CERA: gis-based assessment of coastal erosion risk

Abstract

Coastal areas are important in human development, providing numerous economic and social benefits. On the other hand, these areas are affected by several natural hazards. Therefore, the identification of endangered areas is essential to a thoughtful coastal management and to mitigate potential damages. Through the years, several methodologies of coastal risk assessment have been developed to support coastal managers in decision making. These methodologies assess areas for various types of coastal hazards, for variable extents and time scales, and return different final products often based on different conceptions. This work intends to contribute for further progress of coastal risk assessment methodologies with the development of CERA (Coastal Erosion Risk Assessment). CERA is a methodology developed to evaluate coastal erosion risk for a medium-term horizon (10 to 20 years). The methodology should be applicable in a wide range of coastal environments and scales, with considerable accuracy and efficiency. This method mainly targets governmental institutions from countries and regions where there is a lack of data and results of coastal management. For the development of CERA, an extensive literature review of existent coastal risk methodologies was performed. This task allowed to gain knowledge on how to apply the methodologies and to identify most common indicators, and adopted spatial scales and time frames. From the analysed methods, five were applied to the selected study sites within this work: Aveiro (Portugal), Macaneta spit (Mozambique) and Quintana Roo (Mexico). The applied methods (CERA1.0; CVI; Smartline; RISC-KIT CRAF1; and CHW) varied in terms of specific objective within coastal risk assessment, indicators considered, procedure and outputs. Consequently, the results of various methodologies disagree on the hazard level attributed for the study areas. However, they generally agree in the identification of most endangered locations of each study area. The application of these methods provided specific takeaways to be followed in the development of the new proposal. The new methodology (CERA2.0) follows closely the Source-Parthway- Receptor-Consequence model by evaluating risk propagation in four modules: susceptibility, value; exposure; and coastal erosion. Subsequently, these are combined to generate vulnerability, consequence and risk results. A total of 12 indicators are included. For easier application of the methodology, a QGIS plugin was developed. Given the required inputs, the plugin computes all CERA2.0 procedures and provides the results in a georeferenced format. The new procedure was also applied to the three case studies, obtaining a more realistic set of results.

As zonas costeiras são locais de grande importância para o desenvolvimento humano, proporcionando inúmeros benefícios económicos e sociais. Por outro lado, estas zonas estão sujeitas a vários perigos naturais. Portanto, a identificação de zonas de perigo é essencial para uma gestão costeira apropriada e consequente mitigação de potenciais danos. Ao longo dos anos, várias metodologias de risco costeiro foram desenvolvidas com o intuito de apoiar gestores das zonas costeiras no processo de decisão. Estas metodologias variam no tipo de perigo em análise, no conceito e produto final determinado, na extensão de linha de costa a que podem ser aplicadas e na escala temporal em análise. Este trabalho procura contribuir para o progresso das metodologias de risco costeiro com o desenvolvimento do CERA (Coastal Erosion Risk Assessment). O CERA foi desenvolvido com o intuito de analisar o risco à erosão costeira a médio prazo (10 a 20 anos). A metodologia deve ser aplicável a uma grande variedade de ambientes costeiros e escalas, com uma considerável assertividade e eficiência. O principal público alvo para a utilização do método são instituições governamentais de países ou regiões onde exista fraca informação e resultados de gestão costeira. Para a conceção do CERA, foi feita uma extensa revisão de literatura, identificando metodologias de risco costeiro existentes. Esta tarefa proporcionou um melhor conhecimento relativo à aplicação das metodologias, identificação de indicadores mais comuns, bem como as escalas temporais e espaciais mais usadas. Das metodologias identificadas e estudadas, cinco foram aplicadas aos locais de estudo definidos para este trabalho: Aveiro (Portugal), Macaneta (Moçambique) e Quintana Roo (México). Os métodos aplicados (CERA1.0; CVI; Smartline; RISC-KIT CRAF1; e CHW) variam em termos de objetivo específico dentro da temática de risco costeiro, indicadores considerados, procedimentos e resultados. Consequentemente, os resultados dos vários métodos não são concordantes no nível de perigo atribuído a cada local. No entanto, os locais de maior perigo dentro de cada área de estudo são similares. A aplicação destes métodos permitiu o desenvolvimento de uma série de diretrizes a serem seguidas durante o desenvolvimento da nova proposta. A nova metodologia (CERA2.0) segue o modelo conceptual Source-Parthway- Receptor-Consequence, avaliando a propagação de risco em quatro módulos: suscetibilidade, valor, exposição e erosão costeira. Posteriormente, estes módulos são combinados de forma a obter resultados de vulnerabilidade, consequência e risco. A utilização do CERA2.0 requer um total de 12 indicadores. Para uma fácil aplicação da metodologia, foi desenvolvido um plugin no programa QGIS. Introduzindo os dados necessários, o plugin executa todos os processos previstos no CERA2.0 e providencia os resultados georreferenciados. O novo método foi igualmente aplicado aos casos de estudo, obtendo-se um conjunto de resultados mais realistas.