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Modelación Hidráulica 2D de Inundaciones en Regiones con Escasez de Datos. El Caso del Delta del Río Ranchería, Riohacha-Colombia
| Indexado |
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| DOI | |||||
| Año | 2018 | ||||
| Tipo | artículo de investigación |
Citas Totales
Autores Afiliación Chile
Instituciones Chile
% Participación
Internacional
Autores
Afiliación Extranjera
Instituciones
Extranjeras
Abstract
Resumen Se planteó una estrategia metodológica que solventa la escasez de datos para la modelación 2D de inundaciones en un delta. Digitalizando la elevación disponible en Google EarthTM e integrada con secciones levantadas en el río y datos topográficos, se obtuvo una nube de puntos topográfica. Esta fue posteriormente interpolada a una red de triángulos irregular, y finalmente, la generación de un Modelo Digital del Terreno. Se simuló bidimensionalmente (IBER v2.3.2) un evento de inundación y una medida estructural (dique) para proteger una comunidad vulnerable. El desbordamiento se presentó solamente en el tramo final del cauce, por tanto, no influyó sobre el área urbana de la ciudad de Riohacha. El dique lograría evitar artificialmente las inundaciones en la zona protegida, pero aumentando el riesgo por inundación ante posibles fallas debido a crecidas de mayor magnitud. De acuerdo a los resultados, la metodología planteada es útil para el cálculo de áreas inundables en zonas deltaicas y apoyo a la toma decisiones en regiones con escases de datos.
| Ord. | Autor | Género | Institución - País |
|---|---|---|---|
| Pérez, Jhonny I. | - |
Universidad de la Guajira - Colombia
|
|
| Escobar, Jairo R. | Hombre |
Universidad de la Guajira - Colombia
|
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| Fragozo, Jose M. | Hombre |
Universidad de la Guajira - Colombia
|
| Agradecimiento |
|---|
| Por otro lado, el tratamiento de los datos en un SIG permitió el mejoramiento continuo del modelo topográfico con base al criterio de campo de los investigadores sobre aspectos geométricos tanto del cauce del rio como su llanura de inundación. La topografía plana de la zona, imprimió un mayor grado de dificultad para recrear las pendientes sutiles, pero necesarias para la generación dinámica del flujo. En esta investigación se hace un ejercicio de modelación del mundo real, considerando que el nivel de detalle y escala de trabajo lo definen los objetivos del fenómeno a simular. Lo anterior es crucial para la optimización de recursos computacionales y tiempos en la esquematización de la modelación. En el análisis de riesgo de inundación Apel et al. (2009) y Teng et al. (2017) concluyen que, a mayor nivel de detalle en la realidad a modelar, resulta una mayor complejidad, repercutiendo en una mayor demanda de recursos y tiempos de cómputo. La metodología aquí propuesta, aunque medianamente económica en tiempos de procesamiento computacional (Procesador Intel i5; 8 GB RAM), permitió una generalización de la morfología de la llanura y cauce sin profundizar significativamente en detalles. El MDT fue adecuado para la escala de trabajo y condiciones de relieve del área de estudio, se podría decir que es equivalente a los MDT obtenidos por metodologías de “quemado de cauce” a escala de macrocuenca (Lindsay 2016). De esta forma se evadió posibles adquisiciones onerosas de datos geomáticos o campañas topográficas lo cual hubiera salido de los alcances y capacidades del presente estudio. |
| Entrada de datos topográficos. La fuente de datos de elevación de Google EarthTMde la Misión de Topografía por Radar de Transbordador Satelital (en inglés SRTM) y ASTER, fue la empleada por ser una de las pocas fuentes de información altimétrica de acceso libre y cubrimiento global para la determinación de datos puntales de ubicación y elevación en X, Y y Z (Hoffmann y Winde, 2010; Rusli et al., 2014). De esta fuente se parte en conjunto con la topografía convencional disponible, visitas de campo y el criterio de los investigadores, con el fin de capturar la configuración aproximada de la morfología del terreno de la planicie de inundación (paso 1). Los datos de elevación de Google EarthTM de altimetría (Z) solo se da en valores enteros de metros, así, la precisión es limitada con un uso restrictivo, impactando considerablemente el nivel de detalle del MDT a construir y la calidad final de los resultados de la simulación. |
| Dentro de la zona definida para la llanura de inundación, se asignaron puntos sobre el terreno de forma supervisada determinando la ubicación y elevación con Google EarthTM. Se identificaron dentro del polígono puntos y áreas desprovistas de vegetación alta, viviendas, conocimiento de áreas inundables y demás puntos útiles para la construcción de un MDT que reflejase las características de la llanura de inundación con base al criterio y conocimiento empírico adquirido en terreno. Adicionalmente se integraron 23 puntos con elevaciones de información topográfica conocida de los box culvert existente en la vía a Maicao (CREACUA, 2015). Finalmente se generó un archivo shapefile de puntos que modeliza de forma aproximada la morfología de la llanura de inundación dentro del delta. |
| Generación del MDT preliminar. Los dos (2) archivos de puntos tipo (SHP) 2D para llanura y cauce fueron integrados en SIG para unificar la información del terreno. Con el archivo unificado, se procedió a generar una superficie tridimensional a partir de la nube de puntos mediante la creación de una red de triángulos irregulares (TIN) del terreno “con la función “Create TIN” en ArcScene™Esri® (paso 3). Un primer esquema de ajuste iterativo fue establecido (paso 4), en el cual supervisadamente se hacían mejoras en la nube de puntos hasta obtener la mejor respuesta visualmente del ajuste del TIN con base a los datos iniciales, recorridos de campo y criterio del equipo investigador. Finalmente, el MDT preliminar se generó a partir de la rasterización del TIN con la herramienta “TIN to Raster” en ArcMap™Esri® (paso 5). |
| Simulaciones en IBER con MDT preliminar. La finalidad de esta etapa fue verificar fallos en el MDT preliminar directamente en IBER (paso 6 y 7). Para esto no fue necesario llegar a la parametrización definitiva en IBER con las condiciones reales de inundación. Bastaba con asignar al azar un dato de caudal de los más altos registrados en la ola invernal 2010-2011 para evaluar la respuesta del MDT y su explicación al flujo en el cauce y llanura. Las salidas de simulación eran evaluadas visualmente hasta obtener repuestas aceptables para continuar con la preparación de datos necesarios para la parametrización final del modelo. |
| La condición inicial fue definida a partir de los datos hidrográficos existentes en una de las cinco estaciones hidrométricas oficiales (http://www.ideam.gov.co/solicitud-de-informacion). Esta se encuentra en la cuenca del río Ranchería de tipo Automática que cuenta con registros diarios desde el año 2007, ubicada en el corregimiento de Aremasahin identificada con el Código 15067180 (Figura 1). Es la estación más cercana al delta y al límite superior del área de estudio. La condición inicial en IBER está representada por un hidrograma. Esta condición se define por el caudal total en función del tiempo, para ello fue necesario encontrar el caudal permanente para el día 17/09/2011 y a partir de aquí construir el hidrograma (17/09/2011 - 24/09/2011). Lo anterior debido a la fecha del evento histórico de máxima precipitación en la zona urbana de la ciudad de Riohacha (18/09/2011). Al no existir registros de caudales a paso horario, se restringe la simulación a una frecuencia diaria con las implicaciones de menor detalle. Importante aclarar que esta investigación fue desarrollada en el periodo noviembre de 2015 a abril de 2016. |
| Los supuestos y limitaciones de la modelación son: (i) Se considera que el caudal registrado en la estación Aremasahin ubicada a 17 km en línea recta aguas arriba del dominio de cálculo es el mismo a la entrada del modelo y por tanto sin considerar aportes por escorrentías, tributario (La Quebrada) o extracciones adicionales. Los registros disponibles son de paso diario, no teniendo una frecuencia adecuada para modelar inundaciones; (ii) los datos topográficos (ASTER y Google EarthTM) tienden a sobreestimaciones de la elevación por vegetación densa, lo que afecta en la producción del MDT definitivo y al final en las simulaciones pretendidas; (iii) por la amplitud de la zona y escasez de datos no se consideraron los otros dos brazos del río (Figura 1), lo que hace difícil saber si parte de la zona inundada al final de la desembocadura (barrio Villa Fátima) pudiese ocurrir por influencia del brazo Calancala (brazo 2); (iv) el cauce se dibujó con una geometría trapezoidal con profundidades y pendientes constantes en todo su recorrido; (v) el MDT tiene limitaciones en explicar la morfología del terreno en algunas zonas con cobertura boscosa impidiendo conocer las elevaciones en estos sitios. |
| Por otro lado, el tratamiento de los datos en un SIG permitió el mejoramiento continuo del modelo topográfico con base al criterio de campo de los investigadores sobre aspectos geométricos tanto del cauce del rio como su llanura de inundación. La topografía plana de la zona, imprimió un mayor grado de dificultad para recrear las pendientes sutiles, pero necesarias para la generación dinámica del flujo. En esta investigación se hace un ejercicio de modelación del mundo real, considerando que el nivel de detalle y escala de trabajo lo definen los objetivos del fenómeno a simular. Lo anterior es crucial para la optimización de recursos computacionales y tiempos en la esquematización de la modelación. En el análisis de riesgo de inundación Apel et al. (2009) y Teng et al. (2017) concluyen que, a mayor nivel de detalle en la realidad a modelar, resulta una mayor complejidad, repercutiendo en una mayor demanda de recursos y tiempos de cómputo. La metodología aquí propuesta, aunque medianamente económica en tiempos de procesamiento computacional (Procesador Intel i5; 8 GB RAM), permitió una generalización de la morfología de la llanura y cauce sin profundizar significativamente en detalles. El MDT fue adecuado para la escala de trabajo y condiciones de relieve del área de estudio, se podría decir que es equivalente a los MDT obtenidos por metodologías de “quemado de cauce” a escala de macrocuenca (Lindsay 2016). De esta forma se evadió posibles adquisiciones onerosas de datos geomáticos o campañas topográficas lo cual hubiera salido de los alcances y capacidades del presente estudio. |
