. Pour eux, accepter le fait que toute forme de prélèvement, de transfert, de stockage ou d influence a des conséquences sur l ensemble du système fluvial en aval et pour ses habitants, est fondamental pour la GIRE et pour la gestion des crues. C est également pour cela que des forums de parties prenantes doivent être créés en utilisant l unité du bassin fluvial comme base. Le choix du bassin fluvial comme limite géographique à la gestion des crues est donc motivé et doit être privilégié s il est jugé applicable. Cependant, de nombreux bassins fluviaux sont très grands et peuvent être partagés par plusieurs pays ou plusieurs administrations régionales. 128

Fig. 17 IFRM is closely linked to IWRM and land management One of the corner stones of IWRM is that the boundaries for a river basin, the catchment divides set by topography, provide a natural unit for water management. A river basin is a closed region, where water management directly affects the inhabitants and other stakeholders of the basin. Although the river basin covers different administrative units, there are incentives for these to cooperate. The experience of implementing IWRM on the basin scale, and especially in transboundary rivers, has shown that this is a difficult process. While many countries of the world have developed water governance on the national scale, its implementation on a basin scale is still very limited (UN-Water, 2008). Most countries try to localise water management by distributing powers and resources. The reason is that local organisations and communities have strong local hydrological, environmental and socio-economic knowledge and also have the largest stakes in decisions taken on how to manage the resources. Centralised national or regional governments have difficulties in regulating water in a river basin, as they are unaware of local interests and priorities. 4.3.1.1. Geographical boundaries for flood management One of the first decisions in IFRM is to limit the geographical boundaries for flood management. APFM (2004) and WMO (2006b) follow the IWRM concept and recommend the river basin scale as the natural unit for flood management. They argue that the acceptance of the fact that any form of abstraction, transfer, storage or other influence causes effects in the entire downstream river system and for its inhabitants, is fundamental for IWRM and for flood management. That is also why stakeholder fora should be created with the river basin unit as a basis. The choice of the river basin as the geographical boundary for flood management is therefore motivated and should be the preference if found applicable. However, many river basins are very large and may be shared by many countries or regional administrations. 129

D autre part, les tronçons de rivière sujets à des crues peuvent être limités naturellement par la topographie ou par le niveau de développement économique. Choisir une très grande zone géographique, notamment si elle couvre différents organismes, comme c est le cas pour les rivières transfrontalières, augmente considérablement le temps et l effort de participation des parties prenantes. Par conséquent, il peut être approprié de choisir d abord une zone limitée, axée autour du problème de crue pour s assurer qu une stratégie GIRI efficace est développée dans un délai raisonnable. À un stade ultérieur, cette stratégie peut être intégrée dans une perspective de bassin plus grand, si cela est jugé bénéfique. Toutefois, il faut noter que dans la plupart des bassins fluviaux transfrontaliers, il existe une Commission mixte de l eau ou similaire qui exige normalement que chaque État informe les autres Etats des mesures de gestion de l eau. Dans le cas de responsabilités administratives régionales différentes, il existe un organe national de coordination qui doit être informé. Il est donc essentiel, même si une zone limitée est choisie pour la GIRI, d avoir un processus transparent et de mettre les informations à la disposition de tous ceux qui peuvent être affectés ou impliqués à distance. 4.3.1.2. Acteurs clés du processus participatif Lorsque la zone géographique a été définie, il est essentiel d identifier les acteurs clés du processus participatif. L une des tâches principales de l organisation chargée de la GIRI est d identifier les impacts des crues et d établir un processus de planification. La méthode intégrée implique que ce soit fait de manière holistique en tenant compte des impacts négatifs et positifs ainsi que des effets à court terme et à long terme. À travers un processus participatif, il est important d identifier les problèmes spécifiques et les avantages des crues dans le bassin fluvial, en tenant compte d autant d opinions que possible. Dans presque tous les cas, la fonction de réglementation de la gestion des crues incombe à l agence régionale de l eau ou à l organisme de bassin. Cependant, selon les concepts intégrés de la GIRI, de nombreuses institutions, en plus des agences de l eau, doivent être impliquées dans la conduite de la gestion des crues (Fig. 18). Ces institutions sont par exemple les gouvernements locaux et les structures régionales sous la tutelle des ministères. Des responsabilités de réglementation liées aux fonctions de gestion des crues peuvent même avoir été attribuées à d autres institutions plutôt qu aux agences régionales de l eau. Des exemples en sont le développement du logement et des infrastructures ainsi que la gestion générale des catastrophes qui est souvent de la responsabilité des gouvernements locaux. Une étape importante pour l institution responsable de la GIRI est par conséquent l identification de toutes les structures qui doivent être impliquées, ainsi que de toutes les parties prenantes d un bassin fluvial pouvant subir les effets négatifs ou positifs des crues. Dans de nombreux pays, la législation sur l eau préconise la création de forums de parties prenantes à l échelle du bassin fluvial. Des représentants de grands barrages ou des organismes de régulation des rivières participent à ces forums. Par conséquent, dans de nombreux cas, notamment si le bassin fluvial a été choisi comme zone géographique, il est inutile de créer un forum spécial uniquement pour la GIRI. Les parties prenantes qui doivent participer à la GIRI varient d un pays à l autre et d un bassin fluvial à l autre. De même, le pouvoir légal du forum des parties prenantes est fixé normalement par une législation et les politiques nationales et varie selon les pays. 130

Furthermore, the river sections prone to floods may be naturally limited by topography or the degree of economic development. Choosing a very large geographic area, especially if it covers legally different bodies, such as in the transboundary case, significantly increases the time and effort for stakeholder participation. Therefore, it may be appropriate in the first place to choose a limited area, focused around the flood problem area, to ensure that an effective IFRM strategy is developed in reasonable time. At a later stage, this strategy can be integrated in larger basin-wide perspective, if found beneficial. It should, however, be noted that in most transboundary river basins there is a Joint Water Commission or similar, which normally requires each state to inform the other states on water management measures. Also in the case of different regional administration responsibilities there is a national coordinating body that needs to be informed. Thus, it is essential, even if a limited area is chosen for IFRM, to have a transparent process and to make information available to everyone that may be remotely affected or involved. 4.3.1.2. Key players for the participatory process Following the decision on geographical area, it is essential to identify the key players for the participatory process. One of the main duties of an organisation dealing with IFRM is to identify the flood impacts and to establish a planning process. The integrated approach implies that this should be made in a holistic way considering both negative and positive impacts, as well as short- and long-term effects. It is important, through a participatory process, to identify the specific problems and benefits of floods in the river basin, taking into account as many views as reasonably possible. In almost all cases, the regulatory function of flood management lies with the regional water authority or river basin organisation. However, following the integrated concepts of IFRM, there may be many institutions, in addition to the water authorities, that must be involved in conducting the flood management (Fig. 18). Examples of such institutions are Local Governments and regional organisations under line ministries. Regulatory responsibilities related to the flood management functions may even have been given to other institutions, rather than to the regional water authorities. Examples are housing and infrastructural development and general disaster management that is often the responsibility of the Local Governments. An important step for the institution responsible for IFRM is, therefore, to identify all organisations that should be involved, as well as all stakeholders in a river basin that may be negatively or positively affected by floods. Water laws in many countries already state that stakeholder fora should be established on the river basin scale. Representatives for large dams or river regulating organisations are part of these fora. Therefore, in many cases, especially if the river basin has been chosen as the geographical area,, there is no need to establish a special forum to deal only with IFRM. Which stakeholders should take part in the IFRM vary from country to country and between different river basins. Similarly the legal power of the stakeholder forum is normally given by national laws and policies and varies between countries. 131

Fig. 18 Cadre organisationnel normal lié à la gestion de l eau et des crues Comme en ce qui concerne la zone géographique, il est important de choisir les acteurs clés avec soin pour éviter un processus sans fin qui n aboutit à aucune mise en oeuvre de gestion des crues. Il faut noter que les différents groupes de parties prenantes ont des besoins différents et que l on fait la distinction entre participation des parties prenantes et participation du public. Le public, qui représente le large éventail de parties prenantes, a le droit d être informé de ce qui se passe et de faire entendre sa voix. Les acteurs clés, ou parties prenantes, qui seront impliqués dans la mise en oeuvre et le fonctionnement de la GIRI, ont un rôle beaucoup plus central puisqu ils sont les conditions préalables à son succès. L acceptation et l appropriation de la stratégie de la GIRI sont essentielles et si les acteurs clés ne sont pas d accord sur le principal processus et la principale méthodologie, il sera difficile de mettre en place une gestion des crues efficace (voir par ex. OMM 2006b). Par conséquent, le choix des principales parties prenantes doit se limiter de préférence à quelques organes qui piloteront le processus participatif et prendront les décisions nécessaires tout en restant à l écoute du public. C est ici que réside probablement la partie la plus exigeante de la préparation et de la mise en œuvre d un processus GIRI fructueux. On suppose implicitement que tous les participants veulent parvenir à un consensus raisonnable avec tous les autres participants. L expérience montre que ce n est pas toujours le cas et que parfois certaines parties prenantes recherchent davantage leur propre intérêt. Les principales parties prenantes doivent donc user de diplomatie pour mesurer le sérieux des arguments avancés par toutes les parties et oser prendre les décisions finales, même en l absence de consensus complet. 4.3.1.3. Niveau de détail sur lequel la GIRI doit être fondée La zone géographique et les parties prenantes à impliquer sont probablement les limites du système les plus importantes pour la GIRI. Toutefois, les limites du 132

Fig. 18 The normal organisational framework related to water and flood management. As with the choice of geographical area, it is important to choose the key players, with care to avoid a never-ending process that does not lead to any implemented flood management at all. It should be noted that different groups of stakeholders have different needs and that there is a distinction between stakeholder participation and public participation. The public, representing the wide range of stakeholders, have the right to be informed of what is happening and to make its voice heard. The key players or stakeholders, that will be part of the implementation and operation of the IFRM, have a much more central role since they are pre-requisites for its success. An acceptance and ownership of the IFRM strategy is essential and if the key players do not agree on the main process and methodology, it will be very difficult to have a functioning flood management in place (see e.g. WMO 2006b). Therefore, the choice of key stakeholders should preferably be limited to a few bodies, which will drive the participatory process and take the necessary decisions, while at the same time keeping an open ear to the public. Here lies probably the most challenging part of preparing and implementing a successful IFRM process. It is implicitly assumed that all participants strive towards reaching a reasonable consensus with all the other participants. Experience proves that this is not always the case, and that stakeholders sometimes look more towards self-interest. The key stakeholders must therefore diplomatically balance the seriousness of the arguments put forward by all parties and dare to take final decisions, although complete consensus is not achieved. 4.3.1.3. Degree of detail on which the IFRM should be based The geographical area and which stakeholders to be involved are probably the most essential system boundaries for IFRM. However, the system boundaries also 133

système incluent aussi le degré de détail sur lequel sera fondée la GIRI. L introduction de l évaluation des risques dans la gestion des crues qui, dans une large mesure, n est pas une science exacte signifie implicitement que des études peuvent se poursuivre indéfiniment jusqu à ce que la meilleure option puisse être trouvée. Il est donc essentiel de fixer des objectifs au début du processus de la GIRI pour savoir quelles méthodes scientifiques et quels niveaux de confiance sont raisonnables pour prendre des décisions sur les mesures d atténuation des crues. Fixer les objectifs ne signifie pas que ceux-ci ne peuvent pas être reconsidérés à un stade ultérieur si cela est jugé approprié, mais si ce cadre n est pas défini à un stade précoce, le processus risque d être très long et très compliqué. L une des principales décisions liées au niveau de détail est de tenir compte ou non du changement climatique. La réponse à cela est probablement oui, selon la plupart des décideurs et des ingénieurs chargés de la gestion de l eau. Toutefois, dans de nombreux pays du monde, notamment dans les pays en voie de développement, les données et la connaissance des effets du changement climatique sont presque inexistantes. Dans ces cas, les seules projections disponibles sont celles des Modèles climatiques globaux comme ceux présentés par exemple dans le GIEC (2007), qui sont en général trop vastes et trop incertains pour être adoptés à l échelle locale. D autre part, les incertitudes des projections sur l effet du changement climatique sur des sujets liés aux crues, comme les fréquences et l importance des crues, restent très grandes. Il est donc recommandé de se demander sérieusement si des études détaillées au niveau local (par ex. l application de Modèles climatiques régionaux) doivent faire partie du processus GIRI, ce qui risque de prolonger les délais tout en donnant des résultats incertains. Cependant, il ne faut pas oublier, sous prétexte d une extrême variabilité dans les projections, que le changement climatique est un des facteurs qui motivent la gestion des crues. En ce qui concerne les pays où la sécurité de l eau n est pas assurée, le changement climatique rendra les choses probablement plus difficiles et nécessitera davantage d investissements en infrastructures et de gestion des risques pour faire face à une plus grande variabilité (Sadoff et Muller, 2009). Une autre décision importante à prendre est le niveau de détail topographique sur lequel les impacts des crues doivent être fondés. Les données topographiques sont fondamentales à la fois pour la cartographie des inondations et les calculs hydrauliques pour évaluer les impacts des crues. Malgré cela, les données topographiques demeurent insuffisantes dans de nombreuses parties du monde, notamment pour les plaines inondables avec très peu de dénivelés. Comme les études locales sur le changement climatique, les études topographiques sont à la fois longues et coûteuses. Par conséquent, il est important, à un stade précoce de la GIRI, de reconnaitre les difficultés des données topographiques et de choisir un niveau de détail qu il soit possible d atteindre dans un délai et pour un budget raisonnables. 4.3.2. 2 e étape : Études préparatoires Lectures recommandées : Chapitres 2 et 3 du présent bulletin sur l importance des crues et l impact des crues 134

include the degree of detail to which the IFRM will be based on. The introduction of risk assessments into flood management, which to a large degree, is dealing with non-exact sciences, implicitly means that studies can go on endlessly until absolutely the best option can be found. Therefore, it is essential at the beginning of the IFRM process to set up goals for what scientific methods and what confidence levels are reasonable for taking decisions on flood mitigation measures. Setting up the goals does not mean that these cannot be reconsidered at a later stage, if found appropriate, but without defining this framework at an early stage, the process risks being very long and complicated. One of the main decisions related to the degree of detail is whether to take climate change into account. The answer to this is probably yes, according to most policy makers and engineers dealing with water management. However, in many countries of the world, particularly developing countries, the data and knowledge of the effects of climate change are almost non-existent. In these cases, the only available projections are from the Global Climate Models (GCM) as e.g. presented in the IPCC (2007), which are generally too broad and uncertain to adopt on the local scale. Furthermore, the projections on the effect of climate change on matters related to floods, such as flood frequencies and magnitudes, are still very large. Therefore, it is recommended to seriously consider if locally detailed studies (e.g. application of Regional Climate Models RCM) should be part of the IFRM process, which risks extending the lead time although giving uncertain results. However, climate change should not be forgotten as one of the factors that motivate flood management just by its projected risk of increased variability. For countries that have not achieved water security, climate change will most probably make it harder and require increased investments in infrastructure and risk management to manage the higher variability (Sadoff and Muller, 2009). Another main decision to take is what level of topographical detail the flood impacts should be based on. Topographical data are fundamental for both inundation mapping and hydraulic calculations to assess flood impacts. Despite this, topographical data are still insufficient in many parts of the world, especially for flood plains with very low gradients. Topographical surveys are both, similar to local studies on climate change, time demanding and costly. Therefore, it is important, at an early stage of the IFRM, to acknowledge the difficulties of topographical data and to choose a level of detail that is possible to obtain within a reasonable budget and time frame. 4.3.2. 2nd Step: Preparatory studies Recommended reading: Sections 2 and 3 of this bulletin on Flood Magnitudes and Flood Impacts 135

The Benefits of Flood and Coastal Risk Management - A Manual of Assessment Techniques (Penning-Rowsell et coll., 2006) Conducting flood loss assessments a tool for Integrated Flood Management (APFM, 2007b) Applying environmental assessment for flood management (APFM, 2007c) Les conditions préalables à toute stratégie ou à tout processus de planification sont la connaissance de la situation actuelle et l identification des scénarios auxquels il faut s attendre. Après avoir identifié les principales parties prenantes qui devraient être impliquées dans le processus, la deuxième étape de mise en œuvre de la GIRI est de mener des études pour évaluer les impacts des crues dans le bassin fluvial. Comme dans le cas de la GIRE, l importance de la transparence de ces études est fondamentale pour l appropriation et l acceptation des résultats. 4.3.2.1. Évaluation des caractéristiques des crues La compréhension des caractéristiques des crues du bassin fluvial est primordiale pour l évaluation des impacts de crues. Par conséquent, les caractéristiques des crues des rivières dans le bassin doivent être définies selon les méthodes décrites dans le chapitre 2 de ce bulletin. Des paramètres comme le débit de pointe, le volume de la pointe, la forme de l hydrogramme et la fréquence sont des éléments nécessaires aux études préparatoires des impacts de crues dans un bassin fluvial. Une autre considération importante de l évaluation de la crue est de connaitre l incertitude des données brutes et de respecter les lois statistiques des méthodes appliquées (voir chapitre 2.4). Il n est pas possible d éviter les incertitudes dans l évaluation des caractéristiques des crues. Toutefois, les incertitudes ne doivent pas être dissimulées, mais doivent être signalées en toute transparence aux acteurs clés du processus GIRI. S il est impossible de calculer une valeur unique, les caractéristiques des crues doivent être représentées par une fourchette de valeurs et il doit être laissé à l appréciation des décideurs de choisir un paramètre de crue conservateur ou une valeur plus probable pour le choix et la conception des mesures d atténuation des crues. 4.3.2.2. Cartographie des inondations L une des premières études les plus évidentes à mener pour évaluer les impacts des crues est la cartographie des inondations ou des risques d inondation. En bref, la cartographie des inondations sert à combiner les caractéristiques naturelles des crues avec les données topographiques et les effets des structures anthropiques pour déterminer l étendue de l inondation le long du bassin fluvial. Comme le souligne le chapitre 3, la zone inondée est seulement un paramètre intéressant parmi d autres. D autres paramètres tels que la durée de l inondation, la hauteur d eau, la vitesse d écoulement, les matériaux transportés, les vagues, etc. sont également intéressants pour évaluer tous les impacts des crues. Normalement, une cartographie des inondations comporte la modélisation et l utilisation de systèmes d information géographique (SIG). Pour de nombreuses plaines inondables et zones plus basses, il est nécessaire d utiliser des modèles 2 D. 136

The Benefits of Flood and Coastal Risk Management - A Manual of Assessment Techniques (Penning-Rowsell et al., 2006) Conducting flood loss assessments a tool for Integrated Flood Management (APFM, 2007b) Applying environmental assessment for flood management (APFM, 2007c) The prerequisites for any kind of strategy or planning process are the knowledge of the current situation and what scenarios can be expected. After having identified the key stakeholders that should be involved in the process, the second step of implementing IFRM is to conduct the necessary studies to assess the impacts of floods in the river basin. As with IWRM the importance of doing these studies in a transparent way is fundamental for the ownership and acceptance of the results. 4.3.2.1. Assessment of flood characteristics The understanding of the flood characteristics of the river basin is primary for the assessment of flood impacts. Therefore, the flood characteristics of the rivers in the basin should be defined according to the methods described in Chapter 2 of this bulletin. Parameters such as peak discharge, peak volume, hydrograph shape and frequency are necessary inputs to the preparatory studies of flood impacts in a river basin. An important consideration in the flood assessment is to acknowledge the uncertainty in raw data and respect the statistical laws of the methods applied (see Section 2.4). Uncertainties cannot be avoided in the assessment of flood characteristics. However, the uncertainties must not be hidden but should be transparently reported to the key players in the IFRM process. If impossible to compute a single value, the flood characteristics should be presented as a range and it should be left to the risk assessment to choose if a conservative or a most probable flood parameter should be used for the choice and design of flood mitigation measures. 4.3.2.2. Flood inundation mapping One of the most obvious first studies to conduct to assess flood impacts is inundation or flood risk mapping. In short, inundation mapping is to combine the natural flood characteristics with topographical data and the effects of man-made structures to determine the extent of flooding along the river basin. As pointed out in Chapter 3 the inundated area is only one parameter of interest. Other parameters such as duration of flooding, depth of flooding, speed of inundation, material carried by the water, surge waves, etc. are also of interest in assessing the full impacts of floods. Normally inundation mapping involves hydraulic modelling and the use of geographic information systems (GIS). For many floodplains and lower areas 2-dimensional models need to be applied. This makes the inundation mapping very 137

Cela rend la cartographie des inondations très lourde et très coûteuse et explique pourquoi c est l un des premiers obstacles importants à franchir pour la GIRI. Les agences responsables de l eau dans la plupart des pays en voie de développement n ont pas le financement nécessaire pour de telles études. Un autre obstacle souvent rencontré est le manque de données topographiques disponibles pour les cours d eau du bassin. Les cartes topographiques au 1 : 50 000 sont les cartes les plus détaillées dont on dispose dans plusieurs parties du monde. Ces cartes ont généralement des lignes de niveau espacées de 20 mètres, ce qui est beaucoup trop approximatif pour dresser une cartographie des inondations dans des plaines inondables. Une cartographie des inondations signifie donc le plus souvent qu il faut faire une étude topographique détaillée. Cette activité est souvent négligée dans la planification et l établissement du budget. Le récent développement des techniques de relevé topographique aérien est très prometteur et certains pays (par ex. l USGS aux États-Unis) ont déjà pris des mesures pour mettre en place des études régulières utilisant cette technique. La technique du laser présente l avantage de pouvoir faire des relevés très détaillés sur le plan horizontal et de permettre ainsi d estimer la hauteur d eau de l inondation. Une autre difficulté de la cartographie d inondation est que, pendant des inondations extrêmes, le risque d incidents imprévus est important. Ce sont par exemple des vannes de barrages que l on ne peut pas ouvrir ou des débris qui bouchent les canaux d évacuation. L expérience tirée d inondations réelles montre souvent qu à cause de cela, les modèles hydrauliques sous-estiment les niveaux d eau et les zones inondées. Il est donc important que la modélisation des inondations soit effectuée par des ingénieurs expérimentés, en collaboration avec des parties prenantes qui ont la connaissance et l expérience du terrain. 4.3.2.3. Études socio-économiques La connaissance des paramètres d inondation est en elle-même extrêmement importante pour la gestion des catastrophes et la planification des évacuations. Cependant, pour la planification stratégique dans le cadre de la GIRI, l inondation doit être convertie en impacts économiques et environnementaux. Une condition préalable fondamentale à l évaluation des impacts socioéconomiques est la quantification des zones affectées par les crues. La cartographie des inondations doit donc être combinée à un inventaire des zones touchées en termes d activités résidentielles, commerciales, industrielles et agricoles (ICID, 1999). Cet inventaire servira de base à l évaluation des dommages dus aux crues avec différentes ampleurs de crues. Le chapitre 3.2 résume les méthodes de détermination de l étendue des dommages physiques et des pertes dues aux inondations. Un rapport récent, disponible sur internet, portant sur la manière d évaluer les pertes dues aux inondations a été publié par l APFM (2007b). Bien que ce rapport soit axé sur l évaluation des pertes dues à des inondations réelles, il résume bien les éléments fondamentaux de l estimation des pertes dans la GIRI. Un guide plus complet d évaluation des pertes pour l analyse du risque inondation est fourni par Penning- Rowsell et coll. (2006). 138

cumbersome and very expensive, which is a reason why this is one of the first large obstacles for IFRM. The responsible water authorities of most developing countries lack the funding for such detailed studies. Another obstacle is often that topographical data are not available for the river reaches in the river basin. Topographical sheets at 1:50 000 are the most detailed maps in several parts of the world. These maps typically have contours at spacings of 20 metres, which is far too coarse for inundation mapping on floodplains. Therefore, inundation mapping most often means that a detailed topographical survey must be conducted. This activity is often overlooked in planning and budgeting. The recent development of airborne surveying techniques is very promising and some countries (e.g. USGS in the USA) have already taken steps to introduce regular surveys using this technique. The laser technique has the advantage that it can survey down to a very detailed horizontal level and also has the ability to estimate the depth of inundated areas. A further difficulty of inundation mapping is that during extreme flooding events the risk of unexpected incidents is large. Examples are dam gates that cannot be opened or debris damming the discharge channels. Experience from real flood events often shows that because of this the hydraulic models underestimate the water levels and the inundated areas. It is therefore important that inundation modeling is conducted by experienced engineers and in collaboration with stakeholders that have the local knowledge and experience. 4.3.2.3. Socio-economic studies The knowledge of the inundation parameters is by itself extremely important for disaster management and evacuation planning. However, for strategic planning for IFRM, the flood inundation must be converted to socio-economic and environmental impacts. A fundamental pre-requisite for assessing the socio-economic impacts is to quantify the areas affected by floods. Flood inundation mapping should, therefore, be combined with an inventory of the affected areas in terms of residential, commercial, industrial and agricultural activities (ICID, 1999). This inventory will provide the basis for the estimation of flood damages at different flood magnitudes. Section 3.2 summarises the methods of determining the extent of physical damage and losses of floods. A recent report, available on the internet, on how to conduct flood loss assessments has also been published by APFM (2007b). Although this report focuses on loss assessment of actual flood events, it gives a good summary of the fundamental parts of flood loss estimation in IFRM. A more comprehensive manual for assessment of losses for flood risk assessment is given in Penning-Rowsell et al. (2006). 139

La différence fondamentale entre la gestion classique des crues et la GIRI est que les conséquences socio-économiques des crues doivent aussi inclure leurs effets bénéfiques. Il est plus compliqué de considérer les effets des crues sur les zones basses d un point de vue socio-économique que de se limiter à l évaluation des dommages. Bien que l OMM (2007) déclare que les catastrophes, notamment dans les pays en voie de développement, peuvent retarder le développement de 5 à 10 ans, elle souligne également l importance des crues pour le développement économique. Les crues reconstituent les zones humides, rechargent la nappe phréatique et contribuent au développement de l agriculture et de la pêche pour les millions d habitants des plaines inondables et des zones estuariennes des bassins fluviaux. Par conséquent, les analyses socio-économiques des effets à long terme des crues doivent également faire partie de l évaluation de l impact des crues à l échelle du bassin fluvial. L APFM (2007 b) définit le bénéfice net tiré des plaines inondables comme le bénéfice global du sol exploitable pour différentes activités économiques moins les pertes attendues. Toutefois, comme l indique le chapitre 3.2 de ce bulletin, il faut être prudent avec cette définition, car la valeur des plaines inondables ne dépasse pas le bénéfice net si ces activités doivent être menées ailleurs. Pour présenter les effets positifs et négatifs des crues, il est essentiel d utiliser des paramètres comparables et d éviter que des opinions idéologiques faussent le total estimé des pertes et profits. Pour de nombreuses zones inondables du monde, les impacts socioéconomiques des dommages dus aux crues sont importants comparés aux effets positifs des crues et les gens n ont parfois pas d autre option que de vivre dans ces zones. Les évaluations globales des dommages directs et indirects (voir chapitre 3.2) des crues constituent donc dans la plupart des cas le point essentiel des études socioéconomiques de la GIRI, même s il faut toujours veiller à rechercher les effets positifs à long terme et à les inclure dans l analyse. Des pertes intangibles, comme les pertes en vies humaines, les blessures, la dégradation d éléments du patrimoine, etc. sont des cas particuliers difficiles. Pour que ces pertes puissent être comparées à des dommages dus aux inondations, il faut leur attribuer une valeur monétaire, qui est toujours controversée. Il n existe pas de modèle pour cela et cette question doit être traitée dans un cadre participatif et avec transparence. FLOODsite (2009b) apporte l une des dernières contributions et le chapitre 3.1 de ce bulletin répertorie les autres méthodes utilisées dans différents pays. Il faut noter que toutes les méthodes ont été développées dans le monde industrialisé et qu aucune n est basée sur les conditions existant dans les pays en voie de développement, là où normalement la vulnérabilité aux crues est importante. Il faut donc prendre des précautions avant de transférer ces méthodes des pays développés aux conditions existant dans les pays moins développés. 4.3.2.4. Études environnementales La prévention des crues régulières dans des bassins fluviaux a entraîné des pertes d habitats et de diversité biologique et a réduit la productivité de l écosystème (OMM, 2006c). Les crues et les inondations des plaines inondables permettent aux organismes aquatiques de sortir ou d entrer dans le lit principal de la rivière et de créer de nouveaux habitats et de nouveaux sites de reproduction. Les 140

The fundamental difference between traditional flood management and IFRM is that the socio-economic consequences of floods should also include benefits. The effects of floods on floodplains in the lower areas of river basins are more complicated from a socio-economic view than to limit them to flood damages. Although WMO (2007) states that, particularly in developing countries, disasters have the potential to put development back by 5-10 years, it also stresses the importance of floods for economic development. Floods replenish the wetlands, recharging groundwater and support agricultural and fishery for millions of people living in the floodplains and the estuarine areas of river basins. Therefore, socioeconomic analyses of the long-term effects of floods must also be a part of flood impact assessment on the river basin scale. APFM (2007b) defines the net-benefit from floodplains as the overall benefit of exploitable land for various economic activities minus the expected flood losses. However, as mentioned in Section 3.2 of this bulletin, care should be taken with this definition, since the value of the floodplains is not more than the net gain, if these activities have to be done elsewhere. It is essential when introducing both positive and negative effects of floods, to use comparable parameters and avoid ideological views to skew the totally estimated benefits/losses. For many flood prone areas of the world, the socio-economic consequences from flood damages are prominent compared to the positive effects of floods and people may have little option than to live in these areas. The comprehensive assessments of both direct and indirect damages (see Section 3.2) of floods are, therefore, in most cases, the core of the socio-economic studies in IFRM, although consideration should always be given to investigating the long-term positive effects and including them in the analysis. Intangible losses, such as loss of lives, injuries, heritage items, etc. are special cases that are challenging. To make these losses comparable with flood damages, they should be given a monetary value, which is always controversial. There is thus no blue-print on this and this issue must be handled in participation and with transparency. FLOODsite (2009b) provides one of the latest contributions and Section 3.1 of this bulletin lists other methods used in various countries. Notable is that all methods have been developed in the industrialised world and none based on the conditions in developing countries, where vulnerability to floods is normally large. Care should therefore be taken before transferring these methods from developed countries to conditions in the less developed countries. 4.3.2.4. Environmental studies The prevention of regular floods in river basins has led to loss of habitats and, biological diversity and has reduced ecosystem productivity (WMO, 2006c). Flooding and floodplain inundation allow aquatic organisms to move out of or into main river channel and create new habitats and breeding grounds. Floods also deposit silts and fertile organic material that are essential for both the biological life, 141

crues déposent également des limons et des matières organiques fertiles essentiels pour la vie biologique et pour la productivité de l agriculture de subsistance. Par conséquent, l évaluation des conséquences des crues sur l environnement naturel d un bassin fluvial est aussi importante que l analyse socio-économique des impacts des crues. Dans la phase préparatoire de la conception de la GIRI, l accent est mis sur l Étude environnementale stratégique (EES). L objectif d une EES est d évaluer et de prévoir d une manière générale les impacts environnementaux des politiques, plans et programmes et de donner l alerte à un stade précoce sur les impacts environnementaux pendant le processus de prise de décision. L APFM (2007c) donne une bonne vue d ensemble des méthodes EES en matière d inondation. Dans le cadre de la phase préparatoire de la gestion des crues, l EES repose normalement sur une description qualitative générale des problèmes environnementaux basée sur un avis d experts. Elle comprend normalement les étapes suivantes : détection ; évaluation ; identification, prédiction et évaluation des impacts ; identification des possibilités d atténuation. Une partie essentielle de l EES est d établir une comparaison qualitative entre l alternative zéro, c est-à-dire pas du tout de gestion des crues, et la GIRI proposée. L objectif est de placer la GIRI dans la perspective globale des effets positifs des crues sur l environnement et en particulier sur la biodiversité. L EES est suivie par l Étude d impact environnemental (EIE) lorsque davantage de plans concrets et de mesures d atténuation des crues ont été identifiés (voir étape 3 ci-dessous). L EIE repose sur des évaluations quantitatives et guide le choix des différentes mesures d atténuation des crues. 4.3.3. 3 e étape : Identification des mesures d atténuation des crues Lectures recommandées : Manual on Non-structural Approaches to Flood Management, International Commission on Irrigation and Drainage (ICID, 1999) Barrages et crues, CIGB Bulletin 125 (CIGB, 2003) Manual on Planning of Structural Approaches to Flood Management, International Commission on Irrigation and Drainage (ICID 2005) Integrated Flood Risk Management in Asia a Primer (ADPC, 2005) Rôle des barrages dans l atténuation des crues, CIGB Bulletin 131 (CIGB, 2006) L objectif de la GIRI est de trouver un équilibre permettant le développement économique des plaines inondables, la durabilité des écosystèmes et la maîtrise des crues. De nombreux bassins fluviaux dans les pays développés ont réussi à trouver cet équilibre et combinent des activités économiques importantes avec une bonne maîtrise des crues. Le Rhin et le Mississippi sont des exemples de ces bassins fluviaux (OMM, 2007). 142

as well as the productivity of subsistence agriculture. Therefore, equally important as the socio-economic analysis of flood impacts, is the assessment of the effects of floods on the natural environment in a river basin. In the preparatory phase of designing IFRM, the emphasis is on Strategic Environmental Assessments (SEA). The purpose of a SEA is to generally assess and predict the environmental impacts of policies, plans and programmes and to provide early warnings of environmental impacts during the decision-making process. APFM (2007c) gives a good overview of the SEA methods with regard to flooding. SEA for flood management in the preparatory phase is normally based on a general qualitative description of environmental issues on the basis of expert judgment. It normally involves the steps of: screening scoping identification, prediction and evaluation of impacts; identification of possible mitigation An essential part of the SEA is to make a qualitative comparison between the zero-alternative, that is to have no flood management at all, and the proposed IFRM. The purpose of this is to put the IFRM into the overall perspective of the positive effects of floods on environment and especially biodiversity. The SEA is followed by Environmental Impact Assessments (EIA) when more concrete plans and flood mitigations measures have been identified (see Step 3 below). The EIA is based more on quantitative assessments and guides the choice of different flood mitigation measures. 4.3.3. 3rd step: Identifying flood mitigation measures Recommended reading: Manual on Non-structural Approaches to Flood Management, International Commission on Irrigation and Drainage (ICID, 1999) Dams and Floods, ICOLD Bulletin 125 (ICOLD, 2003) Manual on Planning of Structural Approaches to Flood Management, International Commission on Irrigation and Drainage (ICID 2005) Integrated Flood Risk Management in Asia a Primer (ADPC, 2005) Role of Dams in Flood Mitigation, ICOLD Bulletin 131 (ICOLD, 2006) IFRM aims to find a balance of providing economic development of floodplains, sustainable ecosystems and flood control. Many river basins in the developed world have succeeded to find this balance and have a situation with large economic activities combined with good control of floods. Examples of such river basins are the Rhine and the Mississippi (WMO, 2007). 143

Les exemples réussis de maîtrise des crues montrent tous qu un mélange de différentes mesures est nécessaire. Des solutions non structurelles sont souvent moins coûteuses et relativement meilleures d un point de vue social et environnemental. Cependant, comme le montre la Fig. 16, des mesures d atténuation non structurelles ont des effets limités dans une situation où le développement des infrastructures est faible. Mais, combinées à des mesures de maîtrise des crues qui offrent des possibilités de régulation, de nombreuses mesures non structurelles types, comme la prévision des crues, donnent des résultats nettement supérieurs. Cependant, le choix des mesures d atténuation des crues peut souvent être déterminé par les options disponibles. Les structures de maîtrise des crues financièrement raisonnables dépendent d une topographie favorable et ne sont pas toujours possibles. En outre, de nombreuses mesures non structurelles, comme les changements dans le développement des plaines inondables, peuvent ne pas constituer des options, car difficiles à mettre en œuvre au niveau politique ou au niveau pratique. Pour la personne en charge de la GIRI, il est important d avoir une connaissance de base des options possibles et d avoir une grande ouverture d esprit. Les lectures recommandées décrivent bien les mesures structurelles et non structurelles d atténuation des crues, avec notamment de nombreux exemples tirés de cas réels. Ces documents ainsi que la brève description ci-dessous servent de base à de possibles options d atténuation dans la GIRI. Il est également essentiel de rappeler à ce stade l étroite relation avec la GIRE. De nombreuses mesures d atténuation des crues, dont les barrages, peuvent avoir des objectifs, et donc des bénéfices, multiples. Il est donc important de connaître également les avantages associés aux usages autres que la seule atténuation des crues. La méthode participative impliquant les acteurs clés dans la gestion de l eau donne l occasion de trouver des solutions mutuelles. 4.3.3.1. Méthodes structurelles L ICID (2005) répertorie les cinq méthodes structurelles classiques de maîtrise des crues : stockage dans des réservoirs dans les rivières en amont ; stockage dans certaines parties de la plaine inondable ; amélioration des lits des rivières ; création de lits d écoulement supplémentaires (canaux de dérivation) ; digues de protection contre les crues (levées, digues). Le stockage dans des réservoirs, comme les digues, figure parmi les mesures les plus efficaces de maîtrise des crues. Toutefois, la construction de nouveaux barrages peut dans certains cas avoir des effets environnementaux et socio-économiques relativement importants. Les barrages réduisent les crues en stockant une partie de l eau, en retardant le passage du pic de crue et en l atténuant lors de son passage dans le réservoir. Le rôle des barrages dans l atténuation des crues est bien décrit dans les bulletins de la CIGB de 2003 et 2006. Les études de cas de la rivière Tone au Japon, la plaine de Kairouan en Tunisie, le Mississippi aux États-Unis et le Yang Tsé en 144

Successful examples of flood control all show that a mixture of different measures is needed. Non-structural solutions are often less costly and relatively better from a social and environmental perspective. However, as indicated in Fig. 16, non-structural mitigation measures have limited effects in a situation where infrastructure development is low. But in combination with flood control measures that give regulation possibilities, many typical non-structural measures, such as flood forecasting, give a significantly higher return. The choice of flood mitigation measures may, however, mostly be determined by the available options. Financially reasonable flood control structures are dependent on favorable topography and are not always possible. Also many nonstructural measures, such as changes in flood-plain development, may not be options since they are politically or practically difficult to implement. For the responsible person dealing with IFRM it is important to have basic knowledge of the possible options and to have an open mind. The recommended literatures give a good description of non-structural and structural flood mitigation measures, including many examples from real cases. The literatures together with the brief description below thus give a basis for the possible mitigation options in IFRM. Also in this step it is essential to remember the close relationship with IWRM. Many flood mitigation measures, not the least dams, may have multipurpose benefits. It is therefore important to acknowledge the joint benefits also for uses other than solely flood mitigation. The participatory approach involving the key players in water management gives opportunity for finding such mutual solutions. 4.3.3.1. Structural methods ICID (2005) list the five classic structural methods for flood control as storage in reservoirs in the upstream rivers; storage in parts of the floodplain; improvement of river channels; creation of additional flood ways (bypasses); flood embankments (levees, dykes). Storage in reservoirs, together with dykes, is amongst the most efficient flood control measures. However, construction of new dams, in some cases, may have relatively significant environmental and socio-economic effects. Reservoirs reduce the flood peak by storing parts of it and delaying and attenuating the peak, while it is routed through the water body. The roles of dams for flood mitigation are well described in ICOLD (2003) and (2006). Prominent case studies, where multipurpose dams are essential tools for flood mitigation, are the Tone River in Japan, Kairouan Plain in Tunisia, Mississippi 145

Chine sont des exemples intéressants dans lesquels des barrages multi-usages sont des outils essentiels pour l atténuation des crues. De nombreuses métropoles à travers le monde sont protégées par des grands barrages destinés à la maîtrise des crues. C est le cas d Hanoi au Vietnam où le réservoir en amont de Hoa Bin protège la ville contre les grandes crues du Fleuve Rouge. Les études de cas du Japon, du Maroc et de l Allemagne, présentées dans ce bulletin (annexe 2, 3 et 5) sont d autres exemples de la bonne utilisation des barrages pour l atténuation des crues. Les possibilités de stockage dans les plaines inondables pour atténuer les grandes crues sont normalement très limitées. Cependant, choisir des zones moins utilisées et de moindre valeur économique pour les inonder peut apporter un soulagement temporaire dans une situation de crue. Un exemple de cette pratique est le Rhin inférieur, dans lequel le concept d «Espace de liberté pour la rivière» a aidé les autorités à identifier des zones qui peuvent être inondées volontairement (par ex. en faisant une brèche dans une digue) pour limiter temporairement des niveaux d eau élevés en aval. Cette pratique est également adoptée dans le tronçon central du Yang Tsé, entre Yichang et Wuhan. Les digues ont été la solution standard de protection locale contre les inondations à travers le monde (CIGB 2005). Un point clé de cette solution est la maintenance et les contrôles réguliers des ouvrages. Les digues sont le plus souvent construites comme des remblais de terre et des défauts structurels ou un débordement provoqueront rapidement des brèches dans les dispositifs de protection, causant des dommages considérables aux personnes, aux maisons et aux infrastructures. Le bulletin de la CIGB (2003) donne des orientations générales pour la conception des barrages et digues destinés à l atténuation des crues. Il est primordial de garantir la sécurité des ouvrages. Les bulletins de la CIGB et les actes des congrès et des conférences constituent une source exhaustive pour tous les aspects liés à la sécurité des barrages et aux bonnes pratiques de planification, construction et exploitation des barrages. L amélioration des lits des rivières et la création de lits supplémentaires pour l écoulement visent à augmenter la débitance. Des méthodes relativement simples, comme la rectification du lit et l enlèvement des obstacles et des buissons, sont peu onéreuses et contribuent à la réduction des niveaux de crues. Des mesures plus importantes comme l approfondissement ou l élargissement du lit, ou le creusement de nouveaux bras sont très coûteuses et par conséquent ne sont normalement pas considérées, sauf s il s agit de protéger des biens très importants comme par exemple une grande ville. C est le cas de la ville de Winnipeg, au Canada. La seule exception est lorsque l eau de la crue peut être détournée via le lit d une ancienne rivière jusqu à un point en aval ou directement dans la mer (ICID, 2005). Ce qui est essentiel à prendre en compte, en liaison avec la maîtrise structurelle des crues, c est que ces mesures ne protégeront jamais plus que ce pour quoi elles ont été conçues. Un réservoir, ou une digue, sont conçus pour atténuer une crue d une certaine importance, souvent déterminée en fonction de sa probabilité (par ex. une crue centennale), mais si la crue est plus importante, l ouvrage ne pourra pas assurer de protection totale. Les populations et les activités économiques ont tendance à se déplacer vers des zones protégées par des mesures de maîtrise des crues, en croyant que ces zones sont devenues sûres (ADPC 2005). Des mesures 146

River in USA and the Yangtze River in China. Many metropolitan cities of the world are protected by large dams for flood control, e.g. Hanoi in Vietnam, where the upstream Hoa Bin reservoir protects against large floods in the Red River. The case studies from Japan, Morocco and Germany, presented in this bulletin (Appendices 2, 3 and 5), provide further examples of good practices of dams for flood mitigation. Possibilities of storage in floodplains to mitigate large floods are normally very limited. However, assigning areas of less use and economic value to be flooded may give temporary relief in a flood situation. An example of this practice is the lower Rhine, in which the room-for-the-river concept has guided the authorities to identify areas, which can be flooded on purpose (e.g. by breaching a dyke) to temporary alleviate downstream high water levels. This practice is also adopted in the middle reach of the Yangtze River, between Yichang and Wuhan. Levees or dykes have been the standard solution for local protection against flooding through-out the world (ICID 2005). A key for this solution is the maintenance and regular inspections of the structures. Levees are most often constructed as earth embankments and structural deficiencies or overtopping will cause very rapid breaches of the flood protection measures, causing extensive damage to the people, houses and infrastructure behind it. ICOLD (2003) gives general guidelines for the design of flood mitigation dams and levees. Much emphasis must be given to guarantee the safety of the structures. ICOLD bulletins and congress/conference proceedings provide a comprehensive source for all aspects of dam safety and good practice for planning, construction and operation of dams. Improvement of river channels and creation of additional flood ways both aim to increase the conveyance capacity. Relatively simple methods, such as removal of local bends and clearing of obstacles and bushes, are cheap and contribute to reducing the flood levels. Larger measures such as deepening or widening of the flood channel or digging new channels are all very costly and therefore, are normally not considered, unless very large assets, such a large city, need to be protected. This is the case for the city of Winnipeg in Canada. The exception is when floodwater can be diverted through an old river course to a point downstream or directly into the sea (ICID, 2005). What is essential to consider, in association with structural flood control, is that these measures will never give more protection than they have been designed for. A reservoir or levee is designed to mitigate a flood of a certain magnitude, often determined based on its probability (e.g. a 100-year flood), but if the flood is larger the structure will fail to provide the full protection. People and economic activities have a tendency to move to the areas, which are protected by the flood control measures, with the assumption that these areas are now safe (ADPC 2005). Structural flood mitigation measures must therefore always be part of general flood 147

structurelles d atténuation des crues doivent par conséquent toujours faire partie intégrante d une gestion générale du risque inondation, dans laquelle les décideurs et le public sont sensibilisés aux risques encourus et ont les moyens d y faire face. 4.3.3.2. Méthodes non structurelles L ICID (1999) répertorie un certain nombre de méthodes non structurelles de gestion des crues dont les plus importantes sont : la maîtrise du développement des plaines inondables ; l adaptation aux inondations ; la gestion de l aménagement du territoire ; l assurance inondation ; la prévision des crues et les alertes ; la planification d intervention d urgence en cas d inondation ; les secours d urgence et l aide à l évacuation. Les méthodes non structurelles de gestion des crues sont étroitement liées à la gestion du risque étudiée dans le chapitre 4.4.4 ci-dessous. Ces chapitres doivent donc être lus en même temps. L idée essentielle des mesures non structurelles d atténuation des crues est d apprendre à vivre avec les crues à la place, ou en complément, de la mise en œuvre de mesures de maîtrise des crues. Par conséquent, on insiste sur la réduction de la vulnérabilité de la société aux crues et sur la préparation nécessaire lorsque les crues se produisent. Comme cela est mentionné ci-dessus, il n y a pas de conflit entre mesures structurelles et mesures non structurelles et leur combinaison augmente l efficacité des deux types d intervention. Les solutions d atténuation des crues à plus long terme incluent la maîtrise du développement des plaines inondables et l adaptation aux inondations. Leur objectif est de réduire la vulnérabilité aux crues par une bonne planification et par l application de méthodes de sécurisation des maisons, des infrastructures et de l agriculture contre les inondations. Le développement des plaines inondables peut être contrôlé par les gouvernements ou les autorités locales par voie législative. Normalement, les inondations sont prises en compte dans les plans d urbanisme qui permettent de fixer les limites des différentes zones d aménagement du territoire (ICID, 1999). Des règlements sont utilisés pour réglementer davantage les types de bâtiments, de structures et de pratiques agricoles autorisées à l intérieur de ces zones. Outre les réglementations, les autorités peuvent également appliquer des moyens économiques de contrôle comme des politiques fiscales et d assurance favorisant les déplacements des populations et des activités loin des zones inondables. Cependant, dans de nombreuses zones, le développement a déjà eu lieu, ce qui limite les possibilités de déplacement des établissements et des activités économiques loin des zones inondables, du moins à court terme. Dans de tels cas, l adaptation aux inondations est une option. Son but est de modifier les bâtiments et les structures pour réduire les dommages causés par les crues (ICID 1999, ADPC 2005). Historiquement, il n y a rien de nouveau. La construction de maisons, et 148

risk management, in which policy makers and the public are made aware of the risks involved and have the means to cope with them. 4.3.3.2. Non-structural methods ICID (1999) lists a number of non-structural approaches to flood management of which the most important are: control of floodplain development; flood proofing; land use management; flood insurance; flood forecasting and warnings; flood emergency response planning; evacuation and emergency assistance and relief. Non-structural approaches to flood management are closely linked to risk management, which is further discussed in Section 4.4.4 below. These chapters should therefore be read in conjunction. The essential idea of non-structural flood mitigation measures is to learn to live with floods instead of, or in combination with, flood control measures. Therefore, the emphasis is on reducing vulnerability of society to floods and on being prepared when floods occur. As mentioned above there is no conflict between non-structural and structural measures, and their combination creates higher efficiency of both types of intervention. The more long-term solutions to flood mitigation include control of flood plain development and flood proofing. They aim to reduce the vulnerability to floods by good planning and by applying practices to ensure flood secure houses, infrastructure and agriculture. Flood plain development can be controlled by governments or local authorities by legislation. Normally flooding is taken into account in the city plans, where the boundaries for various land use zones can be designed (ICID, 1999). Bye-laws are used to further regulate the type of permissible types of buildings, structures and agriculture practices inside these zones. Besides regulations, it is also possible for authorities to apply economic means of control, such as tax and insurance policies promoting movements of people and activities away from flood prone areas. In many areas development has, however, already occurred that limits the possibilities of steering settlements and economic activities from the flood prone areas, at least in the short-term. Flood proofing is an option in these cases. This aims to modify buildings and structures to reduce flood damage (ICID 1999, ADPC 2005). Historically this is nothing new. Building of houses, and sometimes entire villages, on raised lands or on stilts is a common, ingenious method of protecting against flooding, especially in Asia. Flood proofing can be either permanent (e.g. 149

parfois de villages entiers, sur des terrains élevés ou sur pilotis est une méthode courante et ingénieuse de protection contre les inondations, notamment en Asie. L adaptation aux inondations peut être soit permanente (par ex. en élevant la plateforme du bâtiment au-dessus des niveaux d inondation) soit temporaire (par ex. en fournissant des zones de refuge aux populations et au bétail pendant une inondation). Ce qui distingue l adaptation aux inondations de la protection structurelle, c est qu elle est mise en œuvre sur une petite échelle et qu elle dépend des populations et des collectivités locales. Les gouvernements et les autorités responsables de la gestion des crues peuvent contribuer en matière d information, de planification, de formation et de soutien financier. L ICID (1999) et l ADPC (2005) donnent d excellentes recommandations sur les aspects de l adaptation aux inondations. Une autre mesure d atténuation à long terme des crues est la gestion de l aménagement du territoire, dont le but est de réduire les inondations en permettant de stocker naturellement les eaux de pluie dans le sol du bassin versant (ICID 1999). Le rôle principal de la gestion de l aménagement du territoire, en relation avec la gestion des crues, est de restaurer la capacité de la nature à réduire les pointes de crue. Dans de nombreux endroits, la déforestation et de mauvaises pratiques culturales ont provoqué de l érosion et des crues brutales, car les eaux de pluie ne peuvent plus pénétrer dans le sol ou bien le stockage dans le sol non saturé a été réduit à un minimum. En particulier dans des bassins versants plus petits et montagneux, les pratiques de reboisement et de conservation des sols peuvent donc être des mesures efficaces d atténuation des crues. L assurance inondation est en quelque sorte similaire à l adaptation aux inondations car elle réduit la vulnérabilité du public aux dégâts causés par les inondations. L introduction de l aspect risque dans la gestion des crues soulève implicitement l idée que, si des crues se produisent à une fréquence relativement faible, il peut être avantageux d en accepter les coûts lorsque cela se produit plutôt que d investir de l argent dans des mesures préventives. L assurance inondation et le partage des pertes sont les outils qui permettent cette méthode de gestion. Si les dommages causés par les crues peuvent être limités à des conséquences économiques et si les parties prenantes sont assurées d être remboursées de la plupart de leurs pertes, les effets des crues sont considérablement réduits. L assurance contre les catastrophes est donc une solution pour la GIRI mais c est aussi un sujet compliqué. Développer un schéma d assurance de manière équitable et sans encourager des investissements inappropriés est difficile et peut varier considérablement selon l idéologie politique et le développement économique d un pays. Le chapitre 5 du bulletin de l ICID (1999) décrit bien les différents aspects de l assurance inondation et ce dont il faut tenir compte lorsqu un schéma d assurance inondation doit être mis en place. L autre type important de gestion non structurelle des crues concerne la préparation lorsqu une crue arrive. Cela inclut la prévision de la crue, les alertes, les plans et les interventions d urgence. Ces mesures visent toutes à minimiser les dommages dus à une inondation par une préparation et par l introduction de solutions temporaires. Les bulletins de l ICID (1999) et de l ADPC (2005) donnent une fois de plus une bonne vue d ensemble de la préparation aux inondations catastrophiques. 150

raising the building platform above flood levels) or temporary (e.g. providing refugee areas for people and livestock during a flood situation). What makes flood proofing differ from structural flood protection are its small-scale and the reliance on being driven by the local people and communities. Governments and authorities responsible for flood management can contribute with information, planning, training and financial support. Both ICID (1999) and ADPC (2005) provide excellent guidelines on the aspects of flood proofing. Another long-term flood mitigation measure is land use management, which aims to reduce flooding by providing natural storage of rainfall in the soil in the catchment (ICID 1999). The major role of land use management, in relation to flood management, is to restore nature s ability to reduce flood peaks. Deforestation and bad cultivation practices have, in many places, led to erosion and flash floods since rainfall is prevented from entering the ground or the unsaturated storage in the soil has been decreased to a minimum. Especially in smaller and mountainous catchments, reforestation and soil conservation practices can, therefore, be efficient flood mitigation measures. Flood insurance is in a way similar to flood proofing in that it reduces the vulnerability of the public to flood damages. Introducing the risk aspect into flood management implicitly raises the idea that, if floods occur with a relatively low frequency, it may be advantageous to accept the costs when it happens rather than investing money on preventive measures. Flood insurance and loss-sharing are the tools, which make this management approach possible. If flood damage can be limited to economic consequences and if the stakeholders can be guaranteed to be reimbursed for most of their losses, the effects of floods are considerably reduced. Disaster insurance is, therefore, a key for IFRM but it is also a complicated matter. To develop an insurance scheme, in an equitable way and without encouraging inappropriate investments, is difficult and may differ very much depending on the political ideology and economic development in a country. Chapter 5 in ICID (1999) gives a good description of the different aspects of flood insurance and what to consider when and if a flood insurance scheme should be introduced. The other major type of non-structural flood management relates to being prepared when a flood occurs. It includes flood forecasting, warnings, emergency planning and response. These measures all aim at minimising the damage of a flood by being prepared and introducing temporary solutions. Again ICID (1999) and ADPC (2005) give good overviews of flood disaster preparedness. 151

Le développement des ordinateurs, de l informatique et d internet a continuellement amélioré les possibilités de prévision de catastrophes météorologiques extrêmes. Les modèles hydrologiques et hydrauliques liés aux informations provenant de stations en temps réel, souvent distribuées via le Web, représentent actuellement de bons outils de prévision des inondations. Il faudrait noter toutefois que la performance des systèmes de prévision dépend fortement de la fiabilité des données et des compétences du personnel qui les configure et qui les exploite. De nombreux pays en voie de développement sont confrontés à une faible capacité institutionnelle des agences météorologiques et hydrologiques, qui empêche la mise en œuvre de systèmes opérationnels. Un autre problème associé à la prévision des crues est celui des fausses alertes qui peuvent entraîner un manque de confiance de la part du public. Une fois de plus, un fonctionnement correct de ces systèmes par du personnel qualifié est essentiel pour éviter des alertes inutiles. La prévision des crues n est que l un des outils nécessaires pour se préparer aux inondations. Les résultats sont faibles si les prévisions ne sont pas communiquées et si les autorités concernées et le public ne savent ce qu il faut faire de ces informations. Sensibilisation, communication, définition claire des rôles et des responsabilités, formation, démonstrations et exercices pratiques sont les composants essentiels de la préparation aux inondations et des interventions d urgence. La participation et le transfert de connaissances et d expérience de la part des autorités en charge de la gestion des catastrophes sont la clé du succès d une bonne préparation aux inondations. Un aspect global important à prendre en compte lors de la planification de mesures non structurelles est de bien comprendre les rôles et les responsabilités des différentes autorités. Dans de nombreux cas, une planification à long terme nécessaire pour le développement des plaines inondables et l aménagement du territoire implique de nombreuses autorités qui parfois se recoupent. Par exemple, en Amérique du Nord (États-Unis et Canada) la protection contre les inondations relève d une responsabilité fédérale dans le cadre de laquelle les autorités fédérales fixent les règles et paient les dommages en cas de grande inondation. Mais le développement des plaines inondables relève d une responsabilité municipale qui permet aux villes de collecter des impôts et de tirer profit du développement industriel et commercial. Dans ce cas, les municipalités ne sont pas très désireuses d appliquer strictement des limites au développement des plaines inondables. La participation de toutes les autorités concernées est donc la clé d une planification à long terme réussie des mesures non structurelles d atténuation des crues. 4.3.3.3. Étude d impact environnemental et social et débits réservés Toutes les mesures d atténuation des inondations auront toujours des conséquences négatives à un certain niveau pour les populations ou pour l environnement. Ces conséquences doivent être prises en compte dans l analyse et le choix des mesures d atténuation des inondations. L outil standard pour évaluer les impacts de toute intervention est de mener une Étude d impact environnemental et social (EIES). Le bulletin de l APFM (2007c) donne des orientations pour les études d impacts environnementaux en rapport avec les inondations. Les procédures de l EIES sont souvent règlementées par la législation nationale sur l environnement et sont très strictes. Dans une 152

The development of computers, IT and the internet has continuously improved the possibilities for forecasting extreme weather related disasters. Hydrological and hydraulic models, linked to information from real-time stations, often distributed via the web, today provide good tools for predicting floods. It should, however, be noted that the performance of the forecasting systems depends heavily on the reliability of data and the skills of the personnel setting them up and operating them. Many developing countries are challenged with poor institutional capacity in the meteorological and water authorities, which prevents functioning systems from being implemented. A further problem associated with flood forecasting is false alarms, which may induce a lack of trust from the public. Again, proper operation of such systems by skilled personnel is essential to avoid unnecessary alarms being issued. Flood forecasting is only one of the tools needed to be prepared for floods. Very little is gained if the forecasts are not distributed and the relevant authorities and the public do not know what to do with the information. Awareness, communication, clear roles and responsibilities, training, demonstrations and drills are essential components for flood preparedness and emergency response. Participation and transfer of knowledge and experience from general disaster management authorities are key to the success of good flood preparedness. An overall important aspect to consider when planning non-structural measures is to fully understand the roles and responsibilities of different authorities. In many cases, long term planning required for flood plain and land use development involves many and sometimes overlapping authorities. For example, in North America (USA and Canada) flood protection is a federal responsibility in which the federal authority sets the rules and pays for the damages in case of large flood. But flood plain development is a municipal responsibility, in which the cities collect taxes and benefit from industrial and commercial development. The municipalities are in this case not very keen to strictly apply flood plain development limitations. The participation of all relevant authorities is, therefore, key for successful longterm planning of non-structural flood mitigation measures. 4.3.3.3. Environmental and social impact assessment and environmental flows All flood mitigation measures will always create negative consequences to some degree for people or for the environment. These consequences need to be considered for analysis and selection of flood mitigation measures. The standard tool for assessing impacts of any intervention is to conduct an Environmental and Social Impact Assessment (ESIA). APFM (2007c) gives guidance for environmental impacts assessments in relation to floods. The procedures for ESIA are often regulated in the national environmental laws and are quite strict. In a situation where a large number of options are considered as 153

situation où un grand nombre d options sont considérées comme mesures d atténuation des crues, une EIES appropriée n est souvent pas possible. Dans de tels cas, il est recommandé de procéder à une identification des conséquences environnementales et sociales des différentes alternatives, en se basant sur les avis qualitatifs d experts. La procédure d identification peut aider à sélectionner quelques alternatives principales qui peuvent ensuite être analysées avec une EIES adaptée et d où il résultera des valeurs monétaires pour tous les impacts négatifs. Un cas particulier d étude environnementale, notamment pour les barrages, est d évaluer les besoins en débits réservés pour compenser les impacts négatifs dus à une modification du régime des débits. Les besoins en débits réservés ont toujours consisté à lâcher un débit minimum des réservoirs, condition préalable à la vie aquatique dans les tronçons situés en aval. Au cours de ces dernières années, on a toutefois souligné l importance des crues pour le système écologique. Dans certains pays, la définition des débits réservés a donc été modifiée pour inclure aussi des lâchers d eau, par ex. en Afrique du Sud (Hughes and Münster 2000). Les possibilités ou les exigences légales en débits réservés doivent donc être traitées dans le cadre de l étude environnementale et sociale. 4.3.4. 4 e étape : Analyse des risques et évaluation économique Lectures recommandées : Risk and Integrated Water Management (Rees, 2002) Application of quantitative risk analysis to floodplain management (Mannix et al., 2003) Economic Aspects of Integrated Flood Management (WMO, 2007) Developing methodological foundations for GIS-based multi-criteria evaluation of flood damage and risk (FLOODsite, 2009a). La partie essentielle de la GIRI, et peut-être la plus compliquée, est de savoir comment concevoir et comment hiérarchiser les mesures d atténuation des inondations. Au cours de ces dernières années, des recommandations ont été élaborées dans différents pays pour prôner l utilisation de l analyse des risques dans les décisions relatives à la gestion des plaines inondables, comme la détermination des niveaux de planification des crues. Des normes minimales, comme le niveau de la «crue centennale» habituellement utilisé, sont rejetées en faveur d un cadre dont le but est de trouver un équilibre entre les risques des crues exceptionnelles et les avantages économiques et sociaux résultant de l utilisation des plaines inondables. Mais à ce jour, il y a eu peu d occasions d appliquer des procédures fondées sur les risques à des problèmes pratiques de gestion des plaines inondables. De ce fait, il existe peu de documents qui explorent les questions pratiques correspondantes. Les documents recommandés ci-dessus privilégient et commentent l application de l analyse des risques à la gestion des crues. Par exemple, Mannix et al. (2003) soutiennent que pour prendre en compte les coûts et les bénéfices des mesures de gestion des plaines inondables, une méthode basée sur la valeur est un meilleur outil que la méthode classique d attribution de ressources rares entre des demandes concurrentes. Un élément fondamental de la méthode basée sur les risques est de reconnaitre qu elle implique des arbitrages complexes et la réaffectation des avantages entre différents groupes d intérêts. Des questions sociales, politiques et culturelles 154

alternative flood mitigation measures, proper ESIA are therefore most often not applicable. In these cases it is recommended to make an environmental and social screening of the consequences of the different alternatives, based on qualitative judgments by experts. The screening procedure can help in selecting a few main alternatives that can be further analysed with a proper ESIA, resulting in monetary values for any negative consequences. A special case of environmental assessment, especially for dams, is to assess environmental flow requirements, to mitigate any negative impacts because of the changed flow regime. Environmental flow requirements have traditionally been the release of a minimum flow from reservoirs, to provide the prerequisite for aquatic life in the downstream reaches. During recent years, the importance of flood events for the ecological systems have, however, been emphasised. In some countries, the definition of environmental flows has, therefore, been changed to also include flood releases, e.g. South Africa (Hughes and Münster 2000). Therefore, the possibilities or legal requirements of environmental flow releases must be conducted as part of the environmental and social assessment of flood mitigation measures. 4.3.4. 4th Step: Risk analysis and economic assessment Recommended reading: Risk and Integrated Water Management (Rees, 2002) Application of quantitative risk analysis to floodplain management (Mannix et al., 2003) Economic Aspects of Integrated Flood Management (WMO, 2007) Developing methodological foundations for GIS-based multi-criteria evaluation of flood damage and risk (FLOODsite, 2009a). The core part of IFRM, and maybe the most complicated part, is how to design and how to prioritise flood mitigation measures. In recent years, guidelines have been developed in many countries, which advocate the use of risk analysis for floodplain management decisions, such as the determination of flood planning levels. Minimum standards, such as the ubiquitous 100 year flood level, are rejected in favour of a framework, which aims to balance the risk from rare floods against the economic and social advantages of using the floodplain. But to date, there has been little opportunity to apply risk-based procedures to practical floodplain management problems, and accordingly there is little associated literature that explores the practical issues involved. In the recommended literature above, the application of risk analysis to flood management is promoted and elaborated upon. For example, Mannix et al. (2003) argue that a merits-based approach provides a better means than the traditional standards-based approach of allocating scarce resources amongst competing demands by taking into consideration the costs and benefits of floodplain management measures. A fundamental part of the risk-based approach is to acknowledge that it involves complex trade-offs and the reallocation of welfare between different interest groups. Social, political and cultural issues determine whether a risk is 155

déterminent si un risque est acceptable ou non. Il faut recourir à une approche holistique qui tient compte de tous les aspects des crues. En pratique, ce n est pas une tâche facile, mais la connaissance et la compréhension de cette approche holistique dans le cadre de la gestion du risque et de l eau sont essentielles pour les personnes chargées de la gestion des crues. Le document de Rees (2002) est une bonne lecture de base sur le sujet. Une fois que les impacts des crues ont été constatés et quantifiés et que les mesures d atténuation possibles ont été identifiées, une méthode d analyse des risques doit être appliquée pour trouver la solution qui minimise les dommages dus aux inondations tout en préservant le plus possible leurs impacts positifs. Normalement, le processus implique deux étapes : le choix des critères de risques et le choix de la méthode analytique permettant de comparer des alternatives. 4.3.4.1. Choix des critères de risque Le risque est un sujet difficile qui est perçu différemment d une personne à l autre. Ce qui est un risque acceptable pour certains peut être intolérable pour d autres. C est particulièrement vrai pour des pertes intangibles et encore plus pour des pertes en vies humaines. En outre, la prise de conscience du risque intervient souvent juste après qu un incident, comme une inondation, s est produit, alors que la perception du risque diminue au fur et à mesure que le temps passe sans nouveaux incidents. Par conséquent, l une des étapes de la GIRI est de définir les critères de risque pour lesquels les mesures d atténuation des crues doivent être conçues. HSE (2001) souligne les trois critères utilisés par les organismes de régulation pour l évaluation des risques dans les domaines de la santé, de la sécurité et de l environnement en Grande Bretagne : critère basé sur l équité, selon lequel des normes générales sont appliquées pour assurer un niveau minimum de protection à toutes les parties prenantes; critère basé sur l utilité, où les bénéfices d une option de réduction du risque sont comparés à ses coûts (par ex. en utilisant des ratios coûts-bénéfices) à des fins de classement; critère basé sur la technologie, selon lequel des risques sont jugés acceptables si on utilise les meilleures technologies pour minimiser ces risques. Le critère recommandé en général dans la GIRI est le critère basé sur l utilité, selon lequel les bénéfices nets entre «aucune mesures» ou différentes mesures d atténuation des crues sont comparées pour trouver la meilleure option sous l angle de l efficacité économique (par ex. Rees 2002 et OMM 2007). Toutefois Mannix et coll. (2003) soutiennent que, d après leur expérience en Australie, certaines parties prenantes peuvent être réticentes à accepter une option qui peut provoquer des accidents mortels, indépendamment de la probabilité. Ceci plaiderait en faveur d un critère basé sur l équité, davantage lié à la conception classique des mesures de gestion des crues basées sur des probabilités définies, par exemple une crue centennale ou la CMP. Le choix du critère de risque, pour la conception des mesures de gestion des crues, n est donc pas simple et doit être fait en fonction des spécificités culturelles, sociales et économiques et avec la participation des principales parties prenantes 156

acceptable or not. An holistic approach, taking into account all aspects of floods, should be applied. In practice this is not an easy task but the knowledge and understanding of this holistic approach for risk and water management are essential for people dealing with flood management. Rees (2002) provides good basic reading on the subject. After the flood impacts have been identified and quantified and the possible flood mitigation measures have been identified, a risk analysis approach should be applied to find the solution that minimises the damage from floods, while at the same time maintaining their positive impacts as far as possible. The process normally involves two steps: the selection of risk criteria and the choice of analysis method for comparison of alternatives. 4.3.4.1. Choice of risk criteria Risk is a difficult subject that is perceived differently from person to person. What is an acceptable risk for some may not be tolerable for others. This is especially true for intangible losses, and still more for loss of life. Furthermore, often risks are acknowledged just after an incident, such as a flood, has occurred, while the perceived risk then diminishes as time passes without new incidents. Therefore, one of the steps in IFRM is to define the risk criteria for which the flood mitigation measures should be designed. HSE (2001) outlines the three criteria used by regulators for the assessment of risks in the health, safety and environmental fields in Great Britain: Equity-based criterion, whereby broad standards are applied to ensure a minimum level of protection to all stakeholders. Utility-based criterion, whereby the benefits of a risk reduction option are compared to its costs (e.g. by use of benefit-cost ratios) for ranking purposes. Technology-based criterion, whereby risks are deemed acceptable if bestpractice technology is used to minimise such risks. The generally recommended criterion in IFRM is the utility-based criterion, where the net benefits of none or different flood mitigation measures are compared to find the best option from an economic efficiency perspective (e.g. Rees 2002 and WMO 2007). Mannix et al; (2003), however, argue, from their experience in Australia, that stakeholders may be reluctant to accept an option which may result in human fatalities, regardless of probability. This would argue for equity-based criterion, which is more linked to the traditional design of flood management measures based on set probabilities, e.g. a 10,000-year flood or the PMF. The choice of risk criterion for the design of flood management measures is, therefore, not straight forward and must be made with the specific cultural, social and economic situation at hand and in participation with the major stakeholders 157

identifiées dans la première étape (voir chapitre 4.4.1). En raison du comportement normal de l homme à oublier les grandes catastrophes, il est en outre essentiel que les parties concernées possèdent des connaissances de base concernant les concepts de probabilité et de risque. Selon Mannix et al. (2003), une option ne peut être retenue sur la base de l optimisation de l utilité qu une fois que les risques associés à toutes les options ont été jugés tolérables, ce qui suggère une combinaison de critères fondés sur l équité et l utilité. 4.3.4.2. Évaluation économique basée sur l analyse du risque Que la décision portant sur le critère de risque soit basée sur l équité ou l utilité, la manière la plus courante de choisir une mesure d atténuation des crues est de comparer les options sur le plan économique. La différence entre les méthodes réside toutefois dans la façon de prendre en compte des valeurs non monétaires (principalement des pertes en vies humaines) et dans la capacité des sociétés à mettre en œuvre les mesures. Un critère basé uniquement sur l équité signifie que l option de l atténuation des crues au moindre coût sera choisie, en tenant compte des impacts sociaux et environnementaux et du délai de mise en œuvre nécessaire. Dans le cas où il est évident que les dommages dus aux inondations sont plus coûteux que les effets bénéfiques et où la société a un niveau de développement qui lui permet de lutter contre les inondations, les mesures d atténuation peuvent être choisies en comparant le coût des dommages dus aux inondations et le coût des mesures d atténuation (Mannix et coll., 2003). Ici la solution est le calcul des dégâts annuels moyens, basé sur la définition du risque, qui est le produit de la probabilité par les dégâts (c.-à-d. Coût = Probabilité d un événement Conséquence d un événement). Puisque chaque mesure d atténuation doit réduire le risque ou les conséquences des crues différemment, le coût annuel moyen des dégâts sera différent et pourra donc être comparé. La méthode la plus simple consiste à appliquer l option ayant le coût total minimum calculé en cumulant, après actualisation et sur une période donnée (normalement 30 à 50 ans), les dégâts annuels moyens, le montant de l investissement et les coûts d exploitation. Cette méthode est présentée dans le chapitre 3.6. L inconvénient de cette méthode est qu il est difficile de tenir compte d aspects non monétaires comme les coûts sociaux. La méthodologie privilégiée pour la GIRI est cependant une analyse complète coûts-bénéfices prenant en compte tous les aspects des crues, positifs et négatifs (Rees, 2002 ; WMO, 2007). Si des bénéfices clairs et quantitatifs résultent des crues, ceux-ci peuvent être inclus comme coûts «négatifs» dans les dommages annuels moyens, puisque les différentes mesures d atténuation (incluant l option zéro sans aucune atténuation) entraîneront différentes diminutions des bénéfices des crues. La principale difficulté de cette méthode est cependant d attribuer des valeurs monétaires comparables à des écosystèmes, des améliorations sociales, la lutte contre la pauvreté, etc. Cependant, l OMM (2007) soutient que différentes méthodes d affectation de valeurs monétaires à des problèmes sociaux et environnementaux sont en cours de développement et en décrit quelques-unes. Mais l utilisation d une analyse coûts/bénéfices complète pour la prise de décision dans la gestion des crues reste très compliquée et demande du temps ; il est recommandé de n appliquer cette méthode que lorsqu il reste quelques options bien définies. 158

identified in step one (see section 4.4.1). Because of man s normal behaviour to forget large disasters, it is further essential that the involved parties have a basic understanding of the concepts of probability and risk. Mannix et al. (2003) states that a preferred option, on the basis of maximising utility, should only be decided once the risks associated with all options are first deemed to be tolerable, thus suggesting a combination of the equity- and utility-based criteria. 4.3.4.2. Economic assessments based on risk analysis Whether the decision on risk criterion is based on equity or utility the most common way of choosing a flood mitigation measure is by comparing the options economically. The difference in the method is, however, in how to take nonmonetary values (mainly loss of life) into account and societies capacity to implement the measures. A pure equity-based criterion means that the option providing the required flood mitigation with the least cost will be chosen, taking social and environmental impacts and necessary lead time for implementation into account. In the case where flood damages are obviously more costly than the benefits of floods and where the society has a development level to cope with floods, the preferred mitigation measures can be selected through a comparison of the cost of flood damages and the cost of the mitigation measures (Mannix et al., 2003). The key here is the calculation of average annual damages based on the definition of risks as the product of probability and consequence (i.e. Cost = Probability of event Consequence of event). Since every mitigation measure will reduce the risk or the consequence of floods differently, the average annual cost of damages will differ and so can be compared. The most straight forward method is to apply the option with the minimum total cost of average annual damages and capital and operational costs of the mitigation measure accumulated and discounted for a set period (normally 30-50 years). This method is presented in Section 3.6. The disadvantage of this method is that it is difficult to take non-monetary issues, such as social costs, into account. The preferred methodology for IFRM is, however, a full Cost-Benefit Analysis (CBA) taking all aspects of floods, both negative and positive into account (Rees, 2002; WMO, 2007). In the case that there are clear and quantitative benefits of floods, these can be included as negative costs into the average annual damage, since the different mitigation measures (and the zero-option of no mitigation) will give different reductions of the flood benefits. The major difficulty with this method is, however, to set monetary comparable values for ecosystems, social improvements, poverty alleviation, etc. However, WMO (2007) argues that different approaches to putting monetary values on social and environmental concerns are under development and describes some of them. But the utilisation of a full CBA for decision-making in flood management is still very cumbersome and time demanding and it is recommended that this method should only be applied when a few well-defined options remain. 159

En raison des difficultés de l analyse coûts/bénéfices, l OMM (2007) suggère également l analyse multicritère comme méthode alternative. L analyse multicritère utilise des coefficients pour différentes questions comme les coûts, les impacts environnementaux et sociaux, les délais de mise en œuvre, etc. afin de classer les différentes mesures d atténuation des crues. FLOODsite (2009a) a récemment développé une méthode pour l analyse multicritère dans la GIRI basée sur un SIG, qui est un bon outil de traitement de données spatiales et d illustration des différentes options pour les principales parties prenantes. L élément critique de l analyse multicritère est le paramétrage subjectif des coefficients et la pondération des différentes questions lors de leur intégration dans un classement commun. Par conséquent, il est recommandé d effectuer l analyse multicritère en collaboration avec les principales parties prenantes. En raison des éléments subjectifs de l analyse multicritère et des critères souvent discutables pour l affectation de valeurs monétaires aux questions sociales et environnementales, l analyse économique des différentes mesures d atténuation des crues peut prendre beaucoup de temps, notamment si plusieurs parties prenantes sont impliquées. Il est donc essentiel de rappeler les recommandations générales selon lesquelles la GIRI doit être mise en œuvre de manière pragmatique et équilibrée et la planification ne doit pas prendre plus de 2 à 4 ans. Aucune des méthodes économiques ne traite de l équité entre les différentes parties prenantes et il est impossible de trouver une solution de gestion des crues qui ait des conséquences justes et égales pour tous les intérêts (ou du moins perçues comme telles par tous). La question de l équité doit donc normalement être résolue séparément, parallèlement à l évaluation économique. La planification de la GIRI doit aussi traiter du financement des mesures d atténuation. Dans la plupart des cas, tous les coûts doivent être supportés par les différents échelons gouvernementaux ; en raison des mesures souvent coûteuses, sans profit immédiat (il peut se passer des années avant qu une crue majeure se produise), il peut être difficile de motiver ces investissements publics. Par conséquent dans de nombreux cas, il peut être plus facile de se pencher sur des projets à buts multiples où les mesures d atténuation des crues peuvent, par exemple, être payées au moins en partie par les recettes de la production hydroélectrique ou de l alimentation en eau. 4.3.5. 5 e étape : Gestion des risques et formulation de la stratégie Lectures recommandées : Legal and Institutional Aspects of Integrated Flood Management (WMO, 2006a) Integrated Flood Control in the Czech Republic in March 2006 (Case Study, Appendix 1) Strategy for Flood Management for Lake Victoria Basin, Kenya (MEWRD, 2004) Strategy for Flood Management for Kafue River Basin, Zambia (MEWD, 2007) Guidance on Flash Flood Management, Recent Experiences from Central and Eastern Europe (IMGW, 2007). 160

Because of the difficulties of CBA, WMO (2007) also suggests Multi-Criteria Analysis (MCA) as an alternative method. The MCA uses factors for different issues, such as costs, environmental and social impacts or benefits, lead times for implementation, etc., to rank the different flood mitigation measures. FLOODsite (2009a) has recently developed a method for MCA in IFRM based on GIS, which is a good tool for handling spatial data and for illustrating the different options for key stakeholders. The critical part of the MCA is the subjective setting of factors and the weighting of the different issues when integrating them in a combined ranking. Therefore, MCA is normally recommended to be conducted in participation with key stakeholders. The subjective parts of MCA and the often arguable criteria for determining monetary values for social and environmental issues, risk that the economic assessment of different flood mitigation measures may be very time consuming, especially if many stakeholders are involved. Therefore, it is essential to remember the general recommendations that IFRM must be implemented in a pragmatic and balanced way and that planning should not take more than 2-4 years. None of the economic methods consider equity between different stakeholders and it is impossible to find any flood management solution that gives fair and equal impacts for all interests (or at least perceived as such by all). Equity must, therefore, normally be solved separately in parallel with the economic assessment. Any planning of IFRM must also consider how the flood mitigation measures should be funded. In most cases all costs must be borne by the different government levels and because of the often costly measures, with no immediate benefits (it can take years until a major flood occurs) it can be difficult to motivate such public investments. It may, therefore, in many cases, be more feasible to look into multipurpose projects, where flood mitigation measures can at least partly be paid by revenues from e.g. hydropower production or water supply. 4.3.5. 5th Step: Risk management and strategy formulation Recommended reading: Legal and Institutional Aspects of Integrated Flood Management (WMO, 2006a) Integrated Flood Control in the Czech Republic in March 2006 (Case Study, Appendix 1) Strategy for Flood Management for Lake Victoria Basin, Kenya (MEWRD, 2004) Strategy for Flood Management for Kafue River Basin, Zambia (MEWD, 2007) Guidance on Flash Flood Management, Recent Experiences from Central and Eastern Europe (IMGW, 2007). 161

La dernière étape de la GIRI est la plus importante. Elle consiste à mettre en œuvre la gestion des crues en appliquant les mesures d atténuation choisies et à s assurer qu elles sont pérennes. Cela inclut de placer la gestion des crues dans le cadre légal de la gestion de l eau et des catastrophes et de préciser les rôles et les responsabilités de chacun. L OMM (2006a) donne une bonne vue d ensemble des aspects institutionnels et légaux de la gestion des crues, à l échelle nationale et internationale. La mise en œuvre de la GIRI exige en outre de formuler des stratégies, d établir des directives pour la gestion des crues et de fournir des instructions pour une mise à jour régulière. En raison des différences inhérentes aux conditions physiques et socio-économiques ainsi qu aux mesures d atténuation des crues choisies, il n est pas possible de donner des directives définitives sur la façon dont ces stratégies ou ces directives doivent être formulées. Au lieu de cela, il est recommandé d apprendre de l expérience des autres et d adopter les éléments appropriés applicables au bassin fluvial concerné. Les lectures recommandées comprennent donc des études de cas d Europe et d Afrique pour illustrer les stratégies et directives formulées pour des bassins fluviaux dans des pays développés et dans des pays en voie de développement (Annexe 1 ; MEWRD, 2004 ; MEWD, 2007 ; IMGW, 2007). En général, cependant, ce concept étant relativement nouveau, peu de références existent sur des projets GIRI achevés et le lecteur est invité à chercher en permanence de nouvelles expériences et de nouvelles idées à partir de réalisations GIRI. 4.3.5.1. Cycle de gestion des risques La première partie de la mise en œuvre de la GIRI est de comprendre la place des étapes ci-dessus dans le cycle complet de gestion des risques (Fig. 19). La fixation de limites, l identification des principales parties prenantes, les études préparatoires et l évaluation et le choix des mesures d atténuation des crues ne sont qu une partie du cycle de gestion des risques de crues (les parties «prévention» et «préparation»). À l avenir, lorsque des inondations se produiront, davantage de connaissances et d expériences seront acquises, ce qui pourra nécessiter des changements au niveau des études et des décisions de gestion des crues. Même si aucune inondation majeure ne se produit, les changements inévitables de caractéristiques physiques (par ex. changement climatique), de conditions socioéconomiques et juridiques ou de cadre institutionnel rendront nécessaire la mise à jour des procédures de gestion des crues. Par conséquent, la GIRI se traduira par un cycle sans fin d amélioration de la prévention et de la préparation des crues ainsi que d intervention, de remise en état et de reconstruction après inondations, comme le montre la Fig. 19. Un exemple de l application du cycle de gestion des risques est illustré par la gestion des crues dans le bassin de la Vltava en République tchèque suite aux crues de 2006 (Annexe 1). De même, l expérience de plusieurs crues survenues au 20 e siècle et au début du 21 e siècle dans le bassin de la Klodzka en Pologne, de la Myjava en Slovaquie et de la Telejaen en Roumanie a été utilisée pour donner des orientations générales de gestion des crues de petits bassins fluviaux en Europe orientale (IMWG, 2007). Dans tous les cas, des éléments fondamentaux de la GIRI, comme la participation des parties prenantes, l exploitation coordonnée des 162

The final step for IFRM is the most important one. It involves putting the flood management into action by implementing the chosen mitigation measures and make sure they are sustainable. This includes putting the flood management into the legal framework of water and disaster management and specifying roles and responsibilities. WMO (2006a) gives a good overview of the legal and institutional aspects of flood management, both on the national and international scale. The implementation of IFRM further demands strategies to be formulated and guidelines to be written to direct the flood management and to provide instructions on its regular update. Because the inherent differences in the physical and socioeconomic conditions, as well as in chosen flood mitigation measures, it is not possible to give any definitive guidelines on how such strategies or guidelines should be formulated. Instead it is recommended to learn from the experience of others and to adopt the appropriate parts that are applicable for the river basin of interest. The recommended reading therefore includes case studies from Europe and Africa to illustrate formulated strategies and guidelines for river basins in both the developed and developing world (Appendix 1; MEWRD, 2004; MEWD, 2007; IMGW, 2007). In general, however, being a fairly new concept, few references to completed IFRM projects exist and the reader is recommended to continuously search for new experiences and ideas from IFRM implementations. 4.3.5.1. Risk management cycle The first part of implementation of IFRM is to understand the place of the steps above in the overall risk management cycle (Fig. 19). The setting of boundaries, identification of key stakeholders, preparatory studies and assessment and choice of flood mitigation measures are only part of the flood risk management cycle (the prevention and preparation components). As flood events occur in the future more knowledge and experience will be obtained that may require changes in the studies and decisions on flood management. Even if no future major flood events occur, the inevitable changes in physical characteristics (e.g. climate change), socio-economic and legal conditions or in the institutional set up, will nevertheless generate the need for updated flood management procedures. Therefore, IFRM will result in an endless cycle of improved prevention and preparation for floods as well as intervention, recondition and reconstruction after flood events, as illustrated by Fig. 19. An example of the application of the risk management cycle is illustrated by the flood management in the Vltava River basin in the Czech Republic following the floods in 2006 (Appendix 1). Similarly, the experience from several flood events in the 20th and early 21st century in the Klodzka River in Poland, Myjava River in Slovakia and Telejaen River in Romania was used to provide general guidelines for flood management of small river basins in Eastern Europe (IMWG, 2007). In all cases fundamental parts of IFRM such as stakeholder participation, coordinated operation of flood control structures, flood forecasting, flood warnings and flood 163

Fig. 19 Cycle de gestion des risques pour GIRI. Modifié après le rapport de l UNESCO (2006) structures de maîtrise des crues, la prévision des crues, les alertes de crues et la préparation aux inondations sont inclus et discutés. L analyse et l étude de l inondation de 2006 en République tchèque ont abouti à la nécessité d améliorer la gestion des crues, par exemple : pour accroître le rôle de la planification de l aménagement du territoire et des règles d urbanisme dans les zones inondables ; pour clarifier les rôles et le pouvoir entre les entités chargées de la lutte contre les inondations ; pour organiser des exercices réguliers d inondation et former les participants à la lutte contre les inondations ; pour améliorer la surveillance de la sécurité sur les petites structures hydrauliques, en s inspirant des expériences et des procédures en place sur les grands barrages ; pour améliorer les prévisions météorologiques et hydrologiques ; pour améliorer les stations de mesure des débits et les équiper de techniques de transfert des données en temps réel. Ceci montre comment une crue peut entraîner des améliorations de la gestion existante, qui était en place avant la crue, selon les principes du programme GIRI et les étapes du cycle de gestion des risques de crues. 4.3.5.2. Formulation de la stratégie GIRI Les objectifs et le processus de la GIRI doivent être clairement définis dans un document de stratégie qui doit être mis à la disposition de tous les acteurs clés et du public. Cette stratégie doit décrire les points de vue et les objectifs, les limites du système, les principales parties prenantes, les rôles et responsabilités, la situation actuelle en termes de caractéristiques de crues et de vulnérabilité ainsi que les mesures d atténuation proposées, avec notamment les plans et les moyens de leur 164

Fig. 19 Risk management cycle for IFRM. Modified after (UNESCO, 2006) preparedness are included and discussed. The analysis and evaluation of the 2006 flood in the Czech Republic resulted in requested improvement in flood management, e.g.: to increase the role of land use planning and building regulations in flood prone areas; to clarify roles and power among flood protection entities; to hold regular flood exercises and training of participants in flood protection; To improve security surveys at smaller hydraulic structures, using the experiences and procedures in place for large dams; to improve the meteorological and hydrological forecast; to improve the flow monitoring stations and to equip these with real-time data transfer techniques. This illustrates how a flood event may lead to improvements in the existing flood management, which was in place already prior to the flood, along the principles of IFRM and the steps of the flood risk management cycle. 4.3.5.2. Formulation of IFRM strategy The goals and process of IFRM must be clearly described in a strategy document that should be made available for all key players and the public. The strategy must describe the visions and goals, system boundaries, key stakeholders, roles and responsibilities, present situation in terms of flood characteristics and flood vulnerability, as well as the suggested mitigation measures including plans and means for their implementation. The IFRM strategy shall give the playground and 165

mise en oeuvre. La stratégie de la GIRI indiquera l étendue et les règles du processus de gestion des risques de crues (Fig. 19) et les mesures pour donner le coup d envoi si elle n est pas déjà en place. La stratégie GIRI peut être développée de façon autonome ou faire partie d une stratégie globale GIRE, la gestion des crues étant essentiellement un élément de la gestion générale du bassin fluvial. Comme cela a été dit précédemment, il est préférable que la stratégie s applique à chaque bassin versant important puisque c est la limite naturelle de la gestion de l eau. Un exemple de cette planification à l échelle des bassins est la planification d une préparation coordonnées en situation d urgence de la Suède, mise en œuvre actuellement pour chaque fleuve important du pays, impliquant les conseils d administration des comtés locaux, les municipalités, les services de secours, les services de régulation de l eau et les propriétaires de barrages (Engström-Meyer et coll., 2009). La stratégie, telle qu elle est définie, doit aussi être conçue de manière à ce que la gestion des crues puisse évoluer dans le temps sans compromettre les résultats escomptés. En se fondant sur l expérience du Yang Tsé en Chine, Green (2003) souligne qu une stratégie de gestion des crues doit offrir des possibilités de transition pour répondre aux futurs changements des conditions socioéconomiques. La stratégie GIRI doit inclure des plans pour les mesures immédiates à prendre, mais, plus important, elle doit donner la direction stratégique de la gestion continue et évolutive des risques dans le bassin fluvial. La première chose qu une stratégie GIRI doit clarifier est l intégration de la gestion des crues dans le système juridique actuel. Comme le souligne l OMM (2006a), la GIRI déborde des nombreux cadres institutionnels et disciplinaires et doit être conforme à la législation, aux politiques, aux plans et aux programmes à l échelle nationale et locale. D autre part, il est également important de comprendre que la réussite de la mise en œuvre de la GIRI peut nécessiter la création de nouvelles politiques et même d une nouvelle législation. Le rôle du cadre juridique est de définir les tâches et les responsabilités institutionnelles, de déterminer et de protéger les droits et les obligations et de proposer des outils de gestion des conflits, tous essentiels pour la GIRI. Une stratégie GIRI sans politiques définies est donc inefficace et sera difficile à mettre en œuvre. Les stratégies GIRI sont décrites dans les documents (MEWRD, 2004) et (MEWD, 2007). Ceux-ci indiquent les stratégies de gestion des crues appliquées dans le bassin de la Kafue en Zambie et dans celui du lac Victoria au Kenya. Toutes deux sont mises en place avec les structures suivantes : description physique et sociale du bassin fluvial ; justification de la stratégie de gestion des crues (vulnérabilité aux crues, variabilité du climat) ; concepts stratégiques (implication des parties prenantes, approche intégrée, protection de l environnement, coordination institutionnelle) ; politiques de gestion des crues (dispositions institutionnelles, mesures d atténuation structurelles et non structurelles, participation des collectivités, renforcement des capacités) ; plans d action (mesures à court terme, à moyen terme et à long terme). 166

rules for the flood risk management process (Fig. 19) and the actions to kick-start it if it is not already in place. The IFRM strategy can be developed on its own, or be part of an overall IWRM strategy, since flood management essentially is one part of the general river basin management. Preferably, as previously discussed, the strategy should be made for each major river basin since this is the natural boundary for water management. An example of such river basin planning is the coordinated emergency preparedness planning in Sweden, which is presently being implemented for each major river in the country involving the local county administration boards, municipalities, rescue services, water regulating services and dam owners (Engström-Meyer et al., 2009). The strategy, by its definition, must also be designed in such a way that flood management may evolve over time without jeopardising the anticipated results. Based on experience from the Yangtze River in China, Green (2003) emphasises that a flood management strategy must provide possibilities of transition to meet future changed socio-economic conditions. The IFRM strategy should include plans for the immediate measures to take but must, more importantly, give the strategic direction for the continuous and evolving risk management in the river basin. The first thing an IFRM strategy must clarify is how the flood management will be integrated into the existing legal system. As WMO (2006a) points out IFRM cuts across many institutional and disciplinary boundaries and must conform to laws, policies, plans and programmes on both the national and local scale. On the other hand, equally important is the understanding that the successful implementation of IFRM may need to involve creating new policies and even new laws. The roles of the legal framework are to define institutional roles and responsibilities, to determine and protect rights and obligation and to provide mechanisms for conflict management, all of which are essential for IFRM. An IFRM strategy without clear policies is, therefore, toothless and will be difficult to implement. Illustrations of IFRM strategies are given in (MEWRD, 2004) and (MEWD, 2007). These give the strategies for flood management in the Kafue River in Zambia and the Lake Victoria basin in Kenya. Both are typically set up with the following structure: physical and social description of the river basin; rationale for the flood strategy (flood vulnerability, climate variability); strategy concepts (stakeholder involvement, integrated approach, protection of environment, institutional coordination); flood management policies (institutional arrangements, non-structural and structural mitigation measures, community participation, capacity building); action plans (short-, medium- and long-term measures). 167

Les deux stratégies combinent ainsi d une part l orientation stratégique par les concepts et les politiques, et d autre part les lignes directrices pour une action immédiate exprimée en plans d action essentiels pour ne pas briser l élan. La stratégie doit être associée à des plans d action régulièrement mis à jour et supervisés pour parvenir à une mise en oeuvre effective de la gestion des crues. Même si ces exemples ne sont pas applicables à tous les bassins fluviaux, ils illustrent bien les éléments essentiels à inclure dans une stratégie GIRI. 168

The two strategies thus combine the strategic direction by the concepts and policies and the guidelines for immediate action expressed as action plans, which are essential for not losing momentum. The strategy must be associated with regularly updated and monitored action plans, to achieve actual implementation of flood management. Although, these examples may not be applicable in all river basins, they give a good illustration of the major parts to be included in an IFRM strategy. 169

5. CONCLUSIONS Le domaine de la gestion des crues a connu des changements considérables au cours des dernières décennies. Il a été constaté que, même si la méthode classique de maîtrise des crues par des mesures structurelles, comme les barrages et les digues, ou par un mélange de mesures structurelles et non structurelles, sont des solutions puissantes pour la maîtrise des crues, le choix des procédures de gestion doit être envisagé dans un contexte plus large, qui tient compte des effets bénéfiques des crues et dans une certaine mesure, de la possibilité d accepter les inondations et de vivre avec elles. Ce changement s explique surtout parce que davantage de données et une plus grande expérience des crues et de leurs impacts ont conduit à une meilleure connaissance et à une meilleure compréhension. Trois révélations majeures nous ont fait changer notre manière de gérer les crues : Des relevés plus longs et de meilleures mesures des débits de pointe ont réduit les incertitudes et les documents sur les impacts des crues ont fourni des estimations quantitatives des dégâts. En conséquence, on ose maintenant prendre des risques calculés avec les crues. Le développement de la technologie et de l informatique permet de prévoir l importance des crues plus facilement qu auparavant, ce qui a amélioré la maîtrise des crues et les possibilités de réduction significative des dégâts par des mesures temporaires d atténuation. Dans certains cas, des mesures efficaces de maîtrise des crues mises en place au cours des derniers siècles ont montré que la prévention des crues avait aussi des effets négatifs, prouvés par des diminutions constatées dans la biodiversité et une baisse du rendement économique des plaines inondables et des estuaires. Une meilleure connaissance et une meilleure compréhension ont permis de tenir compte dans la gestion des crues de tous les aspects positifs et négatifs et d optimiser plus précisément les mesures d atténuation en se basant sur l analyse du risque. Le concept de gestion intégrée du risque inondation (GIRI) a donc été proposé et présenté par des établissements universitaires et multilatéraux renommés ; il se fonde principalement sur l expérience des pays développés. Pour tout décideur, urbaniste ou ingénieur confronté à la conception d une stratégie de gestion des crues, les exigences ont donc augmenté considérablement. La participation de nombreuses parties prenantes, pour s assurer que tous les aspects ont été pris en compte, et des études préparatoires approfondies, pour évaluer les effets à long terme des crues, ont prolongé considérablement la période nécessaire pour trouver un accord sur une stratégie de gestion des crues. Tout en admettant les concepts de gestion intégrée du risque inondation, ce bulletin privilégie une approche équilibrée et pragmatique dans laquelle la conception d une stratégie de gestion des crues est menée à un niveau applicable et réalisable dans le pays et dans le bassin versant concernés. Il suggère de suivre une 170

5. CONCLUSIONS The field of flood management has seen considerable changes during recent decades. It has been realised that, although the classic approach of controlling floods through structural measures, such as dams and levees, or a mix of structural and non-structural measures, are powerful solutions for flood control, the selection of flood management procedures should be viewed in a wider scope, taking into account the benefits of floods and, to a certain extent, the possibility of accepting floods and learning to live with them. The reason for this change is mainly that more data and experience on floods and their impacts have led to better knowledge and understanding. Three major revelations have made us change how we manage floods: Longer records and better measurements of peak flows have reduced the uncertainties and documentation of flood impacts and have given quantitative estimates of flood damages; as a result we now dare to take calculated risks with floods. The development of technology and IT has made it much easier to predict flood magnitude than before, which has led to improved flood control and possibilities for significantly reducing flood damages by temporary mitigation measures. In some cases, effective flood control measures put in place during the last centuries have shown that there are also negative effects to preventing floods, proved by observed declines in local biodiversity and decreased economic return from floodplains and estuaries. The better knowledge and understanding has given us the possibility of taking all aspects of floods, negative and positive, into account in flood management and of more precisely optimising flood mitigation measures based on risk analysis. The concept of Integrated Flood Risk Management has accordingly been proposed and presented by renowned academic and multilateral institutions, based mainly on the experience from developed countries. The requirements for any policy maker, city planner or engineer, faced with designing a flood management strategy have, therefore, increased dramatically. Participation of a wide range of stakeholders, to make sure that all aspects have been taken into account, and extensive preparatory studies, to assess the long-term effects of floods, have considerably prolonged the period needed for even agreeing on a flood management strategy. While acknowledging the concepts of Integrated Flood Risk Management, this bulletin promotes a balanced and pragmatic approach, where the design of a flood management strategy is conducted to a degree which is applicable and implementable in the country and river basin of interest. It suggests following a step- 171

méthode progressive pour formuler une stratégie GIRI fondée sur une connaissance de base des caractéristiques de crues, de leurs impacts et des aspects de la gestion intégrée de l eau : 1. identifier les limites du système et les acteurs clés, 2. mener des études préparatoires, 3. identifier des mesures d atténuation des crues, 4. effectuer des analyses de risques et des études économiques des différentes solutions, 5. préparer la formulation de la stratégie et lancer le processus de gestion des risques. Les recommandations générales pour ce processus sont d agir en toute transparence et de prendre le temps d écouter et d expliquer les différentes solutions aux parties prenantes, en visant un délai maximum de 2 à 4 ans pour l ensemble de la procédure avant mise en œuvre. Il est essentiel lorsque l on étudie les effets positifs et négatifs des crues, d utiliser des paramètres comparables et d éviter des opinions idéologiques qui faussent les pertes et bénéfices nets estimés des crues. Les mesures non structurelles et structurelles d atténuation des crues sont souvent plus efficaces lorsqu elles sont combinées et elles doivent être évaluées avec un esprit ouvert, sans préférences prédéterminées. Les expériences d autres pays et d autres régions, dans lesquels la gestion des crues a été mise en œuvre, sont des sources d informations et d orientation essentielles pour le développement d une stratégie GIRI. En plus de donner des références sur des documents relatifs aux aspects scientifiques et aux concepts de base de la gestion des crues, ce bulletin présente et recommande aussi un certain nombre d études de cas documentées pour la gestion des crues. La nécessité d une analyse systématique des crues ou des inondations passées est soulignée. Cette analyse doit inclure les paramètres pertinents des crues (pointe, volume, durée, forme) et des inondations correspondantes (superficie, hauteur d eau, durée, vitesses du courant). Les dommages causés par ces crues doivent être analysés afin d établir une relation entre l importance des crues et les dommages causés. Sans cette connaissance, il est impossible de gérer efficacement les risques de crues. 172

wise approach to formulate an IFRM strategy, based on a basic knowledge of flood characteristics, flood impacts and the aspects of integrated water management: 1. identifying system boundaries and key players, 2. conducting preparatory studies, 3. identifying flood mitigation measures, 4. carrying out risk analyses and economic assessments of alternatives, 5. preparing strategy formulation and initiating the risk management process. The overall recommendations for the process are to be transparent in your actions and take the time to listen to and to explain the alternative solutions to stakeholders, aiming for a maximum time period of 2-4 years for the whole procedure prior to implementation. It is further essential, when considering both positive and negative effects of floods, to use comparable parameters and avoid ideological views that skew the estimated net benefits/losses of floods. Nonstructural and structural flood mitigation measures are often most efficient in combination and should be assessed with an open mind, without fixed preferences. The experiences from other countries and regions, where flood management has been implemented, are essential sources of information and guidance for the development of an IFRM strategy. Besides giving references to literature on the basic sciences and concepts of flood management, this bulletin also presents and recommends a number of documented case studies for flood management. The need for a systematic analysis of floods/inundations from the past is emphasised. This analysis should include the relevant parameters of the floods (peak, volume, duration, shape) and of the corresponding inundations (area, depth, duration, current velocities). The damages caused by these floods should be analysed in order to arrive at a relationship between flood magnitude and damage caused. Without such knowledge, it is not possible to carry out meaningful flood risk management. 173

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ANNEXE 1 ÉTUDE DE CAS CONTRÔLE DE CRUE INTÉGRÉ EN RÉPUBLIQUE TCHÈQUE EN MARS 2006 1. INTRODUCTION AUX PROBLÈMES DU CONTRÔLE INTÉGRÉ DES CRUES Après l expérience des inondations de 1997 et 2002, qui sont survenues après une longue période relativement sèche de la seconde moitié du 20 e siècle, un système intégré de protection contre les inondations a été développé et constamment perfectionné en République tchèque. Ce système comprend, entre autres, la spécification de toutes les informations relatives à la situation hydrologique, les changements de législation dans le domaine de la prévention des inondations ainsi que la protection, la gestion de crise et la fourniture d aides d État durant le processus de reconstruction d une partie du territoire après inondation. Il comprend également l encouragement à la mise en œuvre de mesures de protection du territoire. Le processus d amélioration de la qualité du système de prévention contre les inondations englobe le renforcement du rôle de l aménagement du territoire et de la prise de décision par les autorités responsable des constructions, en coopération avec les autorités en charge de l eau et les administrateurs de bassin. Ceci intervient dans l octroi de permis de construire sur tous les territoires menacés par des inondations, la détermination des zones inondables et la coordination dans la manière de les utiliser. Dans le même temps, le matériel de base utile à la prévention des inondations est mis à jour. En particulier, ceci concerne les plans de crues des municipalités et l étendue des zones inondables. Une augmentation du degré de protection au niveau local permettra d augmenter les limites de déversement à partir de retenues situées en amont. Il est nécessaire d être spécifique au sujet de l augmentation de la fiabilité du service d annonce des crues, y compris l implication active dans ce système de structures locales telles que les municipalités. Un point important est l extension et l amélioration de la qualité du service de prévision des crues, avec la création de conditions permettant une coopération souple de l Institut hydrométéorologique tchèque avec les administrateurs de bassins. L augmentation du niveau des prévisions hydrométéorologiques et hydrologiques permettra des prises de décisions plus efficaces et plus rapides concernant l utilisation des zones inondables de rétention d eau dans les retenues existantes. Afin de rendre plus précises les activités des participants individuels à la protection contre les inondations et de les automatiser, des exercices d inondation sont régulièrement organisés au niveau des municipalités, des régions et des zones de bassin, mais également au niveau de la république entière. Les connaissances acquises lors de ces exercices sont évaluées ; elles servent rétroactivement à améliorer la qualité du système intégré de protection contre les inondations. 190

APPENDIX 1 CASE STUDY INTEGRATED FLOOD CONTROL IN THE CZECH REPUBLIC IN MARCH 2006 1. INTRODUCTION TO THE PROBLEMS OF INTEGRATED FLOOD CONTROL After the experience with the floods in 1997 and 2002, which came after a longer, relatively dry period of the second half of the 20th century, an integrated system of protection against floods has been constantly developing and improving in the Czech Republic. This, inter alia, includes the specification of all input information on the hydrological situation that has arisen, changes in the legislation in the area of flood prevention and protection, crisis management as well as the provision of state aid in the process of reconstruction of a territory after a flood, and support of the implementation of protective measures in the territory. The process of improving the quality of the system in the sphere of prevention against floods encompasses the strengthening of the role of land-use planning and decision-making of building authorities in co-operation with water-law authorities and basin administrators in the process of permitting constructions in all territories threatened by floods, the determination of flood areas and co-ordination of the manner of utilization thereof. At the same time, background materials for flood prevention are updated. In particular, this concerns flood plans of municipalities and updating the extent of flood areas. An increase in the degree of protection in municipalities will enable increasing the limits of harmless runoffs from reservoirs above them. It is necessary to be particular about increasing the reliability of the flood warning service, including the active involvement of lower structures such as municipalities into this system. An important point is the extension and improvement of the quality of the flood forecasting service with the creation of conditions for flexible co-operation of the Czech Hydrometeorological Institute with basin administrators. Increasing the level of hydrometeorological and hydrological forecasts will bring more efficient and expeditious decision-making in utilizing the flood water retention areas of existing reservoirs. To make the activities of individual participants in the protection against floods more precise and to automate them, flood exercises are regularly organized at the level of municipalities, regions and basin area but also within the framework of the entire republic. The knowledge acquired from these exercises is evaluated and they serve retroactively to enhance the quality of the integrated system of flood protection. 191

Les mesures les plus importantes mises en œuvre dans le cadre de la prévention contre les inondations comprennent des modèles mathématiques d inondation de la ville de Prague et d autres grandes villes ; la situation est généralement plus complexe si elles sont directement touchées par la confluence de deux ou plusieurs rivières. Les résultats de ces modèles sont utilisés comme données de base pour la mise au point de plans d inondation, la détermination de zones inondables et de parties actives de ces zones, ainsi que pour l évaluation de la maîtrise des crues et les décisions à prendre concernant des constructions envisagées dans les zones inondables. La justesse de cette approche de prévention a été attestée lors de l inondation d août 2002, dans les mesures prises pour lutter contre les inondations. En particulier, des parapets mobiles ont été mis en place dans le centre de Prague sur la base d une modélisation détaillée des débits de la rivière pour la période 1995-2000. D autres mesures de lutte contre les inondations visent à réaliser une augmentation du volume de rétention des ouvrages hydrauliques de la cascade de la Vltava, voire éventuellement à limiter l utilisation des réservoirs d approvisionnement en eau lors du passage des crues. L objectif est d intercepter et de transformer le débit de crue. Compte tenu de la taille de ce vaste bassin toutefois, les volumes de certaines crues sont si élevés que leur transformation n est pas possible avec les retenues existantes ; par ailleurs, il n est actuellement pas réaliste d envisager la construction de nouvelles grandes structures hydrauliques. En dépit de cela, les retenues déjà construites jouent, même pendant les grandes crues, un rôle important en raison de leur effet de transformation ; ils permettent de gagner du temps pour coordonner les activités visant à limiter les dommages dus aux crues en aval. Grâce aux capacités de rétention des retenues de la cascade de la Vltava, et malgré la situation de crise prévalant lors des inondations de 2002 et 2006, il n y eut pas de superposition des ondes de crue de la Vltava et de l Elbe, dans lequel se jette la Vltava. D ailleurs seuls de petits barrages n ayant pas d effet de rétention notable lors de grandes crues se trouvent sur le cours de l Elbe. Ce fleuve coule de la République tchèque vers l Allemagne ; par conséquent, les débits de pointe et la qualité de l eau de la rivière sont très importants pour les autorités allemandes également. Cette activité nécessite la coopération permanente des centres de contrôle de gestion des eaux des deux bassins, de l Institut hydrométéorologique tchèque ainsi que des organes administratifs de l État. 2. CARACTÉRISTIQUES DE BASE DU BASSIN DE LA VLTAVA Povodi Vltavy, entreprise d État résidant à Prague, est le successeur historique de tous les anciens propriétaires et administrateurs de la Vltava et de son bassin. L administration du territoire est divisée en trois régions Haute Vltava, Basse Vltava et Berounka. Sur un territoire d une superficie totale de 27 580 km 2, l organisation administre 4 881 km de cours d eau. L entreprise coordonne un certain nombre de structures de gestion de l eau : 56 réservoirs d eau, 78,6 km de digues de protection, 337 barrages, 18 sas d écluses, 192

The most significant measures implemented as part of the prevention against floods include mathematical flood models of the city of Prague and other big cities, where the situation is generally more complex also owing to the fact that they are directly affected by the confluence of two or more rivers. Outputs of these models are used as basic data for the execution of flood plans, the determination of flood areas and active zones of these areas, further for the assessment of flood control measures proposed and for the assessment of constructions proposed in the flood area. The correctness of the approach to prevention was attested during the flood in August 2002 by the function of flood control measures, particularly mobile barrier walls, implemented in central Prague on the basis of detailed modelling of discharge in the period of 1995-2000. Further flood control measures are aimed at achieving an increase in the retention volume at the hydraulic structures of the Vltava Cascade, possibly at the limited use of water-supply reservoirs as well during the passage of floods. The goal is to intercept and transform flood discharge. In view of the extensive basin, the volumes of some floods are so high that their transformation is not successful even in existing reservoirs and, at the same time, it is not presently realistic to consider building new, large hydraulic structures. In spite of that it is seen that already built reservoirs have, even during such big floods, an important function because with their transformation effect they make it possible to obtain time for activities focusing on the limitation of flood damage in lower courses below them. In the crisis situation during the floods in 2002 and 2006, thanks to the retention capacities of the reservoirs of the Vltava Cascade there was no clash of flood waves of the Vltava and the Elbe, into which the Vltava empties. At the same time, only smaller dams without a significant retention effect during major floods are on the Elbe. The Elbe river flows from the Czech Republic to Germany and, therefore, peak flows or the influence of the quality of water in the Elbe are very important for German authorities too. This activity requires the continuous co-operation of water-management control centres of both basins, the Czech Hydrometeorological Institute as well as state administration bodies. 2. BASIC CHARACTERISTICS OF THE VLTAVA BASIN Povodí Vltavy, a státní podnik residing in Prague is the historical successor to all the previous owners and administrators of the Vltava and its entire basin. The administration of the territory is divided among three plants Upper Vltava, Lower Vltava, and Berounka. In a territory with a total area of 27 580 km 2 the organization administers 4 881 km of water courses. The enterprise manages a number of water-management structures: 56 water reservoirs, 78.6 km of protective dikes, 337 weirs, 18 lock chambers, 20.7 km of 193

20,7 km de canaux de navigation, 31,7 km de canaux artificiels et conduites, et un total de 17 petites centrales hydroélectriques. Pour ce qui est des divisions administratives, le bassin de la Vltava s étend sur le territoire de cinq régions ; il couvre environ un tiers de la République tchèque. Le bassin de la Vltava draine une vaste partie du sud-ouest et partiellement aussi le centre des Monts de Bohême-Moravie. Les zones en amont sont situées dans les chaînes de montagnes qui forment le bassin versant européen de l Elbe- Danube. La plus haute altitude atteinte par le bassin de la Vltava est le pic de Plechý, dans la Forêt de Bohême (1 378 m). Le réseau hydrographique somme toute régulier du bassin de la Vltava draine les eaux du pays montagneux et des hautes terres, puis passe par un pays de collines pour atteindre les basses terres de la vallée centrale de l Elbe. L altitude la plus basse, à l exutoire du bassin au confluent de l Elbe et de la Vltava, est de 156 m. La colonne vertébrale du cours d eau est formée par la Vltava, alimentée par des affluents importants, qui comprennent la Malše, la Lužnice et l Otava dans la partie sud, et la Sázava et laberounka dans la partie centrale. La Vltava s écoule dans l Elbe, qui se caractérise par un débit sensiblement égal au sien et qui quitte alors la République tchèque pour entrer en Allemagne. 3. DÉROULEMENT DES CRUES PROCÉDURES GÉNÉRALES 3.1. Situation hydrométéorologique durant les crues Dans le cadre des activités du service de prévision des crues, des informations sur la situation météorologique sont, selon la loi, à fournir par l Institut hydrométéorologique tchèque à l administrateur de bassin et aux autres participants à la protection contre les crues. Par le biais de, modèles numériques de prévision et grâce à des prévisionnistes chevronnés, l Institut hydrométéorologique tchèque fournit des prévisions météorologiques (à court, moyen et long terme) sur lesquelles s appuient les administrateurs de bassin lorsqu ils prennent des décisions relatives à la gestion des réservoirs et des ouvrages hydrauliques. Le perfectionnement des modèles de prévision, qui doit permettre d augmenter la portée des prévisions et d accélérer la communication, appartient aux tâches de développement à long terme de la protection contre les crues en République tchèque. L Institut hydrométéorologique tchèque, en collaboration avec les administrateurs de bassin, fournit également un service de prévision et d alerte de crues, qui comprend un suivi de la situation hydrométéorologique, des précipitations, des niveaux d eau et des débits pour des profils sélectionnés, ainsi que l évaluation de modèles de précipitation-ruissellement. Le système consiste en outre en la transmission rapide et fiable de ces informations aux autorités de contrôle des crues de l administration d État et aux autorités municipales. Le transfert des données issues d observations et de profils d alerte, d informations, d avis, d avertissements et de rapports est d une importance stratégique pour la protection contre les crues. Pour mettre efficacement à contribution le service d annonce des crues, il est nécessaire de mettre sur pied un système de déclaration de profils comprenant la 194

navigation canals, and 31.7 km of artificial canals and conduits, a total of 17 small water power stations. In terms of administrative division, the Vltava basin lies in the territory of five regions; in terms of its area it covers approximately one third of the Czech Republic. The Vltava basin drains an extensive south-western and partly also a central part of the Bohemian Highlands. The headwater areas are located in mountain ranges forming the European watershed of the Elbe Danube. The highest altitude is reached by the Vltava basin with the Bohemian Forest peak of Plechý (1 378 m). The altogether regular hydrographic network of the Vltava basin drains water from mountainous country and uplands via hilly country down to the lowlands in the central Elbe valley. The lowest altitude in the basin mouth on the confluence of the Elbe and the Vltava is 156 m. The backbone course is formed by the Vltava, fed by significant tributaries, which include the Malše, the Lužnice and the Otava in the southern part, and the Sázava and the Berounka in the central part. The Vltava empties into the Elbe, which is characterized by approximately the same water bearing as the Vltava, and flows from the Czech Republic to Germany. 3. COURSE OF FLOODS GENERAL PROCEDURES 3.1. Hydrometeorological Situation during Floods Information on the meteorological situation as part of the flood forecasting service is provided, by law, for the basin administrator and other participants in the protection against floods by the Czech Hydrometeorological Institute. By means of numerical forecasting models and experienced forecasters, the Czech Hydrometeorological Institute creates weather forecasts (short-range and mediumrange as well as long-range) on which basin administrators rely when making decisions on the management in reservoirs of hydraulic structures. The process of perfecting the forecasting models, increasing the time advance of forecasts and their more prompt issuance belongs among the long-term tasks of the development of flood protection in the Czech Republic. The Czech Hydrometeorological Institute in collaboration with basin administrators also provides a forecasting and flood warning service, which includes monitoring the hydrometeorological situation, precipitation, water stages and discharges in selected profiles and the evaluation of precipitation-runoff models. The system further consists in the timely and reliable transfer of such information to the flood control authorities of state administration and to self-governments of municipalities. The transfer of data from observation and warning profiles, information, notices, warnings and reports is of strategic significance to flood protection. For effective utilization of the flood warning service it is necessary to build a system of reporting profiles with the determination of decisive limits for declaring 195

fixation de limites, afin de décider du degré d activité des crues. Les stations hydrométriques des profils de catégories A ont été équipées, une par une, d instruments de transfert automatique de données vers les centres opérationnels de l Institut hydrométéorologique tchèque et les administrateurs de bassin. En outre, il est nécessaire de prêter attention à la présentation des informations du service de prévision et d alerte sur Internet, y compris aux prévisions des précipitations et des crues. Les informations présentées sont par exemple : les débits et niveaux d eau pour certains profils, les apports et sorties d eau des retenues artificielles, les niveaux d eau dans les réservoirs, le volume de stockage disponible dans les retenues, ainsi que les relations de toutes ces données avec le degré d activité des crues et leur intensité. 3.2. Influence sur la situation des structures hydrauliques, actions décisives d exploitation, surveillance et contrôle Tous les ouvrages hydrauliques (barrages, seuils, digues) gérés par Povodi Vltavy sont maintenus en état grâce à un système sophistiqué d enquête de sécurité et de surveillance, d entretien, de rénovation et de réparation. Suite à des situations effectives de crues, tous les ouvrages hydrauliques sont soumis à des inspections et tous les défauts et insuffisances constatés sont éliminés, de manière à assurer le bon fonctionnement de toutes les structures hydrauliques. Tous les ouvrages hydrauliques ont des règlements concernant l entretien et l exploitation, de même que des programmes d enquête de sécurité et de surveillance. La plupart des structures hydrauliques sont d ailleurs exploitées comme ouvrages à buts multiples. Leur but est principalement l approvisionnement en eau en période de sécheresse, ainsi que la garantie d un minimum de débit écologique en aval des retenues. La diminution des débits de crue n est que l un des avantages offerts par les retenues. L évacuation de l eau d un volume de stockage avant l arrivée d une crue ne peut être autorisée que dans le cas où un service fiable de prévision hydrologique est assuré, garantissant que le volume de stockage sera à nouveau rempli à la fin de la crue. Lorsqu un volume de rétention est réservé dans un réservoir, il doit, bien sûr, être disponible en permanence pour la transformation de la crue. Des opérations d entretien avant l arrivée d une crue sont gérées sur la base d un service de prévision en conformité avec les règlements d entretien. Au cours de la crue, les décisions se prennent sur la base de l évaluation de la situation hydrologique et selon les propositions et exigences émanant des discussions des commissions de crues ; ces décisions entrent également dans le cadre des règlements d entretien des ouvrages hydrauliques. Des actions de gestion d urgence ne sont autorisées que dans le cas où l état d urgence est déclaré. L Institut hydrométéorologique tchèque contrôle le réseau de l État pour la surveillance de la qualité de l eau dans les cours d eau et les eaux souterraines. Durant une crue, un régime de surveillance d urgence est activé, auquel les entreprises de Povodi participent également. Il surveille les profils de consommation fondamentaux à proximité de sources d eau potable situées en aval de points possibles de contamination et à l exutoire du bassin, ainsi qu un système de mesures d alerte. Il comprend également la détermination des entités chargées de lancer des avertissements en temps opportun et la fourniture de mesures correctives. 196

degrees of flood activity. Water stage gauging stations in reporting profiles of A categories were equipped, one by one, with automatic transfers of data to the operating centres of the Czech Hydrometeorological Institute and basin administrators. Also, it is necessary to pay attention to the presentation of information from the warning and forecasting service on the internet including information on precipitation and flood forecasts. Presented information is for example: discharges and water levels in reporting profiles, inflows and outflows from the dam reservoirs, water levels in reservoirs, available storage volume in reservoirs, relation all of these data to the degrees of flood activity and to the flood intensity. 3.2. Influence on the Situation of Hydraulic Structures, Decisive Handling Operations, Security Survey and Supervision All the hydraulic structures managed by Povodí Vltavy, státní podnik (dams, weirs, dikes) are maintained in working order thanks to a sophisticated system of security survey and supervision, maintenance, renovations and repairs. Following previous flood situations, all the hydraulic structures undergo inspections and all defects and deficiencies ascertained are removed in such a way as to ensure the safe operation of all the hydraulic structures. All the hydraulic structures have executed handling and operating regulations and programmes of security survey and supervision. Most of the #hydraulic structures are operated as multi-purpose hydraulic structures. Their purpose is mainly securing the requirements for water supply in dry periods, including the securing of minimum ecological discharges in the course below reservoirs. Decreasing flood flows is only one of the benefits provided by the reservoirs. Discharging water from a storage space in advance of the arrival of a flood can only be permitted in the event that a reliable forecasting hydrological service is secured, guaranteeing that the storage space will be refilled at the end of the flood. Where a retention space is reserved in a reservoir it is, of course, permanently available for the transformation of the flood. Handling operations before a flood are managed on the basis of a forecasting service in accordance with handling regulations; in the course of the flood on the basis of the evaluation of the hydrological situation and proposals and requirements from discussions of flood commissions, also within the framework of the handling regulations of the hydraulic structures. Emergency handling actions are only permissible in the event that a state of emergency is declared. The Czech Hydrometeorological Institute controls the state monitoring network of monitoring the quality of water in courses and underground water. At the time of a flood a regime of emergency monitoring is set in which the enterprises of Povodí also take part; it monitors fundamental consumption profiles near sources of drinking water, below possible sources of contamination and in the basin mouth, and a system of warning measures arising therefrom, including the determination of entities responsible for timely warning and the provision of corrective actions. 197

3.3. Activités des centres de contrôle et de gestion de l eau et des commissions de crues La prévision de survenance d un possible risque d inondation et la mise au courant subséquente des autorités de contrôle des crues par l Institut hydrométéorologique tchèque et les administrateurs de cours d eau ont une grande influence sur la gestion et la mise en œuvre d actions de prévention rapides visant à atténuer les conséquences de la crue. Les organes de crise et de lutte contre les inondations répondent à la survenance d une situation de crue dan toutes les zones touchées par cette crue ; ils tiennent pour ce faire des réunions et séance régulières. La communication a alors lieu avec les unités du système de sauvetage intégré, ce qui conduit à une solution satisfaisante permettant de maîtriser les situations qui se présentent. Comparées aux crues des années précédentes, les conséquences négatives pour la santé et la vie sont à la baisse; le nombre de personnes sauvées est inférieur grâce à une meilleure prise de conscience des habitants, l utilisation d Internet et la volonté des habitants de s adapter aux exigences et recommandations des unités de crise et des systèmes de sauvetage. En réponse au développement d une menace de crue, les commissions de crues des municipalités et des régions sont activées pour accomplir les tâches en rapport avec les régimes de crue. En vue d une escalade possible de la situation de crue sur le territoire de certaines régions et la nécessité d y faire face par des mesures de crise, les commissaires de ces régions peuvent décréter, un par un, les états de danger dans la zone menacée de la région, en conformité avec les dispositions de la loi n 240/2000 Coll., sur la gestion de crise. Le gouvernement de la République tchèque déclare par la suite un état d urgence pour le territoire de davantage de régions. 3.4. Impact sur la population et dégâts dus aux crues Des résumés des degrés d activité de crue déclarés et des états de crise traités par les organismes individuels contribuent à la description et à l évaluation de l activité du système de contrôle intégré. Le tableau d ensemble nécessaire pour évaluer la fonctionnalité du système de contrôle intégré est complété par un aperçu des principaux événements et des situations de crise qui ont été traitées au cours de la crue. L évaluation finale du déroulement d une situation d inondation particulière et de l efficacité des activités des différentes entités de protection contre les crues est traitée dans un rapport de synthèse sur la crue. Le rapport de synthèse sur une crue est un document qui traite de façon exhaustive des causes, du déroulement, des implications et des conséquences de cet événement. Le rapport sur la crue est élaboré en conformité avec les dispositions de la loi n 254/2001 Coll. Sur l eau. Cette loi prescrit l obligation faite aux autorités de contrôle des crues d évaluer la situation de crue dans le mois suivant la fin de la crue. L administrateur du bassin de la Vltava rédige un rapport de synthèse sur la base de documents d information de l entreprise d État Povodi Vltavy, d autres administrateurs de cours d eau mineurs, de l Institut hydrométéorologique tchèque et des autorités de contrôle des crues des municipalités. Le rapport est ensuite soumis aux différentes autorités de contrôle des crues des régions et au ministère de l Environnement. 198

3.3. Activity of Water-Management Control Centres and Flood Commissions Forecasting the occurrence of possible flood danger and subsequent timely awareness of flood control authorities on the part of the Czech Hydrometeorological Institute and administrators of water courses have a great influence on the management and implementation of preventive and expedient actions to mitigate the consequences of a flood. Flood control and crisis bodies respond to the occurrence of a flood situation in all areas affected by a flood; they hold regular meetings, sessions and communication takes place with units of the Integrated Rescue System, which leads to a successful solution for situations that arise. Compared to the floods from previous years, the consequences for health and lives are decreasing; the numbers of persons being rescued are lower thanks to better awareness of the inhabitants, the use of the internet and the willingness of the inhabitants to adapt themselves to the requirements and recommendations of units of both crisis and rescue systems. In response to the development of a flood threat, flood commissions of municipalities and regions are activated to fulfil tasks arising from flood plans. In view of an escalation of the flood situation in the territory of some regions and the need to handle it by means of crisis measures, the commissioners of such regions may declare, one by one, states of danger in the threatened area of the region, in accordance with the provisions of Act No. 240/2000 Coll., on crisis management. The government of the Czech Republic subsequently declares a state of emergency for the territory of more regions. 3.4. Impacts on the Population and Flood Damage Summaries of declared degrees of flood activity and crisis states processed by individual bodies contribute to the description and evaluation of the activity of the integrated control system. The overall picture necessary for evaluating the functionality of the integrated control system is supplemented by an overview of main events and crisis situations that were dealt with in the course of the flood. The final evaluation of the course of a particular flood situation and the efficiency of the activities of individual flood protection entities is dealt with by a summary report on the flood. The summary report on the flood is a document that deals comprehensively with the causes, course, implications and consequences of a specific flood. The report on the flood is elaborated in conformity with the provisions of Act No. 254/2001 Coll., on water. The said act regulates the duty of flood control authorities to evaluate the flood situation within one month of the end of the flood. The administrator of the Vltava basin executes a summary report using background documents of the state enterprise Povodí Vltavy, other administrators of minor water courses, the Czech Hydrometeorological Institute and flood control authorities of municipalities in the process. The report is submitted to the individual flood control authorities of regions and to the Ministry of the Environment. 199

Par la suite, un rapport d évaluation sommaire des autorités de contrôle des crues des régions est rédigé sur la base de documents de référence de participants individuels en matière de protection contre les crues (propriétaires des terrains et structures situés dans une zone inondable, autorités de contrôle des crues des municipalités, municipalités ayant des compétences étendues, propriétaires d ouvrages hydrauliques, administrateurs des cours d eau et administrateurs de bassin). Ce rapport contient également une analyse de l étendue et du montant des dommages dus aux crues et la détermination des mesures prises. Une activité importante après les crues est l enregistrement des niveaux maximaux atteints sur le territoire et leur marquage permanent directement sur les structures existantes. Cela conduit, entre autres, à sensibiliser davantage la population du risque d inondation, même dans une période où les conditions hydrologiques sont moyennes ou inférieures à la moyenne, et durant laquelle la vigilance et la responsabilité de la population diminue. Dans la période qui suit immédiatement le point culminant d une crue, toutes les entité concernées conduisent des inspections et enregistrent les dégâts dus à la crue. Dans le cas où une crue extraordinaire se produit, que ce soit en termes d intensité du débit ou de l étendue du territoire affecté, des titres de subventions d État sont activés pour éliminer les conséquences de crues dans les zones touchées, ou éventuellement des titres de subvention pour de nouvelles mesures de protection contre les crues. Des dispositions législatives plus détaillées et systémiquement liées concernant la préparation de mesures de protection permanentes de prévention doivent servir à davantage d entités. La responsabilité concernant la préparation de mesures préventives de protection est imposée aux municipalités et aux régions ; la responsabilité directe des entités menacées pour leur propre protection et pour son financement est relevée et soulignée. En outre, il est nécessaire d adapter les règles budgétaires pour financer les municipalités et les régions dans la mise en œuvre des obligations ainsi imposées. 4. LA CRUE DE MARS 2006 4.1. La situation hydrométéorologique durant la crue Après une longue période froide durant l hiver 2005/2006 et une relativement forte couverture de neige, la fonte de la neige à fin mars 2006 fut accompagnée de fortes pluies. Le contenu en eau de la neige des zones montagneuses ne battit aucun record, mais se trouva souvent combinée aux quantités les plus élevées de neige observées à des altitudes moyennes, et ceci pratiquement sur tout le territoire de la République tchèque ; les réserves totales de neige furent dès lors les plus élevées en 50 ans. La quantité totale d eau contenue dans la neige était d environ 2 milliards de m3 dans le bassin versant de la ville de Prague lorsque la fonte de neige commença à s intensifier. Le volume de rétention de la Vltava dans la cascade de retenues est en revanche inférieur à 100 millions de m 3... Durant la crue de 2006 l eau, provenant non seulement de la fonte des neiges, mais également de la pluie, s écoula dans les ruisseaux dans des conditions où, en particulier à des altitudes moyennes, le sol était 200

Subsequently, a summary evaluation report of flood control authorities of regions is executed on the basis of background documents of individual participants in protection against floods (owners of land and constructions that are situated in a flood area, flood control authorities of municipalities, municipalities with extended competence, owners of hydraulic structures, administrators of water courses and basin administrators). This report also contains an analysis of the extent and amount of flood damage and the purposefulness of measures taken. An important activity after floods is recording the maximum levels of high water reached in the territory and their permanent marking directly on structures in the landscape. This leads, among other things, to heightened awareness of the population of the possibility of flood danger even in a period when the hydrological conditions are average to below average and the vigilance and responsibility of the population decreases. In the period immediately after the culmination of a flood all entities concerned conduct inspections and record flood damage. In the event that an extraordinary flood occurs, whether in terms of the intensity of the discharge or the extent of the territory affected, state grant titles are activated for removal of the consequences of the floods for affected areas or possibly grant titles for new measures of flood protection. More detailed and systemically interlinked legislative regulations of the process of the preparation of permanent preventive protective actions must serve for more entities. The responsibility for the preparation of preventive protective actions is imposed on municipalities and regions but with the direct responsibility of threatened entities for their own protection and for its funding being observed and emphasized. Also, it is necessary to adapt budgetary rules for financing municipalities and regions to duties thus imposed. 4. FLOOD IN MARCH 2006 4.1. Hydrometeorological Situation during the Flood Following a long cold period of the winter of 2005/2006 with relatively high snow cover, which kept up until March, there was melting of snow at the end of March 2006, which was accompanied by heavy rains. The snow-water content recorded in mountainous areas was not record-breaking but in combination with often the highest observed values at medium altitudes, virtually in the entire territory of the Czech Republic, the total reserves of snow were the highest in 50 years. The total amount of water in snow was about 2 milliards m 3 in the catchment area above the city Prague when the intensive melting of snow started. The retention volume of Vltava cascade reservoir is less than 100 million m 3. Water, not only from melting snow but also from rainfall flowed into streams, namely in conditions where particularly at medium altitudes frozen ground was still present in some places. In addition, a fresh breeze accelerated the melting of the snow and a 201

encore gelé en maints endroits. En outre, une brise soutenue accéléra la fonte de la neige et une quantité importante de nuages empêchant le rayonnement thermique maintint une fonte rapide, même de nuit. Près de 40 à 60 mm de précipitations tombèrent durant la période du 25 mars au 3 avril 2006. À la suite de ces précipitations intenses et de la fonte des neiges, des augmentations de niveau se produisirent dans les cours d eau, en particulier dans la région du bassin de la Haute Vltava et du bassin de la Sázava. Dans le bassin de la Haute Vltava, la progression la plus marquée de la crue se produisit sur la Lužnice et ses affluents (débit de crue approximativement cinquantenal). L avancement de la crue fut affecté par le fort débordement de la Sázava dans toute la région, où des débits de pointe cinquantenaux furent atteints. Le caractère de cette crue différa considérablement de celui de plusieurs événements antérieurs par le fait que les débits de pointe des cours d eau n atteignirent pas, à l exception des sections supérieures, des valeurs maximales, mais que les volumes des ondes de crue furent immenses, grâce à une fonte intensive progressive de la couverture de neige aux altitudes moyennes et supérieures. Seul un débit de retour de deux à cinq ans a été enregistré dans la ville de Prague sur la Vltava, où la valeur de 1 500 m 3 /s ne fut pas dépassée ; ceci marque une limite où l activité de la crue atteint le troisième degré et implique des restrictions considérables dans le fonctionnement de la ville. Des mesures de protection contre les Inondations peuvent certes protéger la ville jusqu à un débit de près de 5 000 m 3 /s, mais elles limitent et compliquent les opérations, non seulement dans le centre, mais dans toute la ville de Prague. Ceci fut maîtrisé, dans une large mesure, par l effet de transformation de la cascade de la Vltava, qui a été gérée tout au long de l hiver compte tenu de la hauteur mesurée de la couverture de neige. Cette manière d intervention et de contrôle de la crue sur les cours d eau en aval des grands barrages a également influencé l évolution de la crue sur l Elbe en aval du confluent avec la Vltava ; l intervalle de récurrence du débit de pointe n y a pas atteint dix ans. La progression relativement modérée de la crue est le résultat de la coopération des centres de contrôle des bassins individuels, qui ont influencé, dans la mesure de leurs possibilités, les temps d écoulement du débit de pointe à l exutoire de la Vltava. Cette intervention a également eu des retombées favorables chez nos voisins allemands, principalement à Dresde et dans d autres villes proches de la frontière. 4.2. Influence des structures hydrauliques sur la situation, actions décisives d exploitation, enquête de sécurité et supervision Durant l hiver, le personnel gérant l eau a commencé à abaisser les niveaux d eau dans les retenues des barrages de la cascade de la Vltava suffisamment à l avance et à libérer ainsi une partie des volumes de stockage pour les crues potentielles du printemps. Compte tenu de la couverture de neige considérable, même à des altitudes moyennes, il a été également décidé de réduire en partie le niveau du plus important réservoir d approvisionnement en eau, Želivka sur la Sázava, en veillant à ce que l approvisionnement en eau ne soit pas menacé en quantité ni en qualité. La condition préalable à cette décision fut de disposer d un service fiable de prévisions, et donc d avoir la certitude que les volumes laissés vacants seraient à nouveau remplis à temps. 202

high amount of clouds preventing heat radiation maintained rapid melting even at night. Almost 40 60 mm of precipitation fell on the surface in the period from 25 March 2006 to 3 April 2006. As a consequence of intensive rainfall and snow melting, there were increases in the levels of water courses, namely in the area of the basin of the Upper Vltava and the basin of the Sázava. Of the basin of the Upper Vltava, the most marked progress of the flood was on the Lužnice and its tributaries (roughly fifty-year flood discharge). The progress of the flood was also affected by the heavy overflowing of the Sázava throughout the area, where peak discharges were reached with a recurrence interval of more than 50 years. The character of this flood differed markedly from a number of past floods by the fact that the peak discharges on water courses did not reach, with the exception of upper sections, maximum values in terms of n-year occurrence but the volumes of the flood waves were huge thanks to gradual intensive melting of the snow cover at medium and upper altitudes. Only a two-year to five-year discharge was recorded in the city of Prague on the Vltava with a discharge of 1 500 m 3 /s not being exceeded; this is a limit for flood activity to reach the third degree and related considerable restrictions in the running of the city. Flood protect measures can protect the city till the discharge almost 5 000 m 3 /s, but they restrict and complicate the operation not only in the centre of town, but in all Prague. This was contributed to, to a great extent, by the transformation effect of the Vltava Cascade, which was managed throughout the winter considering the measured height of snow cover. This manner of handling and control of the flood on lower courses below larger dams also influenced the progress of the flood on the Elbe downstream of the confluence with the Vltava, and the recurrence interval of the peak discharge did not reach 10 years. The fairly moderate progress of the flood was a result of the co-operation of the control centres of individual basins, which influenced within their possibilities the times of flow of the peak discharge into the mouth of the Vltava. This handling also showed favourably in neighbouring Germany, mainly in Dresden and other towns near the border. 4.2. Influence on the Situation by Hydraulic Structures, Decisive Handling Operations, Security Survey and Supervision In connection with the course of the winter, water management staff began to lower water levels in the dam reservoirs of the Vltava Cascade sufficiently in advance and to vacate parts of the storage spaces for potential spring floods as well. In view of the considerable snow cover even at medium altitudes it was also decided to partly lower the level in the most significant water-supply reservoir, Želivka on the Sázava, so that the supply of water was not threatened in quantity or quality. The prerequisite condition for this decision was a reliable forecasting service, and thus the certainty that the vacated spaces would be reliably filled. 203

Les interventions se déroulèrent dans un esprit de coopération mutuelle sur l ensemble des ouvrages hydrauliques de la cascade de la Vltava pendant la crue, afin que la capacité libre des retenues soit utilisée au maximum pour la transformation des affluents de la crue. La plus grande influence fut exercée par les structures hydrauliques Lipno I et Orlík, qui ont une capacité de rétention réservée importante. Les interventions sur les ouvrages hydrauliques conduisirent à augmenter progressivement l écoulement jusqu à ce qu il atteignît le point culminant dans les sections inférieures des cours d eau en aval des retenues, ce qui influença favorablement le cours de l onde de crue. Un débit d écoulement inoffensif fut maintenu à l aval des ouvrages hydrauliques de la cascade de la Vltava ; les conséquences de la crue et les dégâts dus aux eaux ont de fait été réduits non seulement sur la Vltava, mais aussi sur l Elbe en République tchèque et en Allemagne. Une situation d exploitation normale fut maintenue sur tous les barrages mobiles de la voie navigable de la Vltava avant l arrivée de la crue, et toutes les opérations se déroulèrent conformément à la réglementation en vigueur. Après que les limites fixées dans les plans d inondation furent atteintes, la navigation dans la voie de navigation de la Vltava fut suspendue et, dans le cadre des mesures de contrôle des crues, les employés de Vltavy Povodi fermèrent quatre vannes de crue. Toutes ces structures furent actionnées en temps opportun et de manière fiable. Lors de l inondation de 2006, une surveillance de sécurité et des contrôles furent réalisées en continu sur les ouvrages hydrauliques, qui furent fortement sollicités dans le transfert des débits de crue. Ceci fut fait en fonction de l évolution de la situation hydrologique, en conformité avec les programmes en vigueur et suivant les instructions en vigueur des responsables de la surveillance et des contrôles.. La période de plus haute charge des ouvrages hydrauliques dura cinq à dix jours ; les paramètres de dimensionnement ne furent toutefois ni atteints ni dépassés en aucun endroit. Cependant, pour plusieurs structures, le niveau maximum depuis leur construction a été atteint (par exemple: réservoir d approvisionnement en eau de Želivka). Les responsables de la surveillance et des contrôles menèrent, conformément à un accord rapide, des inspections de certaines structures hydrauliques après la crue, en conformité avec la loi n 254/2001 Coll. Sur l eau. Il a été indiqué que, pendant et après le passage de la crue, les ouvrages hydrauliques touchés par les inondations restèrent opérationnels et en bon état. 4.3. Activité des centres de contrôle et de gestion de l eau et des commissions de crues Les employés du centre de contrôle de gestion des eaux de la centrale Povodi Vltava à Prague et des centres de contrôle régionaux de Plzenˇ et České Budeˇjovice participèrent au contrôle de la situation de crues. En fonction des prévisions de la CHMI et de l évolution de la situation de la crue, des mesures furent prises afin d assurer une surveillance accrue de la situation hydrologique effective ; en même temps, tout le personnel d exploitation et les agents des ouvrages hydrauliques furent avertis de l éventualité de l apparition d une situation de crue. Parallèlement, sur la base des prévisions de précipitations, de température, de la situation hydrologique et du niveau de remplissage des réservoirs individuels, des opérations de manutention furent engagées sur les ouvrages hydrauliques de manière à utiliser au maximum leur volume libre. Puis, dans le courant de la crue, des informations furent reçues dans tous les centres de contrôle de Vltavy Povodi en provenance de 204

Handling operations were taking place in mutual co-operation on all the hydraulic structures of the Vltava Cascade during the flood in order that the free capacity in the reservoirs was utilized to a maximum extent for the transformation of flood tributaries. The biggest influence was exerted by the hydraulic structures Lipno I and Orlík, which have a significant retention capacity reserved. Handling operations on the hydraulic structures led to the runoff being increased gradually until it reached culmination in the lower sections of the courses below the reservoir, thereby favourably influencing the course of the flood wave. Harmless runoff was kept below the hydraulic structures of the Vltava Cascade and thus the consequences of the flood and flood damage were reduced not only on the Vltava but also on the Elbe in the Czech Republic and Germany. A normal operating situation occurred on all movable weirs of the Vltava waterway before the arrival of the flood, and all handling operations were taking place according to valid handling regulations. After the limits determined in the flood plans were reached, navigation in the navigation route on the Vltava was stopped and, as part of flood control measures, workers of Povodí Vltavy, státní podnik closed four floodgates. All the weirs were tilted in a timely and reliable manner. During the flood of 2006, security survey and supervision was performed continuously on hydraulic structures that were highly stressed in transferring flood discharges, in accordance with valid programmes of security survey and supervision and according to the current instructions of chief workers of security survey and supervision depending upon the development of the hydrological situation. The period of the highest load of the hydraulic structures lasted five to ten days; the design parameters were neither reached nor exceeded in any of them. However, at several of them the maximum level for the period of their existence was reached (for example: Želivka water-supply reservoir). Competent chief workers of security survey and supervision conducted, according to an expeditious agreement, check inspections at selected hydraulic structures after the flood in conformity with Act No. 254/2001 Coll., on water. It was stated that both during and after the passage of the flood the hydraulic structures affected by the flood were operational and in a safe condition. 4.3. Activity of Water-Management Control Centres and Flood Commissions Workers of the central water-management control centre of Povodí Vltava in Prague and of regional control centres in Plzenˇ and České Budeˇjovice participated in the control of the flood situation. Based on the forecasts of the CHMI and the progress of the flood situation, measures were taken for heightened monitoring of the current hydrological situation and, simultaneously, all operating staff and attendants of hydraulic structures were warned of the possibility of the occurrence of a flood situation. Concurrently, on the basis of forecasts of precipitation, temperatures, hydrological situation and the level of filling of individual reservoirs, handling operations were commenced on hydraulic structures so as to utilize their free space to the maximum extent. Then in the course of the flood, information was received at all control centres of Povodí Vltavy from the whole Vltava basin and information reports were issued daily on schedule, which were sent to flood control 205

l ensemble du bassin de la Vltava. Des rapports d information furent publiés quotidiennement selon un horaire et envoyés aux autorités de contrôle des crues et aux institutions administratives de l État. Ces rapports d information furent également publiés de façon continue sur le site Internet de Vltavy Povodi. Quelque 103 rapports d information réguliers furent émis au total durant la crue. Après que le deuxième degré d activité de crue fut atteint dans la plupart des sections de jaugeage, les commissions de crues des municipalités ayant une compétence élargie commencèrent leur activité ; elles se saisirent du contrôle de la crue dans chaque municipalité, permettant ainsi l accélération et l amélioration de la communication et de l organisation de la sécurité durant le passage de la crue. La poursuite du développement des crues nécessita l activation subséquente des quatre commissions de crues des régions et la déclaration d un état de danger pour le territoire des régions de Bohême du Sud et de Bohême centrale. Des employés de Povodi Vltavy travaillèrent activement dans toutes les commissions de crues ; ils fournirent la mise à jour des informations sur l évolution de la situation hydrologique, ce qui aida les autorités de contrôle des crues à prévoir la situation dans les zones touchées. Des valeurs de débits constamment mises à jour à certains profils individuels sur les cours d eau et des données sur les niveaux dans les retenues gérées par Povodi Vltavy furent publiées sur le site Web de Povodi Vltavy. Dans le même temps, Povodi Vltavy publia sur Internet à intervalles horaire les données les plus récentes sur le niveau de l eau dans les retenues d eau principales de son administration. Par rapport aux inondations précédentes, seuls de rares échecs se produisirent en mars 2006 dans l observation continue des niveaux d eau, grâce notamment à des modifications apportées à la construction des stations hydrométriques après la crue de 2002 et à un changement dans la technologie de transfert des données (GSM, GPRS), en comparaison avec le transfert effectué auparavant sur des lignes fixes. La fourniture d informations aux autorités de contrôle des crues, en particulier par l intermédiaire des représentants de Povodi Vltavy dans ces commissions, fit partie intégrante du service d information fourni par les centres de contrôle de gestion des eaux. Un grand nombre de requêtes téléphoniques au sujet de la situation de crue trouvèrent réponse non-stop 24 heures par jour, à la fois pour les utilisateurs individuels de cours d eau et pour le public en général. Outre l activité des centres de contrôle de gestion des eaux, la situation de la crue fut surveillée et évaluée en permanence par le personnel d exploitation des Povodi Vltavy, qui fut en cas de besoin à même de résoudre rapidement toutes les situations qui se posèrent directement dans les zones touchées ; ces personnes fournirent des informations de terrain aux centres de contrôle et participèrent activement à l activité des autorités compétentes de contrôle des crues. En cas de besoin, les employés de Vltavy Povodi commencèrent immédiatement des travaux de sécurisation, ainsi que le requérait la situation des inondations. Les décisions les plus importantes et complexes au cours de cette crue furent celles concernant la gestion de l exploitation sur les retenues de la cascade de la Vltava, afin que le débit de 1 500 m 3 /s ne soit pas dépassé en ville de Prague. Ce débit est relativement inoffensif pour Prague. Atteindre ce débit, selon les plans de crues y relatifs, commande la mise en œuvre d importantes mesures de lutte contre les 206

authorities and state administration institutions. These information reports were continuously published also on the website of Povodí Vltavy, státní podnik. 103 regular information reports were issued in total during the flood. After 2nd degrees of flood activity were reached in most gauging sections, the flood commissions of municipalities with extended competence commenced activity; they took over control of the flood from individual municipalities, thereby enabling the acceleration and improvement of communication and organization of security works during the passage of the flood. Further development of the flood situation required the subsequent activation of 4 flood commissions of regions and the declaration of a state of danger for the territory of the South Bohemian and Central Bohemian Regions. Working actively on all flood commissions were workers of Povodí Vltavy, who provided up-to-date information on the development of the hydrological situation, which helped the flood control authorities foresee the situation in affected areas. Up-to-date values of the discharges in individual profiles on water courses and data on the levels in reservoirs managed by Povodí Vltavy were published on the website of Povodí Vltavy. At the same time, Povodí Vltavy was publishing on its website current data on the water level in main water reservoirs in its administration in 1-hour intervals. Compared to previous floods, only rare failures occurred in the March of 2006 in the continuous observation of water stages, namely thanks to construction modifications made to water stage gauging stations after the flood in 2002 and a change in the data transfer technology (GSM, GPRS) in comparison with transfer via fixed lines in the past. The provision of information to flood control authorities, especially via representatives of Povodí Vltavy on these commissions, was an integral part of the information service provided by water-management control centres. A great number of phone queries about the flood situation were answered during non-stop 24-hour service, both to individual users on water courses and to the public. Besides the activity of water-management control centres, the flood situation was also constantly monitored continuously and evaluated by the operating staff of Povodí Vltavy, státní podnik, who when needed were promptly solving all situations that arose directly in the affected locations; they provided field information to control centres and they became actively involved in the activity of the relevant flood control authorities. In case of need, workers of Povodí Vltavy immediately started security works as required by the flood situation. The most important and complicated decisions during this flood included making decisions about handling operations on the reservoirs of the Vltava Cascade leading to a discharge of 1 500 m 3 /s not being exceeded in the profile of the city of Prague. This discharge is relatively harmless discharge for Prague. Reaching this discharge, according to relevant flood plans, starts the implementation of significant 207

inondations sur le territoire de la capitale la construction d un ensemble complexe et important de digues mobiles, l interruption partielle du trafic, y compris le fonctionnement du métro dans la partie centrale de la ville, etc. Ces mesures peuvent protéger la ville jusqu à un débit de près de 5 000 m 3 /s, mais elles limitent et compliquent les opérations, non seulement dans le centre, mais dans toute la ville de Prague. Le raffinement de la prévision hydrologique et la possibilité de transformer l inondation dans les volumes de rétention encore libres des retenues ont servi de base à ces décisions. Depuis que les autorités de contrôle des crues sur le cours inférieur de l Elbe ont également été intéressées à ce que ce débit de la Vltava ne soit pas dépassé, une coopération étroite des autorités compétentes de contrôle des crues et d autres unités du système de sauvetage intégré préside au processus de prise de décision. S il n y avait pas eu de Cascade Vltava, le débit aurait en fait été de plus de 2 000 m 3 /s au cours de cette inondation, qui aurait culminé plus tôt à Prague. 4.4. Impacts sur la population et dégâts dus à la crue L impact le plus tragique de la crue du printemps 2006 a été la perte de neuf vies humaines ; il est nécessaire de préciser que la plupart de ces vies furent perdues en raison d un manque humain de prudence et d un excès d audace. En comparaison avec la perte de vies humaines lors des inondations de 2002, qui a fait 19 victimes, et davantage encore en 1997, lorsque le nombre de victimes a atteint 60 vies humaines, ces données sont sensiblement inférieures. Ceci est dû en partie à la plus petite importance de la zone et du point culminant de la crue, mais aussi incontestablement à une meilleure organisation des activités de toutes les unités du système de sauvetage intégré et aux instructions données aux habitants. L évacuation de près de 200 municipalités était envisagée ; l évacuation effective des habitants eut lieu dans 85 municipalités, la plupart du temps uniquement dans certaines parties de celles-ci. Elles concernèrent 13 000 personnes. La crue du printemps 2006 causa des dommages dont le montant global atteint, selon les estimations préliminaires, 200 millions d euros, principalement dans le domaine de l agriculture, auquel la gestion de l infrastructure hydraulique est attribuée. L extension de l inondation fut importante : elle frappa 799 communes dans sept régions, où il fut nécessaire de déclarer l état de danger en vertu de la Loi n 240/2000 Coll. sur la gestion des crises. En vertu de la loi n 12/2002 Coll. sur les aides d État à la reconstruction d une zone touchée par une catastrophe naturelle ou autre, les ressources financières furent garanties pour la fourniture d une aide d État à la reconstruction de la zone touchée par les inondations. La structure des dommages fut diversifiée. Par rapport aux précédentes inondations catastrophiques des années 1997 et 2002, le parc immobilier fut touché dans une relativement faible mesure (8,2 %). Dans l ensemble, les plus gros dégâts furent enregistrés dans les infrastructures de transport (37,1 %) et dans la gestion de l eau (24,6 %). La qualité de l eau dans les cours ou dans des réservoirs ne fut pas affectée. 5. ÉVALUATION DES CRUES, MESURES PROPOSÉES L évaluation finale du déroulement des inondations en mars 2006 et de l efficacité des activités des différentes entités de protection contre les inondations est traitée par un rapport de synthèse sur les inondations en mars 2006. Le rapport 208

flood control measures in the territory of the capital the construction of an intricate and large complex of mobile flood barriers, the partial interruption of traffic including the operation of the metro in the central part of the city and the like. These measures can protect the city till the discharge almost 5000 m 3 /s, but they restrict and complicate the operation not only in the centre of town, but in all Prague. The refinement of a hydrological forecast and the feasible possibility of transforming the flood in the remaining free retention spaces of the reservoirs served as a basis for this decision. Since flood control authorities on the lower course of the Elbe were also interested in this discharge in the Vltava not being exceeded, closely interlinked co-operation of the relevant flood control authorities and other units of the integrated rescue system took place in the decision-making process. The discharge is estimated more than 2 000 m 3 /s during this flood in case of absence Vltava Cascade with earlier culmination in Prague. 4.4. Impacts on the Population and Flood Damage The most tragic impact of the 2006 spring flood was the loss of nine human lives, even though it is necessary to state that most of these victims were lost due to human lack of caution and daring. In comparison with the loss of human lives as a result of the floods in 2002, which claimed 19 victims, and in 1997, when the number of victims reached 60 human lives, these data are substantially lower. This is given partly by the smaller area and culmination extent of the flood but also indisputably by the better organization of activities of all units active in the sphere of an integrated rescue system and by instructions given to the inhabitants. The evacuation of around 200 municipalities was under consideration, the actual evacuation of inhabitants took place in 85 municipalities, mostly only in parts of these and it concerned 13 000 persons. The 2006 spring flood caused damage, the overall amount of which reached, according to preliminary estimates, 200 million euro, mostly in the competence of agriculture, under which water-management infrastructure also falls. The flood was extensive as to area, it hit 799 municipalities and in seven regions it was necessary to declare a state of danger under Act No. 240/2000 Coll., on crisis management. Under Act No. 12/2002 Coll., on state aid in the reconstruction of an area affected by a natural or other disaster, financial resources were secured by this measure for the provision of state aid in the reconstruction of the area affected by the flood. The structure of the damage was diverse. Compared to the previous disastrous floods in the years 1997 and 2002, housing stock was hit to a relatively small extent (8.2%). Overall, the biggest damage was recorded in transport infrastructure (37.1%) and in water management (24.6%). The quality of water in courses or in reservoirs was not affected. 5. EVALUATION OF THE FLOOD, PROPOSED MEASURES The final evaluation of the course of the flood situation in March 2006 and the efficiency of the activities of individual flood protection entities is dealt with by a summary report on the flood in March 2006. The summary report on the flood was 209

de synthèse sur la crue fut rédigé dans les délais et limites prévus par la loi ; sa structure est décrite en général dans le chapitre 4) de ce résumé. En outre, une publication sommaire, Jarní povodenˇ 2006 v České republice («Le déluge du printemps 2006 en République tchèque») auteur : l Institut de Recherches Hydrauliques de Prague, de même qu un certain nombre de rapports partiels et divers matériels furent produits. Une documentation détaillée de l inondation fut réalisée et, compte tenu de l ampleur de cette inondation, un titre de subvention d État fut décrété pour l élimination des conséquences de la crue du printemps 2006 sur les ouvrages de gestion des eaux. Divers travaux d élimination des dégâts causés par la crue aux cours d eau et aux ouvrages hydrauliques se poursuivirent jusqu en 2008. Les plus hauts niveaux d eau atteints furent soigneusement documentés directement sur le terrain ; ils furent géodésiquement localisés et marqués à des endroits visibles, avec des tableaux permanents permettant une prise de conscience des experts de la gestion des eaux et des résidents. Des mesures proposant d autres activités dans le domaine de la prévention contre les crues sont présentées dans la conclusion du rapport de synthèse sur l inondation de mars 2006. En général, il est possible de dire que, après les inondations catastrophiques de 1997 et 2002, un grand pas en avant a été fait dans le domaine de la prévention des inondations, la protection et le système de sauvetage intégré. Aujourd hui, de nombreuses mesures proposées sont encore en vigueur. De celles-ci, les recommandations suivantes peuvent être extraites: continuer le programme à long terme de prévention en matière de protection contre les inondations et mener à bien la partie principale des mesures structurelles d ici 2012 ; continuer les interventions visant à accroître les possibilités de retenir l eau sur un territoire, s efforcer de changer la structure de l utilisation de lopins de terrain aux endroits présentant les débits les plus élevés ; modifier l utilisation des plaines alluviales, arrêter la construction dans ces zones ; augmenter encore sensiblement le rôle de l aménagement du territoire et des règlements de construction dans les plaines alluviales ; poursuivre l exécution et la mise à jour des plans d inondations des municipalités et des unités supérieures, se concentrer sur les endroits critiques à la fois le long des cours d eau et dans les villages / villes ; mettre à jour les règlements d exploitation des ouvrages hydrauliques, rechercher les possibilités d accroissement des volumes de rétention des retenues existantes, afin d évaluer les possibilités d exploitation permettant la transformation d une onde de crue, même dans les étangs et les réservoirs d approvisionnement en eau, à condition de préserver la qualité de l eau et la couverture des besoins en eau ; classer absolument la production d électricité parmi les entités à protéger contre les inondations ; continuer à augmenter le degré de sécurité de l interconnexion et la fonctionnalité des systèmes d information entre toutes les unités d exploitation dans le système de protection contre les inondations ; 210

executed within the deadlines and to the extent provided by law, and its structure is described in general in Chapter 4) hereof. In addition, a summary publication, Jarní povodenˇ 2006 v České republice ( The 2006 Spring Flood in the Czech Republic ) author: Water Research Institute of Prague, and a number of partial reports and materials were processed. Detailed documentation of the flood damage was carried out, and in view of the extent of this flood a state grant title was approved for removal of the consequences of the 2006 spring flood in water-management property. Works on the elimination of the flood damage to water courses and hydraulic structures may continue until 2008. The highest levels reached were carefully documented directly in the terrain; they were geodetically surveyed and marked at visible places with permanent boards for the awareness of water management experts as well as the residents. Listed at the conclusion of the summary report on the flood in March 2006 are proposed measures for further activity in the sphere of prevention against floods. In general, it is possible to say that a big step forward has been taken in the area of flood prevention, protection and integrated rescue system since the disastrous floods of 1997 and 2002, and today a number of measures proposed then remains in force. From these, we extract: to continue in the long-term programme of prevention in protection against floods and to complete the main part of the structural measures by 2012; to continue with interventions leading to an increase in the retention of a territory, to strive for a change in the structure of utilization of plots of land in locations with the highest runoff; to change the utilization of alluvial plains, to stop construction in these areas to be substantially further increasing the role of land-use planning and building regulations in flood lands; to continue executing and updating flood plans of municipalities and higher units, to focus on critical places both on a water course and in villages/towns; to update the handling regulations of hydraulic structures, to seek possibilities of increasing the existing retention spaces of reservoirs, to assess the possibilities of handling operations for the benefit of the transformation of a flood wave even on ponds and water-supply reservoirs on condition of preserving the quality and degree of meeting the demands for water; power must be clarified absolutely clearly among flood protection entities; to continue to increase the degree of security of the interconnection and functionality of information systems between all the units operating in the flood protection system; 211

organiser des exercices réguliers d inondation et la formation des participants à la protection contre les inondations, utiliser les conclusions de ces séances d entraînement pour améliorer encore les activités dans ce domaine, afin de limiter le cumul des fonctions des participants à la protection contre les inondations, qui conduit à une limitation de la célérité des activités ; étendre le système de surveillance de la sécurité et de contrôle des barrages importants aux ouvrages hydrauliques plus petits, vérifier la capacité de leurs organes d évacuation après une crue et procéder à des réhabilitations (si nécessaire) conduisant à augmenter la capacité et la sécurité des ouvrages hydrauliques après une crue ; travailler à l amélioration des prévisions météorologique et hydrologique à long terme, rechercher des méthodes pour améliorer les prévisions de débits, afin de permettre aux autorités de préparer à temps le contrôle des crues ; poursuivre la construction de nouvelles stations hydrométriques avec mesure automatique et transmission en fonction des besoins des participants au service des crues, faire usage d Internet, de services mobiles et d autres moyens modernes d information. Un certain nombre d institutions et d organismes à vocation spéciale se sont impliqués dans le système de lutte contre les inondations dans le cadre de la crue les autorités de contrôle des crues des municipalités, des municipalités ayant une compétence élargie, des régions, des employés des ministères, des administrateurs de bassins, des administrateurs de cours d eau, des propriétaires d ouvrages hydrauliques, l Institut hydrométéorologique tchèque, la brigade d incendie et de secours, la police et l armée de la République tchèque. Sur la base de cette coopération large et bien conçue, le transfert universel et immédiat d information a été réalisé, et les activités de sécurité ont pu être dirigées vers des endroits spécifiques. Cela a conduit à limiter l inondation de façon marquée et à réduire les dégâts dus aux inondations sur les territoires de la République tchèque et de l État voisin. La transformation de la crue dans les retenues individuelles et le contrôle systématique des débits s en échappant fut, dans le cas d une crue ce cette ampleur, un élément important dans le système de protection contre les inondations. 6. RÉFÉRENCES Evaluation of the disastrous flood in August 2002 Ministry of the Environment of the Czech Republic Report on the flood in March 2006 Povodí Vltavy, státní podnik (Vltava Basin, state enterprise) The 2006 spring flood in the Czech Republic TGM Water Research Institute Prague 212

to hold regular flood exercises and training of participants in flood protection, to utilize the conclusions thereof for further improvement of activities in this area, to limit the accumulation of functions of flood protection participants that leads to limitation of the expeditiousness of the activities; to transfer the system of security survey and supervision at significant dams also on the level of smaller hydraulic structures, to address the verification of the capacity of their outlet structures after a flood and to carry out renovations (if needed) leading to the capacity and safety of hydraulic structures after a flood being increased; to work on improving the long-range meteorological and hydrological forecast, to seek methods for improving forecasts of discharges with the aim of timely preparation of the flood control authorities; to continue building further gauging stations with automatic measuring and transmission according to the needs of flood service participants, to make use of the internet, mobile services and other modern information means. A number of institutions and special-purpose bodies became involved in the flood control system in the course of the flood flood control authorities of municipalities, of municipalities with extended competence, of regions; workers of ministries, basin administrators, administrators of water courses, owners of hydraulic structures, the Czech Hydrometeorological Institute, the Fire and Rescue Brigade, the Police of the Czech Republic, the Army of the Czech Republic. Based on this broad, well-thought-out co-operation, the goal-directed and universal transfer of current information was secured, and security activities being carried out were directed to particular places. This led to the negative consequences of the flood being markedly restricted and to the flood damage in the territory of our state and the neighbouring state being reduced. The transformation of the flood in individual reservoirs and the systematic control of flow from them was, in the case of a flood of such an extent, a significant element in the flood protection system. 6. REFERENCES Evaluation of the disastrous flood in August 2002 Ministry of the Environment of the Czech Republic Report on the flood in March 2006 Povodí Vltavy, státní podnik (Vltava Basin, state enterprise) The 2006 spring flood in the Czech Republic TGM Water Research Institute Prague 213

ANNEXE 2 ÉTUDE DE CAS LA RIVIÈRE KITAKAMI AU JAPON 1. INTRODUCTION, Caractéristiques du bassin versant de Kitami 1.1. Caractéristiques topographiques Le rivière Kitakami a sa source sur la montagne Kitakami, dans la préfecture d Iwate, dans le nord du Japon. La rivière coule du nord au sud en passant par le centre de la préfecture d Iwate et s écoule depuis Kozenji au travers d une gorge étroite dans une plaine de la préfecture de Miyagi, comme le montre la Fig. 1. Le fleuve Kitakami, plus grand fleuve de la région de Tohoku, mesure 249 km de long; son bassin versant compte 10 150 km 2. Le bassin fluvial s étend du nord au sud, selon une forme presque rectangulaire. Les affluents de différentes tailles forment un grand éventail alluvial sortant de zones montagneuses escarpées pour rejoindre la plaine. Le bassin de la rivière est riche en plantes vertes. Les forêts de montagne et les terres non cultivées occupent 56,5 % du bassin ; combinés avec les champs cultivés et les pâturages, 77,5 % du bassin sont recouverts d une végétation luxuriante. Bassin de Kitakami Barrage Gosho Barrage de Shijushita Barrage de Yuda Barrage de Tase JAPON Barrage d'ishibuchi Légende Digues Villes principales Fig. 1 Le basin versant de Kitakami 214

APPENDIX 2 CASE STUDY THE KITAKAMI RIVER IN JAPAN 1. INTRODUCTION, Characteristics of Kitakami river basin 1.1. Topographic features The Kitakami River has its source in the Kitakami mountain of Iwate Prefecture in the northern part of Japan. The river runs from north to south through central Iwate Prefecture and flows from Kozenji through a narrow gorge into a plain in Miyagi Prefecture as shown in Fig. 1. The Kitakami River is the largest river in the Tohoku Region, measuring 249 km in length and 10 150 km 2 in its river basin area. The river basin extends from north to south in an almost rectangular shape. The tributaries of various sizes form an extended alluvial fan where they emerge from steep highland areas onto the plain. The river basin is rich in green plants. Mountain forests and uncultivated land occupy 56.5% of the basin and when this is combined with cultivated fields and pastures, 77.5% of the basin is covered with rich vegetation. Fig. 1 Kitakami River Basin 215

1.2. Climat Le bassin versant de Kitakami possède un climat continental ou climat de bassin, dans lequel les amplitudes thermiques diurne et annuelle sont très étendues. Par ailleurs, au pied de la chaîne montagneuse de l ouest règne un climat neigeux typique des zones proches de la mer du Japon. Le bassin inférieur du fleuve dans la préfecture de Miyagi a un climat océanique, plus frais en été et plus chaud en hiver que le bassin amont. La caractéristique des précipitations dans le bassin est représentée par la moyenne annuelle des précipitations (Fig. 2), qui indique que la zone de montagne est soumise à beaucoup de précipitations. (Données 1976-2002, mm/année) Fig. 2 Carte des précipitations annuelles moyennes du bassin de Kitakami 1.3. Caractéristiques économiques Les activités économiques des préfectures d Iwate et de Miyagi se concentrent beaucoup dans le bassin de la rivière Kitakami, particulièrement dans la préfecture d Iwate. Le bassin de la préfecture d Iwate occupe 52 % de la superficie totale de la préfecture, où sept grandes villes, dont Morioka, 18 villes et sept villages sont situés. Dans ce centre clé du commerce, 71 % de la population totale de la préfecture, 82 % de la production totale de la préfecture et 84 % des ventes annuelles préfectorales sont concentrées. Le bassin de la préfecture de Miyagi occupe 35 % de la superficie totale de la préfecture, où se trouvent deux grandes villes, dont Ishinomaki, 27 villes et un village. Quelque 24 % de la population totale de la préfecture, 28 % de la production totale de la préfecture et de 5 % des ventes annuelles préfectorales sont concentrées dans cette région. 216

1.2. Climate The Kitakami River Basin has an inland or basin climate in which the diurnal range as well as the annual temperature range are quite wide. On the other hand, at the foot of the western mountain range, there is a snowy climate typical of areas near the Sea of Japan. The lower river basin in Miyagi Prefecture has an oceanic climate, cooler in summer and warmer in winter than the upstream basin. The precipitation feature in the basin is shown as the mean annual precipitation in Fig. 2, indicating that the mountain area is subject to much precipitation. (Data of 1976-2002nmm/year) Fig. 2 Contour of mean annual precipitation in Kitakami Basin 1.3. Economic Features The economic activities in Iwate prefecture and Miyagi prefecture concentrate much in the Kitakami river basin. Such figure is intensively predominant in Iwate prefecture. The basin in Iwate Prefecture occupies 52% of the total prefectural land area, where seven cities including Morioka City, 18 towns and seven villages are located. In this key center of commerce, 71% of the total prefectural population, 82% of the total prefectural shipment of products, and 84% of the annual prefectural sales are concentrated. The basin in Miyagi Prefecture occupies 35% of the total prefectural land area, where two cities including Ishinomaki City, 27 towns and one village are located. 24% of the total prefectural population, 28% of the total prefectural shipment of products, and 5% of the annual prefectural sales are concentrated in this area. 217

2. PROBLÈMES DE CRUES Le Tableau 1 indique que de nombreuses inondations se sont produites le long de la rivière Kitakami et ont causé d énormes dégâts. En particulier, comme le montre le Tableau 2, les typhons Catherine (en septembre 1947) et Ayion (en septembre 1948) ont eu un impact dévastateur sur la population et l économie de la région de Tohoku (nord du Japon). À cette époque, des projets de contrôle de crues incluant cinq grands barrages ont été lancés pour réduire le risque d inondation dans la région. Tableau 1 Crues majeures historiques de la rivière Kitakami Cause Précipitation de 2 jours en mm Débit observé en m 3 /s Profondeur maximale de l eau en m Année de crue Amont du pont de Meiji * Zone amont de Kozenji Pont de Meiji Kozenji Pont de Meiji Pont d Asai Pont de Kozenji Sakuragi Note 1910 Typhon 259 171 4 250* 5 800* 4.89 6.28 13.7 Enregistrement maximal pour la zone amont 1913 Typhon 145 163 2 650* 4 800* 4.01 6.43 14.67 1947 Typhon 170 186 3 030* 7 900* 4.52 6.87 6.25 16.89 Typhon Catherine 1948 Typhon 107 159 1 940* 5 700* 3.54 5.52 6.36 14.89 Typhon Aion 1981 Typhon 145 152 1 530 4 750 2.23 4.72 5.1 12.51 1987 Frontogénèse 145 162 530 2 940 1.72 4.4 5.17 12.11 2002 Typhon 147 158 1 780 4 500 2.26 5.42 5.5 13.51 *) Les points mesurés sont indiqués sur la Fig. 3 218

2. FLOOD PROBLEMS Table 1 indicates that many floods have occurred along the Kitakami River and have caused enormous damage. Among all, as Table 2 shows, the Catherine Typhoon in September 1947 and the Ayion Typhoon in September 1948 had a devastating impact on the people and economy of the Tohoku Region (Northern part of Japan). At that time, flood control projects including the five major dams were launched to reduce the danger from flooding in the region. Table 1 Historical major Floods in Kitakami River Year of incident Cause 2 Days precipitation in mm Upstream area of Meiji bridge * Upstream area of Kozenji Observed discharge in m 3 /s Meiji bridge Kozenji Maximum Water depth in m Meiji bridge Asai bridge Sakuragi bridge Kozenji Note 1910 Typhoon 259 171 4 250* 5 800* 4.89 6.28 13.7 Maximum record at upstream area 1913 Typhoon 145 163 2 650* 4 800* 4.01 6.43 14.67 1947 Typhoon 170 186 3 030* 7 900* 4.52 6.87 6.25 16.89 Catherine typhoon 1948 Typhoon 107 159 1 940* 5 700* 3.54 5.52 6.36 14.89 Aion typhoon 1981 Typhoon 145 152 1 530 4 750 2.23 4.72 5.1 12.51 1987 Frontogenesis 145 162 530 2 940 1.72 4.4 5.17 12.11 2002 Typhoon 147 158 1 780 4 500 2.26 5.42 5.5 13.51 *) Measured points are indicated in Fig. 3 219

Tableau 2 Flood damages in Kitakami basin Typhon Nombre de morts, Dégâts estimés disparus et blessés (mio USD) 1947/9 3 659 683 (typhon Catherine) 1948/9 1 203 933 (typhon Ayion) 3. SOLUTION ADOPTÉE DE GESTION DES CRUES Le projet de contrôle des crues de la rivière Kitakami prévoit de réduire le débit de pointe estimé de la crue à Kozenji, situé dans la partie médiane de la rivière. Il devra ainsi passer de 13 000 m 3 /s à un débit de projet de 8 500 m 3 /s, en régulant 2 600 m 3 /s dans le groupe des barrages amont et 1 900 m 3 /s dans le bassin retardateur d Ichinoseki. Les cinq barrages principaux prendront une grand part dans ce programme. Cette idée est illustrée à la Fig. 3. Les caractéristiques des cinq barrages pour la réduction des crues de la rivière Kitakami sont présentées dans le Tableau 3. Pacific ocean Fig. 3 Programme de contrôle de rivière sur la rivière Kitakami (unité : m 3 /s) 220

Table 2 Flood damages in Kitakami basin Strike of Typhoon Number of the dead, Estimated Damages the missing and the injured (M US$) 1947/9 3659 683 (Catherin typhoon) 1948/9 1203 933 (Aion typhoon) 3. ADOPTED FLOOD MANAGEMENT SOLUTION The Kitakami River flood control project is planned to reduce the estimated flood peak flow volume at Kozenji, located in the middle part of the river, of 13 000 m 3 /s to the design flood discharge of 8 500 m 3 /s by regulating 2 600 m 3 /s at the group of upstream dams and 1 900 m 3 /s at the Ichinoseki Retarding Basin. The five major dams take a big part in this program. This idea is illustrated in Fig. 3. The features of the fives dams for the flood mitigation in the Kitakami River are tabulated in Table 3. Pacific ocean Fig. 3 River control program in Kitakami River (unit: m3/sec) 221

Table 3 Caractéristiques des cinq barrages principaux du bassin de Kitakami Nom du barrage Ishibuchi Tase Yuda Shijushita Gosho Bassin Kitakami Kitakami Kitakami Kitakami Kitakami Nom des rivières Izawa Sarugaishi Toga Kitakami Shizukuishi Type de barrage CFRD PG VA PG/TE PG/ER Surface de drainage (km 2 ) 154 740 583 1 196 635 Hauteur du barrage (m) 53 81.5 89.5 50 52.5 Longueur de la crête (m) 345 320 264.9 480 327 Volume du barrage (m3) 411 300 420 000 379 900 PG : 29 000 PG : 220 000 TE : 92 150 ER : 980 000 Surface de la retenue (km 2 ) 1.1 6 6.3 3.9 6.4 Volume total de la retenue mio m 3 16.15 145.5 114.16 47.1 65 Capacité de contrôle de crue mio m 3 5.6 84.5 77.81 33.9 40 Débit de projet m 3 /s 1200 2700 2200 1350 2450 Débit de réglage m 3 /s 300 2200 1800 650 1250 Puissance installée MW 14.6 27 (1) 37.6 15.1 13 (2) 15.5 Année de mise en service 1953 1954 1964 1968 1981 4. OBSERVATION DE LA MISE ŒUVRE EFFECTIVE DE LA SOLUTION 4.1. Bénéfices pour la crue de septembre 1947 Cas virtuel Les bénéfices apportés par les cinq barrages ont été évalués avec l hypothèse que le typhon Catherine de septembre 1947, qui causa les pires inondations, se soit déroulé dans les conditions actuelles de répartition des biens et de position des barrages. En comparant les scénarios dans la préfecture d Iwate avec et sans les cinq barrages, la réduction des dégâts a été estimée à environ 2 900 ha dans la zone inondée, 4 800 maisons inondées et un montant total des dommages de 500 milliards de yens (4,1 milliards USD) (Fig. 4 and Fig. 5). Dans le cas de Morioka (Fig. 5), capitale de la préfecture d Iwate, la réduction des dégâts a été estimée à environ 150 ha dans la zone inondée, 1 700 maisons inondées et un montant total des dommages de 110 milliards de yens (0,9 milliards USD). On estime que deux barrages de contrôle de crue (Shijushida et Gosho) pourraient faire baisser le niveau de pointe de l eau d environ 100 cm au droit du pont Meiji à Morioka, sur la rivière Kitakami (Fig. 4). 222

Table 3 Features of five major dams in Kitakami basin Name of dams Ishibuchi Tase Yuda Shijushita Gosho Basin Kitakami Kitakami Kitakami Kitakami Kitakami Name of rivers Izawa Sarugaishi Toga Kitakami Shizukuishi Dam type CFRD PG VA PG/TE PG/ER Drainage area (km 2 ) 154 740 583 1 196 635 Height of dams (m) 53 81.5 89.5 50 52.5 Crest length (m) 345 320 264.9 480 327 Dam volume (m 3 ) 411 300 420 000 379 900 PG : 29 000 PG : 220 000 TE : 92 150 ER : 980 000 Reservoir area (km 2 ) 1.1 6 6.3 3.9 6.4 Total storage volume mio m 3 16.15 145.5 114.16 47.1 65 Capacity of flood control mio m 3 5.6 84.5 77.81 33.9 40 Design discharge m 3 /s 1200 2700 2200 1350 2450 Regulation discharge m 3 /s 300 2200 1800 650 1250 Power generation MW 14.6 27 (1) 37.6 15.1 13 (2) 15.5 Year of completion 1953 1954 1964 1968 1981 4. OBSERVATION OF THE ACTUAL OPERATION OF THE SOLUTION 4.1. Benefits on the September 1947 flood Virtual case The benefits of the five dams were evaluated on the assumption that the Catherine Typhoon of September 1947, which caused the worst flooding, occurred under current conditions of asset distribution and levee placement. By comparing scenarios in Iwate Prefecture with and without the five dams, the damage reduction was estimated at approximately 2 900 ha of the area inundated, 4,800 houses flooded and total damage amount to 500 billion yen (4.1 billion US$) (Fig. 4 and Fig. 5). In the case of Morioka City (Fig. 5), the capital city of Iwate Prefecture, the damage reduction was estimated at roughly 150 ha of the area inundated, 1 700 houses flooded and total damage amount to 110 billion yen (0.9 billion US$), where it is estimated that two flood control dams (Shijushida Dam and Gosho Dam) could lower the peak water level by about 100 cm at the point of Meiji Bridge in Morioka City in the main Kitakami River (Fig. 4). 223

Barrage de Gosho Barrage de Shijusita Légende Zone inondée simulée avec 5 barrages Zone effectivement inondée par le typhon de 1947 sans barrages Fig. 4 Zone inondée à Morioka avec et sans cinq barrages durant le typhon de septembre 1947 20000 17625 15000 10000 5000 8846 5958 12871 10859 5956 0 Zone inondée Maisons inondée Dégâts dus à % ' l'inondation + (10000m 2 ) (100 moi yen) Sans les 5 barrages a) Iwate prefecture Avec les 5 barrages 10000 8000 6000 4000 2000 0 446 297 7163+ 5489 2874 1726 Zone inondée Maisons inondée Dégâts dus à % ' l'inondation + (10000m 2 ) (100 moi yen) Sans les 5 barrages Avec les 5 barrages b) Morioka Fig. 5 Dégâts dus au typhon de septembre 1947 224

Gosho dam Shijusita dam Legend Simulated inudated area with 5 dams Actual inudated area on 1947 typhoon without 5 dams Fig. 4 Area Inundated in Morioka City with and without 5 dams on the September 1947 typhoon 20000 17625 15000 10000 5000 8846 5958 12871 10859 5956 0 Inundated area Inundated Damage due to the % houses ' Inundated + (10000m 2 ) (100 million yen) Without the five major-dam a) Iwate prefecture With the five major-dam 10000 8000 6000 4000 2000 0 7163+ 5489 2874 1726 446 297 Inundated area Inundated Damage due to the % ' + houses Inundated (10000m 2 ) (100 million yen) Without the five major-dam With the five major-dam b) Morioka city Fig. 5 Damage due to the typhoon on Sep. 1947 225

4.2. BÉNÉFICES POUR LA CRUE DE JUILLET 2002 CAS EFFECTIF Lors des pluies torrentielles provoquées en juillet 2002 par le typhon n 6, les stations de jaugeage principales situées dans la partie amont de la rivière Kitakami enregistrèrent que le niveau d eau avait dépassé la cote d alerte. Une comparaison de l inondation dans la préfecture d Iwate avec et sans les cinq barrages a permis d estimer une réduction des dégâts d environ 2 900 ha dans la zone inondée, 5 900 maisons inondées et un montant total des dommages de 280 milliards de yens (2,3 milliards USD) (Fig. 6 et 7). Pour Morioka, la réduction des dégâts a été estimée à environ 140 ha inondés, 1 700 maisons inondées et un montant total des dommages de 50 milliards de yens (0,4 milliard USD) (Fig. 6). On estime que le contrôle de la crue dû à deux barrages (Shijushida et Gosho) aurait abaissé le niveau de pointe de l eau d environ 140 cm au pont de Meiji, sur la rivière Kitakami (Fig. 7 et 8). Dans cette situation, il est estimé que le contrôle de la crue réalisé à quatre barrages (Shijushida, Gosho, Tase et Yuda) aurait abaissé le niveau de pointe de l eau d environ 50 cm au pont de Sakuragi (à Mizusawa), sur la rivière Kitakami. Sans l atténuation de la crue offerte par ces barrages, comme indiqué sur la Fig. 9, le complexe industriel de Mizusawa, situé en aval du pont de Sakuragi, aurait souffert d inondations encore plus marquées. 10000 8000 6000 4000 2000 0 4853 1925 6760 3533 893 718 Zone inondée Maisons inondée Dégâts dus à % ' l'inondation + (10000m 2 ) (100 moi yen) Sans les 5 barrages Avec les 5 barrages a) Iwate prefecture 2000 1500 1000 500 0 155 1777 528 18 29 16 Zone inondée Maisons inondée Dégâts dus à % ' l'inondation + (10000m 2 ) (100 moi yen) Sans les 5 barrages Avec les 5 barrages b) Morioka Fig. 6 Dégâts dus au typhon de juillet 2002 226

4.2. BENEFITS ON THE JULY 2002 FLOOD ACTUAL CASE As a result of torrential rain brought about in July 2002 by Typhoon No. 6, major gauging stations located in the upstream area of the Kitakami River recorded that the water level had risen above the warning stage. When a comparison was made of flooding in Iwate Prefecture with and without the five dams, the damage reduction was estimated at roughly 2 900 ha of the area inundated, 5 900 houses flooded and total damage amount to 280 billion yen (2.3 billion US$) (Fig. 6 and Fig. 7). For Morioka City, the damage reduction was estimated at roughly 140 ha inundated, 1 700 houses flooded and total damage amount to 50 billion yen (0.4billion US$) (Fig. 6), where it is estimated that flood control at two dams (Shijushida Dam and Gosho Dam) had lowered the peak water level by about 140cm at the point of Meiji Bridge in the main Kitakami River (Fig. 7 and Fig. 8). In this situation, it is estimated that flood control at four dams (Shijushida, Gosho, Tase and Yuda Dams) had lowered the peak water level by about 50 cm at the point of Sakuragi Bridge (Mizusawa City) in the main Kitakami River. Without dam-aided flood mitigation, as Fig. 9 indicates, the Mizusawa industrial complex located downstream from Sakuragi Bridge would be expected to suffer from more extensive inundation. 10000 8000 6000 4000 2000 0 6760 4853 3533 1925 893 718 Inundated area Inundated Damage due the % ' + houses Inundated (10000m 2 ) (100 million yen) Without the five major-dam With the five major-dam a) Iwate prefecture 2000 1500 1000 500 0 1777 528 155 18 29 16 Inundated area Inundated Damage due the % ' + houses Inundated (10000m 2 ) (100 million yen) Without the five major-dam With the five major-dam b) Morioka Fig. 6 Damage due to the Typhoon on July 2002 227

Barrage de Gosho Barrage de Shijushita Fig. 7 Inondation à Morioka durant la crue de juillet 2002 Légende Zone inondée par le typhon de 2002 avec 5 barrages Zone inondée simulée sans les 5 barrages + + a) Barrage de Shijusita b) Barrage de Gosho Fig. 8 Enregistrements de contrôle de la crue de juillet 2002 Barrage d'ishibuchi Complexe industriel de Mitzusawa LÉGENDE a) Zone inondée avec et sans barrages Zone inondée durant le typhon de 2002 Zone inondée simulée avec 5 barrages Barrage d'ishibuchi Complexe industriel de Mitzusawa Kitakami R. Pont de Sakuragi LÉGENDE Se référer ) à la figure ci-dessous b) photo de dégâts dus à la crue c) situation détaillée Fig. 9 Situation inondée du complexe industriel de Mizusawa 228

Gosho dam Shijusita dam Fig. 7 Inundation at Moriaka City in July 2002 Flood Legend Actual inudated area on 2002 typhoon with 5 dams Simulated inudated area without 5 dams + + a) Shijushita dam b) Gosho dam Fig. 8 Flood control records in July 2002 Flood Ishibuchi dam Mitzusawa industrial complex LEGEND a) Area inandated with and without dams Actual inundated area on 2002 typhoon Simulated inunated area without 5 dams Ishibuchi dam Mitzusawa industrial complex Kitakami R. Sakuragi Bridge LEGEND Refer ) to the upper figure b) Picture of damages due to the flood c) Detaild situation Fig. 9 Inundated situation of Mizusawa industrial complex 229

4.3. Tendance de la répartition des biens dans le bassin Le contrôle de la crue par les cinq grands barrages prévient et atténue les dommages dus aux inondations, ce qui contribue à la croissance de la population, en améliorant la sécurité régionale et en favorisant une utilisation efficace des terres. Dans ce chapitre, une comparaison est faite entre une zone d inondation qui n a pas encore bénéficié des installations de contrôle de crues incluant les cinq grands barrages destinés à maîtriser la crue de projet et une zone de non-inondation qui a pu être créée grâce aux cinq barrages de contrôle des crues. L accent est mis ici sur la manière dont la répartition des biens a changé dans la région de non-inondation, grâce au développement créée par les cinq grands barrages. Comme le montre la Fig. 10, la valeur des biens a augmenté de façon constante dans la zone protégée par les cinq grands barrages. La valeur de 2001 est près de 4,3 plus élevée que celle de 1976. Le taux de croissance des biens est particulièrement remarquable après l achèvement du barrage de Gosho en 1981. Développement relatif de la valeur des biens par rapport à 1976 4 3 0 1981 : achèvement du dernier grand barrage de Gosho Avec 5 barrages Année Sans 5 barrages Fig. 10 Développement des biens dans le bassin de Kitakami 4.4. Utilisation avancée du terrain grâce à l amélioration du contrôle des crues Afin de clarifier la façon dont l utilisation des terres a changé après l achèvement des cinq grands barrages sur la rivière Kitakami, les zones inondées par le typhon Catherine en septembre 1947, le typhon n 15 en août 1981 et le typhon n 6 en juillet 2002 ont été comparés pour les terrains situés à proximité Morioka en 1970 et 2000. Dans les zones où les inondations sont considérées comme ayant été réduites en raison de l assistance apportée dans le contrôle des crues par les barrages et le chenal de la rivière, des projets de développement urbain ont été lancés et ont favorisé l utilisation avancée des terres. 230

4.3. Trend of asset distribution in the basin Flood control by the five major dams prevents and mitigates flood damage, which contributes to population growth by enhancing regional safety and by promoting effective land use. In this section, a comparison is made between an inundation area which does not yet have the benefit of flood control facilities including the five major dams against design flood and a non-inundation area which was created after all by the five flood control dams. The focus here is placed on how asset distribution has changed in the non-inundation area thanks to the development created by the five major dams. The area supported by the five major dams has steadily increased the value of its assets, as shown in Fig. 10. The value in 2001 increased nearly 4.3 times from 1976. The growth rate of assets is particularly remarkable after the completion of the Gosho Dam in 1981. Developing of the asset in the scaling factor to the value of 1976 4 3 0 1981, Completition of the last major dam of Gosho With 5 dams Year Without 5 dams Fig. 10 Developing in Property in Kitakami basin 4.4. Advanced Land Utilization Associated with the Improvement in Flood Control To clarify how land use has changed after the completion of the five major dams in the Kitakami River, areas inundated by the Catherine Typhoon in September 1947, Typhoon No. 15 in August 1981 and Typhoon No. 6 in July 2002 were compared with lands near Morioka as of 1970 and 2000. In areas where flooding is considered to have been reduced as a result of dam-aided flood control and river channel, urban development projects have been launched and have promoted advanced land use. 231

5. CONCLUSIONS Comme indiqué plus haut, afin que le Japon puisse maintenir son développement économique dans une zone alluviale de mousson, il n y a pas d autre choix que de faire un usage intensif des plaines inondables. À la base, la sécurité assurée dans le contrôle des crues grâce à la construction de barrages et l amélioration des canaux de rivière est inévitable. Le fait que de nombreuses villes ont grandi le long de la rivière Kitakami, où des activités économiques viables se sont développées, donne un bon exemple des avantages quantifiables des barrages sur le contrôle des crues. 232

5. CONCLUSIONS As stated earlier, in order for Japan to maintain its economic development in a monsoon alluvial zone, there is no choice other than to make an intensive use of flood plains. As its foundation, the assured safety of flood control through the construction of dams and river channel improvement is inevitable. The fact that many cities have grown up along the Kitakami River where viable economic activities are being carried out gives a good example of the quantifiable benefits of dams on flood control. 233

ANNEXE 3 ÉTUDE DE CAS LE BARRAGE D AL WAHDA AU MAROC 1. INTRODUCTION Le bassin versant de la rivière Sebou au Maroc draine le versant sud des montagnes du Rif et les pentes nord-ouest du Moyen Atlas. Ces montagnes entourent la plaine de Rharb qui, en forme d amphithéâtre, s ouvre vers l océan Atlantique. Les différences d altitude des deux chaînes de montagnes ont une influence remarquable sur l allure des débits des rivières. Fig. 11 Le basin de la rivière Sebou, au Maroc Ce sont en fait les valeurs élevées des pentes et des précipitations qui ont formé la région torrentielle des montagnes du Rif. En conséquence, les inondations provenant de cette région étaient dans le passé régulièrement à l origine d inondations dans la plaine du Rharb, car le cours inférieur du fleuve Sebou débordait de ses rives pendant la période des crues, causant ainsi des dommages à l agriculture, aux infrastructures, etc. 234

APPENDIX 3 ÉTUDE DE CAS THE AL WAHDA DAM IN MOROCCO 1. INTRODUCTION The catchment of the River Sebou in Morocco drains the south slope of the Rif Mountains and the North West slopes of the Middle Atlas. These mountains surround the Rharb-Plain, in the shape of an amphitheater, opening towards the Atlantic Ocean. The height differences in the two mountains ranges have a remarkable influence on the discharges pattern of the rivers. Fig. 11 Sebou river basin in Morocco It is in fact the slopes and large precipitation figures which have made a torrential region of the Rif Mountains. Consequently, the floods originating from this region regularly in the past were causing inundations in the Rharb Plain as the Lower Sebou River was spilling over its banks during the flood period thus causing damages to agriculture, infrastructure etc. 235

Cette rivière, qui serpente à travers la plaine, permet d écouler la plus grande partie des eaux de ruissellement du bassin versant. Ces masses d eau atteignent la plaine du Rharb sur le côté est, à la confluence des principaux affluents d Ouerrha et du Moyen Sebou, qui forment alors le Bas Sebou. Les volumes d eau arrivant ici s écoulent à la mer par l intermédiaire de Bas Sebou. 2. LE PROBLÈME DES CRUES 2.1. Importance des crues Les volumes de crue passant la confluence varient entre un demi et six milliards de mètres cubes (0,5 à 6 km 3 ), et la zone inondée par suite de débordement de rive de ces crues pourrait être aussi grande que 200 000 ha. Au cours de la période 1933-1983 (c est à dire pendant 51 ans), au moins 43 inondations se sont produites, qui causèrent des débordements de l ordre de 13,5 milliards de m 3. L eau quittait le fleuve aux points les plus bas des rives ; ces endroits ayant été créés au fil du temps. Ensuite, l eau s écoulait à travers la plaine et entrait à nouveau dans le Bas Sebou au nord de la ville de Kénitra. Le passage étroit de la plaine vers la mer rendant cependant difficile l écoulement des masses d eau ayant débordé, la région située immédiatement au nord de Kénitra restait sous l eau pendant une longue période. La crue de janvier 1970, qui a dépassé en ampleur toutes celles connues jusqu à cette date et a causé des dommages considérables à la fois à l agriculture et à l infrastructure de développement socio-économique de la plaine, a conduit le Gouvernement du Maroc à entreprendre une étude des mesures de contrôle des crues dans la plaine du Gharb. 2.2. Dommages observés Bien que, comme indiqué ci-dessus, 43 crues causant des inondations aient été observées pendant une période d environ 50 ans 1, seules les observations de dégâts relatives aux inondations plus récentes, à savoir celles de 1963, 1969, 1970 et 1971, ont été disponibles pour l équipe d étude. Afin de rendre possible une approximation systématique des dégâts, une distinction a été faite entre les cinq catégories essentiellement différentes de dégâts : a) dégâts agricoles : ce sont les dégâts causés à l agriculture et à l élevage, ainsi que les résultant du déplacement de l alignement des rives; b) dégâts sociaux : les dégâts causés aux logements, aux ustensiles et meubles des ménages aux stocks familiaux de céréales et aux diverses infrastructures sociales; c) dégâts causés à l infrastructure : les dégâts causés au système de voies ferrées, au port de Kénitra et au réseau routier; 1 Certaines années, plus d une crue causèrent des inondations. 236

This river, which meanders through the Plain, serves as a means of transport for the greater part of the runoff from the catchment. These water masses enter the Rharb Plain on the East side, at the confluence of the main tributaries Ouerrha and Middle Sebou, which from then form the Lower Sebou. The water volumes arriving here, flow to the sea through this Lower Sebou. 2. THE FLOOD PROBLEM 2.1. Flood Magnitudes The flood volumes passing the confluence used to vary between half and six billion cubic metres (0.5 to 6 km 3 ), and the area inundated by bank overspills from these floods could be as large as 200 000 ha. During the period 1933-1983 (i.e. during 51 years) not less than 43 floods occurred which, altogether caused bank overspills in the order of 13.5 billion m 3. The water left the river at the lowest spots in the banks; these spots having been created in the course of time. Then, the overspilled water flowed across the Plain and re-entered into the Lower Sebou North of the town of Kénitra. The narrow outlet of the Plain towards the sea precluded however the easy discharge of the overspilled water masses and as a result the region immediately north of Kénitra would stay underwater during a long time. The flood of January 1970 which in magnitude exceeded all those known until that date and which caused considerable damage both to the agriculture and to the socio-economic infra-structure of the Plain, led the Government of Morocco to initiate a study for flood control measures in the Rharb plain. 2.2. Observed damages Though, as stated above, 43 floods causing inundations have been observed during a period of some 50 years 1, observations of damages were only available to the study team for the more recent floods, i.e those of 1963, 1969, 1970 and 1971. In order to make a systematic approximation of the damages possible, a distinction was made between five essentially different categories of damages: a) agricultural damages: these are the damages caused to the agriculture and stock-farming and the damages as a result of shifting bank lines; b) social damages:. the damages caused to housing, furniture and household utensils, family stocks of cereals and the various social facilities; c) damages to the infrastructure: the damages to the rail way system, to the Port of Kénitra and to the road system; 1 In some of these years more than one flood occurred causing inundations. 237

d) dégâts à l équipement d irrigation : les dégâts causés au système d irrigation et de drainage, à la mise à niveau des terrains, à l équipement des services agricoles, de l électricité et des la mise à niveau des terrains, à l équipement des services agricoles, de l électricité et des télécommunications, etc. ; e) dégâts divers : c est la valeur ajoutée non agricole qui est perdue à la suite des inondations et qui ne peut ni être compensée ni récupérée plus tard. L analyse des dégâts dans les différentes catégories a été effectuée en utilisant un certain nombre de données, les plus importantes étant les cartes des inondations survenues au cours des quatre années mentionnées ci-dessus. Ces graphiques montrent la durée des inondations. Cela était particulièrement important pour les dégâts agricoles qui, dans une large mesure, ont été déterminés par la durée de l inondation. Grâce à l introduction d un modèle de la plaine avec lequel l inondation a été simulée, il a finalement été possible d établir des relations entre, d une part, le volume ayant débordé dans la plaine pour une crue historique et, d autre part, les dégâts pour chacune des cinq catégories. 2.3. Relation avec l utilisation des terres (passé, présent, avenir) Le Gouvernement marocain développe la plaine fertile du Gharb par phases, en irrigant en fin de compte 212 000 ha de terres. La première phase de développement de l irrigation, couvrant 43 000 ha, faisait partie d une zone irriguée par les eaux de l oued Sebou, qui sont contrôlées par le barrage Idriss I construit sur l un de ses affluents, la rivière Inaouène. Le premier secteur irrigué fut mis en service en 1972. Ce projet a été étudié entre 1963 et 1968 par une mission FAO Gouvernement marocain appelée le «Projet Sebou». Durant la première phase de développement, les coûts du contrôle des crues ne furent pas considérés comme économiquement justifiés. Un tel contrôle de crues fut, en fin de compte, fourni en partie par le troisième barrage et réservoir principal du bassin versant, le barrage M Jara (maintenant appelé barrage Al Wahda), qui finit par être construit sur la rivière Ouerrha pendant les phases suivantes du développement de l irrigation. Lors de l étude des mesures de contrôle de crues initiées après l inondation de 1970, il a été établi que l utilisation future des terres (cultures irriguées rendues possible par l infrastructure d irrigation) se traduirait par une augmentation considérable des dégâts durant des inondations. Par conséquent, les courbes de dégâts établies sur la base des crues historiques et portant sur la situation «sans projet d irrigation» furent développées plus avant, afin de refléter les dégâts lors de certaines années de référence futures, lorsque l irrigation aurait été mis en œuvre à un degré plus ou moins avancé. Cela signifierait que, par exemple, si une crue du type connu 1970 aurait lieu, les dégâts en l an de référence 1976 serait connus (Fig. 12). 238

d) damages to the irrigation equipment: damages to the irrigation and drainage system, to the levelling of the land, to agricultural service equipment, to the electricity and telecommunications system, etc.; e) miscellaneous damages: this is the non-agricultural value added which is lost as a result of the floods and which cannot either be compensated or recovered later. The analysis of the damages in the different categories was carried out using a certain number of data, the most important of which were the charts of the floods in the four years mentioned above. These charts showed the duration of the floodings. This was particularly important for the agricultural damages which, to a large extent were determined by the duration of the flooding. Through the introduction of a model of the plain in which the inundation was simulated, it was ultimately possible to establish relationships between, on the one hand, the volume of bank overspill in the plain for a historical flood and, on the other, the damages for each of the five categories. 2.3. Relation to land use (past, present and future) The Moroccan Government is developing the fertile Rharb plain in phases by irrigating ultimately 212 000 ha of the land. The first phase of irrigation development, covering 43 000 ha, was part of an area irrigated by the waters of the river Sebou, which are controlled by the Idriss I dam constructed on one of its tributaries, the river Inaouoène. The first irrigated sector came into operation in 1972. This project was studied between 1963 and 1968 by an F.A.0. - Moroccan Government Mission called the Sebou Project. For the first phase of development, the costs of flood control were not considered to be economically justified. Such flood control would, anyhow, be provided in part by the third main dam and reservoir in the catchment, the M Jara dam, (now called Al Wahda dam) which ultimately would be constructed on the River Ouerrha during following phases of the irrigation development. During the study for flood control measures, initiated after the flood of 1970, it was established that the future land use (i.e irrigated crops made possible by irrigation infrastructure) would result in a considerable increase in damages during floods. Therefore, the damage curves, established on the basis of historical floods and bearing on the situation without irrigation project were further developed in order to reflect the damage in certain future reference years when the irrigation would have been implemented to a lesser or greater degree. This would, f.i., mean that, if a flood of the known type 1970 would occur the damage in the reference year 1976 would be known (Fig. 12). 239

Fig. 12 Courbes de dégâts pour des années de référence sélectionnées comme fonction du débordement 2.4. Impacts environnementaux Comme on le verra au chapitre 3, au cours des années 1970, des études approfondies furent réalisées sur le problème des inondations et la manière de le résoudre. À cette époque, cependant, les études d impacts environnementaux n étaient pas encore chose courante. En fait, ce n est qu environ 15 ans plus tard, lorsque la construction des ouvrages d irrigation dans la plaine du Gharb était déjà très avancée, qu une étude d impact environnemental fut réalisée au sujet du barrage multi-usage M Jara, apte en grande partie à résoudre le problème des inondations dans la plaine du Gharb (NEDECO et al, 1991). Ce rapport complet «Étude d impact du barrage M Jara sur l environnement, juin 1991» ne discute cependant pas les impacts environnementaux des inondations antérieures dans la plaine du Gharb. 3. LA SOLUTION ADOPTÉE DE GESTION DES CRUES 3.1. Courte discussion de solutions possibles L étude sur le contrôle des crues, initiée par le Gouvernement du Maroc en 1971, fut réalisée en deux phases au cours d une période de trois ans 2. 2 Voir NEDECO (1973) et NEDECO (1975) 240

Fig. 12 Damage curves for selected reference years as a function of bank overspill 2.4. Environmental impacts As will be seen in Chapter 3, during the early seventies comprehensive studies were made about the flooding problem and how it could be solved. At that time, however, a study on environmental impacts was not yet standard. In fact only some 15 years later, when the irrigation works in the Rharb Plain were already quite advanced a study was made about the environmental impact of the multipupose M Jara dam which would largely solve the flooding problem in the Rharb Plain (NEDECO et al, 1991). This comprehensive report Étude d impact du barrage M Jara sur l environnement, juin 1991 does, however, not discuss the environmental impacts of the earlier floodings in the Rharb Plain. 3. THE ADOPTED FLOOD MANAGEMENT SOLUTION 3.1. Short discussion of possible solutions The flood control study, initiated by the Government of Morocco in 1971, was carried out in two phases during a period of 3 years 2. 2 See NEDECO (1973) and NEDECO (1975) 241

Pendant la première phase de l étude (Mission 1), il a été examiné quelles mesures pourraient être prises pour prévenir les inondations, quel serait leur coût et leur efficacité (les dégâts évités). Afin de quantifier les deux paramètres coûts et bénéfices, des études ont été menées sur les différents aspects du phénomène inondation, toujours en tenant compte aussi bien de la situation sans protection qu avec protection contre les inondations. Au cours de la deuxième phase de l étude (Mission 2), trois systèmes possibles de protection contre les crues, formulés au cours de la Mission 1, ont été étudiés au niveau de la faisabilité. Chacun de ces trois systèmes se compose d un certain nombre d éléments de protection, qui sont à leur tour composés d ouvrages de génie civil (canaux, digues, déversoirs, barrages, digues, etc.). Les aménagements et leurs principaux éléments sont les suivants: Aménagement-I protection immédiate contre les crues des premiers secteurs d irrigation au moyen de digues latérales; barrage de M Jara (aujourd hui Al Wahda), à étudier pour différents volumes de retenue et dates d achèvement; digue du Bas Sebou. Aménagement-II protection immédiate contre les crues, ainsi qu elle a été définie ci-dessus; canal de dérivation (by-pass) ayant une capacité de décharge limitée, sur la rive gauche du Bas Sebou; barrage de M Jara (volume 1 500 hm 3 ), à des fins d irrigation seulement. Aménagement-III protection immédiate contre les crues, ainsi que définie ci-dessus; canal de dérivation (by-pass) à grande capacité d écoulement coupant à travers la bande de dunes de l océan Atlantique; Il est à noter que le barrage et la retenue de M Jara furent dimensionnés pour satisfaire les besoins en irrigation des travaux de développement agricole de la plaine du Gharb (barrage et retenue de d un volume de 1 500 hm 3 ), ce qui, en fait, pourrait être considéré comme une situation de départ pour les aménagements I et II. Outre la protection immédiate contre les crues, qui était en fait une mesure intermédiaire ne protégeant que la première phase du développement de l irrigation (43 000 ha), tous les aménagements avaient en commun deux principes de contrôle des crues : le stockage par l intermédiaire de l agrandissement de la retenue prévue en amont du barrage de M Jara, et la capacité d évacuation accrue du système fluvial en aval, par le creusement de canaux de dérivation (by-pass) ou par la construction de digues latérales le long du Bas Sebou. 242

During the first phase (Mission 1) of the Study it was investigated which measures could be taken against inundations, what would be their cost and their effectiveness (the avoided damages). In order to quantify the two parameters costs and benefits, studies were made of the various aspects of the inundation phenomenon, always taking into account as well the situation without protection as that with protection against flooding. During the second phase (Mission 2) of the Study three possible flood protection schemes, formulated during Mission 1, were studied on feasibility level. Each of these three flood protection schemes consists of a number of protection elements which in turn are composed of civil engineering works (channels, embankments, spillways, weirs, dams, etc.). The schemes and their main elements are as follows: Scheme-I immediate flood protection of the first irrigation sectors by means of flood embankments; M Jara (now Al Wahda) dam, to be studied for various reservoir volumes and completion dates; embankment of the Lower Sebou. Scheme-II immediate flood protection as defined above; diversion channel (by-pass), having a limited discharge capacity, on the left bank of the Lower Sebou; M Jara dam (volume 1500 hm 3 ) for irrigation purposes only. Scheme-III immediate flood protection as defined above; diversion channel (by-pass), with a large discharge capacity and cutting through the strip of dunes to the Atlantic Ocean; It is noted that the M Jara dam and reservoir sized for satisfying the irrigation needs of the agricultural development works for the Rharb plain (M Jara dam and reservoir having a volume of 1 500 hm 3 ) in fact could be considered as a given situation for schemes I and II. Apart from the Immediate flood protection, which was in fact an intermediate measure protecting only the first phase of the planned irrigation development (43 000 HA), all schemes had two flood control principles in common: storage by means of enlarging the planned reservoir behind the M Jara dam; and increased discharge capacity of the downstream river system by, either, creating diversion (bypass) channels or by constructing flood embankments along the Lower Sebou. 243

Dans ce cas particulier, seule la combinaison de la capacité de stockage et de l écoulement accru se traduirait par une protection optimale contre les crues : 90 à 95 % des débordements originaux disparaîtraient, tandis que les simulations révélèrent que, des 43 crues ayant causé des inondations pendant la période de 1933 à 1983, seules les trois plus grandes pourraient encore causer (de manière considérablement réduite) des inondations. 3.2. La solution adoptée et sa philosophie Dans les années qui ont suivi les études susmentionnées de contrôle de crues, il a finalement été décidé de renoncer à la plupart des mesures de protection immédiate, de même qu aux digues le long du Bas Sebou, mais de créer en lieu et place une retenue beaucoup plus grande que prévue initialement en amont du barrage de M Jara 3. Le barrage d Al Wahda est un barrage polyvalent qui, à part l eau pour l irrigation (son unique objectif initial) peut maintenant également fournir de l eau potable et industrielle, de l électricité et le contrôle de la plupart des crues provenant de l oued Ouerrha. En tant que tel, le barrage a sans aucun doute fourni la solution la plus avantageuse en termes d économie de contrôle de crues pour la plaine du Gharb. Il ne peut toutefois pas contrôler toutes les crues 4 ; ceci est en partie dû à la forme et à la taille énorme des crues, qui requièrent du stockage et de la capacité d écoulement pour réaliser leur presque complet contrôle. Par ailleurs, les crues proviennent aussi pour une partie de l oued Haut Sebou et de certains affluents moins importants en aval du barrage d Al Wahda. En termes de capacité de stockage: même avec un stockage de crues de l ordre de 2 750 hm 3, un certain débit relâché pendant les crues est toujours nécessaire, car la plus grande crue enregistrée (1970) eut un volume de 4 039 hm 3 sur le site de M Jara. 3.3. Description de la solution 3.3.1. Structures physiques Le barrage en remblai d AI Wahda (88 m de haut) sur la rivière Ouerrha, affluent de la rivière Sebou, fut mis en service en 1996 5. 3 Dans le premier projet (EDF 1966), le réservoir avait un volume de 1 500 hm 3 et était destiné uniquement à l irrigation. Mais il était déjà envisagé alors de : (a) partager une partie du volume d irrigation (1 100 hm 3 ) avec le contrôle des crues (400 hm 3 ) ; (b) ajouter 570 hm 3 au-dessous du niveau de remplissage maximum pour le contrôle des crues et, finalement, (c) considérer une surcharge de crue de 570 hm 3. De cette manière, un volume de stockage de crue de 1 680 hm 3 fut créé. Après ceci, des études de crues furent réalisées (Sofrelec et al. (1970) et NEDECO (1975)), qui accrurent le volume de stockage de crues à 2 080 hm 3 et le volume total de la retenue à 3 050 hm 3. Finalement, il est utile de savoir que le barrage d Al Wahda, tel que complété en 1990, peut stocker 3 730 hm 3 d eau. 4 Voir Fig. 6 dans le chapitre 3 du texte principal. 5 Voir HP&D (1997). 244

In this particular case only the combination of storage and increased discharge capacity would result in an optimum protection against floods: 90 to 95 % of the original bank overspills would be annihilated while simulations learnt that from the 43 floods causing flooding during the period 1933 1983 only the three largest ones would still cause (considerably reduced) inundations. 3.2. The adopted solution and the philosophy behind it In the years following the aforementioned flood control studies it was ultimately decided to skip most of the Immediate Protection as well as the flood embankments along the Lower Sebou but create instead a much larger reservoir behind M Jara dam than originally planned 3. Al Wahda dam is a multipurpose dam which, apart from water for irrigation (its original single purpose) now also can supply drinking and industrial water, electricity and control most of the floods originating from the river Ouerrha. As such the dam has provided no doubt the most beneficial solution in terms of flood control economics for the Rharb plain but it cannot control all floods. This is partly due to the shape and the enormous size of the floods 4 which require storage as well as discharge capacity for exercising (nearly complete) control. Moreover, floods originate also for a part from the river Haut Sebou and from some less important tributaries downstream of Al Wahda dam. In terms of storage capacity: Even with a flood storage in the order of 2 750 hm 3 a certain discharge during floods is still required because the highest flood on record (1970) had a volume 4 039 hm 3 at M Jara site. 3.3. Description of the solution 3.3.1. Physical structures The 88 m-high AI Wahda embankment dam on the Ouerrha River, a tributary of the Sebou River, was commissioned in 1996 5. 3 In the first designs (EdF (1966)) the reservoir had a volume of 1500 hm3 and its purpose was solely irrigation. But it was already contemplated at that time: (a) to share part (400 hm 3 ) of the irrigation storage (1 100 hm 3 ) with that for flood control, (b) to add another 510 hm 3 below full supply level for flood control and, finally, (c) to take into account a flood surcharge of 570 hm 3. Thus an overall flood storage of 1,680 hm 3 was created. After the flood of 1970 studies were made (Sofrelec et al (1970) and NEDECO (1975) which increased the flood storage to 2 080 hm 3 and the overall storage of the reservoir to 3 050 hm 3. Finally, it is worthwhile to know that Al Wahda dam, as completed in 1996, can store 3 730 hm 3. Power generation was foreseen in all alternatives to a lesser or greater extent. 4 See figure 3-1 in Chapter 3 of main text. 5 See HP&D (1997). 245

AI Wahda, à 60 km de la ville de Fès, comprend une digue en terre zonée et une digue en forme de selle de 30 m de haut, séparées par un bloc comprenant des ouvrages auxiliaires en béton armé. Le barrage a 2 600 m de longueur (y compris la digue-selle), un volume de 26,4 mio m 3, et retient une retenue d une capacité de stockage de 3,73 km 3. Propriété conjointe de l Office des Eaux du ministère des Travaux publics et du Bureau National de l Electricité du Ministère de la production d électricité, il est le plus grand barrage du Maroc et le deuxième en Afrique, après le haut barrage d Assouan en Égypte. Les travaux annexes comprennent : un déversoir équipé de six vannes radiales, conçues pour réduire la crue de projet de 20 000 m 3 /s à 13 300 m 3 /s en hautes eaux ; des ouvrages de prise d eau et un tunnel ; un évacuateur de fond, et ; une centrale abritant trois groupes Francis de 82,5 MW, avec un débit nominal de 150 m 3 /s, qui opèrera sous une chute de 62 m à 143 tours par minute Les principaux objectifs de l aménagement polyvalent d AI Wahda sont les suivants: la protection de la plaine du Gharb contre de graves inondations ; la fourniture d environ 1 100 hm 3 d eau par an pour l irrigation d environ 100 000 ha dans la plaine du Gharb et la vallée inférieure de l oued Ouerrha ; la production de 400 GWh d électricité par an, et ; le transfert de plus de 600 hm 3 d eau vers le sud du Maroc, où de sévères pénuries d eau sont prévues pour l avenir, notamment dans le grand district urbain de Casablanca. 3.3.2. Mode d exploitation En raison de son caractère polyvalent, le mode de fonctionnement doit suivre certaines règles afin de satisfaire autant que possible les différents objectifs (section 3.3.1). En outre, le barrage d Al Wahda doit être utilisé conjointement avec divers autres barrages et tunnels dans le bassin du Sebou. L exploitation est effectuée en utilisant un modèle de simulation comprenant l ensemble de ces structures 6. Le mode de fonctionnement du barrage d Al Wahda est régi, d une part, par les débits et déversements en tenant compte (a) des exigences des différents utilisateurs de l eau, (b) des volumes relâchés d autres barrages et (c) de la capacité d évacuation du Bas Sebou, et d autre part du stockage découlant du volume disponible et des règles d exploitation, comme le montre la Fig. 14. C est en particulier la variation saisonnière sur l année des volumes réservés au stockage des crues et à l irrigation qui permet un fonctionnement efficace au bénéfice de toutes les parties 7. 6 Voir Sbihi et al (1978). 7 Voir Sbihi et al (1976). 246

AI Wahda, 60 km from the town of Fes, comprises a zoned earthfill dam and a 30 m-high saddle dyke, separated by a block comprising reinforced concrete ancillary works. The dam is 2 600 m long (including the saddle dyke), has a volume of 26.4 x 106 m3, and impounds a reservoir with a storage capacity of 3.73 km 3. Jointly owned by the Water Board of the Ministry of Public Works and the National Electricity Bureau of the Ministry for Power Generation, it is Morocco s largest dam, and the second largest in Africa after High Aswan dam in Egypt. The ancillary works comprise: a spillway equipped with six radial gates, designed to reduce the design flood of 20 000 m 3 /s down to 13 300 m 3 /s at high water level; intake works and a tunnel; a bottom outlet; and, a powerplant housing three 82.5 MW Francis units, with a rated discharge of 150 m 3 /s, which will operate under a head of 62 m, at 143 rpm. The main objectives of the multi- purpose AI Wahda scheme are: protection of the Rharb plain from severe flooding; provision of about 1 100 h m 3 of water per year for the irrigation of about 100 000 ha in the Rharb plain and lower Ouerrha valley; the production of 400 GWh/year of electricity; and, the transfer of more than 600 hm 3 of water to southern Morocco, where severe water shortages are predicted for the future, particularly in the greater urban district of Casablanca. 3.3.2. Operating mode Because of its multipurpose function the mode of operation has to follow certain rules in order to satisfy the different objectives (Section 3.3.1) as much as possible. Moreover, Al Wahda dam must be operated jointly with various other dams and tunnels in the Sebou basin. The operation is carried out using a simulation model comprising all these structures 6. The operation mode of Al Wahda dam is governed, on the one hand, by discharges and spillings taking into account (a) water requirements of various users, (b) release from other dams and (c) discharge capacity of the Lower Sebou and, on the other, by storage following from pool and rule curves as shown in Fig. 3. It is in particular the seasonal variation during the year of the volume of the pools reserved for flood storage and irrigation which enables an efficient operation to the benefit of all parties 7. 6 See Sbihi et al (1978). 7 See Sbihi et al (1976). 247

Le volume destiné à la production électrique au-dessous de la courbe de puissance est réservé pour la production d électricité de pointe pendant les mois d hiver (en années sèches utilisées en novembre et durant la première moitié de décembre). Lorsque le volume de stockage tombe au dessous de la courbe de couverture, la fourniture d eau d irrigation est réduite d une quantité prédéterminée. Ceci présuppose que les pertes de distribution peuvent être réduites lorsque les volumes de stockage sont inférieurs à la normale. Sauf pendant les fortes crues, le volume d eau n est pas autorisé à s élever au-dessus de la courbe de contrôle des crues. Le volume de crue, variable selon les saisons, est réservé pour le contrôle des crues. Fig. 13 Courbes de volumes et de règles 4. OBSERVATION DE L EXPLOITATION EFFECTIVE DE LA SOLUTION Déjà dans l année suivant sa mise en service, le barrage d Al Wahda a été en mesure d empêcher l inondation de la plaine du Gharb. Ceci est illustré dans la Fig. 14 et le Tableau 4. Dans le Tableau 4, une comparaison est faite entre la crue de 1995-1996 (sans stockage des eaux de crues dans le réservoir d Al Wahda) et celle de 1996-1997 (avec stockage des eaux de crue dans cette retenue). Fig. 14 Stockage de la crue de décembre 1996 dans la retenue d Al Wahda, Maroc (source: Benabdelfadel, 2003) 248

The power pool below the power curve is reserved for peak power generation during the winter months (in dry years used in November and the first half of December). When the volume in storage fails below the hedging curve, irrigation supply is decreased by a predetermined amount (fixed run input). This assumes that distribution losses can be reduced when storages are below normal. Except during high floods the water volume is not allowed to rise above the flood control curve. The seasonally variable flood pool is reserved for flood control. Fig. 13 Pools and rules curves 4. OBSERVATION OF ACTUAL OPERATION OF THE SOLUTION Already within one year after its commissioning Al Wahda dam was able to prevent inundation of the Rharb plain. This is illustrated in Fig. 14 and in Table 4. In Table 1 a comparison is made between the flood of 1995-1996 (without storage of flood waters in the Al Wahda reservoir) and the flood of 1996-1997 (with storage of flood waters in the reservoir). Fig. 14 Storage of the flood of December 1996 in the Al Wahda reservoir, Morocco (source: Benabdelfadel, 2003) 249

Tableau 4 Régulation de crue par le barrage d Al Wahda 8 Année Débit de pointe [m 3 /s] Volume Volume Surface décrue de débordement inondée [million m 3 ] [million m 3 ] [ha] 1995/1996 3 700 3 900 1 450 150 000 1996/1997 5 300 3500 17 6 000 5. CONCLUSION Selon une étude récente (Akalay et al, 2007), la fonction de contrôle des crues à Al Wahda résulte en une diminution annuelle moyenne de dégâts de 200 millions de dirhams (27 millions de dollars). En moyenne, les débordements sont réduits de plus de 90 %. De la Fig. 14, il s ensuit que, à part le stockage de crues, une certaine capacité d écoulement dans le Bas Sebou est essentielle pour atteindre cet objectif. Il y a cependant deux raisons pour lesquelles la capacité d écoulement réelle est plus faible que prévue initialement. Tout d abord les digues de crues prévues le long du Bas Sebou, qui permettraient une capacité minimale de 2 200 m 3 /s n ont jamais été construites 9. Cette décision a été motivée par la capacité de stockage du barrage d Al Wahda, qui est maintenant beaucoup plus importante que prévue initialement. Pourtant, une capacité d écoulement du Bas Sebou entre 1 500 et 2 000 m 3 /s est considérée comme souhaitable. Dans les études de maîtrise des crues des années soixante-dix, la capacité de la rivière à pleine charge (sans digues latérales) a été estimée être de l ordre de 1 600 à 1 800 m 3 /s. Mais cette situation n existe plus. Les petits barrages construits dans le Bas-Sebou dans les années quatre vingt pour extraire l eau pour l irrigation (par pompage), combinés avec les apports latéraux incontrôlés de matériaux de divers affluents riches en sédiments en aval des grands barrages ont entraîné un ensablement local du lit du fleuve. En fait, il semblerait que, localement, la capacité d écoulement est inférieure à 1 000 m 3 /s! 1 0 8 Information reçue du président du Comité Marocain des Grands Barrages (CMGB). 9 Voir NEDECO (1978). 10 Voir NEDECO (1978). 250

Table 4 Flood regulation by Al Wahda dam 8 Year Peak discharge [m 3 /s] Flood Volume Area volume of bank flooded [million m 3 ] [million m 3 ] [ha] 1995/1996 3 700 3 900 1 450 150 000 1996/1997 5 300 3500 17 6 000 5. CONCLUSION According to a recent paper (Akalay et al, 2007), the flood control function of Al Wahda results in an average annual decrease in damages of 200 million Dirham (US$ 27 million). On average, bank overspills are reduced by more than 90%. From Fig. 14 it follows that, apart from flood storage, a certain discharge capacity of the Lower Sebou is vital to reach this goal. There are however two reasons why the actual discharge capacity is lower than originally foreseen. First of all the planned flood embankments along the Lower Sebou which would enable a minimum discharge capacity of 2 200 m 3 /s were never constructed 9. This decision was prompted by the storage capacity of Al Wahda dam which is now much larger than originally foreseen. Still, a discharge capacity of the Lower Sebou between 1 500 and 2 000 m 3 /s is considered desirable. Now, during the flood control studies in the seventies the capacity at bankful stage (without flood embankments) was found to be in the order of 1 600 to 1 800 m 3 /s. But this situation does not any longer exist. The weirs built in the Lower Sebou in the eighties to extract water for irrigation (by means of pumping) together with the uncontrolled sediment-rich lateral inflow from various tributaries downstream of the large dams have led to local silting up of the river bed. In fact it would appear that, locally, the discharge capacity is now less than 1 000 m 3 /s! 10 8 Information received from the president of the Moroccan Committee on Large dams (CMGB). 9 See NEDECO (1978). 10 See NEDECO (1997). 251

6. RÉFÉRENCES B. AKALAY (2007) and K. EL GHOMARI, The role of Al Wahda dam in Hydropower and Water Resources Management Proceedings ICOLD Symposium Dam Safety Management, Role of State, etc, St. Petersburg 2007. H. BENABDELFADEL (2003), Protection contre les inondations, Expérience marocaine presentation at ICID workshop on Floods, Montpellier, October 2003. EDF (1966), Électricité de France, «Aménagement du Bassin du Sebou, Barrage de M Jara sur l Oued Ouerrha», juin 1966. HP&D (1997), Africa s second largest dam inaugurated in Morocco, Hydropower and Dams, Issue 2, 1997. NEDECO (1973), «Étude des Mesures de Protection contre de Inondations dans la Plaine du Rharb, Maroc» (Final Report, Mission 1), The Hague, 1973. NEDECO (1975), Flood control study, Rharb Plain, Morocco, (Final Report, Mission 2), The Hague, 1975. NEDECO (1978), «Endiguement du Bas Sebou» (avant-projet detaillé), The Hague, décembre 1978 NEDECO et al. (1991), «Étude d impact du barrage M jara sur l environnement», juin 1991 NEDECO (1997), «État actuel de la lutte contre les inondations et actions à entamer», février 1997. M. SBIHI (1976) et R.A. BUNING, Practical applications of systems analysis in reservoir sizing, Water Power and Dam Construction, Ocober 1976. M. SBIHI (1978), R.A. BUNING and H.K.A. ROTERMUNDT, A simulation model for water resources development planning in the Sebou River Basin in Morocco, Proceedings Intern. Conf. on Water Resources Engineering, Bangkok, January 1978 SOFRELEC - COYNE et BELLIER (1970), «Barrage de M Jara, Ecrêtement des crues. Note sur les études préliminaires concernant la cote du barrage, etc.», mai 1970 252

6. REFERENCES B. AKALAY (2007) and K. El Ghomari, The role of Al Wahda dam in Hydropower and Water Resources Management Proceedings ICOLD Symposium Dam Safety Management, Role of State, etc, St. Petersburg 2007. H. BENABDELFADEL (2003), Protection contre les inondations, Expérience marocaine presentation at ICID workshop on Floods, Montpellier, October 2003. EdF (1966) Électricité de France, «Aménagement du Bassin du Sebou, Barrage de M Jara sur l Oued Ouerrha», juin 1966. HP&D (1997), Africa s second largest dam inaugurated in Morocco, Hydropower and Dams, Issue 2, 1997. NEDECO (1973), Étude des Mesures de Protection contre de Inondations dans la Plaine du Rharb, Maroc (Final Report, Mission 1), The Hague, 1973. NEDECO (1975), Flood control study, Rharb Plain, Morocco, (Final Report, Mission 2), The Hague, 1975. NEDECO (1978), «Endiguement du Bas Sebou» (avant-projet detaillé), The Hague, décembre 1978 NEDECO et al. (1991), «Étude d impact du barrage M jara sur l environnement», juin 1991 NEDECO (1997), «État actuel de la lutte contre les inondations et actions à entamer», février 1997. M. SBIHI (1976) and R.A. BUNING, Practical applications of systems analysis in reservoir sizing, Water Power and Dam Construction, Ocober 1976. M. SBIHI (1978), R.A. BUNING and H.K.A. ROTERMUNDT, A simulation model for water resources development planning in the Sebou River Basin in Morocco, Proceedings Intern. Conf. on Water Resources Engineering, Bangkok, January 1978 SOFRELEC - COYNE and BELLIER (1970), «Barrage de M Jara, Ecrêtement des crues. Note sur les études préliminaires concernant la cote du barrage, etc.», mai 1970 253

ANNEXE 4 ÉTUDE DE CAS EXPLOITATION COORDONNÉE DE RETENUES EN VUE DE LIMITATION DU DÉBIT DE POINTE (VALAIS, SUISSE) 1. INTRODUCTION Les réservoirs artificiels sont en général exploités indépendamment les uns des autres, surtout s ils ne se trouvent pas sur le même cours d eau. En particulier lors de fortes crues, chaque exploitant cherche avant tout à protéger ses propres installations. Il conduit l exploitation dans les limites fixées par sa concession ou son règlement interne, sans considération pour les éventuels dégâts que ses décisions pourraient contribuer à causer à l aval. Or, si plusieurs aménagements se trouvent dans le même bassin versant, l addition des conséquences de décisions prises indépendamment peut se révéler préjudiciable à la sécurité du tronçon de cours d eau commun situé à l aval de toutes les retenues. La vallée du Rhône supérieur, située en amont du lac Léman (Suisse) est caractérisée par un caractère fortement alpin. Le fleuve traverse le canton du Valais tel une épine dorsale, sur laquelle viennent se greffer quantité d affluents sur les deux rives. Presque tous les torrents principaux ont été interrompus par des grands barrages et des retenues artificielles d altitude permettant de stocker les eaux estivales pour le turbinage d hiver. Ces réservoirs servaient initialement exclusivement à la production d énergie électrique d aménagements à haute chute. Une étude a été faite, qui conclut à l intérêt réel de coordonner leur exploitation en cas de sévère événement hydrologique. Le but ultime visé est la réduction du débit de pointe et des dégâts aux endroits critiques de plaine. 2. SITUATION EN VALAIS Le bassin versant du Rhône à son embouchure dans le Léman couvre une surface de plus de 5 000 km 2. Les onze réservoirs artificiels les plus importants du Valais forment quant à eux un volume total de 1 200 mio m 3, qui contrôle le 21 % des apports du Rhône à la Porte du Scex, endroit de référence situé non loin de son embouchure dans le Léman (Fig. 15). Ces retenues sont d ordinaire remplies à environ 94% lorsque commence la saison de turbinage hivernal. Les conditions météorologiques générales ayant changé depuis le temps de leur construction, les grandes crues d été ont fait place à des événements plus tardifs, qui surviennent malheureusement justement en fin de saison d accumulation. Le débit moyen du Rhône à la Porte du Scex se monte à 180 m 3 /s. La présence des retenues artificielles n a pas changé ce débit, mais sa variabilité, notamment en cas de périodes hydrologiques fortement marquées (crues, sécheresses). Ainsi, la 254

APPENDIX 4 CASE STUDY COORDINATED RESERVOIR OPERATION (VALAIS, SWITZERLAND) 1. INTRODUCTION Artificial reservoirs are in general operated independently from one another, especially if they are not located on the same river. During heavy floods, every operator seeks before all to protect its own installations. It conducts the operation within the limits fixed by its concession or its internal rules, without great consideration to the possible damages its decisions may cause downstream. However, if several schemes are in the same watershed, the addition of the consequences of independent decisions may prove detrimental to the safety of the common river stretch situated downstream of all reservoirs. The upper Rhone valley, situated upstream of the lake Geneva (Switzerland) is characterized by a strongly alpine pattern. The river crosses the canton Valais like a backbone, draining numerous tributaries on both sides. Almost all main torrents have been harnessed by high dams and artificial reservoirs, allowing summer waters to be stored for the winter energy production. Initially these reservoirs served exclusively the production of electrical energy in high head power plants. A study has been carried out at the onset of the years 2000 s, which concludes to the real interest of coordinating their operation in the occurrence of a severe hydrological event. The ultimate goal is the reduction of the peak discharge and of the damages at critical plain locations. 2. SITUATION IN VALAIS The Rhone watershed at its confluence in the Lake Geneva covers an area of over 5 000 km 2. The eleven most important artificial reservoirs of Valais form a total retention volume of 1 200 mio m 3, which controls 21% of the Rhone supply at the Porte du Scex, a reference section located nearby its confluence into Lake Geneva (Fig. 15). The reservoirs are on average filled up to ca. 94% at the beginning of the cold season. The prevailing meteorological conditions having evolved since their construction time, the large summer floods gave way to later events, which unfortunately occur just at the end of the filling period. The mean discharge of the Rhone at Porte du Scex amounts to 180 m 3 /s. The presence of artificial reservoirs has not changed this discharge but its variability, especially considering pronounced hydrological periods (floods, droughts). This 255

crue millénale à la Porte du Scex se monte maintenant à 2 120 m 3 /s. Ces chiffres peuvent être mis en regard de la capacité totale de turbinage des onze aménagements principaux, qui est de 350 m 3 /s. Trois crues exceptionnelles, en 1987, 1993 et 2000, ont causé d importants dégâts dans la plaine. Bien que les deux dernières aient eu lieu alors que les réservoirs étaient pleins, des reconstitutions théoriques ont permis de montrer que ces derniers ont malgré tout permis d atténuer les débits de pointe du Rhône de quelque 10 à 20 %. L étude a également montré que le potentiel de limitation des crues offert par ces retenues était encore important. Un programme de recherche réunissant le canton du Valais, l École Polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) et l Office Fédéral des Eaux et de la Géologie (OFEG) a alors été mis sur pied, visant à déterminer l influence de l exploitation coordonnée des ces retenues sur le déroulement des crues à l aval, ainsi que les conditions à remplir pour une mise en application réussie de ces principes. Les premiers résultats de ce projet (MINERVE) sont très encourageants et démontrent qu il est possible de diminuer notablement l agressivité d une crue du Rhône en infléchissant de manière coordonnée l exploitation des aménagements les plus importants tout en ne portant pas atteinte aux droits des exploitants. Fig. 15 Le basin versant du Rhône 3. LE PROJET MINERVE Le projet MINERVE repose sur le principe qu il est économiquement préférable de modifier l exploitation des réservoirs existants pour diminuer l ampleur des crues à l aval, plutôt que d investir pour constituer de nouvelles retenues de protection contre les crues. Il repose sur un système-expert travaillant 256

figure may be compared with the total processing capacity of the eleven main schemes, which totals 350 m 3 /s. Three exceptional floods (in 1987, 1993 and 2000) caused important damages in the Rhone plain. Although the last two occurred as the reservoirs were full, theoretical reconstitutions showed that they could nevertheless damp the peak discharge of the Rhone by some 10 to 20%. The study also demonstrated that the additional flood limitation potential of these reservoirs is important. A research program gathering the canton Valais, the École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) et the former Federal Office of Water and Geology (OFEG) was thus started, aiming at determining the influence of the coordinated operation of these reservoirs on the course of the floods downstream, as well as the conditions to fulfil for a successful implementation of these principles. The first results of this project (MINERVE) are very promising and show that it is possible to notably reduce the aggressiveness of a Rhone flood through a coordinated inflection of the operation of the main schemes without impairing the rights or the interests of their operators. Fig. 15 The Rhone Watershed 3. THE MINERVE PROJECT The MINERVE project (modelling of extreme events, of the Valais reservoirs and their effects) rests on the principle that it is economically preferable to adapt the operation of the existing reservoirs to reduce the magnitude of a flood downstream, rather than to invest to realize new flood protection reservoirs. For the 257

en temps réel, basé sur les données hydrologiques les plus récentes, intégrant les prévisions météorologiques et réajustant le modèle sur la réalité à chaque pas de calcul. Le bassin versant est scindé en 239 sous-bassins, d une surface moyenne de 23 km 2, et en 130 sections de rivière. Ces éléments couvrent une plage d altitude comprise entre 372 et 4 634 msm. Chaque sous-bassin est divisé en tranches de 500 m d altitude, permettant d une part de tenir compte des paramètres météo variant avec l altitude (température, humidité), d autre part de modéliser les conditions au sol (glaciers, neige, sol, etc.). La réaction hydrologique de chaque sous-bassin est simulée (fonte de la neige, percolation des précipitations, ruissellement, etc.), de même que le transit de l eau en provenance des sous-bassins situés en amont. Compte tenu de la discrétisation spatiale (sous-bassins et tranches d altitude), ce sont plus de 5 500 variables d état et autant d équations différentielles qui sont à résoudre simultanément. Les réservoirs jouent un rôle particulier, puisqu ils sont les éléments-clés de tout le système de prévention. Leur taux de remplissage doit être connu en permanence, de même que leurs conditions d exploitation (pompage, turbinage, déversement, etc.). Les variables de décision servant à l optimisation de la gestion de ces retenues sont les débits turbinés et les débits déversés. À cet égard, il convient de relever que les priorités dans les décisions d exploitation, visant toutes à maintenir une réserve de stockage temporaire afin maîtriser la crue, sont les suivantes : arrêt du pompage dans les retenues; fermeture des prises d eau; fermeture des prises d eau; début du déversement. Le partie hydraulique du modèle de gestion est basée sur six fonctions hydrauliques de base: la génération des débits (modèles hydrologiques) la séparation des débits (prises d eau et retenues) le transport des débits (écoulement) l addition des débits (confluence) le stockage des débits (laminage de crue) la régulation des débits (turbinage, déversement, vidange). Le projet MINERVE s oriente selon cinq axes principaux : la gestion administrative, qui est du ressort du canton; le développement d un système de communication pour les données d entrée hydrologiques et météorologiques; le développement informatique du modèle de simulation numérique du réseau; les prévisions météorologiques, qui portent sur une durée de 72 heures ; elles sont renouvelées périodiquement toutes les 12 heures; les développements scientifiques, qui devront tenir compte essentiellement de l affinement de l échelle du modèle. 258

operators, it is also less costly to follow this line than to leave a large free board in the reservoir for the flood management. The principle relies on an expert system working in real time and based on the most recent available hydrological data, integrating the weather forecasts and recalibrating the model on the reality at each calculation step. The watershed is split into 239 partial catchments, with an average area of 23 km 2, and into 130 river sections. These elements cover an elevation range comprised between 372 and 4 634 m. Every partial catchment is divided into slices of 500 m of elevation, allowing on one hand the weather variables related to elevation (temperature, humidity) to be taken into account and on the other hand to model the ground conditions (glaciers, snow, ground cover, etc.). The hydrological reaction of each partial catchment is simulated (snow melt, percolation of precipitation, runoff, etc.), as well as the routing of the water coming from catchments located at higher elevation. Considering the spatial splitting (catchments and elevation slices), over 5 500 state variables and as many differential equations are to be solved simultaneously. The reservoirs play a particular role, since they are the key components of the entire prevention system. Their filling grade must constantly be known, along with their operation conditions (pumping, turbining, water spilling, etc.). The decision variables serving to the optimisation of the reservoir management are the turbinated flows and the spilled discharges. It must be stressed that the priorities in the operation decisions, all aiming at keeping a temporary storage reserve allowing to master the floods, are the following: stop of water pumping into the reservoirs; closing of the water intakes; start of turbining; begin of spilling. The hydraulic part of the management model relies on six basic hydraulic functions: the generation of discharges (hydrological models) the separation of discharges (water intakes and reservoirs) the transfer of discharges (routing) the addition of discharges (confluence) the storage of discharges (flood control) the regulation of discharges (turbining, spilling, emptying). The MINERVE project is oriented along five main lines: the administration of the project, which managed by the canton; the development of a communication system for the transfer of hydrological and meteorological data; the computer development of the numerical network simulation model; the weather forecast, which covers a duration of 72 hours; it is updated every 12 hours; the scientific development, which will mainly have to consider the refining of the model scale. 259

4. L ABAISSEMENT PRÉVENTIF DU NIVEAU DES RETENUES L abaissement préventif d une retenue par turbinage anticipé permet de dégager un volume de retenue supplémentaire, qui sera utilisé lors de l arrivée de la crue. Les calculs d optimisation, qui conduisent à définir les meilleures stratégies de prévention, doivent naviguer entre les deux risques majeurs d erreurs que sont : l abaissement insuffisant ou tardif des retenues en cas de forts apports, conduisant à une atténuation trop faible de la crue et à des dégâts subséquents; l abaissement trop marqué des retenues en cas de faible crue, conduisant à une perte financière pour les exploitants. Les aménagements sont traités individuellement par le modèle de gestion, qui permet de déterminer, pour chaque retenue, les instants optimaux de début et de fin de turbinage et de vidange préventifs. Pour assurer la qualité des résultats et minimiser les risques d erreurs, la qualité des prévisions météorologiques est évidemment cruciale. La fiabilité de la discrétisation et des règles de travail du système expert en est une autre. Pour le modèle de gestion, le problème consiste donc à maximiser l efficacité de rétention pendant la crue, et donc à libérer préventivement la place nécessaire au stockage de cet apport. Or l addition du débit naturel pas encore maximal et des débits de turbinage et de vidange préventifs des grands aménagements peut aboutir à déplacer la pointe de la crue dans le Rhône sans la diminuer. Une fonctionobjectif, de type économétrique, est alors prise en considération, qui exprime les coûts totaux des dommages sur les tronçons de contrôle. 5. INFLUENCE DE LA GESTION COORDONNÉE DES RETENUES SUR LES CRUES La simple présence de retenue et de prises d eau sur les cours d eau jouent un rôle fortement modérateur sur la violence des crues. Ainsi, l amplitude des crues à l embouchure de la Vispa dans le Rhône à Viège peut être réduite jusqu à 52 % par les aménagements de production d énergie. En tous les cas, même si les retenues sont pleines et que le turbinage ne fonctionne pas, une significative du débit de pointe est observée. De nombreuses simulations, prenant en compte quantité de situations différentes (température, précipitations, enneigement, remplissage des réservoirs, débits initiaux dans les rivières, entre autres), et visant à optimiser l abaissement préventif des retenues principales valaisannes, ont été effectuées. Les principaux résultats sont les suivants : l abaissement préventif du niveau des retenues déterminé ainsi par le modèle de gestion aboutit à la protection la pus efficace pour les crues de moyennes importance (période de 50 à 100 ans); une vidange préventive des retenues par le truchement d un début de turbinage 18 heures avant la pointe de la crue conduit à une diminution de 15 % du débit de pointe du Rhône à la station de référence; 260

4. THE PREVENTIVE LOWERING OF THE WATER LEVEL IN THE RESERVOIRS The preventive lowering of the water level through early turbining allows an additional reservoir volume to be created, which will be used when the flood occurs. The optimisation calculations, which lead to defining the best prevention strategies, must navigate between two major risks of errors, which are: the insufficient of late lowering of the water level in case of strong flood, leading to a too weak attenuation of the flood and to subsequent damages; the too strong lowering of the water level in the reservoirs in case of a weak flood, leading to a loss for the operators. The schemes are treated individually by the management model, which allows for each scheme the optimal timing for beginning and end of the turbining period and the preventive emptying to be determined. To ensure the quality of the results and minimize the risks of errors, the quality of the weather forecasts is indeed crucial. The reliability of the spatial splitting and of the internal working rules of the expert system is no less. For the management model, the problem consists thus in maximizing the water retention efficiency during the flood, and thus to preventively free the required storage room for this inflow. But the addition of a natural flow that has not reached its peak and of the turbining and preventive spilling discharges of the large schemes may simply lead to move the time of the peak flow in the Rhone without reducing it. An econometric objective function is thus considered, which expresses the total costs of the potential damages on the control stretches. 5. INFLUENCE OF THE COORDINATED RESERVOIR MANAGEMENT ON THE FLOODS The mere presence of reservoirs and water diversions on streams plays a strongly moderating role on the flood violence. For instance, the amplitude of the floods at the confluence of the Vispa into the Rhone in Visp may be reduced by up to 52% thanks to the energy production schemes. In any case, even if the reservoirs are full and the power plants do not work, a significant reduction of the peak flow is observed. Numerous simulations, taking into account a great quantity of different situations (temperature, precipitation, snow, filling grade of reservoirs, initial discharges in the rivers, among others), and aiming at optimising the preventive lowering of the main Valais reservoirs, have been carried out. The key results are the following: the most efficient protection obtained thanks to the preventive lowering of the reservoir level is reached for the middle size floods (return period of 50 to 100 years); a preventive emptying of the reservoirs through a turbining start 18 hours before the peak flow of the flood leads to a reduction by 15% of the peak flow of the Rhone at the reference station; 261

combinée à une ouverture préventive des organes de vidanges, la mise en action d un turbinage préventif conduit même à une diminution de 21 % du débit de crue maximal sur le Rhône; un délai minimum de 30 heures avant la pointe pour le début de l abaissement préventif des retenues par turbinage permet de garantir une pointe dans le Rhône inférieure à 1 100 m 3 /s. Ce délai peut être réduit à 20 heures en cas d ouverture des organes de vidanges; une simulation de la crue de 1993 montre que si un turbinage préventif avait débuté 50 heures avant le passage de la crue, la pointe de celle-ci (960 m 3 /s) aurait pu être réduite de 200 m 3 /s, et même de 330 m 3 /s si les vidanges de fond avaient été ouvertes. La réduction relative se serait donc montée à 27, respectivement à 34 %. 6. EXÉCUTION DU CONCEPT La plupart des réservoirs appartiennent à différents propriétaires, qu il faut convaincre d accepter l idée d abandonner une partie de leurs prérogatives managériales en cas de crise. Selon la constitution du Valais, le canton doit garantir la sécurité des citoyens. Un arrêté de police (turbinage, vidage, arrêt des opérations) peut donc devenir restrictif. Les opérateurs des installations hydroélectriques ont dû donner leur accord pour admettre qu ils obéiraient temporairement à une autorité extérieure (sans compensation) afin d assurer l intérêt public en aval de leurs installations. Une convention a été signée entre le canton et les compagnies opératrices. Selon cet accord, le canton porte la responsabilité en cas de fausse manœuvre résultant d un ordre cantonal inapproprié. Toues les opérateurs ont contribué au développement du modèle en fournissant des données. Pendant l alerte de 2006, certains ont même opéré des opérations préventives (stabilisation du niveau de l eau) sans qu un arrêté de police n ait été pris. Les premières expériences faites depuis la mise en place de MINERVE montrent que le modèle fonctionne bien et que les indicateurs ont été correctement sélectionnés. Les erreurs météorologiques se sont révélées importantes ; la notion de fiabilité de la prévision météorologique est le point le plus critique, qui doit être intégré dans la décision. Pour le reste, la contribution du modèle est d une importance capitale : il nécessite, en situation de crise, d opérer en permanence des comparaisons entre les prévisions et les observations. L explication rapide et fiable de l origine des différences possibles entre les deux est un élément clef. 7. CONCLUSION Non seulement l abaissement préventif coordonné de retenues artificielles en cas de forte crue est théoriquement envisageable, il est même réalisable dans la pratique, ainsi que l a montré une étude sur la gestion du Rhône alpin en Suisse. Un modèle expert permet de proposer des stratégies individuelles de gestion des retenues en cas de situation météorologique critique. Ces stratégies conduisent à des réductions notables du débit de pointe et des dégâts sur le cours d eau commun à 262

combined with a preventive opening of the flood evacuation system, a preventive turbining leads even to a decrease by 21% of the maximal flood discharge in the Rhone; to guarantee a positive effect, the minimum time lapse to observe for the preventive lowering of the reservoirs before the occurrence of the peak flow amounts to twenty to thirty hours, depending if the flood evacuation system is activated or not; a simulation of the 1993 flood shows that if a preventive turbining had started 50 hours before the occurring of the flood, its peak (960 m 3 /s) could have been reduced by 200 m 3 /s, and even by 330 m 3 /s if the bottom outlets had been opened. The relative reduction would have amounted to 27%, respectively to 34%. 6. IMPLEMENTATION OF THE CONCEPT Most of the reservoirs belong to different owners, who had to be convinced to accept the idea of abandoning part of their management prerogatives in case of a critical event. According to the Valais constitution, le canton must guarantee the safety of its citizens. A police order (turbining, emptying, operation stop) can thus become restricting. The operators of hydroelectric schemes have agreed to temporarily comply with an external authority (without compensation), in order to ensure the common good downstream of their installations. A convention has been signed between the canton and the companies operating the schemes. According to this agreement, the canton carries the responsibility in case of wrong manoeuvre resulting from an erroneous cantonal order. All the operators contributed to the development of the model, by providing data. During the 2006 alert, some even performed preventive operations (stabilisation of water level) without formal police order. The first experiences made since the implementation of MINERVE show that the model performs well and that the indicators have been correctly selected. The weather errors prove prominent; most critical point, the notion of reliability of the weather forecast must be integrated into the decision. Apart from this, the contribution of the model is paramount: it requires the comparison between forecast and observations to be performed continuously during a crisis situation. The rapid and reliable explanation of the origin of possible discrepancies become then the most important element in case of observed differences. 7. CONCLUSION Not only the coordinated preventive lowering of artificial reservoirs in case of large floods is theoretically thinkable, it is even possible to practically implement it, as a study on the management of the alpine Rhone in Switzerland showed. An expert model allows individual strategies of reservoir management to be proposed during critical meteorological situation. These strategies lead to significant reductions of the peak flow and of the damages on the common river downstream of 263

l aval des réservoirs, tout en minimisant les risques d erreurs en cas de crue de faible ou moyenne importance. L efficacité du modèle de gestion repose en particulier sur une discrétisation poussée des bassins versants, un excellent système de communication des données météorologiques et hydrologiques et l intégration en temps réel des prévisions météorologiques portant sur les 72 heures à venir. De manière plus large, un élément important du succès d une telle entreprise réside dans la bonne intégration de ses aspects politiques, légaux et institutionnels. L implémentation de ce système a reçu l aval de tous les exploitants, dont la fédération pour ce projet ne posa pas de problèmes majeurs. Les premières expériences récoltées en temps réel sont concluantes. 8. RÉFÉRENCES JORDAN, F. (2007). «Modèle de prévision et de gestion des crues - Optimisation des opérations des aménagements hydroélectriques à accumulation pour la réduction des débits de crue», Thèse de doctorat n 3711, École Polytechnique Fédérale de Lausanne. JORDAN, F., GARCIA HERNANDEZ, J., DUBOIS, J. et BOILLAT, J.-L. (2007). «MINERVE : Modélisation des Intempéries de Nature Extrême du Rhône Valaisan et de leurs Effets», Communication du Laboratoire de Constructions Hydrauliques, ed. A. Schleiss, EPFL, Lausanne (en cours d impression) JORDAN, F. (2005). Gestion des crues par opérations préventives sur les aménagements hydroélectriques à accumulation. In: P.A. Schleiss (Editor), Conférence sur la recherche appliquée en relation avec la 3 e Correction du Rhône - Nouveaux développements dans la gestion des crues. Communication LCH, Martigny, pp. 121-132. JORDAN, F. (2005). Gestion des crues par opérations préventives sur les aménagements hydroélectriques à accumulation. Wasser Energie Luft - Eau Energie Air, 97. Jahrgang(Heft 11/12): 333-337. JORDAN, F., BOILLAT, J.-L., DUBOIS, J., HINGRAY, B. et SCHLEISS, A. (2006). Modell zur Hochwasser Vorhersage und Hochwassermanagement der Rhone, Hochwasservorhersage, Erfahrungen, Entwicklungen und Realität. Wiener Mitteilungen. ÖWAV, Vienna, pp. 103-118. JORDAN, F., BOILLAT, J.-L., DUBOIS, J. et SCHLEISS, A. (2005). Real-time flood management by preventive operations on multiple alpine hydropower schemes, 31th IAHR Congress, Seoul, pp. 3235-3245. JORDAN, F., BOILLAT, J.-L., DUBOIS, J. et SCHLEISS, A. (2005). A new model for realtime flood management by preventive operations on multiple hydropower schemes. In: H.a. Dams (Editor), Hydro 2005 - Policy into practice. Hydropower and Dams, Villach, pp. Session 5. JORDAN, F., BOILLAT, J.-L., DUBOIS, J. et SCHLEISS, A. (2006). Prévision et gestion des crues par opérations préventives sur les retenues alpines. In: ICOLD (Editor), Vingt Deuxième Congrès des Grands Barrages. ICOLD, Barcelone, pp. 497-510. 264

the reservoirs during large floods, while minimizing the risks of errors in case of small or middle size events. Technically, the efficiency of the management model rests in particular on a detailed splitting of the watersheds, an excellent communication system of meteorological and hydrological data and the real time integration of weather forecasts covering the following 72 hours. On a broader scale, an important component of the success of such an endeavour resides in the proper integration of its political, legal and institutional aspects. The system implementation has received the agreement of all operators, whose federation for this project did not pose major problems. The first experiences gathered in real time are conclusive. 8. REFERENCES JORDAN, F. (2007). «Modèle de prévision et de gestion des crues - Optimisation des opérations des aménagements hydroélectriques à accumulation pour la réduction des débits de crue», Thèse de doctorat n 3711, École Polytechnique Fédérale de Lausanne. JORDAN, F., GARCIA HERNANDEZ, J., DUBOIS, J. and BOILLAT, J.-L. (2007). «MINERVE : Modélisation des Intempéries de Nature Extrême du Rhône Valaisan et de leurs Effets», Communication du Laboratoire de Constructions Hydrauliques, ed. A. Schleiss, EPFL, Lausanne (en cours d impression) JORDAN, F. (2005). Gestion des crues par opérations préventives sur les aménagements hydroélectriques à accumulation. In: P.A. Schleiss (Editor), Conférence sur la recherche appliquée en relation avec la 3 e Correction du Rhône - Nouveaux développements dans la gestion des crues. Communication LCH, Martigny, pp. 121-132. JORDAN, F. (2005). Gestion des crues par opérations préventives sur les aménagements hydroélectriques à accumulation. Wasser Energie Luft - Eau Energie Air, 97. Jahrgang(Heft 11/12): 333-337. JORDAN, F., BOILLAT, J.-L., DUBOIS, J., HINGRAY, B. and SCHLEISS, A. (2006). Modell zur Hochwasser Vorhersage und Hochwassermanagement der Rhone, Hochwasservorhersage, Erfahrungen, Entwicklungen und Realität. Wiener Mitteilungen. ÖWAV, Vienna, pp. 103-118. JORDAN, F., BOILLAT, J.-L., DUBOIS, J. and SCHLEISS, A. (2005). Real-time flood management by preventive operations on multiple alpine hydropower schemes, 31th IAHR Congress, Seoul, pp. 3235-3245. JORDAN, F., BOILLAT, J.-L., DUBOIS, J. and SCHLEISS, A. (2005). A new model for real-time flood management by preventive operations on multiple hydropower schemes. In: H.a. Dams (Editor), Hydro 2005 - Policy into practice. Hydropower and Dams, Villach, pp. Session 5. JORDAN, F., BOILLAT, J.-L., DUBOIS, J. and SCHLEISS, A. (2006). Prévision et gestion des crues par opérations préventives sur les retenues alpines. In: ICOLD (Editor), Vingt Deuxième Congrès des Grands Barrages. ICOLD, Barcelone, pp. 497-510. 265

ANNEXE 5 ÉTUDE DE CAS EXPÉRIENCE DE LA CRUE EXTRÊME D AOÛT 2002 EN SAXE ATTENTES ET RÉALITÉ CONCERNANT LE RÔLE DES BARRAGES DANS LE CONTRÔLE DES CRUES 1. INTRODUCTION La plupart des barrages satisfont aux différentes exigences de la société. Souvent, plusieurs objectifs doivent être considérés et classés par ordre de priorité. Comme l exploitation des barrages fait partie du domaine de l intérêt public, toute modification de ces priorités peut entraîner des conflits entre les différents groupes d utilisateurs. Par ailleurs, un des problèmes principaux de l exploitation consiste en la nécessité de faire face aux incertitudes. La plus importante incertitude résulte du caractère stochastique des conditions hydrologiques, mais aussi de développements socio-économiques influant sur la demande en eau et des conditions aux limites de l approvisionnement en eau, qui sont des aspects incertains de la planification de la gestion des retenues. En Allemagne, les conditions de gestion des retenues ont été modifiées dans les dernières décennies, en raison par exemple, de (Schultz et Schumann, 2001): une réduction générale de la demande en eau due à la diminution de la population, du recyclage de l eau, de systèmes d approvisionnement plus efficaces, de la réduction des pertes, d industries plus économes en eau, etc., une tendance vers des systèmes d approvisionnement en eau plus grands et plus efficaces, une modification de la perception du risque acceptable, de nouvelles demandes en eau, par exemple pour les loisirs, l amélioration et la réhabilitation des écosystèmes, des exigences plus élevées concernant la qualité de l eau, par exemple par la directive-cadre européenne sur l eau. Si la demande en eau est en mutation, les poids des différents objectifs de l exploitation du réservoir peuvent être déplacés. Mais c est dans bien des cas un processus complexe affectant les bases économiques de la gestion des réservoirs. Le passage de valeurs d usage à des valeurs de non usage exige des discussions complexes entre les usagers de l eau et l administration chargée de la planification de l exploitation de la retenue. À un barrage spécifique, une demande de changement dans le fonctionnement sera souvent exprimée si le public prend conscience d un problème causé par un surplus d eau (inondation) ou un déficit hydrique (sécheresse). Comme les deux phénomènes ont un caractère stochastique, 266

APPENDIX 5 CASE STUDY EXPERIENCE OF THE EXTREME FLOOD IN AUGUST 2002 IN SAXONY EXPECTATIONS AND REALITY ABOUT THE ROLE OF DAMS FOR FLOOD CONTROL 1. INTRODUCTION The most dams fulfill different requirements of the society. Often several objectives have to be considered and ranked in their priorities. As the operation of dams belongs to the questions of public interest any modification of these priorities can result in conflicts between different user groups. One main problem of operation consists in the need to cope with uncertainties. The most important uncertainty results from the stochastic character of the hydrological conditions but also from socio-economic developments which affect the water demand as well as the boundary conditions of water supply are uncertain aspects of reservoir management planning. In Germany the conditions for reservoir management were changed in the last decades caused e.g. by (Schultz & Schumann, 2001): a general reduction of water demand due to decreasing population, water recycling, more efficient supply systems, reduced losses, water saving industries etc., a trend towards more efficient larger water supply systems, changing perception of acceptable risk, new water demands, e.g. for recreation, improvement and rehabilitation of ecosystems, raised water quality requirements, e.g. by the EU Water Framework Directive. If the demand for water is changing, the weights of the different multiple objectives of reservoir operation could be shifted. However this is in many cases a complicated process affecting the economic bases of reservoir management. The shift from use to non-use values demand complex discussions between the water users and the administration responsible for the planning of reservoir operation. At a specific dam the demand for changes in operation will often be articulated if public perception becomes aware of a problem caused by a surplus of water (flood) or a water deficit (drought). As both phenomena have stochastic character it is difficult to explain that the control of the water balance and runoff cannot be ensured in 267

il est difficile d expliquer que le contrôle du bilan de l eau et des eaux de ruissellement ne peut être assuré complètement dans de telles situations extrêmes. Si la fonction d une retenue semble être insatisfaisante pour les riverains, l exploitation des retenues devient un sujet d ordre politique. Les extrêmes hydrologiques peuvent conduire à des débats publics. Une demande générale de changement de mode d exploitation, voire même une demande de construction de nouveaux barrages, pourra être exprimée. Dans ce qui suit, le comportement de plusieurs réservoirs lors d une crue extrême survenue l année 2002 en Allemagne est examinée, afin d exposer les différences entre les options techniques de lutte contre les inondations et les attentes du public concernant la fonction des réservoirs et leur rôle dans la protection contre les inondations. À la suite de vives critiques, des modifications importantes de la gestion des réservoirs ont été lancées. Compte tenu des multiples fonctions des réservoirs toutefois, toute modification de l exploitation est susceptible d entraîner d autres problèmes ; ceci sera également discuté. 2. LA CRUE D AOÛT 2002 La décennie allant de 1993 à 2002 a été caractérisée par une importante accumulation d inondations et de dégâts en Allemagne. Le montant total des dommages se monte à 15 milliards d Euros (valeur 2005). En août 2002, une crue extrême en ex-allemagne de l Est a causé des dégâts pour 9,2 milliards EUR. Des dégâts pour plus de 6 milliards EUR ont été recensés dans le Land de Saxe. Cet État fédéral comprend plus de 30 barrages et réservoirs de contrôle des crues, d une capacité totale de 397 mio m 3 selon le registre CIGB des barrages. La capacité de stockage dédiée à la lutte contre les inondations est de 57 hm 3. La plus grande partie de cette capacité se trouve située dans la partie amont des Monts Métallifères. Dans les étroites vallées de cette région, l inondation d août 2002 a été extrêmement préjudiciable. Dans ce qui suit, une brève description des problèmes de lutte contre les inondations lors de cet événement sera donnée. L inondation de 2002 a été le plus grand événement enregistré depuis le début des observations hydrologiques régulières dans cette région. Dans les 13 premiers jours d août, une situation météorologique spécifique causa des pluies extrêmes dans de grandes parties de l Autriche, de la République tchèque, de la Slovaquie et de l Allemagne. En Saxe, la précipitation convective était liée à des cellules de précipitations extrêmement intenses. La principale période des précipitations à l origine de l inondation s étendit du 10 au 13 août 2002. En raison de pluies précédentes, une forte teneur en humidité du sol était accumulée, ce qui se traduisit par des coefficients de ruissellement élevés au cours de la précipitation extrême suivante. En comparaison avec les évaluations statistiques des crues faites en 1999, le pic de crue se situa dans une gamme de période de retour supérieure à 1 000 ans et même, pour certaines stations, proche de 10 000 ans. Au cours de cet événement de crue extraordinaire, certaines stations hydrométriques et déversoirs furent endommagés, mais la sécurité des barrages ne fut pas affectée. Les Tableaux 5 et 6 résument certains aspects du comportement de 12 réservoirs sélectionnés dans les Monts Métallifères, afin de montrer les charges hydrologiques et le comportement des réservoirs. Le Tableau 5 présente les effets sur le volume de la crue, le Tableau 6 268

such extreme situations completely. If the function of a reservoir seems to be unsatisfying for stakeholders reservoir operations become a subject of political influence. Hydrological extremes lead to public discussions and a general demand for changed operation or even new dams will be articulated. In the following the behaviour of several reservoirs during an extreme flood in the year 2002 in Germany is discussed to demonstrate the differences between technical options of flood control and the public expectations about the flood control function of reservoirs. As a result of strong criticisms significant modifications of reservoir management were initiated. Under consideration of multiple functions of reservoirs any modifications of the operation could result in other water problems which will be discussed also. 2. THE FLOOD IN AUGUST 2002 The decade from 1993 to 2002 was characterized by a significant accumulation of flood events and damages in Germany. The total amount of damages summed up to 15 billion (discounted for 2005). In August 2002 a extreme flood in East Germany caused a damage of 9.2 billion damage. Damages of more than 6 Billion were located in the federal state of Saxony. This federal state is represented by more than 30 dams and flood control reservoirs with a total capacity of 397 Mio m³ within the ICOLD-Register of Dams. The storage capacity dedicated to flood control is 57 hm³. Most of this capacity is located at headwaters of the Ore Mountains. In the narrow valleys of this region the flood in August 2002 was extremely harmful. In the following a short description of the problems of flood control during this event will be given. The flood in 2002 was the largest event since the beginning of regular hydrological observations in this region. In the first 13 days of August a specific meteorological situation caused extreme rainfalls in large parts of Austria, the Czech Republic, Slovakia and East Germany. In Saxony advective precipitation was connected with extreme intensive raincells. The main period of precipitation, which caused the flood event, was from 10th to 13th of August 2002. Due to the previous rainfall a high soil moisture content has been accumulated which resulted in high runoff coefficients during the following extreme precipitation. Compared with flood statistical assessments from 1999 the flood peak was in a range of a return period above 1 000 years, at some gauges also close to 10 000 years. During this extraordinary flood event at some dams gauging stations and spillways were damaged, but the dam safety was not affected. The Tables 5 and 6 summarize some aspects of the behaviour of 12 selected reservoirs in the Ore Mountains in order to show the hydrological loads and the performance of reservoirs. Table 5 presents the effects on the flood volume, Table 6 on the flood peak of these reservoirs. As it can be seen from Table 5 the share of the flood volume which was stored by dams varied between 13 and 67 percent. The reduction of the flood peaks was between near zero 269

la pointe de crue de ces réservoirs. Comme on peut le voir dans le Tableau 5, la part du volume de crue qui a été stockée dans les retenues a varié entre 13 et 67 pour cent. La réduction des pointes de crue se situe entre presque zéro (barrage de Klingenberg) et 81 pour cent (barrage de Mordgrundbach). Pour expliquer ces différences, certains cas spécifiques seront discutés. Tableau 5 Caractéristiques hydrologiques de la cure extrême de 2002 à certains sites de barrages dans les Monts Métallifères en relation avec la capacité de stockage de crue de ces retenues Réservoir Surface du bassin versant (km 2 ) Capacité de stockage de crue en débit maximum (mm) Précipitations totales en 72 h (mm) Debit entrant total (mm) Coefficient d écoulement (correspondant à 72 h de pluie) Volume entrant stocké maximum (mm) Rapport capacité de stockage de crue volume entrant Rapport stockage effectif de crue volume entrant Eibenstock 199.8 28.9 214 84.1 0.393 46.3 0.35 0.55 Saidenbach 60.8 0.0 245 96.2 0.393 64.9 0 0.67 Lichtenberg 38.8 20,6 302 201.1 0.665 51.8 0.10 0.26 Lehnmuehle 60.4 34.1 349 234.0 0.671 92.3 0.15 0.39 Klingenberg 89.4 21.9 338 193.5 0.572 40.4 0.11 0.21 Malter 104.6 21.8 331 235.9 0.713 30.2 0.09 0.13 Gottleuba 35.3 56.7 282 160.6 0.569 79.5 0.35 0.49 Reinhardtsgrimma 8.4 45.7 340 178.9 0.526 46.3 0.26 0.26 Buschbach 27.4 87.6 237 179.1 0.754 95.3 0.49 0.53 Liebstadt 11.5 94.3 319 198.6 0.623 92.2 0.47 0.46 Friedrichswalde 26.9 56.4 275 129.9 0.473 58.3 0.43 0.45 Mordgrundbach 12.9 89.1 268 143.8 0.536 83.1 0.62 0.58 Tableau 6 Rétention de vagues de crues durant la crue extrême de 2002 à certains sites de barrages dans les Monts Métallifères La retenue d Eibenstock, située dans la partie occidentale des Monts Métallifères, a été utilisée très efficacement pour contrôler les crues. L entrée et la sortie de l eau sont montrées dans la Fig. 16. La capacité de stockage de crue normale de cette retenue, qui est principalement utilisée pour l approvisionnement en eau douce, a été accrue par recours à un espace de stockage supplémentaire libre, normalement réservé à l approvisionnement en eau. Le déversement par-dessus le déversoir commença à peu près en même temps que le pic du débit entrant (voir Fig. 16). Le stockage supplémentaire destiné à prévenir les inondations entraîna une réduction du pic de crue de 69 %. Au total, 55 % du volume de crue purent être stockés pour protéger deux villes situées en aval de la retenue. Les effets positifs sur la crue sont dus à un rapport favorable entre le volume de la crue et la capacité de rétention du réservoir. 270

(Klingenberg Dam) and 81 percent (Mordgrundbach Dam). To explain these differences some specific cases will be discussed. Table 5 Hydrological characteristics of the extreme flood in 2002 at dam sites in the Ore Mountains in relationship to the flood storage capacity of these reservoirs Reservoir Watershed area (km 2 ) Flood storage capacity as runoff height (mm) Total rainfall in 72 hours (mm) Total inflow (mm) Runoff coefficient (corresponding to 72 h rainfall) Maximum stored inflow volume (mm) Ration flood storage capacity to inflow Ratio actual flood storage to inflow Eibenstock 199.8 28.9 214 84.1 0.393 46.3 0.35 0.55 Saidenbach 60.8 0.0 245 96.2 0.393 64.9 0 0.67 Lichtenberg 38.8 20,6 302 201.1 0.665 51.8 0.10 0.26 Lehnmuehle 60.4 34.1 349 234.0 0.671 92.3 0.15 0.39 Klingenberg 89.4 21.9 338 193.5 0.572 40.4 0.11 0.21 Malter 104.6 21.8 331 235.9 0.713 30.2 0.09 0.13 Gottleuba 35.3 56.7 282 160.6 0.569 79.5 0.35 0.49 Reinhardtsgrimma 8.4 45.7 340 178.9 0.526 46.3 0.26 0.26 Buschbach 27.4 87.6 237 179.1 0.754 95.3 0.49 0.53 Liebstadt 11.5 94.3 319 198.6 0.623 92.2 0.47 0.46 Friedrichswalde 26.9 56.4 275 129.9 0.473 58.3 0.43 0.45 Mordgrundbach 12.9 89.1 268 143.8 0.536 83.1 0.62 0.58 Table 6 Retention of flood waves during the extreme flood in 2002 at dam sites in the Ore Mountains The Eibenstock reservoir which is located in the western part of the Ore Mountains has been used very efficiently for flood control. The inflow and outflow relationships are shown in Fig.16. The normal flood storage capacity of this reservoir which is mainly used for freshwater supply was extended by an additional free storage which is normally preserved for water supply. The runoff over the spillway started nearly simultaneously with the peak of the inflow (see Fig. 16). The surcharge flood storage caused a flood peak reduction of 69 percent. In a total of 55 percent the flood volume could be stored to protect two cities located downstream of the reservoir. The positive effects on the flood were caused by favourable relationships between the volume of the flood and the retention capacity of the reservoir. 271

Nom du réservoir Surface du basin versant (km 2 ) Débit de pointe entrant (m 3 /s) Débit de pointe sortant (m ³/ s) Réduction de la pointe (% du débit entrant) Décalage débits entrant / sortant et pointe (heures) Eibenstock 199.8 180.8 55.4 69.4 11 Saidenbach 60.8 71.9 36.5 49.2 5 Lichtenberg 38.8 53.2 45.0 15.4 2 Lehnmuehle 60.4 155.3 114.4 26.3 3 Klingenberg 89.4 170.0 167.7 1.4 1 Malter 104.6 228.1 222.0 2.7 0 Gottleuba 35.3 67.9 35.0 48.5 3 Reinhardtsgrimma 8.4 23.0 17.5 23.9 0 Buschbach 27.4 47.2 27.0 42.8 23 Liebstadt 11.5 36 20.3 43.6 11 Friedrichswalde 26.9 70.3 26.5 62.3 10 Mordgrundbach 12.9 25.1 4.7 81.2 (12) Intensité de la pluie en mm/h 6 Barrage d'eibenstrock Précipitation (mm/h) Débit entrant m 3 /s Débit sortant m 3 /s Débit en m 3 /s Fig. 16 Débit entrant et sortant de la retenue d Eibenstock durant la crue de 2002 272

Name of Reservoir Watershed are (km 2 ) Peak Inflow (m 3 /s) Peak Outflow (m 3 /s) Peak Reduction (% of inflow) Time shift - inflow and outflow peaks (hours) Eibenstock 199.8 180.8 55.4 69.4 11 Saidenbach 60.8 71.9 36.5 49.2 5 Lichtenberg 38.8 53.2 45.0 15.4 2 Lehnmuehle 60.4 155.3 114.4 26.3 3 Klingenberg 89.4 170.0 167.7 1.4 1 Malter 104.6 228.1 222.0 2.7 0 Gottleuba 35.3 67.9 35.0 48.5 3 Reinhardtsgrimma 8.4 23.0 17.5 23.9 0 Buschbach 27.4 47.2 27.0 42.8 23 Liebstadt 11.5 36 20.3 43.6 11 Friedrichswalde 26.9 70.3 26.5 62.3 10 Mordgrundbach 12.9 25.1 4.7 81.2 (12) Rainfall intensity in mm/h 6 Dam Eibenstrock Precipitation in (mm/h) Infolw in m 3 /s Outflow in m 3 /s Runoff in m 3 /s Fig. 16 Inflow and outflow of the Dam Eibenstock during the flood event in 2002 273

Les relations entre le volume des crues et la capacité de stockage, en particulier celle des anciens réservoirs dans la partie orientale des Monts Métallifères, causa davantage de problèmes. Comme le montrent les Tableaux 5 et 6, les retenues de Klingenberg et de Malter ne furent pas en mesure de réduire de façon significative la crue. Ceci peut être expliqué par les relativement faibles capacités de stockage des crues, qui n atteignirent pas 10 pour cent du volume entrant. Comme on peut le voir dans l exemple du barrage de Malter dans la Fig. 17, le volume de stockage de crues fut rempli très tôt, durant la branche montante de l onde incidente. Les deux réservoirs n eurent aucun effet significatif sur le pic de crue. En aval des barrages de Klingenberg et de Malter, des dégâts élevés furent causés par cette crue. Le débat public sur le fonctionnement des deux réservoirs commença immédiatement. Les critiques portaient sur deux points: la capacité de stockage des crues des deux réservoirs semblait être trop petite, et il était douteux que le fonctionnement des réservoirs ait été adapté à la situation. En ce qui concerne le premier point, il convient de considérer que la retenue de Klingenberg alimente la ville de Dresde en eau douce. Comme le système alternatif d infiltration de rive avait été inondé par l Elbe, le réservoir fut utilisé intensivement après le déluge pour l approvisionnement en eau. Le niveau normal de stockage du réservoir au début de la crue conduisit à ce que le volume d eau de bonne qualité ne fut pas complètement mélangé avec le débit entrant. Ainsi, l approvisionnement en eau douce de qualité suffisante put être assuré. Le barrage de Malter fut achevé en 1913. Ce réservoir est utilisé de nos jours pour les loisirs et la production d énergie hydroélectrique. Ces deux utilisations requièrent un niveau d eau élevé dans la retenue. En raison de cette utilisation, le stockage de crue était, avec 2,28 millions de m 3 (réservé pour le stockage de crue) et 0,42 millions de m 3 (stockage supplémentaire de crue) plus petit que le volume de stockage normalement exploité du réservoir (5,9 millions de m 3 ). Intensité de la pluie en mm/h 5 Précipitation (mm/h) Débit entrant m 3 /s Débit sortant m 3 /s Barrage de Malter Débit en m 3 /s Fig. 17 Débit entrant et sortant de la retenue de Malter durant la crue de 2002 274

The relationships between flood volume and storage capacity especially of old reservoirs in the eastern part of the Ore Mountains caused more problems. As shown in Tab.5 and 6, Klingenberg and Malter reservoirs were not able to reduce the flood significantly. This can be explained by relatively small flood storage capacities which were below 10 percent of the inflow volume. As it can be seen from the example of the Malter Dam in Fig. 17 the flood storage was filled very early during the rising limb of the inflow wave. The two reservoirs had no significant effect on the flood peak. Downstream of the Klingenberg Dam and Malter Dam high damages were caused by this flood event. As a result the public discussion of the operation of both reservoirs started immediately. The criticisms were related to two points: The flood storage capacity of both reservoirs seemed to be too small and it was doubted that the operation of the reservoirs was appropriated to the situation. With regard to the first point it should be considered that the Klingenberg reservoir supplies the city of Dresden with freshwater. As the alternative bank infiltration system was flooded by the Elbe River the reservoir was used after the flood intensively for water supply. The normal storage content of the reservoir at the beginning of the flood event ensured that the section of water with a good quality was not completely mixed with the inflow. Thus the freshwater supply with a sufficient quality could be ensured. The Malter Dam was completed in 1913. This reservoir is used nowadays for recreation and water energy production. Both uses demand a relative high water level within the reservoir. Resulting from this utilizations the flood storage was with 2.28 Mio m 3 (exclusive flood control storage) and 0.42 Mio m 3 (additional flood storage) smaller than the normal operated storage content of the reservoir (5.9 Mio m 3 ). Intensité de la pluie en mm/h Rainfall intensity in mm/h 5 Precipitation Précipitation in (mm/h) Infolw Débit entrant in m 3 /s m 3 /s Outflow Débit sortant in m 3 /s m 3 /s Barrage Dam Malter de Malter Runoff in m 3 /s Débit en m 3 /s Fig. 17 Inflow and outflow of the Dam Malter during the flood event in 2002 275

Intensité de la pluie en mm/h 5 Précipitation (mm/h) Débit entrant m 3 /s Débit sortant m 3 /s Barrage de Gottleuba Débit en m 3 /s Fig. 18 Débit entrant et sortant de la retenue de Gottleuba durant la crue de 2002 Afin de démontrer que l impact d un réservoir sur une inondation ne dépend pas seulement de la capacité totale de stockage, la Fig. 18 montre les entrées et sorties d eau à la retenue de Gottleuba. Le premier pic de l onde de crue entrante put être intégralement contenu. Un second pic entraîna une Barrage d Eibenstock augmentation du niveau de l eau qui dépassa le niveau maximum contrôlable. L écoulement incontrôlable par-dessus le déversoir réduisit l efficacité de rétention des crues. Il a été montré que l efficacité de rétention des crues des barrages dans les Monts Métallifères différait de manière significative. En raison de ces différences, l exploitation de certains réservoirs fut critiquée. Dans ce cas, les options offertes par les retenues pour contrôler les crues extrêmes furent surestimées, du fait que leurs limites physiques ne furent pas considérées. Les discussions théoriques sur des options non utilisées pour influencer la crue au moyen de réservoirs donna lieu à une exigence générale d amélioration du contrôle des crues par des retenues. 3. AGRANDISSEMENT DU STOCKAGE DE CONTRÔLE DES CRUES APRÈS 2002 Sous la pression de la crue de 2002, les capacités de stockage de crues de plusieurs barrages saxons furent augmentées. Ainsi qu il a été mentionné plus haut, la plupart des retenues de la région sont utilisées pour l approvisionnement en eau douce. Près de 80 pour cent de la population totale de la région des Monts Métallifères est alimentée par des réservoirs. Jusqu aux changements politiques de la fin du 20 e siècle, une priorité absolue dans la gestion des retenues était donnée à l approvisionnement en eau douce. Des 237 mio m 3 de capacité de stockage d eau potable des retenues saxonnes, seuls 5,8 % (13,7 mio m 3 ) étaient consacrés à la 276

Intensité de la pluie en mm/h Rainfall intensity in mm/h 5 Precipitation Précipitation in (mm/h) Infolw Débit entrant in m 3 /s m 3 /s Outflow Débit sortant in m 3 /s m 3 /s Barrage Dam Gottleuba de Gottleuba Runoff in m 3 /s Débit en m 3 /s Fig. 18 Inflow and outflow of the Dam Gottleuba during the flood event in 2002 In order to demonstrate that the impact of a reservoir on a flood depends not only from the total storage capacity Fig. 18 shows the inflow and outflow of the Gottleuba Dam. The first peak of the incoming flood wave could be stored completely. A second peak resulted in an increase of the water level which exceeded the maximum controllable water surface elevation. The uncontrollable discharge over the spillway reduced the flood retention efficiency. It was demonstrated that the flood retention efficiencies of the dams in the Ore Mountains differed significantly. As a result of these differences the operation of some reservoirs were criticized. Here the options of reservoirs to control extreme floods were overestimated as the physical limitations of them were not considered. Theoretical discussions about not used options to influence the flood by reservoirs resulted in a general demand for improvements of flood control by reservoirs. 3. INCREASE OF FLOOD CONTROL STORAGE AFTER 2002 Under the impression of the flood event in 2002 the flood storage capacities of several Saxon dams was increased. As it was mentioned before most of the reservoirs in this region are used for freshwater supply. Nearly 80 percent of the total population in the Ore Mountain region receive water from reservoirs. Until the political changes at the end of the 20th century an absolute priority in reservoir management had to be given to the freshwater supply. From 237 Mio m 3 storage capacity of Saxon drinking water dams only 5.8 percent (13.7 Mio m 3 ) were dedicated to flood control. In the nineties the water demand decreased substantially. 277

maîtrise des crues. Dans les années 1990, la demande en eau diminua considérablement. Baisse de la demande industrielle, baisse du nombre d habitants et systèmes d approvisionnement en eau plus efficaces réduisirent la demande totale d eau douce de 47 % depuis 1989. La disponibilité résultant des capacités de stockage désormais plus nécessaires pour l approvisionnement en eau douce fut réaffectée par l administration des retenues du Land. Elle servit dès lors à augmenter la capacité de stockage inactive pour l amélioration de la faune sauvage et piscicole et la réduction des contraintes limnologiques d approvisionnement en eau provenant de réservoirs situés dans des zones avec utilisation agricole intensive des bassins versants. Le stockage de crue inactif fut augmenté, de même que les débits réservé. Une augmentation des capacités de contrôle des crues fut également prévue. Une procédure par étapes de l adaptation fut prévue, afin de garantir l efficacité économique de l exploitation des réservoirs. En 2001, une augmentation des capacités de contrôle de crues fut planifiée pour le début de l année 2003. La crue de 2002 accéléra ces activités et améliora l augmentation des capacités de contrôle de crues. Dans le Tableau 7, l évolution des capacités de stockage de crue est répertoriée. La dernière colonne du Tableau 7 montre la relation entre le volume de la crue de 2002 aux sites de barrages et les capacités accrues pour le contrôle des crues après 2003. Ces relations furent significativement améliorées dans certaines retenues. Cependant, l effet de ces réservoirs sur les crues extrêmes sera également limité à l avenir. L exemple de la retenue de Malter peut être utilisé comme référence pour illustrer les contraintes techniques restantes. Retenue Surface du basin versant en km² Volume de stockage de crue de 2002 en Mio m³ Volume de stockage de crue de 2003 en Mio m³ Rapport des volumes de stockage 2003 et 2002 Volume de stockage de crue de 2002 en mm Volume de stockage de crue de 2003 en mm Crue de 2003 Volume entrant en mm Rapport volume entrant volume stockage 2002 Rapport volume entrant volume stockage 2003 Eibenstock 199.8 5.78 10.01* 1.73 28.9 50.1 84.1 2.91 1.68 Saidenbach 60.8 0.00 1.08** 0.0 17.8 96.2 5.41 Lichtenberg 38.8 0.80 3.00 3.75 20.6 77.3 201.1 9.76 2.60 Lehnmühle 60.4 2.06 7.00 3.40 34.1 115.9 234.0 6.86 2.02 Klingenberg 89.4 1.96 2.00 1.02 21.9 22.4 193.5 8.84 8.64 Malter 104.6 2.28 4.34 1.90 21.8 41.5 235.9 10.82 5.69 Gottleuba 35.3 2.00 3.00 1.50 56.7 85.0 160.6 2.83 1.89 *5.0 mio m 3 supplémentaires étaient prévus pour 2006 ** 2.92 mio m 3 supplémentaires étaient prévus pour 2006 Tableau 7 Accroissement des capacités de stockage de crue des réservoirs en Saxe après 2002 278

Reduced industrial demand, a declining number of inhabitants and more efficient water supply systems reduced the freshwater demand in total by 47 percent since 1989. The resulting availability of storage capacities which were no longer needed for freshwater supply were used by the State Reservoir Administration to increase the inactive storage capacity to ensure improved fish and wildlife purposes and to reduce the limnological constrains of water supply from reservoirs with an intensive agricultural use of the catchments. The inactive flood storage was increased as well as the ecological release from reservoirs. An increase of flood control capacities was planned also. Here a stepwise procedure of adaptation was foreseen to ensure the economic efficiency of reservoir operation. In 2001 an increase of the flood control capacities was planned with the beginning of 2003. The flood 2002 accelerated these activities and enhanced the increase of flood control capacities. In Tab. 3 the changes of the flood storage capacities are listed. The last column of Tab. 7 shows the relationship between the volume of the flood 2002 at dam sites and the increased capacities for flood control after 2003. These relationships were significantly improved at some reservoirs. However the effect of these reservoirs on extreme floods will be limited also in future. The example of the Malter reservoir can be used to demonstrate the remaining technical constrains. Reservoir Area watershed in km 2 Exclusive flood storage in 2002 in Mio m 3 Exclusive flood storage in 2003 in Mio m 3 Relationship between exclusive flood storages 2002 to 2003 Exclusive flood storage 2002 in mm Exclusive flood storage 2003 in mm Flood event 2003 Sum inflow in mm Relation sum inflow to exclusive flood storage 2002 Relation sum inflow to exclusive flood storage 2003 Eibenstock 199.8 5.78 10.01* 1.73 28.9 50.1 84.1 2.91 1.68 Saidenbach 60.8 0.00 1.08** 0.0 17.8 96.2 5.41 Lichtenberg 38.8 0.80 3.00 3.75 20.6 77.3 201.1 9.76 2.60 Lehnmühle 60.4 2.06 7.00 3.40 34.1 115.9 234.0 6.86 2.02 Klingenberg 89.4 1.96 2.00 1.02 21.9 22.4 193.5 8.84 8.64 Malter 104.6 2.28 4.34 1.90 21.8 41.5 235.9 10.82 5.69 Gottleuba 35.3 2.00 3.00 1.50 56.7 85.0 160.6 2.83 1.89 *additional 5 Mio m 3 are planned for 2006. ** additional 2.92 Mio m 3 are planned for 2006 Table 7 Increase of the storage capacites of reservoirs in Saxony after 2002 279

Comme indiqué plus haut, la relation entre l apport d eau total pendant la crue et la capacité de contrôle de crue était défavorable pour la plupart des sites de barrages, par exemple au barrage de Malter. La question se posa de savoir comment la crue aurait pu avoir été influencée si la capacité de contrôle de crue avait été augmentée avant l événement de 2002. Pour répondre à cette question avec un exemple, différentes valeurs de capacité de contrôle de crue relatives au barrage de Malter furent comparées avec le volume de la crue d août 2002 à ce site. Afin d estimer le besoin de stockage de crue, l intégralité de l hydrogramme de crue pour lequel le débit se situe au-dessus de la capacité d évacuation du seuil de sortie contrôlée fut considéré (Fig. 19). Bien évidement, une telle exploitation idéalisée n est pas réaliste. Du fait du caractère montagneux du bassin versant et du temps très court de formation du ruissellement, presque aucune option de prévision de crue n existe. Cependant, avec l hypothèse d une gestion idéale de la crue (le volume entrant au-dessus d une certaine limite est complètement stocké), la relation entre la capacité de stockage des crues et la sortie contrôlée peut être estimée (Tableau 8). Au milieu du Tableau 8, la période de retour de la sortie contrôlée est répertoriée. Dans une colonne, le débit sortant est lié à la statistique qui était valable avant la crue de 2002 et dans une autre, il est lié à l évaluation des crues statistiques nouvelles, y compris les données de la crue de 2002. Temps 5 Intensité de la pluie en mm/h Demande de stokage de crue Débit théorique des vannes de fond (décharge controlé) Débit entrant m 3 /s Fig. 19 Demande de stockage de crue au site du barrage de Malter durant la crue de 2002 Il peut être montré qu avec la capacité de contrôle de crue de 2002, le pic de crue aurait été réduit de 32 % si les hypothèses théoriques d un contrôle idéal de crues avaient pu être réalisées. Les raisons pour lesquelles ce ne fut pas le cas sont les suivantes. La capacité des organes d évacuation se monte en fait à moins de 20 % du débit contrôlé sortant admis ici. Le niveau maximum contrôlable de l eau aurait dans tous les cas été atteint durant la branche montante de l onde de crue incidente, déclenchant l écoulement par-dessus le déversoir et l augmentation du débit sortant. 280

As shown above the relationship between the total inflow during the flood event and the flood control capacity was unfavourable at the most dam sites for instance at the Malter Dam. The question raised how the flood could had been influenced if the flood control capacity would had been increased before the event raised in 2002. To answer this question with an example, different values of the exclusive flood control capacity at the Malter Dam were compared with the flood volume in August 2002 at this site. To estimate the demand for flood storage the integral of the hydrograph above the threshold of controlled outflow was used (Fig. 19). Of course such an idealized operation is not realistic. With regard to the mountainous character of the watershed and very short time of runoff formation nearly no flood forecast options exist. However with the assumption of an ideal flood management (the volume of the inflow above a threshold is stored completely) the relationship between the flood storage capacity and the controlled outflow can be shown (Tab. 8). In the middle of Tab. 8 the return period of the controlled outflow is listed. In one column the outflow is related to the statistics which was valid before the flood in 2002 and in other one it is related to the new statistical flood assessment including the data of the flood of the year 2002. Time 5 Rainfall intensity in mm/h Demand for flood storage Theoretical flood discharge of bottom outlets (controlled outflow) Inflow in m 3 /s Fig. 19 Demand for flood storage at the Malter Dam site during the flood event in 2002 It can be shown that with the flood control capacity of 2002 the flood peak would have been reduced by 32 percent if the theoretical assumptions of an ideal flood control could have been realistic. The reasons, why this was not the case, are: The capacity of the outlet is actually less than 20 percent of the here assumed controlled outflow. The maximum controllable water surface elevation would in all cases be reached in the rising limb of the incoming flood wave, starting the runoff over the spillway and increase the outflow. 281

La planification d une sortie contrôlée avec un écoulement correspondant à une période statistique de retour de crue de plus de 10 000 ans n aurait pas été acceptée jusqu en 2002, car un tel débit sortant entraînerait des dégâts d inondation élevés en aval du réservoir. La forme et le pic de l onde de crue n étant pas connus à l avance, aucune prévision n était possible. Débit de sortie maximum (m 3 /s) Débit de sortie maximum en % du débit de pointe entrant 2002 Période de retour du débit de sortie contrôlée (basé sur des statistiques jusqu en 2002) Tableau 8 Période de retour du débit de sortie contrôlé (basé sur des statistiques incluant l année 2002) Demande de capacité de stockage de crue (Mio m 3 ) 62 28 % 200 34 10,4 83 37 % 1 000 -- 8,78 Remarques Capacité de stockage de crue supérieure à la capacité de la retenue (9.62 mio m 3 ) Capacité de stockage de crue équivalente à la capacité de la retenue moins le volume mort 120 54 % 10 000 128 4,34 152 68 % -- 200 2,28 Capacité de contrôle de crue après 2002 Capacité de contrôle de crue avant 2002 Cet exemple de la retenue de Malter illustre le problème de base de la gestion des crues par des réservoirs: l effet relatif d un réservoir dépend fortement de la taille de la crue. Les petites crues sont réduites davantage que les grandes. Des crues extrêmes, au-delà d un certain niveau, ne peuvent pas être affectées de manière significative. En ce qui concerne la planification du contrôle de crue, les relations entre la rétention des crues par un réservoir et le ruissellement provenant des bassins versants situés en aval du barrage devrait également être considérée. L effet des barrages situés sur la partie supérieure d un cours d eau sur les dégâts dus aux inondations plus en aval sera de plus en plus limité si la surface du bassin augmente. 4. RESTRICTIONS POUR LE CONTRÔLE DES CRUES ET CONCLUSIONS L utilisation à buts multiples de retenues limite les possibilités de réaffectation de diverses catégories de stockage sans inconvénients pour certaines utilisations. Pour les barrages qui sont utilisés pour l approvisionnement en eau douce, ce n est pas 282

The planning of a controlled outflow with a size corresponding to a statistical flood return period of more than 10.000 years would have been not accepted until 2002 as such an outflow would cause high flood damages downstream of the reservoir. The shape and the peak of the flood wave were not known in advance as no forecast was possible. Tableau 8 Maximum controlled outflow (m 3 /s) Maximum controlled outflow in percent of the inflow peak in 2002 Return Period of the controlled outflow (based on statistics until 2002) Return Period of the controlled outflow (based on statistics including year 2002) Demand for Flood storage capacity (Mio m 3 ) Remarks 62 28 % 200 34 10,4 Flood storage capacity higher than reservoir capacity (9.62 Mio m 3 ) 83 37 % 1 000 -- 8,78 120 54 % 10 000 128 4,34 152 68 % -- 200 2,28 Flood storage capacity equivalent to the reservoir capacity minus dead capacity Exclusive flood control capacity after 2002 Exclusive flood control capacity before 2002 This example of the Malter reservoir demonstrates the basic problem of flood management by reservoirs: the relative effect of a reservoir depends strongly from the size of the flood event. Small floods are reduced more than large ones. Extreme floods of a certain level cannot be affected significantly. With regard to the flood control planning the relationships between the flood retention by a reservoir and runoff from the watershed downstream of the dam should be considered also. Dams located at the headwaters will be more and more limited in their effects on flood damages at locations further downstream if the catchment area increases. 4. RESTRICTIONS FOR FLOOD CONTROL AND CONCLUSIONS The multiple use of reservoirs limits the options to shift the different storage categories without disadvantages for some uses. For dams which are used for freshwater supply this is not only a question of water quantity. (The dams in the Ore 283

seulement une question de quantité d eau (les barrages dans les Monts Métallifères doivent fournir de l eau en période de sécheresse hydrologique avec une sécurité de 99 pour cent). Une quantité minimale de stockage est également nécessaire pour assurer la qualité de l eau. Ainsi, le volume d une masse d eau est un critère dans tous les modèles d eutrophisation (par exemple Vollenweider et Kerekes, 1982). Si les éléments nutritifs ne sont pas des facteurs limitant, le changement de l équilibre énergétique en cas de faibles niveaux d eau (la partie relative de la masse d eau recevant une énergie suffisante de rayonnement solaire pour la prolifération d algues est augmentée, ainsi que le volume relatif de l eau avec une température plus élevée) peut entraîner une accélération des processus de croissance des biomasses, des déficits en oxygène et des problèmes de qualité de l eau. Compte tenu de ces problèmes et d autres encore, un changement des priorités entre les multiples objectifs de gestion des réservoirs doit être basé sur une optimisation dans laquelle les conditions aux limites doivent être prises en considération. Parmi celles-ci, les installations techniques (spécialement la capacité des organes d évacuation, les déversoirs), les conditions hydrologiques et les demandes spécifiques des autres utilisateurs (qualité de l eau, par exemple) semblent être les plus importants. Le caractère intégratif de cette optimisation peut être démontré par l exemple suivant: une évacuation d eau provenant d une retenue par les vidanges de fond augmenterait la capacité de stockage de crue, mais pourrait entraîner des problèmes de qualité de l eau si la stratification de la masse d eau en été était perturbée. Ces problèmes et d autres encore montrent que la planification des capacités de stockage de crue des réservoirs à usages multiples exige des analyses détaillées des options et contraintes. Afin d éviter des conflits en matière de barrages polyvalents, il faut privilégier la construction de barrages pour le contrôle de crues uniquement, peut-être comme retenues "vertes" dans la mesure du possible. La planification du contrôle de crues par des retenues doit être considérée comme étant un processus économique et politique dans lequel les options techniques, les conditions aux limites hydrologiques et la sensibilisation du public au risque doivent être prises en considération. La planification des mesures de contrôle de crues doit être fondée sur l évaluation des rapports bénéfices-coûts. Afin d estimer les possibilités de contrôle de crues par des barrages, les informations suivantes sont nécessaires: le risque d inondation en général et les conditions hydrologiques en particulier, les options techniques pour influer sur les crues, le coût des mesures visant à améliorer le contrôle des crues, si possible, les effets du contrôle de crues sur les dégâts en aval, les options de prévision de crues et l adaptation de la gestion opérationnelle des retenues aux conditions hydrologiques spécifiques d une crue en cours. Parmi les contraintes de la gestion des inondations, l utilisation multiple des retenues doit être mise en relation avec le caractère stochastique des crues. Il est très difficile d assurer une protection contre les crues seulement pour les événements rares et extrêmes. En l absence de prévisions de crues, toutes les crues doivent être contrôlées. Les petites crues seront plus affectées que les grandes. À partir de ces circonstances, le paradoxe suivant résulte de la sécurité contre les crues. 284

Mountains have to provide water during hydrological drought conditions with a safety of 99 percent.). A minimum storage content is also needed to ensure water quality. Thus the volume of a water body is a criteria in all models of eutrophication (e.g. Vollenweider & Kerekes, 1982). If nutrients are not limiting factors, the change of the energy balance by lower water levels (the relative part of the water body with sufficient energy from sun radiation for algae blooms is increased and also the relative volume of water with an higher temperature) could result in accelerated growing processes of biomasses, oxygen deficits and water quality problems. Under consideration of these and other problems a change of the priorities between multiple purposes of reservoir management should be based on optimization where the boundary conditions have to be considered. Among them the technical facilities (esp. capacities of outlets, spillways), the hydrological conditions and the specific requests of other users (e.g. water quality) seem to be most important. The integrative character of this optimisation can be shown by the following example: A release of water from a reservoir through bottom outlets it would increase the flood storage capacity but could result in water quality problems if the stratification of the water body in summer would be disturbed. These and other problems show that the planning of flood storage capacities of reservoirs with multiple uses demand detailed analyses of options and constrains. In order to avoid the conflicts with respect to multipurpose dams it should be preferred to build dams for flood control purposes only, may be as green flood reservoirs whenever possible. The planning of flood control by reservoirs has to be seen as an economical and political determined process in which technical options, hydrological boundary conditions and public risk awareness have to be considered. Planning of flood control measures have to be founded on assessments of benefit-costs-ratios. In order to estimate the options for flood control by dams following information is needed: the flood risk in general and the hydrological conditions in particular, the technical options to affect floods, the costs of measures to improve flood control if possible, the effects of flood control on damages downstream, the options to forecast flood events and to adapt the operational reservoir management to the specific hydrological conditions of an on-going flood. Among the constraints of flood management the multiple use of reservoirs has to be related with the stochastic character of floods. It is very difficult to ensure a flood control for rare and extreme events only. In the absence of flood forecasts all floods have to be controlled. Small floods will be affected more than large floods. From this circumstances the paradox of flood safety results. 285

Le contrôle de crues réduit les effets néfastes des crues de relativement faible intensité. La sensibilisation du public aux risques d inondation se réduit en conséquence, car de telles inondations ne causent plus de dégâts. Si une crue extrême survient qui ne peut être contrôlée, les dégâts dus à cette crue et les pertes peuvent être plus élevés que sans protection contre les crues, car les riverains ne sont désormais plus familiers avec les inondations et la concentration des biens dans les zones menacées par les inondations s est accrue entre-temps. Si les limites du contrôle de crues ne sont pas suffisamment considérées, la sensibilité du public aux risques d inondation sera négativement affectée si la capacité de contrôle de crues a été surestimée. Mais il existe également un danger de sous-estimation de cette capacité, qui pourrait résulter en une utilisation sub-optimale des installations de contrôle existantes. Les mesures de protection contre les crues au moyen de barrages devraient constituer une part importante d un ensemble de mesures visant à réduire les risques de crues. Compte tenu de cette complexité, il n est pas compréhensible que la nouvelle «Proposition de directive du Parlement européen sur l évaluation et la gestion des crues» formule des exigences de gestion des risques de crue par une approche de planification complexe, mais ne mentionne pas explicitement la maîtrise des crues par les barrages. L objectif général de cette directive l évaluation des risques de crue et la planification de mesures pour les réduire ne peut être rempli sans le recours aux barrages, qui sont les installations techniques les plus importantes à disposition de la planification de contrôle des crues. 5. RÉFÉRENCES SCHULTZ, G.A., SCHUMANN, A.H. Implementation of new tasks for old dams: A nontrivial problem, Proceedings Symposium S2 6th Scientific Assembly of the IAHS, Maastricht, July 18-27, 2001 VOLLENWEIDER, R.A., KEREKES, J. 1982. Eutrophication of waters. Monitoring, assessment and control. OECD Cooperative programme on monitoring of inland waters (Eutrophication control), Environment Directorate, OECD, Paris. 154 p. EU, 2006: Proposal for a Directive of the European Parliament on the assessment and management of floods. 286

Flood control reduces the harmful effects of relatively small floods. The public awareness of flood risks is reduced as such floods cause no damages. If an extreme flood happens, which cannot be controlled, the flood damages and losses can be higher than without flood protection, as people are now not familiar with floods and the concentration of values in flood endangered areas was increased. If the limits of flood control are not considered sufficiently the public awareness of flood risks will be affected negatively as flood control options are overestimated. But there is also a danger for an underestimation of these options which could result in sub-optimal utilizations of existing control capacities. Flood protection measures by means of dams should be a substantial part of a complex of measures to reduce flood risks. Under consideration of this complexity it is not understandable, that the new Proposal for a Directive of the European Parliament on the assessment and management of floods specifies the demand for flood risk management by a complex planning approach but does not mention flood control by dams explicitly. The general aim of such a directive, to assess flood risk and to plan measures to reduce it, cannot be fulfilled without integration of dams as the most important technical facilities to control floods into the planning. 5. REFERENCES SCHULTZ, G.A., SCHUMANN, A.H. Implementation of new tasks for old dams: A nontrivial problem, Proceedings Symposium S2 6th Scientific Assembly of the IAHS, Maastricht, July 18-27, 2001 VOLLENWEIDER, R.A., KEREKES, J. 1982. Eutrophication of waters. Monitoring, assessment and control. OECD Cooperative programme on monitoring of inland waters (Eutrophication control), Environment Directorate, OECD, Paris. 154 p. EU, 2006: Proposal for a Directive of the European Parliament on the assessment and management of floods. 287

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