Amenazas climáticas y el diseño de ingeniería

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Dolores Soto Acuña
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1 Amenazas climáticas y el diseño de ingeniería Seminario Cambio Climático e Infraestructura Miércoles 21 de Noviembre Jorge Gironás, PhD Departamento de Ingeniería Hidráulica y Ambiental, Centro Interdisciplinario de Cambio Global, P. Universidad Católica de Chile

2 Amenaza climática Special IPCC Report on Extreme Events (SREX)

3 Amenaza climática Fenómenos climáticos presentan alta variablidad espacial y temporal. La escala espacial y temporal es relevante y se vincula fuertemente con el problema de diseño e infraestructura. Ejemplos: Terremotos, tsunamies, crecidas, remoción en masa y deslizamientos, erupciones volcánicas, etc.

4 Diseño en Ingeniería Proceso en el cual se aplican diversas técnicas, metodologías y principios científicos con objeto de definir una obra, dispositivo, proceso o sistema, encaminado a cubrir una cierta necesidad, con el suficiente detalle para permitir su realización. a) Se satisface una necesidad. b) Existe un entorno e interacciones entre los componentes (i.e. un sistema). c) Existe un ciclo de vida. d) Hay restricciones físicas, económicas, sociales y funcionales. e) Actividad creativa y flexible. Etapas del ciclo de vida de proyectos de infraestructura Planificación Prefactibilidad/ Factibilidad Diseño Construcción/ Ejecución/ Implementación Operación y conservación

Diseño en Ingeniería Infraestructura: Soporte material/físico para el desarrollo y correcto funcionamiento de actividades sectoriales y/o productivas y su funcionamiento (i.e. proveedoras de un servicio).

5 Diseño en Ingeniería Infraestructura: Soporte material/físico para el desarrollo y correcto funcionamiento de actividades sectoriales y/o productivas y su funcionamiento (i.e. proveedoras de un servicio). Ejemplos: Transporte, telecomunicaciones, eléctrica, hidráulica. Generalmente asociadas a grandes inversiones, y significativos impactos sociales y ambientales. Ciclos de vida de proyectos implican una ganancia de experiencia que es formalizada en herramientas perdurables en el tiempo (Manual de Diseño). Planificación Prefactibilidad/ Factibilidad Diseño Construcción/ Ejecución Operación y conservación

6 Diseño y amenaza climática La ingeniería constantemente enfrenta problemas de diseño en el contexto de incertidumbre. Cambio climático: El clima del futuro no es igual al clima del pasado. Clima futuro pareciera ser más variable, con ocurrencia de eventos extremos, y distintas condiciones promedios. Impacto sobre la efectividad de infraestructura e instalaciones influenciadas directa o indirectamente por condiciones meteorológicas. Ejemplos de infraestructura sensible: Abastecimiento y tratamiento de aguas, energía hidroeléctrica, estructuras, puentes, etc. Se deben buscar diseños robustos frente a un rango de condiciones futuras, pero que a la vez se tenga la capacidad de adaptarlos a condiciones no anticipadas a medida que aparecen en el tiempo (flexibilidad).

7 F(R) = P(R<r). Exceedance frequency Exceedance frequency Caracterización de la amenaza climática en el diseño Variabilidad de la amenaza climática y sus características. Enfoque actual: Variabilidad futura estimable a partir de condiciones históricas (fenómenos estacionarios). Caracterización estadística que permite estimar periodos de retornos, magnitudes con ciertas probabilidad de ocurrencia, etc Ajuste Log-normal Event total rainfall (in) Total rainfall 80 Duration m/(n+1) Log-norma, método 70 1 Log-normal, método Event total duration (hr) R(mm) 10 0

8 0:00 12:00 0: : :00 12: : : : :00 0: : : :00 0: : :00 60 Depth (ft) % de la precipitación total Exceedance Frequency Rain intensity (in/h) Caracterización de la amenaza climática en el diseño Variabilidad de la amenaza climática y sus características. Enfoque actual: Generación de eventos sintéticos usados en el diseño. Simulación continua y caracterización estadística de los resultados TORMENTA DE DISEÑO DE 1 HORA DE DURACIÓN Event 1 Rainfall Water depth Event Daily Peak Depth (ft) Time (hh:mm) Tiempo (min)

9 Caracterización de la amenaza climática en el diseño Metodologías para la incorporación del cambio climático en el diseño Amplio rango de alternativas de diversa complejidad. Relevancia de: Datos disponibles Precisión requerida Capacidad técnica y humana Dos grandes grupos: Métodos de screening y métodos avanzados Métodos de screening: métodos simples de carácter inicial para determinar la posibilidad de existencia de riesgo (orden de magnitud). Ejemplos: factores de amplificación Métodos avanzados: métodos más complejos que describen más en detalle los riesgos potenciales. Ejemplos: ajustes empíricos y estadísticos, simulación numérica del clima futuro y downscaling.

10 Caracterización de la amenaza climática en el diseño Metodologías para la incorporación del cambio climático en el diseño Tres etapas que pueden ser abordada con los enfoques descritos: (1) Generación de series de tiempo y distribuciones espaciales con temperaturas y precipitaciones. (2) Transformación de esta precipitación en escorrentía caracterizada por hidrogramas. (3) Propagación hidráulica de hidrogramas a los puntos de interés Información del pasado es crucial para la calibración y para detectar posibles condiciones de cambio climático previas, y sus efectos. No sólo los máximos son importantes. Todo el régimen hidrológico puede ser relevante.

11 Caracterización de la amenaza climática en el diseño Actividades relevantes y desafíos Selección de periodos de tiempo involucrados: Parece razonable identificar periodos (corto, mediano y largo plazo) para la caracterización estadística de variables de interés. Paralelamente considerar la vida útil de obras. Identificar las escalas temporales apropiadas según la obra a diseñar, y definir la relevancia del cambio climático.

12 Caracterización de la amenaza climática en el diseño Actividades relevantes y desafíos Generar información relevante: Instrumentar áreas piloto, recuperar información existente, difusión, etc. Identificar supuestos, simplificaciones y procedimientos relevantes en las estimaciones de comportamiento futuro de variables relevantes. Caracterizar y reducir la incertidumbre y el error de las predicciones. Formar capital humano. El juicio profesional y la experiencia son relevantes para caracterizar y manejar fuentes de incertidumbre. Establecer escenarios tipos para el diseño y análisis. Fortalecer la investigación en distintos tópicos relevantes: Cambios en eventos extremos de P, T, etc. Caracterización espacial y temporal de tormentas y de cambios en intensidades en periodos cortos.

13 Principios para la planificación y toma de decisiones Acciones en etapas tempranas del ciclo de vida son más económicas pero pueden tener elevado impacto. Algunos principios a considerar son: Adoptar enfoque de precaución, de carácter integrado y sustentable. Tener en cuenta que la manera más efectiva de gestionar el riesgo futuro es mediante la reducción de los niveles de exposición. Asegurar una gestión adaptativa. Adoptar un enfoque de bajo o nulo costo frente a adaptaciones futuras. Apuntar hacia reducciones progresivas del riesgo.

14 Principios para la planificación y toma de decisiones Medidas Estructurales v/s No Estructurales Estructurales Implica infrastructura: embalses, colectores, tajamares, etc. Modifican las causas de los daños (crecidas y sus propiedades) Rápidas de adoptar si se dispone de recursos Efectos inmediatos una vez adoptadas Requieren grandes inversiones Efecto reparador No estructurales No son infraestructura: normas, reglamentos, estrategias, disposiciones, etc. Modifican las consecuencias (daños y sus costos) Requieren de una implementación en etapas Acción lenta hacia el futuro Requieren coordinación y voluntad política Efecto de anticipación

15 Principios para la planificación y toma de decisiones Zonificación en planicies de inundación Prohibición Restricción Advertencia Infraestructura prohibida, salvo obras totalmente justificadas (obras para navegación, bocatomas, etc.) Desarrollo restringido a construcciones a prueba de agua, agricultura, almacenamiento y recreación Nivel para desarrollo de proyectos Desarrollo permitido. Se debe considerar la existencia de riesgo y la eventual necesidad de evacuación. T = 100 años T = 10 años

16 Principios para la planificación y toma de decisiones Minimización del costo de adaptación frente a futuro incierto h/d 0.2 Q/Qmax Qa<Qc Cerrado (Qc) Condición de diseño Abierto (Qa)

17 Principios para la planificación y toma de decisiones Las consecuencias de mayor necesidad de conducción son de 4 a 1,2 3.0 h/d Cerrado (Qc) Sobrecarga Diseño Q/Qmax Qc <<< Qa Abierto (Qa)

18 Principios para la planificación y toma de decisiones h/d T=2 T=10 T=100 SIN USO Uso esperado anual (días) 18

19 h/d Principios para la planificación y toma de decisiones USO AREA VERDE Uso Esperado Anual (días) 19

20 Conclusiones Supuesto de estacionaridad pierde sustento (Milly et al., Stationarity Is Dead: Whither Water Management?) Desafíos en: Definir el rol de la variabilidad climática a lo largo del ciclo de vida de proyectos, en particular en la planificación y diseño Adoptar enfoques robustos para la incorporación de la amenaza climática en el diseño cuando se requiera. Lograr diseños robustos y flexibles. Fomentar y formalizar el uso de las medidas no estructurales en ciclos de vida de proyectos

21 Amenazas climáticas y el diseño de ingeniería Seminario Cambio Climático e Infraestructura Miércoles 21 de Noviembre Jorge Gironás, PhD Departamento de Ingeniería Hidráulica y Ambiental, Centro Interdisciplinario de Cambio Global, P. Universidad Católica de Chile

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