HC7: Water II

Pluvial flood (“ponding”)

• intense rainfall for short period of time

• drainage system cannot cope

• often seasonal (summer)

River floods

• consequence of intense rainfall or thawing upstream

• can last for a long time

• can happen any season

• produce a lot of damage

Flash flood

• tilted landscape (mountainess, desert)

• short and intense rainfall

• fast water

• destructive

Coastal flood

• raising surge

• influence of tides

• relatively short duration

  → cyclones and storm surges
  Typically caused by combinations of:

  • high tide

  • storm surge
    = wind piles water up, 1 to 8 m above normal high tide
    Inverse barometer effect
    ! Highest surge at the right side of the eye ! (Northern hemisphere)

  • high and energetic waves

Origin of pluvial & river floods

1. infiltration capacity of soil is too low for intense precipitation

2. drainage capacity too low in urban areas

3. rapid groundwater rise

Flood risk

= f (Hazard, Exposure, Vulnerability)

Flood risk:

• Hazard

• = a potential damaging event, phenomenon or human activity

  • generally expressed as annual probability or as a return period (statistically how often a phenomenon is going to happen again)

  • associated to each possible magnitude of the hazard

    → we can look at this using:

    • historical flood maps

    • modeled flood maps

    → quantification using:

    • hydrological model (”)

    • hydrodynamic model (do not need to know the details)

Flood risk:

• Exposure

= people and economic assets in hazard-prone areas
→ changed a lot through time

→ what and who is physically in harm’s way?

Elements of exposure:

• buildings

• infrastructure

• cultural heritage

Illustrative Examples

• Zero Exposure: A massive flash flood occurs in an uninhabited, remote mountain gorge. The Hazard is extremely high, but because there are no people or buildings present, the Exposure is zero—resulting in zero flood risk.

• High Exposure: A city builds a new residential neighborhood on a low-lying river floodplain. Even if the frequency of river flooding (Hazard) stays exactly the same, the Flood Risk increases dramatically because more assets and people are exposed.

Flood risk:

• Vulnerability

= not all people living in an exposed area are at the same risk not all building suffer from the same degree of damage

→ how easily will it break or be harmed, and how well can it recover?

How Vulnerability Is Measured and Used

• Depth-Damage Curves (Damage Functions):

  In flood risk modeling, physical vulnerability is quantified using functions that link water depth directly to an expected percentage of structural or financial damage (e.g. 0.5 m of water causes 30% damage to contents, while 2.0 m causes 80% damage).

• Vulnerability Indices:

  Social vulnerability is measured using demographic indicators (income levels, age distribution, access to vehicles, housing conditions) to identify communities requiring extra support during disasters.

Key Contrast

Two identical houses side-by-side on the same street face the exact same Hazard (water depth) and have the exact same Exposure (both are in the flood path).

However, if House A is wet-proofed with water-resistant materials, elevated electrical systems, and the owners hold full flood insurance, while House B is unadapted and uninsulated, House B has significantly higher Vulnerability—and therefore carries a far greater flood risk.

Damage mitigation:

Wet vs dry proofing

Kenmerk	Dry Floodproofing	Wet Floodproofing
Relatie met het water	Weert water volledig af	Laat water gecontroleerd toe
Maximale effectieve waterhoogte	Laag tot matig (approx tot 0,9 m)	Ook geschikt bij hogere waterpeilen
Constructieve belasting	Zeer hoog (groot risico op instorting bij diep water)	Laag (waterdruk binnen en buiten is gelijk)
Kosten & herstel na afloop	Geen schoonmaak binnen als barrière houdt	Schoonmaken, desinfecteren en drogen nodig
Toepassing	Vaak utiliteitsbouw, kantoren, of woningen met stevige muren	Garages, kelders, opslagruimtes of aangepaste begane gronden

Drought

= physical phenomenon, temporary decrease in precipitation or water availability, driven by weather.

• meteorological drought

• hydrological “

• agricultural “

• ecosystem “

• socioeconomic “

Water scarcity

= physical amount. The lack of sufficient available water

Differences drought vs water scarcity

Kenmerk	Droogte (Drought)	Waterschaarste (Water Scarcity)
Karakter	Tijdelijke afwijking van het normale klimaat	Structurele wanverhouding tussen vraag en aanbod
Hoofdoorzaak	Natuurlijke klimaatvariabiliteit (te weinig neerslag)	Menselijk watergebruik, overexploitatie en beheer
Locatie	Kan overal ter wereld voorkomen	Vooral in dichtbevolkte, droge of slecht beheerde regio's
Oplossing	Wachten op neerslag; adaptatie en herstel van buffers	Besparing, waterefficiëntie, prijsbeleid en hergebruik

Blue water

= rivers, wetlands, lakes, groundwater

→ making blue water available

• irrigation

• groundwater extraction

• storage in reservoirs/dams

Green water

= soil moisture from rain

→ making green water available

= improve infiltration of rain; manage land and crops so to increase water storage in soils
Vapor shift (surface shading, mulching etc.)

Blue water vs green water

In de hydrologie en bij de berekening van watervoetafdrukken (water footprints) wordt onderscheid gemaakt tussen twee verschillende vormen van zoetwater:

• Blauw Water (Blue Water):

  • Definitie: Het vloeibare zoetwater dat stroomt of opgeslagen ligt in oppervlaktewater (rivieren, meren, stuwmeren) en grondwater (aquifers).

  • Eigenschappen: Het is zichtbaar, vloeibaar en direct onttrekbaar door de mens voor gebruik (bijvoorbeeld via pompen, leidingen of kanalen).

  • Toepassingen: Drinkwater, industriële processen en geautomatiseerde landbouwirrigatie.

• Groen Water (Green Water):

  • Definitie: Het neerslagwater dat opgeslagen ligt als bodemvocht in de niet-verzadigde bodemlaag (de wortelzone van planten) en dat via planten verdampt.

  • Eigenschappen: Het kan niet worden afgepompt of getransporteerd. Het is direct beschikbaar voor vegetatie en gewassen.

  • Toepassingen: Natuurlijke ecosystemen (bossen, graslanden) en regenafhankelijke landbouw (rainfed agriculture). Het keert via evapotranspiratie terug naar de atmosfeer.

Vapor shift

beschrijft de verandering in de hydrologische cyclus waarbij water op het landoppervlak minder afstroomt als blauw water en meer verdampt als groen water (of omgekeerd) door menselijke ingrepen in het landgebruik.

→ Hoe ontstaat een Vapor Shift?

Wanneer menselijke activiteiten het landoppervlak en de vegetatie veranderen, verschuift de balans tussen afstroming (blue water flow) en verdamping (green water flow):

1. Verschuiving van Blauw naar Groen Water (Toename in verdamping):

   • Oorzaak: Ontbossing en de omzetting van natuurlijk bos naar grootschalige landbouw, of het aanleggen van grote irrigatiesystemen en stuwmeren.

   • Mechanisme: Wanneer grote hoeveelheden blauw water (uit rivieren of de grond) op het land worden gesproeid voor gewassen, of wanneer snelgroeiende gewassen met een hoge waterbehoefte worden aangeplant, stijgt de evapotranspiratie drastisch.

   • Gevolgen: Er blijft minder blauw water over in rivieren en grondwaterlagen voor benedenstroomse gebieden, terwijl er meer waterdamp de atmosfeer in gaat.

2. Verschuiving van Groen naar Blauw Water (Toename in afstroming):

   • Oorzaak: Verstedelijking (het verharden van de bodem met asfalt en beton) of overbegrazing/bodemcompactie.

   • Mechanisme: Neerslag krijgt geen kans om in de bodem te infiltreren als groen water of opgenomen te worden door planten.

   • Gevolgen: Het water stroomt als oppervlaktewater (surface runoff) direct af naar beken en rivieren. Dit verlaagt de hoeveelheid groen water in de bodem en verhoogt de piekpieken in rivieren (verhoogd overstromingsrisico).

Waarom is dit belangrijk?

Een vapor shift verandert de lokale en regionale waterbalans. Het kan leiden tot verdere uitdroging van grondwaterbuffers (blauw water) of het lokaal veranderen van neerslagpatronen benedenwinds, omdat de atmosfeer meer of minder waterdamp ontvangt.