Modelos Hidráulicos en El Análisis de Riesgos de Inundación - Alter Geosistemas

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ANALISIS DE RIESGO INUNDACIONES

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  • 4/6/2015 Modelos hidrulicos en el anlisis de riesgos de inundacin - Alter Geosistemas

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    Modelos hidrulicos en el anlisis de riesgos deinundacinOn agosto 11, 2014, Posted by Emilio Gmez Fernndez, In Cartografa,Geografa aplicada,

    By inundacin,mapa de inundacin,riesgos naturales,ro , With No Comments

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    En Espaa las inundaciones son los desastres naturales con mayor impacto sobre la vida y los bienes, segn elInstituto Geolgico y Minero de Espaa (IGME). Inundaciones catastrficas como la de Yebra y Almoguera, enGuadalajara (en agosto de 1995); la del camping de Biescas, en el Pirineo de Huesca (en agosto de 1996); o la deBadajoz (en noviembre de 1997) forman ya parte del trgico imaginario colectivo de este pas. Y es que el 96% de lasvctimas producidas por inundaciones en la segunda mitad del siglo XX derivan de inundaciones torrenciales enpequeas cuencas (Ayala-Carcedo, 1999). De ah la necesidad ineludible de las administraciones pblicas de generarcartografa de peligrosidad por riesgos de inundacin.

    Para crear estos mapas de zonas inundables es

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    El rio Saja con su caudal desbordado ocupando la llanura de inundacin en su

    desembocadura entre las localidades de Miengo y Suances, en Cantabria, Espaa.

    Imagen: Lirlands

    Para crear estos mapas de zonas inundables esnecesario modelizar el comportamiento de loscursos fluviales mediante modelos matemticoshidrodinmicos apoyados en tcnicas GIS. Dentrode los modelos de simulacin hidrulica los msconocidos o los que con mayor frecuencia seaplican, son los denominados de anlisis 1D ounidimensionales.

    En este tipo de modelos la informacintopogrfica e hidrulica se introduce mediantesecciones transversales ortogonales a lo largodel ro o canal, situados en los puntos dondemejor se define la geometra del cauce y susmrgenes. En ellos se calculan los promedios develocidad y tirante o calado. Lgicamente cuantomayores sean estos puntos conocidos mejor serla representacin de la realidad, especialmente enzonas con cursos de agua fuertemente curvadoso meandriformes. Estos modelos son tilescuando lo significativo es determinar el nivelmximo o cota que alcanzar la lmina de aguapara conocer, por ejemplo, la mxima avenidaordinaria o los diferentes periodos de retorno. Soninteresantes principalmente en tramos largos deros y canales.

    Pero como ya podemos intuir, los modelos 1D presentan una serie de limitaciones derivados de estadimensionalidad: nicamente son capaces de analizar un flujo constante descendente y siempre perpendicular a lassecciones trasversales seleccionadas para la modelizacin. Es decir, no se tiene en cuenta variaciones en ladistribucin de velocidades tanto horizontal como verticalmente, ya que toda la seccin del ro es representada porun nico valor medio de velocidad. Por lo general esta metodologa de discretizacin de un ro a nivel de seccioneshace que programas que utilizan este tipo de modelos, como HEC-RAS, se consideren software robustos, rpidos ynumricamente fiables.

    Frente a estos modelos unidimensionales, los modelos bidimensionales o 2D s que tienen en cuenta estasvariaciones en el plano horizontal, promediando los valores para la columna vertical del agua. Permiten modelizardominios de flujo muy diversos, ya que posibilita incorporar al modelo ambientes complejos, como ros conmarcadas variaciones de velocidad o con flujos transversales. Son especialmente tiles para el clculo de llanurasde inundacin y para analizar flujos con caractersticas laminares.

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    Vectores de direccin, velocidad del flujo de agua en un ro y delimitacin del rea inundable simulado en un modelo bidimensional.

    Al ser ms complejos que los modelos 1D requieren de un mayor esfuerzo computacional as como de trabajo depreparacin, sobre todo a nivel de informacin espacial: necesitamos una malla derivada de un Modelo Digital delTerreno (MDT) suficientemente precisa (LiDAR, DGPS, fotogrametra, topografa clsica, etc.). Esta informacin deelevacin puede provenir de modelos rster, los cuales a su vez pueden ser:

    Estructurados, con mallas regulares de los que habitualmente se manejan en los SIG, simples y eficientes, perotorpes para la representacin de datos topogrficos arbitrarios.No estructurados, como mallas compuestas de facetas triangulares, ms complejas pero mucho ms flexiblespara la generacin automtica de geometras complejas.

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    Como se aprecia en la captura de pantalla, los modelos hidrulicos 2D se generan a partir de mallas TIN de facetas triangulares que definen los lmites del

    modelo y en las cuales se integran zonas de diferentes restricciones, lneas de rupturas y reas no computables

    Esta malla deber de ser ms densa y precisa en aquellas zonas donde se producen fuertes cambios en el flujo de lacorriente, y menos concisa en aquellas otras de menor inters. Asimismo, deberemos evitar celdas en la malla confuertes deformaciones.

    Las prdidas de carga continuas por efecto de la friccin se modelizan mediante frmulas matemticas. La msconocida es la de Manning, que determina de manera emprica la disminucin en velocidad del agua provocado porel rozamiento con el terreno. Su coeficiente se establece a partir de valores recogidos en tablas que indican larugosidad del tipo de material presente en el cauce y sus mrgenes, la vegetacin existente, etc.

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    La granulometra del material del lecho de grava fluvial tambin la podemos determinar a partir programas de anlisis de imgenes para tal fin.

    Como vemos, frente a los modelos 2D la gran desventaja de los modelos 1D es que cada vez que realizamos un cortetransversal del cauce estamos indicando que en este lugar la superficie del agua es igual en toda la seccin. Elproblema viene cuando nos enfrentamos a una condicin hidrulica ms compleja, con lneas de flujo mucho msdifciles de determinar que pueden inducir a errores en la modelizacin.

    Existe un tercer tipo de modelos denominado tridimensional o 3D, que no he tratado aqu por ser menos utilizados.Son bastante ms complejos que los anteriores, al poder calcular la velocidad en sus tres componentes espaciales.Debido al fuerte incremento computacional que esto supone se aplican en zonas donde se requiere de anlisismucho ms detallados y no suele ser comn usarlos para grandes dominios.

    Escrito por Emilio Gmez Fernndez

    Gegrafo, apasionado de los mapas y adepto de las tecnologas geoespaciales.

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