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Modelo de simulación para comprender los desastres causados por inundaciones y flujo de escombros en Colombia

Diciembre 23, 2020
7 minutos de lectura

Contenido

Con una extensión n de 8,900 kilómetros (5,500 millas) a lo largo de todo el borde occidental de América del Sur, los Andes son la cadena montañosa continental más larga del mundo. Se extienden desde Venezuela hasta el extremo sur de Chile.

En la parte suroeste de Colombia, los Andes se dividen en las cordilleras occidental, central y oriental. Valles profundos en forma de «V» que se encuentran entre estas cadenas montañosas y son el punto de origen de muchos ríos, los cuales atraviesan la región de la Amazonia del país, que también es parte de la selva amazónica. 

Debido a la topografía de la región, el área es propensa a inundaciones repentinas, derrumbes y flujo de escombros. Cuencas que recolectan agua se han formado en las montañas y una red de drenaje altamente desarrollada ha evolucionado debido a la gran elevación y pendientes abruptas. Se han formado también abanicos aluviales en la base de las montañas causadas por la gran cantidad de sedimentos transportados desde las cimas por las lluvias extremas en la región.

Hace tres años, las fuertes lluvias provocaron inundaciones repentinas y deslizamientos de tierra en Mocoa, un municipio de la región amazónica. Como resultado de este desastre, 328 personas perdieron la vida, 332 resultaron heridas y más de 3..000 sufrieron pérdidas materiales y de otro tipo. Este fue el tercer desastre relacionado con el clima más mortal en la historia de Colombia.

Según FloodList, más de 80 incidentes de inundaciones o deslizamientos de tierra ocurrieron en Colombia solo durante las dos primeras semanas de julio de 2020. FloodList es una organización que monitorea las inundaciones en todo el mundo. Está organización es financiada por Copernicus, el programa de la Unión Europea para monitorear el medio ambiente terrestre utilizando su conjunto de satélites y observaciones.

Respondiendo a la frecuencia y escala de estos eventos, Esteban Bonilla Velásquez, geógrafo de la Universidad Nacional de Colombia en Bogotá, desarrolló un modelo de simulación de inundaciones y flujos repentinos basado en datos del incidente de Mocoa. 

Resultado de la simulación de flujo de escombros sobre la profundidad en metros, Mocoa – Colombia

“Con GIS, es posible tener mayor conocimiento sobre los desastres naturales mediante el desarrollo de modelos numéricos para la simulación y predicción de su comportamiento en el tiempo y el espacio designados”, dice Bonilla. “El modelo simula avenidas torrenciales e inundaciones en los abanicos aluviales ubicados en el piedemonte amazónico colombiano. “El objetivo de mi trabajo es comprender mejor la dinámica de estos eventos devastadores mediante la identificación de las variables físicas que intervienen en las inundaciones repentinas. En última instancia, espero desarrollar una metodología para reducir los riesgos de los flujos repentinos de escombros y las inundaciones «.

Para desarrollar su modelo, Bonilla utilizó tres fuentes primarias de datos, un modelo de elevación digital (DEM, por sus siglas en inglés), cobertura terrestre

y mediciones de lluvia.

“A partir del DEM, determiné la ubicación exacta de las cuencas de los ríos, que; cuando son agrupadas con sus arroyos o riachuelos relacionados, me permitieron crear un patrón de distribución para identificar posibles inundaciones” dice Bonilla. “Las cuencas forman las áreas de delimitación para la simulación. Del DEM también obtuve información sobre la pendiente o inclinación del terreno, que es el grado de inclinación con respecto al plano horizontal. Estos datos se utilizaron con el modelo HEC-RAS».

Resultado de la simulación de flujo de escombros sobre la velocidad en kilómetros por hora, Mocoa – Colombia

El Sistema de Análisis de Ríos del Centro de Ingeniería Hidrológica (HEC-RAS, por sus siglas en inglés) modela la hidráulica del flujo de agua a través de ríos y canales, y calcula los perfiles de la superficie del agua. Este programa fue desarrollado por el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU., y está disponible para descargar de forma gratuita. HEC-RAS es ampliamente utilizado por agencias gubernamentales y la industria privada.

“La pendiente y la cobertura del suelo se utilizan para determinar el coeficiente de escorrentía o escurrimiento o del agua”, dice Bonilla. “Este coeficiente indica la cantidad de agua que se suma al caudal, en relación con la cantidad de precipitación. Un valor o coeficiente mayor indica que el suelo tiene baja absorción y alta escorrentía, como es común en una pendiente pronunciada. Un valor más bajo indica que el suelo es permeable y que se encuentra en áreas de alta vegetación como o un bosque.

“Utilicé el coeficiente de Manning para calcular la fricción del flujo con respecto a su superficie o canal. Dicho coeficiente representa la velocidad del agua que fluye a través del canal, según n el área de flujo y la pendiente del canal.

“Se utilizó el método de Ecuación Racional para calcular la descarga máxima de las cuencas de drenaje. Para este cálculo, utilicé el coeficiente de escorrentía previamente determinado, el número de pulgadas de lluvia por hora registradas en la cuenca de drenaje designada durante el evento Mocoa y el tamaño de la cuenca.

“Para desarrollar el puente entre ArcGIS y HEC-RAS, utilicé Visual Studio de Microsoft con el lenguaje de programación C#. El modelo de simulación se desarrolló utilizando la aplicación ModelBuilder de Esri y ArcGIS Pro y se utilizó para procesar datos espaciales y visualizar los resultados de la simulación.

“Después de calibrar el modelo, se registró el mejor resultado con un tiempo de cálculo de dos segundos. Dos segundos es la frecuencia con la que la simulación produjo un nuevo resultado con respecto al comportamiento real de una inundación. El tiempo de procesamiento fue de 2 horas y 40 minutos. El resultado tuvo una precisión del 74,96% «. 

Bonilla continúa refinando el modelo, ya que no pudo incluir algunas variables como la viscosidad del agua en la versión original. El agua fluyó más fácilmente en el modelo porque no contenía sedimento, que si estaban presentes en la inundación de Mocoa.

“En las iteraciones sucesivas del modelo, incorporaré variables de densidad y viscosidad del agua”, concluye Bonilla. “También planeo agregar una variable que represente el impacto de la nieve derretida y su contribución al flujo del agua. No pude incluir estas variables en el modelo original porque HEC-RAS no las admite. Planeo usar otro software que pueda incorporarlos al modelo. Sin embargo, creo que el desarrollo y actualización constante de ArcGIS sugiere la inclusión de mayor es capacidades para modelar la hidráulica del flujo de agua y espero poder hacer todo mi trabajo dentro de la plataforma ArcGIS.”

“En última instancia, espero desarrollar una metodología para reducir el flujo de escombros y el riesgo de inundaciones repentinas, identificando áreas que pueden verse afectadas de esta manera antes de que ocurra un desastre. Creo que el modelo de simulación será de gran ayuda en el proceso de toma de decisiones para la preparación y prevención de desastres. También espero aplicarlo a otras áreas geográficas que son propensas a inundaciones y flujo repentino de escombros, cambiando los parámetros utilizados en el modelo «.

Sobre el autor:

Jim Baumann

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