Verification of efficacy of flood vulnerability indices through sensitivity analysis

Abstract

Indices and indicators are widely used to measure flood vulnerability since vulnerability is a multidimensional, covering social, economic, environmental, cultural and physical aspects. However, the index construction carries uncertainys that are rarely considered. Thus, the main goal of this thesis is to verify the sensitivity of flood vulnerability indices through changes in the input parameters. To achieve this, we (1) found the gaps on vulnerability index studies; (2) verified the effect of using different methods of normalization, aggregation, and classification of flood vulnerability indices; and (3) assessed sensitivity and uncertainties involved in assigning weights to flood vulnerability indicators. The studies were developed in the Maquiné river basin, located in the northeastern region of the state of Rio Grande do Sul (Brazil), a mountainous region where flood events are frequent and affect the population every year. From 95 articles, we found gaps related to lack of sensitivity and uncertainty analyses (present in only 9.5% and 3.2% of papers, respectively), inadequate or inexistent validation of the results (present in 13.7% of the studies), lack of transparency regarding the rationale for weighting and indicator selection, and use of static approaches, disregarding temporal dynamics. The analysis by using different normalization indicators methods results in low sensitivity. Conversely, when analysing the indicators' aggregation method, it was observed that the adoption of the geometric method produced substantial differences on the spatial vulnerability and tended to underestimate the vulnerability. Additionally, the vulnerability classification into different classes led to overly sensitive outputs. When we explored changes in vulnerability scores using equal weighting and by applying weights derived from participatory survey data, little effect on flood vulnerability results was observed. Besides, the preference of the indicators' weights did not significantly differ among distinct socioeconomic characteristics of stakeholders. The obtained results can give support to decision-makers in reducing uncertainty and increasing the quality of flood vulnerability assessments.

Os índices e indicadores são amplamente usados para mensurar a vulnerabilidade a inundações, uma vez que a vulnerabilidade é uma grandeza multidimensional englobando aspectos sociais, econômicos, ambientais, culturais e físicos. No entanto, a construção desses índices carregam incertezas que são raramente consideradas. Assim, o principal objetivo desta tese é verificar a a sensibilidade de índices de vulnerabilidade a inundações por meio da mudança de parâmetros de entrada. Para isso, realizou-se (1) uma busca de deficiências nos estudos de índices de vulnerabilidade; (2) verificou-se o efeito da utilização de diferentes métodos de normalização, agregação e classificação dos índices de vulnerabilidade a inundações; e (3) foram avaliadas a sensibilidade e as incertezas envolvidas na atribuição de pesos aos indicadores de vulnerabilidade. Os estudos foram desenvolvidos na bacia do rio Maquiné, localizada na região nordeste do estado do Rio Grande do Sul (Brasil), região serrana onde os eventos de inundação são frequentes e afetam a população todos os anos. Dos 95 artigos analisados, encontramos lacunas relacionadas à falta de análise de sensibilidade e incerteza na escolha de métodos normalização, ponderação e agregação (presentes em apenas 9,5% dos artigos), validação inadequada ou inexistente dos resultados (presente em 13,7% dos estudos), falta de transparência quanto à fundamentação da ponderação e seleção de indicadores, e uso de abordagens estáticas, desconsiderando a dinâmica temporal. A escolha de diferentes métodos de normalização resulta em baixa sensibilidade. Por outro lado, na análise do método de agregação dos indicadores, observou- se que a escolha do método geométrico produziu diferenças substanciais na vulnerabilidade espacial e tendeu a subestimá-la. Além disso, a classificação da vulnerabilidade levou a resultados excessivamente sensíveis. Quando exploramos as mudanças na vulnerabilidade a inundações usando ponderação igual e aplicando pesos derivados de dados de pesquisa participativa, foi observado pouco efeito nos resultados de vulnerabilidade. Além disso, a preferência dos pesos dos indicadores não diferiu significativamente entre as distintas características socioeconômicas dos participantes. Os resultados obtidos podem apoiar os tomadores de decisão na redução da incerteza e no aumento da qualidade das avaliações de vulnerabilidade a inundações.