Zonificación de amenazas por inundación en las cuencas del Bajo Magdalena Cauca - San Jorge, Sinú y Atrato: Propuesta Metodológica y Aplicación

Transcripción

1 Zonificación de amenazas por inundación en las cuencas del Bajo Magdalena Cauca - San Jorge, Sinú y Atrato: Propuesta Metodológica y Aplicación VERONICA BOTERO FERNANDEZ

2 Introducción Proyecto enmarcado en tres fases: Fase I: Criterios metodológicos mínimos para la elaboración e interpretación cartográfica de zonificaciones de amenaza por inundaciones Fase II: Implementación de la metodología de zonificación de amenazas por inundaciones escala (1: : ). Fase III: Implementación de la metodología de zonificación de amenazas por inundaciones (escalas 1: o menores).

3 Fase II: Implementación de la metodología de zonificación de amenazas por inundaciones escala (1: : ). Bajo Magdalena/Cauca/San Jorge Sinú Atrato Se implementó para las tres cuencas la metodología definida en la Fase I. 1: :

4 Metodología propuesta para Fase I Mapa de unidades Geomorfológicas en la escala deseada. Mapa de ocupación del suelo en la escala deseada. CORINE Tablas Caracterización de Inundaciones Mapa de Condiciones Físicas del Terreno Asignar Código a Cada una de las Variables Físicas Mapa de Amenazas por Inundación Correcciones Mapa de Mecanismos de Inundación Mapas de Características Para las Zonas Amenazadas por Cada Mecanismo

5 Entornos geomorfológicos: Zona Litoral. Deltas y Estuarios. Ciénagas Interiores y Llanuras Aluviales con Control del Mar. Ciénagas Interiores y Llanuras Aluviales con Control Fluvial. Pie de Monte Abierto Pie de Monte Confinado Cañones Vertientes Terrazas y Colinas Tipos de coberturas: Áreas húmedas costeras Aguas continentales Áreas húmedas continentales Aguas marítimas Bosque Vegetación herbáceo/arbustiva Áreas agrícolas heterogéneas Pastos Cultivos permanentes Cultivos anuales o transitorios Zonas verdes artificializadas Áreas abiertas/poca vegetación Zonas de extracción minera Zonas Industriales Zonas Urbanizadas Mapa de condiciones físicas del terreno

6 Mecanismos de inundación: Marejadas (astronómicas y meteorológicas) Tsunamis Liberación súbita de grandes masas de agua provenientes de embalses o de grandes cuerpos de agua Pluviales Fluviales o o Hidrológicos Geomorgológicos Seiches (Lagos y Embalses) Represamientos no intencionales de agua Rompimiento de obras de protección Terremotos Erupciones volcánicas Desprendimiento de masa glaciar Variables de respuesta y caracterización: Tiempo de arribo del evento: o o o Súbito (S): Minutos Moderado (M): Horas Lento (L): Días Duración del evento: o o o Horas (H) Dias (D) Semanas (S) Extensión del Evento: o o o o Metros (M) Decámetros (D) Hectómetro (H) Kilometros (K) Tipo de Flujo: o o Avenida de agua (A) Flujo de lodos (L) o Flujo de escombros

7 Deltas y Estuarios Zona Litoral (Zona Costera) Entorno Geomorfológico Marejadas Tsunamis Liberación grandes masas de agua Pluviales Fluviales (hidrológicas) Fluviales (geomorfológicas) Seiches Represamientos naturales Represamientos antropogénicos Rompimiento obras de protección Terremotos Erupciones volcánicas Desprendimiento masa glaciar Las variables anteriores se plasmaron todas en tablas (una por cada repuesta): Mecanísmo de Inundación Ej. Tabla: Extensión del evento para los entornos geomorfológicos : Zona litoral Deltas y estuarios Tipo ocupacion Áreas húmedas costeras I I I I I I I I I I I I I Aguas continentales I I I I I I I I I I I I I Áreas húmedas continentales I I I I I I I I I I I I I Aguas marítimas I I I I I I I I I I I I I Bosque M/D/H D/H/K M/D/H M/D NA NA NA NA NA D/H/K NA NA NA Vegetación herbáceo/arbustiva M/D/H D/H/K M/D/H M/D NA NA NA NA NA D/H/K NA NA NA Áreas agrícolas heterogéneas M/D/H D/H/K M/D/H M/D NA NA NA NA NA D/H/K NA NA NA Pastos M/D/H D/H/K M/D/H M/D NA NA NA NA NA D/H/K NA NA NA Cultivos permanentes M/D/H D/H/K M/D/H M/D/H NA NA NA NA NA D/H/K NA NA NA Cultivos anuales o transitorios M/D/H D/H/K M/D/H M/D/H NA NA NA NA NA D/H/K NA NA NA Zonas verdes artificializadas M/D/H D/H/K M/D/H M/D/H NA NA NA NA NA D/H/K NA NA NA Áreas abiertas/poca vegetación M/D/H D/H/K M/D/H M/D/H NA NA NA NA NA D/H/K NA NA NA Zonas de extracción minera M/D/H D/H/K M/D/H M/D/H NA NA NA NA NA M/D/H/K NA NA NA Zonas Industriales M/D/H D/H/K M/D/H M/D/H NA NA NA NA NA M/D/H/K NA NA NA Zonas Urbanizadas M/D/H D/H/K M/D/H M/D/H NA NA NA NA NA M/D/H/K NA NA NA Áreas húmedas costeras I I I I I I I I I I I I I Aguas continentales I I I I I I I I I I I I I Áreas húmedas continentales I I I I I I I I I I I I I Aguas marítimas I I I I I I I I I I I I I Bosque M/D/H D/H/K D/H M/D D/H/K D/H/K NA NA M/D/H/K D/H/K NA NA NA Vegetación herbáceo/arbustiva M/D/H D/H/K D/H M/D D/H/K D/H/K NA NA M/D/H/K D/H/K NA NA NA Áreas agrícolas heterogéneas M/D/H D/H/K D/H M/D D/H/K D/H/K NA NA M/D/H/K D/H/K NA NA NA Pastos M/D/H D/H/K D/H M/D D/H/K D/H/K NA NA M/D/H/K D/H/K NA NA NA Cultivos permanentes M/D/H D/H/K D/H M/D/H D/H/K D/H/K NA NA M/D/H/K D/H/K NA NA NA Cultivos anuales o transitorios M/D/H D/H/K D/H M/D/H D/H/K D/H/K NA NA M/D/H/K D/H/K NA NA NA Zonas verdes artificializadas M/D/H D/H/K D/H M/D/H D/H/K D/H/K NA NA M/D/H/K D/H/K NA NA NA Áreas abiertas/poca vegetación M/D/H D/H/K D/H M/D/H D/H/K D/H/K NA NA M/D/H/K D/H/K NA NA NA

8 Se asignan códigos únicos a cada una de las diferentes condiciones físicas del terreno y se asocian las tablas de respuestas y caracterización. Codificación para los entornos geomorfológicos Código ZL DE CM CF PA PC CA VE TC Entorno Zona Litoral Deltas y Estuarios Ciénagas y llanuras aluviales con control del mar Ciénagas y llanuras aluviales con control Fluvial Piedemonte Abierto Piedemonte Confinado Cañones Vertientes Terrazas y Colinas

9 Codificación para los tipos de cobertura: Codigo AHM AC AHC BN BP VR VH CHM VP CP CT VA SV ZME ZIC ZU Cobertura Áreas húmedas costeras Aguas continentales Áreas húmedas continentales Bosque natural Bosque plantado Rastrojo Áreas con vegetación herbáceo y/o arbustiva Áreas agrícolas heterogéneas mosaicos Pastos Cultivos permanentes Cultivos anuales o transitorios Zonas verdes artificializadas, no agrícolas Áreas abiertas sin o con poca vegetación Zonas de extracción mineras y escombreras Zonas Industriales o comerciales y redes de comunicación Zonas Urbanizadas Al concatenar ambos códigos se obtiene el código final del mapa de condiciones físicas del terreno por medio del cual se hace la asociación de tablas.

10 Insumos necesarios : Mapa de entornos geomorfológicos escala 1: Mapa de Coberturas (CORINE Land Cover) escala 1: Tablas de caracterización Información disponible en escala 1: Mapa de entornos geomorfológicos: Sinú Mapa de Coberturas (CORINE Land Cover): Bajo Magdalena, Sinú Atrato

11 Era necesaria la información de entornos geomorfológicos de: Bajo Magdalena Cauca San Jorge Atrato Se generó un aplicativo que permitiera hacer clasificación geomorfológica automática partiendo de Modelos Digitales de Terreno Modelo Digital de Elevación y derivados: Mapa de direcciones de flujo Áreas Acumuladas Índice topográfico Pendientes Perfil de curvatura Curvatura plana HAND (nueva metodología propuesta por Renno et al, 2008)

12 Validación con cuenca del Sinú:

13 Resultados obtenidos para la clasificación automática

14 Definición y análisis final de entornos geomorfológicos:

15 Partiendo de los mapas: Geomorfología, escala 1: : Sinú, proporcionada por la CVS Atrato, generada por medio del aplicativo y posterior análisis geomorfológico Magdalena, generada por medio del aplicativo y posterior análisis geomorfológico. Se hicieron correcciones y validaciones partiendo de el mapa de unidades geomorfológicas escala 1: proporcionado por CORMAGDALENA No se usó solamente el mapa proporcionado debido a que no cubría toda la zona Tipos de cobertura, escala 1: : Bajo Magdalena: CORINE Land Cover Magdalena. Sinú: : CORINE Land Cover Atrato: : CORINE Land Cover Pacifico Se generaron los mapas de amenaza por inundación

16 Magdalena: Resultados Entornos Geomorfológicos (escala 1: ): generado por medio del aplicativo y posterior análisis geomorfológico.

17 Tipo de cobertura (escala 1: ): CORINE Landcover proporcionado por el IDEAM

18 Mecanismos de inundación

19 Conclusiones Los métodos presentados para obtener las manchas de inundación a partir del procesamiento de varias capas de información digital ha mostrado un buen desempeño en la validación. El buen desempeño no quiere decir que esto sea suficiente y por tanto se reduzcan los esfuerzos por mejorar la información base de topografía a escalas más finas y más detalladas como lo exige la responsabilidad que implica el uso posterior de estas zonificaciones. Para mejor precisión en los resultados de la zonificación de amenaza y que puedan ser realmente útiles a la toma de decisiones en la gestión del riesgo y en el ordenamiento del territorio, se debe contar con información a escalas más finas y detalladas, para hacer a la misma escala las zonificaciones de amenazas y de vulnerabilidades.

20 Propuesta metodológica para la delimitación de eventos hidrológicos máximos a partir del modelo HAND (Renno et al, 2008)

21 Modelo: Height Above to Nearest Drainage (HAND) Renno et al, 2008 Height Above to Nearest Drainage [HAND] (Altura sobre el drenaje más cercano) Normalización de la elevacion del terreno con respecto a la red de drenaje. Genera un mapa de elevaciones relativo a las corrientes existentes Los desarrolladores de este descriptor señalan entre sus cualidades la de poder categorizar adecuadamente unidades geomorfológicas que tienen cierta relación con la red de drenaje.

22 Los autores del HAND definen 4 clases que estiman a través de cotas en los valores del mapa; estas clases son: Waterlogged (posiblemente inundables) Ecotone Slope Plateau Definen las zonas posiblemente inundables como las zonas para las cuales el HAND es menor de 5 m.

23 Comparación entre el HAND (derecha) y un modelo de elevación digital tradicional (izquierda).

24 Propuesta metodológica a partir del HAND A partir del HAND se pueden extraer capas de información interesantes: Definición geomorfológica a partir de valores del HAND Pixel en la red de drenaje asociado a cada celda Longitudes relativas a la red de drenaje. Se hizo uso de todos estos mapas para tratar de llegar a una metodología de caracterización geomorfológica automática. En las aproximaciones a la caracterización geomorfológica automática se observó que los resultados eran similares a las zonas de inundación. Se pensó en una metodología que tuviera en cuenta los niveles de las estaciones. Los resultados obtenidos fueron más parecidos a las manchas de inundación

25 Procedimiento propuesto. Llevar niveles al terreno por medio de valores absolutos (mismo nivel de referencia) Debe tener el mismo nivel de referencia que el MDT por lo que se tomó como nivel de referencia el nivel del mar Generar líneas de energía sobre toda la red de drenaje. Otorgándole un valor de nivel a cada pixel perteneciente a la red de drenaje. Comparar alturas entre cada celda perteneciente al MDT y su celda asociada (a través de las direcciones de flujo) dentro de la línea de energía calculada en el paso anterior Generar mapa asociado al evento de inundación.

26 Procedimiento propuesto. Llevar niveles al terreno por medio de valores absolutos (mismo nivel de referencia) Debe tener el mismo nivel de referencia que el MDT por lo que se tomó como nivel de referencia el nivel del mar Generar líneas de energía sobre toda la red de drenaje. Otorgándole un valor de nivel a cada pixel perteneciente a la red de drenaje. Comparar alturas entre cada celda perteneciente al MDT y su celda asociada (a través de las direcciones de flujo) dentro de la línea de energía calculada en el paso anterior Generar mapa asociado al evento de inundación.

27 Llevar niveles al terreno por medio de valores absolutos (mismo nivel de referencia) Para esto se deben tener las estaciones adecuadamente amarradas. Todas las entradas del aplicativo deben ser raster en formato ASCII. Deben tener la misma cabecera (misma georeferenciación, número de columnas y de filas y tamaño de pixel) Los niveles deben ser con respecto al mismo nivel de referencia del MDT y estar asociados a puntos sobre la red de drenaje.

28 Procedimiento propuesto. Llevar niveles al terreno por medio de valores absolutos (mismo nivel de referencia) Debe tener el mismo nivel de referencia que el MDT por lo que se tomó como nivel de referencia el nivel del mar Generar líneas de energía sobre toda la red de drenaje. Otorgándole un valor de nivel a cada pixel perteneciente a la red de drenaje. Comparar alturas entre cada celda perteneciente al MDT y su celda asociada (a través de las direcciones de flujo) dentro de la línea de energía calculada en el paso anterior Generar mapa asociado al evento de inundación.

29 Generar líneas de energía sobre toda la red de drenaje Al observar la cuenca de forma discreta, se vería algo como así: las celdas azules pertenecen a la red de drenaje y las celdas rojas son estaciones en la red de drenaje

30 1. Se definen valores de la línea de energía hasta la salida (siguiendo la pendiente del terreno). Asignado valores de niveles a la red de drenaje.

31 2. Se parte de la estación con el mayor nivel asociado hasta llegar a la siguiente estación. Se calcula la pendiente, y se asignan valores de niveles a todo el tramo.

32 3. Se repite el proceso para todas las estaciones desde aguas arriba hacia aguas abajo.

33 4. Se definen niveles en los pixeles de la red de drenaje para los cuales no se tienen niveles aún. Esto se hace por medio de una pendiente definida para ríos maduros (pendiente = 1:10.000). En los puntos en los que la pendiente de la línea de energía presenta niveles más bajos que el MDT se asocia el valor del nivel igual al valor de la altura del MDT. Obteniendo así niveles para todos los pixeles pertenecientes a la red de drenaje.

34 Procedimiento propuesto. Llevar niveles al terreno por medio de valores absolutos (mismo nivel de referencia) Debe tener el mismo nivel de referencia que el MDT por lo que se tomó como nivel de referencia el nivel del mar Generar líneas de energía sobre toda la red de drenaje. Otorgándole un valor de nivel a cada pixel perteneciente a la red de drenaje. Comparar alturas entre cada celda perteneciente al MDT y su celda asociada (a través de las direcciones de flujo) dentro de la línea de energía calculada en el paso anterior Generar mapa asociado al evento de inundación.

35 Comparar alturas entre cada celda perteneciente al MDT y su celda asociada por medio de las matrices is, js del HAND. Si MDT(i,j) < LineaEnergia(is(i,j),js(i,j)) entonces Inundacion_Asociada(i,j)=1 Si MDT(i,j) > LineaEnergia(is(i,j),js(i,j)) entonces entonces Inundacion_Asociada(i,j)=0 Para: i=1,2,3. No. filas j=1,2,3. No. Columnas. El procedimiento se hace para todos los pixeles pertenecientes al MDT. Se obtiene un raster de 1 y 0 donde el valor es 1 para las zonas inundadas y 0 para las zonas no inundadas en el evento estudiado. Generacion de matrices is y js

36 Procedimiento propuesto. Llevar niveles al terreno por medio de valores absolutos (mismo nivel de referencia) Debe tener el mismo nivel de referencia que el MDT por lo que se tomó como nivel de referencia el nivel del mar Generar líneas de energía sobre toda la red de drenaje. Otorgándole un valor de nivel a cada pixel perteneciente a la red de drenaje. Comparar alturas entre cada celda perteneciente al MDT y su celda asociada (a través de las direcciones de flujo) dentro de la línea de energía calculada en el paso anterior Generar mapa asociado al evento de inundación.

37 Generar mapa asociado al evento de inundación. Se genera un raster de unos (1) y ceros (0) que luego es convertido a polígono. El polígono se analiza y se corrige topológicamente Omitir generación de matrices is y js

38 Matrices is, js del HAND: Matrices que asocian cada celda del MDT al pixel, dentro de la red de drenaje, hacia el cual drena. La matriz js tiene valores de la columnas del pixel asociado dentro de la red de drenaje. La matriz is tiene valores de la fila del pixel asociado dentro de la red de drenaje Procedimiento: 1. Se define el pixel a trabajar 2. Se viaja a través del mapa de direcciones, partiendo desde ese pixel, hasta llegar a un pixel de la red de drenaje. 3. El valor de la fila del pixel de la red de drenaje es el valor para la matriz is en la celda de estudio 4. El valor de la columna del pixel de la red de drenaje es el valor para la matriz js en la celda de estudio

39 En la figura se puede ver el significado de cada una de las matrices: Pixel rojo: pixel para el cual se están calculando las matrices de is y de js (Celda de estudio). Volver a comparar alturas

40 Aplicación y resultados de la metodología Asociación de estaciones en el terreno: Atrato: Estaciones con amarres: CODIGO ESTACIÓN BORAUDO QUIBDO AUTOMATICA BELEN BELLA VISTA DOMINGODÓ RIO SUCIO Estaciones con información suficiente como para hacer análisis estadístico: CODIGO ESTACIÓN BELEN BELLA VISTA DOMINGODÓ

41 Sinu: Estaciones con amarres: CÓDIGO ESTACIÓN EL TORO CARRISOLA TIERRALTA SANTA HELENA NUEVA COLOMBIA MONTERIA EL MONTÓN EL BONGO SABANA NUEVA LA DOCTRINA PALMA CENTRAL LORICA (Caño Aguas Prietas) MOMIL COTOCA ABAJO Estaciones con con información suficiente como para hacer análisis estadístico: CÓDIGO ESTACIÓN NUEVA COLOMBIA SANTA HELENA MONTERIA EL MONTÓN EL BONGO SABANA NUEVA PALMA CENTRAL LORICA COTOCA ABAJO LA DOCTRINA MOMIL

42 Bajo Magdalena - Cauca San Jorge: Estaciones con amarres: CÓDIGO ESTACIÓN PAICOL PASO DEL COLEGIO PTE. SANTANDER AUT ANGOSTURAS PURIFICACION NARIÑO AUT ARRANCAPLUMAS PTO. SALGAR AUT PTO.INMARCO PTO. BERRIO AUT B/BERMEJA PTO.WILCHES SAN PABLO AUT SITIO NUEVO BADILLO EL CONTENTO GAMARRA LA GLORIA REGIDOR SALOA CÓDIGO ESTACIÓN BELEN BARRANCONES EL BANCO LAS AGUADAS LAS PALOMAS RIO NUEVO SAN ROQUE ARMENIA COYONGAL PALENQUITO GUAYMARAL SITIO NUEVO BARBOSA SANTA ANA MAGANGUÉ TIERRA GRATA TENERIFE PLATO CALAMAR ESTACION INCORA K DARCENA

43 Estaciones con amarres y con información disponible suficiente como para hacer análisis estadístico CODIGO ESTACION PTO. SALGAR AUT PTO.INMARCO PTO. BERRIO AUT B/BERMEJA PTO.WILCHES SAN PABLO AUT SITIO NUEVO BADILLO EL CONTENTO GAMARRA LA GLORIA REGIDOR CALAMAR TENERIFE PLATO COYONGAL ARMENIA SITIO NUEVO BARBOSA

44 Resultados para la cuenca del Río Atrato

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46 Resultados para la cuenca del Río Sinú

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48 Resultados para la cuenca del Bajo Magdalena Cauca San Jorge

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50 Conclusiones La red de estaciones de registro de niveles del IDEAM aporta uno de los insumos fundamentales. Sin embargo, para que este valioso recurso se pueda aprovechar eficientemente y constituya realmente un patrimonio, los niveles registrados en toda la red deben estar continuamente amarrados a un mismo nivel de referencia.

51 Una red de estaciones en una misma cuenca es más que la suma de las estaciones y la coherencia espacio temporal de sus registros, es mucho más importante que las propiedades estadísticas de cada una de ellas y correlaciones estadísticas de las mismas. La suposición de una pendiente de la línea de energía constante en un tramo entre estaciones permitió estimar el valor del nivel a lo largo del tramo, la suposición es razonable dada la magnitud del río y la longitud de los tramos considerados. Para la estimación de los niveles del agua en los cauces aguas arriba de los sitios con información de niveles, se supuso que la pendiente de la línea de energía era similar a la del tramo con información. Alrededor de 1: Valor razonable para los ríos de la magnitud de los considerados (Atrato, Sinú y Magdalena) y la de sus llanuras de inundación.