analisis de vulnerabilidad por inundaciÓn del caÑo …
TRANSCRIPT
ANALISIS DE VULNERABILIDAD POR INUNDACIÓN DEL CAÑO BUQUE EN EL CASCO
URBANO DEL MUNICIPIO DE VILLAVICENCIO
Autor(es): Montoya León Juan David, Rey Vargas Juan Camilo
Resumen
Caño Buque es una subcuenca hidrográfica de aproximadamente 9,2 Kilómetros perteneciente a la cuenca
del río Ocoa, atraviesa la ciudad de Villavicencio desde el occidente hacia el oriente, naciendo en la
cordillera Oriental y con una desembocadura en el río Ocoa. Cientos de personas viven en las rondas de
protección y en las laderas que colindan con el Caño Buque, esta situación social ha generado diferentes
impactos ambientales a lo largo del afluente lo cual generó la necesidad de proporcionar una herramienta
de identificación ante el problema actual. El aporte de soluciones a través del modelo hidrológico e
hidráulico del Caño Buque se realizará teniendo en cuenta la recopilación de información hidrológica
proporcionada por IDEAM, el modelo hidrológico correspondiente, la información topográfica y su
posterior análisis hidráulico. Los insumos generados por medio del modelo posibilitan la creación de un
mapa de vulnerabilidad del riesgo con los factores antes mencionados y luego determinar las conclusiones
de ese análisis.
Abstract
Caño Buque is a hydrographic sub-basin of approximately 9.2 kilometers that belongs to the Ocoa river
basin. Caño Buque crosses the city of Villavicencio from west to east, is born in the eastern mountain range
and with a mouth in the Ocoa river. Hundreds of people live in the protection rounds and on the slopes that
border the Caño Buque, this social situation has generated different environmental impacts along the banks,
which generated the need to provide an identification tool in the face of the current problem. The
contribution of solutions through the Caño Buque hydrological and hydraulic model will be carried out
taking into account the collection of hydrological information provided by IDEAM, the corresponding
hydrological modeling, topographic information and its subsequent hydraulic analysis. The inputs
generated through the model make it possible to create a map of risk vulnerability with the aforementioned
factors and then determine the conclusions of that analysis.
Introducción
El municipio de Villavicencio está ubicado en el
piedemonte llanero, sitio donde convergen más
de 38 fuentes hídricas en el casco urbano, y otras
40 en el área rural, característica que hace a la
ciudad altamente vulnerable a eventos de
inundación debido a su topografía e hidrología.
La población villavicense se asentó desde sus
inicios muy cerca de las fuentes hídricas dando
como resultado que en el casco urbano las rondas
de protección de los afluentes se encuentren
ocupadas en toda la extensión de los cauces. Con
el paso del tiempo las condiciones de la población
se han vuelto más vulnerables al riesgo por
inundación al que cada día se enfrentan,
conviviendo con fenómenos de desbordamientos
por las crecientes, riesgo por remoción en masa
en las márgenes de los cauces, entre otras
situaciones que afectan el curso normal de los
afluentes y asimismo el inevitable riesgo en el
que se encuentra la comunidad.
Marco Teórico
En el presente documento el autor pretende
realizar un análisis de vulnerabilidad por
inundación del caño Buque en el casco urbano de
la ciudad de Villavicencio que permitirá a las
diferentes entidades competentes tomar medidas
tendentes a reducir el riesgo de inundación en las
zonas donde se determine una alta amenaza. Para
estimar este riesgo es necesario cuantificar la
amenaza y vulnerabilidad y así calcular
probabilidades de ocurrencia y el daño que se
puede producir. Las estimaciones de las cuales se
hablaba anteriormente son el resultado de un
análisis hidrológico e hidráulico realizado de
acuerdo a metodologías específicas, por ejemplo,
para la estimación de la amenaza de inundación
es necesario tener en cuenta una serie de
parámetros entre los cuales encontramos:
Caracterización morfométrica de la cuenca,
análisis de información hidrológica de la cuenca,
información topográfica y la determinación del
modelo hidrológico e hidráulico.
Marco Geográfico
Caño Buque es uno de los 78 afluentes que
recorren el municipio de Villavicencio, atraviesa
la ciudad de Occidente a Oriente, desde la
cordillera Oriental hasta la desembocadura en el
río Ocoa. Tiene un recorrido de 9,2 kilómetros.
Ilustración 1. Localización zona de estudio caño
Buque. Fuente. SIGRIV
Marco Demográfico
A lo largo del cauce del caño Buque se
encuentran asentamientos ocupando la ronda del
caño, construcciones que se encuentran en riesgo.
Población Referencia:
- Municipio de Villavicencio: 527668
habitantes.
Fuente: Proyección poblacional según
censo DANE 2005.
Población Afectada:
10644 personas caracterizadas conformando
5627 viviendas identificadas que viven en
asentamientos subnormales en las rondas de
protección de las diferentes fuentes hídricas
información sintetizada de la siguiente manera:
Tabla 1. Población afectada ubicada en zonas de riesgo en el municipio de
Villavicencio - Fuente: Base de datos “Caracterización de Familias en
Riesgo – Oficina de Gestión del Riesgo Municipal”. Año 2018.
Población Objetivo:
Se encuentran 10644 personas caracterizadas en
zonas de riesgo (Población Afectada) y de las
cuales 504 personas son las que conforman la
población objetivo y a quienes directamente se
dirige el análisis, lo anterior de acuerdo a los
estudios realizados por la Oficina de Gestión del
Riesgo, los cuales reposan en la base de datos
“Caracterización de Familias en Riesgo” en el
SIGRIV (Sistema de Información Geográfica de
Villavicencio implementado por la Oficina de
Gestión del Riesgo Municipal.
Metodología
Para el correcto desarrollo del proyecto se indican
actividades agrupadas en 4 Fases, las técnicas y
procedimientos planeados son necesarios para
llevar a cabo la investigación y responder a la
problemática planteada.
FASE 1: Recopilación de información
Como primer paso se llevará a cabo una
recopilación y análisis de información que se
tenga sobre la cuenca del caño Buque, así como
de la zona de estudio que se encuentra del
perímetro urbano del municipio de Villavicencio.
Con esto se podrá conformar la línea base o línea
de partida del proyecto. La información
recopilada será cartografía básica del IGAC,
Modelo de Elevación Digital (DEM),
Información hidrológica de la cuenca (registros
pluviométricos que se hayan obtenido por medio
de estaciones), entre otros.
FASE 2: Levantamiento de información en
campo
Esta fase estará compuesta por tres tareas, las
cuales se relacionan a continuación:
3.1.1.1. Caracterización social:
Se realizarán caracterizaciones de las familias
más vulnerables o susceptibles a inundaciones
que se encuentran dentro de la cuenca del caño
buque (familias en las rondas hídricas, familias
dentro del cauce activo de la fuente hídrica, entre
otras).
3.1.1.2. Topografía y batimetría:
Aquí se llevará un estudio topográfico y
batimétrico del cauce principal de la cuenca del
caño buque, esto con el fin de conocer cuáles son
las secciones naturales y no naturales con las que
cuenta el flujo principal.
FASE 3: Crear un modelo hidrológico e
hidráulico
En la fase tres se creará un modelo hidrológico
con el fin de establecer los caudales máximos, los
cuales deberán ser evacuados dentro del cauce
natural, con el fin de utilizarlos posteriormente
para los cálculos hidráulicos; y así poder definir
cuál es la capacidad hidráulica con la que cuenta
el canal natural.
Para la creación del modelo hidrológico se
realizará la caracterización física de la cuenca del
caño Buque, el análisis de la información de las
estaciones pluviométricas que nos permitirán
generar el modelo de lluvia escorrentía por medio
del cual obtendremos los caudales máximos en
periodos de retorno de 3, 5, 10, 25, 50 y 100 años.
Lo anterior será modelado por medio del software
HEC-HMS el cual nos permitirá conocer el
comportamiento hidrológico de la cuenca y la
determinación de los caudales.
Respecto a la creación del modelo hidráulica se
realizara por medio del software HEC-RAS el
cual nos permitirá generar una mancha de
inundación la cual será obtenida basado en los
caudales máximos de los periodos de retorno
anteriormente mencionados, asimismo se tiene en
cuenta las condiciones topográficas para lo cual y
en relación a la información recopilado,
usaremos, un Modelo Digital de Elevación del
área de la cuenca y por medio del cual
obtendremos toda la información cartográfica
necesaria para el desarrollo del modelo hidráulico
del cual se genera la mancha de inundación,
insumo clave en el análisis de la vulnerabilidad
por inundación.
FASE 4: Crear un mapa de inundaciones.
En la cuarta fase mediante la información
recolectada en campo y la información obtenida
del modelo se creará un mapa de inundación en la
parte urbana de la cuenca del caño buque, lo
anterior siendo generado por medio del software
ArcGIS, en el cual generaremos un mapa de
inundación con los insumos generados por los
modelos hidrológico e hidráulico de acuerdo a los
periodos de retorno planteados de 2, 5, 10, 25, 50
y 100 años. De acuerdo a las manchas de
inundación generadas por el software HEC-RAS
en cada uno de los periodos de retorno, se
trasladará la información a Arc-GIS, programa
que efectuará un proceso de algebra de mapas
correlacionando la información registrada y
permitiendo proceder a la generación de un solo
mapa de amenaza por inundación del cual se
desprende el análisis, objetivo principal del
presente documento.
Análisis de los Resultados:
Caracterización Morfométrica de la Cuenca.
NOMBRE AREA
(Km2)
PERIMETRO
(Km)
LONGITUD
AXIAL DE
LA
CUENCA
(Km)
ANCHO
DE LA
CUENCA
(Km)
Caño Buque 8.27
19.10 8.79 1.60
Tabla 2. Área, perímetro, longitud axial, ancho de las unidades de estudio
de la subcuenca hidrográfica caño Buque. Fuente. Autor, 2019
Ilustración 2. Plano de divisoria para la subcuenca hidrográfica
caño Buque
Parámetros de Forma.
NOMBRE INDICE DE
GRAVELIUS CLASIFICACIÓN
Caño Buque
1.80 Oval oblonga a Rectangular
Oblonga Tabla 3. Índice de Gravelius para la subcuenca hidrográfica caño Buque
NOMBRE FACTOR DE FORMA CLASIFICACIÓN
Caño Buque 0.11 Muy Alargada
Tabla 4. Factor de Forma para la subcuenca hidrográfica caño Buque
NOMBRE ÍNDICE DE
ALARGAMIENTO CLASIFICACIÓN
Caño Buque
5.502 Cuenca de tipología
alargada Tabla 5. Índice de Alargamiento para la subcuenca hidrográfica caño
Buque
Características del Relieve
La pendiente media de la subcuenca hidrográfica
caño Buque es del 8.9% que índica un relieve
ligeramente inclinado.
Ilustración 3. Plano de Pendientes para la subcuenca hidrográfica caño
Buque. Fuente. Autor, 2019.
Modelo Hidrológico
- Análisis información hidrológica: se
encuentran las siguientes estaciones de
monitoreo ambiental, pertenecientes a la
red hidrometereológica del IDEAM, las
cuales serán referencia para la
realización del modelo.
ESTACIONES IDEAM
NOMBRE CÓDIGO CATEGORÍA
ALCALDIA 35030100 PLUVIOMÉTRICA
VANGUARDIA 35035020 PLUVIOMÉTRICA
SENA 35030030 PLUVIOMÉTRICA
ACUEDUCTO LA ESMERALDA 35030040 PLUVIOMÉTRICA
Tabla 6. Estaciones de Monitoreo Ambiental de Referencia – Fuente.
IDEAM
- Determinación del tiempo de
concentración.
Tiempo de Concentración (Horas)
Cuenca Kirpich California Temez SCS
Caño Buque 0.9 0.9 2.48 0.08
- Curvas IDF
Se elaboran las curvas IDF con cada una de las
estaciones de monitoreo ubicadas en la cuenca de
caño Buque. (Ver Ejemplo – Ilustración 10)
Ilustración 10 Curvas IDF para los periodos de retorno en
la estación SENA. Fuente. Propia.
- Hietogramas (Periodo de Retorno 2, 5,
10, 25, 50 y 100 años). Ver tabla.
Tabla 11. Hietograma para periodo de retorno
de dos años
Ilustración 11 Grafica hietograma precipitación
periodo retorno dos años
- Caracterización de coberturas y suelos.
Para la caracterización de coberturas y suelos se
tuvieron en cuenta el estado de la zona de estudio.
El método del Número de Curva del SCS es una
técnica desarrollada por el SCS para estimar la
infiltración. Considera todas las pérdidas netas
menos la evaporación real.
El Número de Curva depende de las siguientes
propiedades generadoras de escorrentía de la
cuenca:
1) Tipo hidrológico de suelo.
Respecto al tipo de suelo hay que clasificarlo en
uno de los cuatros grupos hidrológicos existentes.
Estos grupos van desde A hasta D, representando
el grupo A un potencial de escurrimiento mínimo
y el D un potencial de escurrimiento alto. Para
asignar a un suelo un grupo determinado hay que
considerar su composición, su textura y la
profundidad del nivel freático.
Tabla 7. Grupos hidrológicos del suelo (SCS, 1964 en Bradbury et al., 2000)
Ilustración 4 Plano de clasificación hidrogeológica de
acuerdo al método de número de curva SCS
0
200
400
600
-30 20 70 120
Inte
nsi
dad
(m
m/h
r)
Duración (min)
Curvas IDF Estación SENA
3 Años
5 Años
10 Años
25 Años
50 años
1.5
Instante (min) Intensidad (mm/h)Precipitación
acumulada (mm)
Precipitación
(mm)
Intensidad parcial
(mm/h)
Precipitación
Alternada (mm)
Int. Parcial
Alternada
(mm)
5 245.94 20.50 20.50 245.94 1.30 15.56
10 158.92 26.49 5.99 71.90 1.41 16.88
15 123.10 30.77 4.29 51.45 1.54 18.54
20 102.69 34.23 3.46 41.48 1.72 20.69
25 89.22 37.18 2.95 35.35 1.97 23.65
30 79.54 39.77 2.59 31.13 2.33 28.01
35 72.18 42.11 2.33 28.01 2.95 35.35
40 66.36 44.24 2.13 25.59 4.29 51.45
45 61.61 46.21 1.97 23.65 20.50 245.94
50 57.65 48.05 1.84 22.04 5.99 71.90
55 54.29 49.77 1.72 20.69 3.46 41.48
60 51.40 51.40 1.63 19.54 2.59 31.13
65 48.87 52.94 1.54 18.54 2.13 25.59
70 46.64 54.41 1.47 17.66 1.84 22.04
75 44.66 55.82 1.41 16.88 1.63 19.54
80 42.88 57.17 1.35 16.19 1.47 17.66
85 41.27 58.47 1.30 15.56 1.35 16.19
90 39.81 59.72 1.25 15.00 1.25 15.00
Duración de la tormenta (h) Intervalos de tiempo (min)
HIETOGRAMA PARA PERIODO RETORNO 2 AÑOS
5
2) Uso de la tierra y tratamiento.
Clasificar los usos del suelo de acuerdo a la
leyenda de usos que aparece en las tablas
originales del SCS y asignar a cada uso un código
de uso del suelo, que se llamará “Landuse”.
Ilustración 5 Plano de reclasificación de las coberturas de
acuerdo a la metodología del número de curva SCS.
3) Condición previa de humedad. El método
fue desarrollado a partir de registros de
lluvia y escorrentía en 24 horas, por lo
que no considera explícitamente la
variación temporal de la escorrentía. Se
generó el número de curvo mediante el
software HEC-GeoHMS el cual nos dará
el los resultados computando los dos
mapas anteriores.
Ilustración 6 Plano de número de curva según
metodología SCS
- Modelo HEC-HMS – Determinación del
Caudal.
De acuerdo a las curvas Intensidad – Duración –
Frecuencia (IDF), los tiempos de concentración y
la determinación de los números de curva, se
procede a calcular los caudales en los periodos de
retorno de 2, 5, 10, 25, 50 y 100 años por medio
de la modelación en el software HEC-HMS.
Ilustración 7 Respuesta modelo lluvia
escorrentía - software HEC-HMS
Modelación Hidráulica.
Para la modelación de la amenaza en el caño
Buque, del municipio de Villavicencio, es
necesario el software HEC-RAS para el cual se
realiza el siguiente procedimiento:
a. Creación del terreno (Terreno): Se
realiza la incorporación de un archivo
tipo raster correspondiente a un DEM de
la zona en estudio.
Ilustración 8 Creación del Terrain en RAS Mapper –
Hec-RAS
b. Creación de la geometría: en este punto
se crea un polígono en 2D Flow Area
para el área de estudio, así mismo se
ubican la entrada y la salida de flujo en la
cuenca.
Ilustración 9 Creación de la Geometría sobre el
Terrain incorporado en Hec-RAS
c. Datos de Flujo Inestable (Unsteady Flow
Data): En este punto se asignan los
caudales por periodo de retorno en un
hidrograma de flujo el cual nos permitirá
distribuir la información hidrológica e
hidráulica del modelo.
Ilustración 10 Incorporación de los caudales según
periodo de retorno para el modelamiento por hidrogramas de flujo
d. Como última parte se modela la
información asignada previamente y
obtenemos como resultado las diferentes
manchas de inundación correspondientes
a cada periodo de retorno.
Ilustración 11 Modelación de los parámetros
incorporados anteriormente en el software Hec-RAS
Ilustración 12 Mancha de inundación generada por el
modelo hidráulico del software Hec – RAS
Análisis de la Vulnerabilidad
Obtenidas cada una de las manchas de inundación
por periodo de retorno podemos observar el
comportamiento de la inundación en la zona de
estudio.
Ilustración 13 Plano de manchas de inundación de
acuerdo a los periodos de retorno evaluados
Para la categorización de la amenaza se tendrá
como referencia el estudio de “Zonificación
amenazas por inundaciones a escala 1:2000 y
1:5000 en áreas urbanas para diez municipios del
territorio colombiano” (IDEAM & UNAL, 2013)
el cual fue desarrollado por el IDEAM y la
Universidad Nacional de Colombia, en el cual la
amenaza se clasifica en tres niveles: Amenaza
Baja, Media y Alta.
La amenaza de inundación en un área
determinada se representará, en términos de
probabilidad, como los sucesos estocásticos que
generan una distribución de intensidades
diferentes (definida generalmente por la
profundidad de inundación) en el área de análisis.
Estos serán las posibles intensidades que se
evidenciarán en las zonas de estudio, que
generarán cambios en las distribuciones de
eventos de inundación, y así afectar directamente
al lugar de análisis. Para la construcción de los
mapas se incorpora información sobre extensión
de la inundación (áreas cubiertas por el agua),
velocidad del flujo (m/s), profundidad del agua
(m), propagación de la inundación (Km/h) y
profundidad * Velocidad (m*m/s), como
indicador del grado de amenaza.
Para el caso de estudio en la subcuenca
hidrográfica caño Buque del municipio de
Villavicencio, la zonificación por amenaza de
inundación consistió en la estimación de la
extensión de la inundación para los periodos de
retorno de 5, 25 y 100 años, considerados como
eventos de amenaza baja, media y alta,
respectivamente.
Ilustración 14 Plano de Amenaza por Inundación de
caño Buque
CONCLUSIONES
a) De acuerdo al modelo hidráulico que se
generó del caño Buque se evidencia que
existe en un área de 0.82 Km² con una
alta amenaza por inundación producto de
la acción dinámica del caño.
b) De acuerdo a lo observado en la
Ilustración 23 “Plano de Amenaza por
Inundación de caño Buque”,
identificamos que existe una importante
área poblacional en las cuales se
encuentran 122 familias que habitan en la
ronda de amortiguación del afluente las
cuales son altamente susceptibles a
eventos de inundación que como
consecuencia ocasionarían fenómenos
erosivos y de socavación afectando las
condiciones en las que se encuentran esos
asentamientos poblacionales.
Ilustración 15. Plano de Familias ubicadas en zona de
amenaza alta por inundación
c) El análisis de vulnerabilidad nos permite
detallar los puntos críticos que requieren
una evaluación de riesgo por parte de las
entidades competentes en el municipio
para la proyección de obras de mitigación
que permitan disminuir el nivel de riesgo
que existe de acuerdo a las condiciones
hidráulicas de la subcuenca hidrográfica
de caño Buque.
d) En la zona ubicada entre el sector de la
calle 15 con carrera 40 hasta la
desembocadura del caño buque en el río
Ocoa localizado en el barrio La Rosita se
evidencia el impacto de las condiciones
hidráulicas aportadas por los caudales
determinados bajo la metodología de
lluvia escorrentía donde podemos
encontrar una mayor área de afectación
por el amortiguamiento de la inundación
en esa planicie, por lo tanto genera mayor
atención en la proyección de obras de
mitigación y tener en cuenta estos
detalles para mejorar la planificación del
ordenamiento territorial del municipio y
específicamente en las zonas con
condición de amenaza.
BIBLIOGRAFÍA - Unidad nacional para la gestión del riesgo de
desastres. (2017). ABC Gestión del Riesgo:
Conoce, reduce y prepárate; Edición 4
- Alcaldía Municipal de Villavicencio. (2015).
Acuerdo 285 del 2015 (Plan de
Ordenamiento Territorial). Villavicencio
- Findeter y las Ciudades Sostenibles (2015).
- Unidad nacional para la gestión del riesgo de
desastres. (2017). Lineamientos para el
Análisis de la Vulnerabilidad Social en los
Estudios de la Gestión Municipal del Riesgo
de Desastres UNGRD – IEMP.
- J. M. Vera Rodríguez y A. P. Albarracín
Calderón, “Metodología para el análisis de
vulnerabilidad ante amenazas de inundación,
remoción en masa y flujos torrenciales en
cuencas hidrográficas,” Ciencia e Ingeniería
Neogranadina, vol. 27, no. 2, p. 109-136.
- IDEAM, 2018. PROTOCOLO DE
MODELACIÓN HIDROLÓGICA E
HIDRÁULICA, 59 páginas. Bogotá, D.C.
- International Glossary of Hydrology. (2012).
[E-book].
- Cannon, T. (2000). VULNERABILITY
ANALYSIS AND DISASTERS. Lodos, 1, 45-
55.
- Messner, F., & Meyer, V. (2006). FLOOD
DAMAGE, VULNERABILITY AND RISK
PERCEPTION–CHALLENGES FOR
FLOOD DAMAGE RESEARCH. In Flood
risk management: hazards, vulnerability and
mitigation measures (pp. 149-167). Springer,
Dordrecht.
- Pérez, Jhonny I., Escobar, Jairo R., &
Fragozo, Jose M.. (2018). Modelación
Hidráulica 2D de Inundaciones en Regiones
con Escasez de Datos. El Caso del Delta del
Río Ranchería, Riohacha-
Colombia. Información tecnológica, 29(4),
143-156.
- Breña Puyol, A. F., & Jacobo Villa, M. A.
(2006). Principios y fundamentos de la
hidrología superficial. In Universidad
Autónoma Metropolitana. Retrieved from
http://www.uamenlinea.uam.mx/materiales/l
icenciatura/hidrologia/principios_fundament
os/libro-PFHS-05.pdf
- Desastres, U. N. para la G. del R. de. (2017).
LINEAMIENTOS PARA EL ANÁLISIS DE LA
VULNERABILIDAD SOCIAL EN LOS
ESTUDIOS DE LA GESTIÓN MUNICIPAL
DEL RIESGO DE DESASTRES (1a ed.; Escuela
Colombiana de Ingeniería, ed.). Bogotá D.C.:
Bogotá D.C.