COMPARACIÓN DE LA EFICIENCIA DE MEDIDAS DE MITIGACIÓN DE LAS INUNDACIONES MEDIANTE RETENCIÓN EN EL TERRITORIO
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- Elvira Muñoz Luna
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1 COMPARACIÓN DE LA EFICIENCIA DE MEDIDAS DE MITIGACIÓN DE LAS INUNDACIONES MEDIANTE RETENCIÓN EN EL TERRITORIO Autores: Sergio Salazar y Félix Francés Universidad Politécnica de Valencia - España Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente Grupo de Investigación de Hidráulica e Hidrología XXIII Congreso Latinoamericano de Hidráulica Cartagena de Indias, Septiembre 2008
2 Introducción Inundaciones a nivel mundial son la catástrofe natural con: > Ocurrencia 35% del total > # Damnificados 50% del total *Porcentajes calculados para periodo de 10 años del registro de datos del EM-DAT (CRED CRUNCH. Issue 11:Disaster data: A Balanced Perspective. January The OFDA/CRED International Disaster Database. XXIII Congreso Latinoamericano de Hidráulica. Cartagena de Indias, Septiembre
3 Introducción Europa: Inundaciones reducir el riesgo de estos fenómenos naturales. directiva del parlamento (23/10/ 2007) relativa a la evaluación y gestión de los riesgos de inundación Evaluación riesgo 2011 Mapas de peligrosidad 2013 Planes de gestión en crisis 2015 Espacio Europeo de investigaciones en inundaciones ERANET CRUE Cuencas de estudio en Alemania, Austria y España) *Tomado de CRED CRUNCH. Issue 11:Disaster data: A Balanced Perspective. January The OFDA/CRED International Disaster Database. XXIII Congreso Latinoamericano de Hidráulica. Cartagena de Indias, Septiembre
4 Caso de estudio Cuenca severamente inundada en 2000 y 2002 Localización en la zona mediterránea de España Clima mediterráneo (subtropical semiárido) Invierno: Tº suaves y constantes Verano: Largo y caluroso: 30º media Amplitud térmica reducida Heladas casuales XXIII Congreso Latinoamericano de Hidráulica. Cartagena de Indias, Septiembre
5 Caso de estudio Régimen de flujo típicamente efímero Riadas muy frecuentes en otoño debido a fenómenos meteorológicos de mesoescala con magnitudes extraordinarias Q máximos > 500m³/s Superficie Poyo: 380 Km² Pozalet: 33 Km² XXIII Congreso Latinoamericano de Hidráulica. Cartagena de Indias, Septiembre
6 Cobertura vegetal Caso de estudio XXIII Congreso Latinoamericano de Hidráulica. Cartagena de Indias, Septiembre
7 Metodología Eranet CRUE : Efficiency of non-structural flood mitigation measures: room for the river and retaining water in the landscape Enfoque multidisciplinar Fases Hidrología Generación de escenarios XXIII Congreso Latinoamericano de Hidráulica. Cartagena de Indias, Septiembre
8 Información disponible Estaciones de registro Instituto Nacional de Meteorología (INM) ( t = 24 horas) 5 pluviómetros Sistema Automático de Información Hidrológica SAIH ( t = 5 minutos) 1 pluviógrafo 1 est. aforo Evento histórico máximo duración (h) Ppt Acum (mm) Q máx (m³/s) Noviembre de Noviembre de Enero-Febrero de Octubre de Mayo de XXIII Congreso Latinoamericano de Hidráulica. Cartagena de Indias, Septiembre
9 El Modelo hidrológico TETIS Desarrollado en la UPV desde 1994 Distribuido en el espacio: Reproduce la variabilidad espacial del Ciclo Hidrológico Reducción del efecto de escala espacial Explotación de toda la información espacio-temporal p existente Modelación de propagación separada en laderas y cauces Propagación no lineal en cauces mediante O.C.G. (IAHR Habana 2002) XXIII Congreso Latinoamericano de Hidráulica. Cartagena de Indias, Septiembre
10 Modelo hidrológico TETIS Modelo Global: incluye el balance en todo momento Simulación adecuada de la humedad inicial 5 variables de estado H(t) 4 flujos de salida Y(t) Problema potencial con parámetros en modelos distribuidos: Calibración de elevado número de parámetros en cada celda a partir de un hidrograma en la salida. Solución: Estructura separada del parámetro efectivo: Primera fase: estimación a partir de información física y ambiental Segunda fase: Factor corrector global PRECIPITACIÓN X 1 D 1 EXCEDENTE T1 H u X * 2 H 1 INFILTRACIÓN X 3 PERCOLACIÓN X 4 PÉRDIDAS SUBTERRÁNEAS H u (i) H u X 5 ( i ) R D 2 D 3 D 4 1 T3 T4 EVAPOTRANSPIRACIÓN Y 1 Almacenamiento estático T2 H 2 H 3 H 4 Y 2 Almacenamiento superficial Y 3 Almacenamiento gravitacional Y 4 Almacenamiento en acuífero ESCORRENTÍA SUPERFICIAL INTERFLUJO FLUJO BASE Calibración T5 H 5 Almacenamiento XXIII Congreso Latinoamericano de Hidráulica. Cartagena de Indias, Septiembre
11 Estimación de parámetros Desde el Modelo de Elevación Digital 100 m Pendiente del terreno en porcentaje. Direcciones de drenaje del flujo. Celdas acumuladas de drenaje XXIII Congreso Latinoamericano de Hidráulica. Cartagena de Indias, Septiembre
12 Estimación de parámetros Desde el mapa de perfiles del suelo Unidades Hidrológicas de respuesta (HRUs) Valores modales conductividad hidráulica del sustrato del suelo Kp (cm/h) conductividad hidráulica saturada del suelo Ks (cm/h) conductividad hidráulica saturada del suelo Ks modificada (cm/h) XXIII Congreso Latinoamericano de Hidráulica. Cartagena de Indias, Septiembre
13 Estimación de parámetros Desde el mapa de usos del suelo actor de evapotranspiración fa Urbano Huerta Arrozales Cítricos Secano Secano arbolado Monte de matorral Monte de pino Cuerpos de agua Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dic tiempo te po( (meses) Distribución temporal del índice de cobertura vegetal Capacidad máxima de almacenamiento capilar Hu** (mm) + Abstracción iniciales (intercepción + depresiones) = Capacidad máxima de almacenamiento estático del suelo Hu (mm) XXIII Congreso Latinoamericano de Hidráulica. Cartagena de Indias, Septiembre
14 Estimación de parámetros Parámetros geomorfológicos g Conceptualización traslación escorrentía: Onda Cinemática Geomorfológica, Vélez, J.I. Tesis Doctoral (2001) κ ϕ a κ Qb c d α1 b = a1 Q b c n α 2 Q ϕ θ = c ( ) α d yso ξ α = cn d θ Λ = w w = Q d n ξ XXIII Congreso Latinoamericano de Hidráulica. Cartagena de Indias, Septiembre
15 Calibración Automática: SCE-UA acoplada en TETIS (Vélez, J.J. J y Francés, F.,2004) Factor corrector Límite Límite Calibraciones óptimas inferior superior A B R1 Almacenamiento estático R2 Evapotranspiración R3 Infiltración R4 Velocidad escorrentía directa R5 Percolación R6 Velocidad interflujo R7 Pérdidas subterráneas R8 Flujo base R9 Velocidad en cauce β Factor de interpolación de lluvia Valor inicial i i de las variables de estado H1 Almacenamiento estático H2 Agua en superficie H3 Almacenamiento gravitacional H4 Nivel del acuífero Criterios de Evaluación RMSE Índice de eficiencia Nash&Sutcliffe (Є) Error en balance Error en tiempo al pico Qmax obs (m³/s) Qmax sim (m³/s) Índice N&S (Є) 0.82 Vol Error % 0.20 Tp Error % XXIII Congreso Latinoamericano de Hidráulica. Cartagena de Indias, Septiembre
16 Validación Noviembre 1988 Noviembre 1989 Enero-Febrero 1998 Qmax obs (m³/s) Qmax obs (m³/s) Qmax obs (m³/s) Qmax sim (m³/s) Qmax sim (m³/s) Qmax sim (m³/s) Índice N&S (Є) 0.68 Índice N&S (Є) 0.44 Índice N&S (Є) 0.58 Vol Error % Vol Error % Vol Error % Tp Error % Tp Error % Tp Error % XXIII Congreso Latinoamericano de Hidráulica. Cartagena de Indias, Septiembre
17 Inputs al modelo en simulación Variabilidad espacio-temporal de Influencia del estado inicial de la las tormentas convectivas cuenca en la producción de 100 tormentas sintéticas generadas escorrentía con el modelo RAINGEN-UPV (Salsón y García Bartual, Natural Hazards and Earth Systems Sciences, 2003) Simulación continua (52 años) Tº, P(13 est), Q(1 est) 10 % almacenamiento estático del suelo con una probabilidad de presentación de % almacenamiento estático del suelo con una probabilidad de presentación de 0.6 XXIII Congreso Latinoamericano de Hidráulica. Cartagena de Indias, Septiembre
18 Simulaciones hidrológicas Caudal máximo de la inundación depende altamente de: Estado de humedad inicial del suelo Variación espacio-temporal de la lluvia Qmax < Est. Seco Para Tr similares diferentes Qmax XXIII Congreso Latinoamericano de Hidráulica. Cartagena de Indias, Septiembre
19 Probabilidad de la inundación Análisis estadístico de caudales máximos: Asumen tres variables aleatorias R = Precipitación máxima areal en 24 h X = Caudal máximo M = Estado de humedad inicial del suelo (seco y húmedo) e independiente de R F X Función de Función de distribución marginal empírica de X distribución marginal empírica n ij ( a) n ( a) para el ( a) Pseco seco i+ 1 seco i húmedo escenario humedo i+ 1) Fhumedo( Ri ) i= 0 Nij i= 0 Nij actual ij [ F ( R ) F ( R )] + P [ F ( R ] XXIII Congreso Latinoamericano de Hidráulica. Cartagena de Indias, Septiembre
20 Escenarios de uso del suelo Uso del suelo Área (Km²) % Cuenca Urbano % Producción escorrentía Huerta % Retención Área Área Arroz % promedio reforestada reforestada Cítricos % De... a Pino areal (mm) (%) (km²) Secano % Tres usos 6 55% Secano arbolado % Matorral 5 24% 94.6 Secano 4 13% 50.8 Matorral % Pino % Secano arbolado 3 17% 67.3 Cuerpos de agua % XXIII Congreso Latinoamericano de Hidráulica. Cartagena de Indias, Septiembre
21 Escenarios de retención en el territorio Embalse único Propagación escorrentía Retención promedio ESCENARIOS volumen de retención (m³) areal (mm) Embalse CHESTE 15,770, Embalse CHESTE 33 12,748, Embalse CHESTE 20 7,594, Embalse CHESTE 11 4,120, Embalse CHESTE 6 2,343,693 6 Embalse CHESTE 5 2,030,357 5 Embalse CHESTE 3 1,107,213 3 XXIII Congreso Latinoamericano de Hidráulica. Cartagena de Indias, Septiembre
22 Escenarios de retención en el territorio Pequeños y medianos embalses Propagación escorrentía # pequeños y medianos embalses Volumen de retención (m³) Retención promedio areal (mm) ,870, ,945, ,267, ,326, a 2,334, ,945, ,167,000 3 XXIII Congreso Latinoamericano de Hidráulica. Cartagena de Indias, Septiembre
23 Resultados y discusión Función de distribución marginal empírica para escenarios máximos Comparación injusta : Diferentes capacidades de retención promedio areal XXIII Congreso Latinoamericano de Hidráulica. Cartagena de Indias, Septiembre
24 Resultados y discusión Función de distribución marginal empírica para escenarios con similar capacidad de retención promedio areal (6 mm a la salida de la cuenca) Comparación justa XXIII Congreso Latinoamericano de Hidráulica. Cartagena de Indias, Septiembre
25 Conclusiones El caudal máximo depende altamente de la variabilidad espacio-temporal de la lluvia y del estado de humedad del suelo al inicio del evento extremo. Importancia del volumen de retención: Los resultados indican que la eficiencia de cada medida de mitigación adoptada depende altamente de la relación entre el aumento en la capacidad de retención en el territorio y la magnitud de la inundación Para similar capacidad de retención, la mejor medida de mitigación de la inundación es la reforestación. Una decisión sobre que medida de mitigación escoger deberá ajustarse a un plan integral de gestión y manejo de inundaciones que involucre enfoques multicriterio. XXIII Congreso Latinoamericano de Hidráulica. Cartagena de Indias, Septiembre
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