Flood risk management in urban areas : added value of cellular automata and agent-based modelling - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2024

Flood risk management in urban areas : added value of cellular automata and agent-based modelling

Gestion du risque d'inondation dans les zones urbaines : valeur ajoutée des automates cellulaires et de la modélisation à base d'agents

Hao-Ming Hsu
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1394741
  • IdRef : 279013809

Résumé

Floods are the most common natural disasters worldwide, which can cause serious damage to property and fatality, especially in urban areas. Hence, flood risk management is essential to avoid new flood risk, to prevent and to reduce existing impact of floods and to manage residual flood risk.This study first brief reviewed several historical flood events worldwide, and especially the applications of flood risk treatment of the study areas in France and in Taiwan. The effectiveness and problems of the applications were also analysed and summarised.Then, since Agent-Based Models (ABMs) are ideal tools for simulating the actions, reactions and interactions of autonomous individuals and the environment in a complex system, in order to evaluate the effectiveness and outcomes of flood risk reduction strategies, this study employed an ABM, Netlogo, to analyse the possible interactions of human behaviour and the environment with different strategies. A coupled ABM was developed, combining (i) an evacuation model, for the agent simulations to investigate possible evacuation process during flood, and (ii) a cellular automata (CA) 2D overland flow model, for inundation simulations. Several case studies and benchmark tests were selected for verifying the models and evaluating the model performances. The evacuation model could generate plausible outcomes of the evacuation process, and the results showed the importance of the risk/flood maps and the warning alarm timing. The CA 2D overland flow model could produce promising model outputs, and the results showed great agreement between model predictions and observations in terms of inundation extent, water levels, and flow velocities.Next, the coupled ABM was applied to analyse the community-based flood risk management of the study area. The results of the coupled ABM revealed its capability of conducting inundation simulation and the potential for generating plausible outcomes of the interaction between flood water, response strategies and human behaviour during a flood event.Finally, the study proposed possible applications of the coupled ABM and feasibility of integration of the coupled ABM and a Decision Support System (DSS). Despite the possible advantages in various fields, there were still many gaps inside the structure to be filled. The most important issue about the operation of the DSS was the way of format standardisation, communication and interoperability between the various existing components.The study aims to investigate and to improve existing flood risk management, to raise public crisis awareness and to enhance community-based flood risk management.
Les inondations sont les catastrophes naturelles les plus courantes dans le monde, pouvant causer de graves dégâts humains et matériels, en particulier dans les zones urbaines. Par conséquent, la gestion du risque d'inondation est essentielle pour prévenir et réduire leur impact et gérer le risque d'inondation résiduel.Cette étude a d'abord examiné plusieurs événements d'inondation historiques dans le monde, et en particulier dans les zones d'étude en France et à Taïwan. L'efficacité et les problèmes sur les cas d'applications ont également été analysés et résumés.Ensuite, puisque les modèles à base d'agents (ABMs) sont des outils idéaux pour simuler les actions, les réactions et les interactions d'individus autonomes et de l'environnement dans un système complexe, afin d'évaluer l'efficacité et les résultats des stratégies de réduction des risques d'inondation, cette étude a utilisé un ABM, Netlogo, pour analyser les interactions possibles du comportement humain et de l'environnement avec différentes stratégies. Un ABM couplé a été développé, combinant (i) un modèle d'évacuation, pour les simulations d'agents afin d'étudier un éventuel processus d'évacuation pendant une inondation, et (ii) un modèle d'écoulement de surface 2D d'automates cellulaires (CA), pour les simulations d'inondation. Plusieurs études de cas et tests de référence ont été sélectionnés pour vérifier les modèles et évaluer leurs performances. Le modèle d'évacuation pourrait générer des résultats plausibles du processus d'évacuation, et les résultats ont montré l'importance des cartes de risque/inondation et du timing des alarmes d'avertissement. Le modèle d'écoulement de surface CA 2D pourrait produire des résultats de modèle prometteurs, et les résultats ont montré un grand accord entre les prédictions du modèle et les observations en termes d'étendue de l'inondation, de niveaux d'eau et de vitesses d'écoulement calculées.Ensuite, l'ABM couplé a été appliqué pour analyser la gestion communautaire des risques d'inondation dans la zone d'étude. Les résultats de l'ABM couplé ont révélé sa capacité à réaliser des simulations d'inondations et le potentiel de générer des résultats plausibles de l'interaction entre les crues, les stratégies d'intervention et le comportement humain pendant une inondation.Enfin, l'étude a proposé des applications possibles de l'ABM couplé et la faisabilité de l'intégration de l'ABM couplés et un Système d'Aide à la Décision (DSS). Malgré les avantages possibles dans divers domaines, il y a encore de nombreuses lacunes à combler à l'intérieur d'un point de vue structurel sur ce type d'approche et de modèles. Les questions les plus importantes concernant le fonctionnement du DSS étaient la manière de normaliser le format, la communication et l'interopérabilité entre les différents composants existants.Les perspectives de cette étude visent à étudier et à améliorer la gestion existante des risques d'inondation, à sensibiliser le public aux crises et à améliorer la gestion communautaire des risques d'inondation.
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2024COAZ5012.pdf (12.32 Mo) Télécharger le fichier
Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04621809 , version 1 (24-06-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04621809 , version 1

Citer

Hao-Ming Hsu. Flood risk management in urban areas : added value of cellular automata and agent-based modelling. Civil Engineering. Université Côte d'Azur, 2024. English. ⟨NNT : 2024COAZ5012⟩. ⟨tel-04621809⟩
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