Integrating rapid assessment of flood proneness into urban planning under data constraints: a fuzzy logic and bricolage approach

ABSTRACT

To increase city climate resilience, a rapid data-constrained flood-proneness assessment (FPA) technique for the Kolkata Metropolitan Region (KMR) in India is proposed, and a conceptual urban-climate plan (UCP) framework capable of incorporating the FPA outputs into the mainstream planning process is developed. To overcome data and computational demands of FPA mapping, this integrated framework is based on the concept of data bricolage and integrates four flood-conditioning factors – surface elevation, normalized difference water index (NDWI), flow accumulation and surface run-off – into a single output using fuzzy inference. The KMR results show that elevation had the most significant impact on flood proneness, and that NDWI and surface run-off played a vital role in more urbanized areas.

摘要

在数据约束下将洪水风险快速评估融入城市规划：模糊逻辑与基于现有资源构建的方法. Area Develo-pment and Policy. [为提高城市的气候顺应力，本文提出了一项在数据约束下对加尔各答大都市地区（KMR）进行快速洪水风险评估（FPA）的技术，并建立起一个可以将FPA结果纳入主流规划过程的’城市气候计划’概念框架。为克服FPA制图的数据和计算需求，该集成框架基于利用现有数据资源构建的理念，通过模糊推断将洪水的四种制约因素（水面高度、归一化水指数（NDWI）、汇流累积量与地表径流）整合成一整套输出结果。KMR的结果显示，水面高度对洪水风险的影响最大，NDWI和地表径流在城市化程度较深的地区起到了重要的作用。]

RESUMEN

Integración de una evaluación rápida del riesgo de inundación en la planificación urbana con datos limitados: un enfoque con lógica difusa y datos de bricolaje. Area Development and Policy. Para aumentar la resiliencia frente al cambio climático en las ciudades se propone una técnica rápida de evaluación del riesgo de inundación con datos limitados para la región metropolitana de Calcuta, y se desarrolla un marco conceptual de ‘Plan de Clima Urbano (UCP)’ capaz de incorporar los resultados de la evaluación del riesgo de inundación en la planificación general. A fin de superar las demandas informáticas y de datos de la elaboración de mapas para la evaluación del riesgo de inundación, este marco integrado se basa en el concepto de bricolaje de datos e integra cuatro factores condicionantes de inundación (elevación de la superficie, índice de agua de diferencia normalizada (NDWI, en sus siglas inglesas), acumulación de flujo y escorrentía superficial) en un único resultado mediante inferencia difusa. Los resultados para la región metropolitana de Calcuta muestran que la elevación tenía el efecto más significativo en el riesgo de inundación y que el NDWI y la escorrentía superficial desempeñaban un papel vital en áreas más urbanizadas.

АННОТАЦИЯ

Интеграция оперативной оценки подверженности затоплению в градостроительное планирование в условиях нехватки данных: нечеткая логика и бриколажный подход. Area Development and Policy. Методика оперативной оценки подверженности затоплению в условиях нехватки данных разработана для метрополитенского региона Калькутты в целях повышения устойчивости города к изменению климата. Также разработана концептуальная схема «Градо-климатического плана», в которую интегрируются результаты оперативной оценки. Для преодоления недостатка данных и решения вычислительных проблем эта комплексная концептуальная схема опирается на концепцию бриколажа данных и объединяет четыре фактора затопления (высота участка над уровнем моря, нормализованный разностный водный индекс (NDWI), накапливаемость потоков и поверхностный дренаж) в единый показатель с использованием нечеткой логики. Результаты для метрополитенского региона Калькутты показывают, что высота участка имеет наибольшее значение для подверженности затоплению, и что NDWI и поверхностный дренаж играют важную роль в более урбанизированных районах.

KEYWORDS:

• Urban-climate plan
• urban flood risk
• fuzzy clustering
• fuzzy overlay
• urbanizationrapid assessment

JEL:

• Q54; R14; R28; Q55; O21; H12; C45

关键词:

• 城市气候计划
• 城市洪水风险
• 模糊聚类
• 模糊叠置
• 城市化
• 快速评估

PALABRAS CLAVE:

• plan de clima urbano
• riesgo de inundación urbano
• aglomeración difusa
• solapamiento difuso
• urbanización
• evaluación rápida

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

• градо-климатический план
• риск городских наводнений
• нечеткая кластеризация
• нечеткое наложение
• урбанизация
• оперативная оценка.

ACKNOWLEDGEMENT

The author thanks Mr Subhajit Bandyopadhaya, Research Assistant at the Center for Urban Science and Engineering (C-USE), Indian Institute of Technology Bombay, for helping with data collection. Part of this work was presented at the HYDRO 2015 International: 20th International Conference on Hydraulics, Water Resources and River Engineering, Roorkee, India (can be cited as Bardhan R., Bandopadhyay, S, & Gupta, K. (2015). Rapid Estimation of Flood Prone Zones under Data Constraint Scenario: A Fuzzy Modelling Approach. Paper presented at the HYDRO 2015 International: 20th International Conference on Hydraulics, Water Resources and River Engineering, Roorkee, India.)

DISCLOSURE STATEMENT

No potential conflict of interest was reported by the author.

Notes

1 See http://earthexplorer.usgs.gov/.

2 See http://bhuvan.nrsc.gov.in/data/download/index.php/.

Additional information

Funding

This work was supported by the Ministry of Human Resource Development (MHRD), Government of India (GOI), project entitled ‘Urban Form and Extreme Precipitation Events: Are Compact Cities More Vulnerable to Flooding?’ [grant number 14MHPCU001], the Centre for Excellence Frontier Areas of Science & Technology (FAST) [grant number 14MHRD005], and the IRCC-IIT Bombay [grant number 16IRCCSG1015]. Any opinions, findings and conclusions or recommendations expressed in this paper are those of the author and do not necessarily reflect the views of the MHRD, GoI and/or IRCC-IIT Bombay.