La curva di frequenza delle alluvioni (FFC), un'espressione matematica della distribuzione di probabilità delle alluvioni, è uno strumento importante per la stima del rischio di alluvione, con un'assunzione convenzionale di dati di serie stazionarie di piena. Però, i cambiamenti ambientali degli ultimi decenni stanno cambiando questa ipotesi. Un team di ricerca che comprende scienziati del Pacific Northwest National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha sviluppato un nuovo quadro analitico per quantificare gli effetti dei serbatoi che alterano le caratteristiche dell'FFC. Il quadro ha rivelato come la regolazione del giacimento influenzi la forma della curva di probabilità FFC.

Le inondazioni provocano notevoli danni socioeconomici ed ecologici. Le analisi dei record di flusso negli Stati Uniti combinate con la modellazione dei serbatoi hanno rivelato un'importante influenza della regolazione dei serbatoi sulla frequenza delle inondazioni. Questo studio suggerisce la necessità di analizzare separatamente i record di alluvione pre e post diga, ciascuno che soddisfa l'ipotesi stazionaria per un'analisi più robusta della frequenza delle inondazioni. Tali dati potrebbero aiutare a guidare la pianificazione su scala regionale delle strutture idrauliche in sistemi fluviali complessi.

La curva di frequenza delle piene fornisce una descrizione completa della risposta alla tempesta di un bacino. Gli studi precedenti si sono concentrati principalmente su come il clima e l'urbanizzazione influenzano la frequenza delle inondazioni. Però, le operazioni di giacimento possono anche alterare le caratteristiche della FFC e mettere in discussione l'assunto di base della stazionarietà (cioè, serie temporali con proprietà statistiche costanti nel tempo) utilizzate nell'analisi della frequenza delle piene.

In questo studio, gli scienziati hanno utilizzato un Reservoir Impact Index (RII) adimensionale, definito come la capacità totale di stoccaggio del giacimento a monte normalizzata dal volume di flusso annuale, per quantificare gli effetti della regolazione del giacimento. Il team ha eseguito analisi utilizzando le registrazioni delle inondazioni per 388 stazioni fluviali negli Stati Uniti contigui per i periodi prima e dopo la diga. I ricercatori hanno analizzato due momenti statistici della FFC:la massima piena annuale e il coefficiente di variazione, corrispondente all'estremo e alla variabilità del flusso. I risultati hanno mostrato che l'alluvione massima annuale generalmente diminuiva con l'aumento del RII ma si stabilizzava quando il RII superava un valore di soglia. Nel frattempo, il coefficiente di variazione aumenta con RII fino ad un valore soglia oltre il quale il coefficiente di variazione diminuisce con RII.

Tre modelli di giacimento con diversi livelli di complessità hanno catturato le relazioni non lineari dell'alluvione massima annuale e il coefficiente di variazione con RII. I modelli hanno fornito spunti per comprendere gli impatti dei serbatoi dalla loro funzione di base di controllo delle inondazioni. Sebbene tutti e tre i modelli di giacimento possano catturare la dipendenza dell'FFC da RII, i valori di soglia RII nelle relazioni non lineari possono essere catturati solo dai modelli di giacimento più complessi. Il quadro analitico sviluppato in questo studio può essere utilizzato per migliorare ulteriormente la valutazione e la gestione del rischio di alluvione nei sistemi fluviali regolamentati su scala regionale.