IMPLEMENTACIÓN DE UNA RED TELEMÉTRICA Y UNA BASE DE DATOS HIDROLÓGICOS EN LA CUENCA ALTA DEL ARROYO DEL AZUL

Luis S. Vives1, Héctor J. Comparato2, Georgina Cazenave1, Pablo Abrile1, Adolfo O. N.

Villanueva1 y Diego Seoane2

1Instituto de Hidrología de Llanuras – UNCPBA 2Municipalidad de Azul República de Itália 780 - B7300 Azul Bs As Te/F:2281-432666 lvives@faa.unicen.edu.ar

Para dotar a la ciudad de Azul de un sistema de alerta contra inundaciones se instaló un sistema de estaciones automáticas de adquisición de datos hidrometeorológicos conectadas a través de un sistema de radio UHF a dos estaciones centrales de recepción (una en el Instituto de Hidrología de Llanura y otra en el municipio). De esta manera se conforma una red modular, adaptable en el tiempo según requerimientos de nuevas áreas de monitoreo y/o investigación. El sistema monitorea en tiempo real las variables hidrometeorológicas y acciona un sistema de envío de alarmas cuando algunas variables alcanzan una condición crítica predefinida. Se tienen entonces todos los elementos necesarios para llevar adelante las tareas relacionadas con un plan de contingencia contra inundaciones tanto a nivel de pronóstico de crecidas como protección civil. La información hidrometeorológica obtenida por la red telemétrica puede ser utilizada para otros fines además del alerta, por ejemplo uso por los productores de la zona, investigación, etc. El Instituto de Hidrología de Llanuras (IHLLA) tiene una página web denominada Base de Datos Hidrológicos (BDH: www.bdh.org.ar/azul) donde se publica toda la información de la cuenca. El programa administrador de la red telemétrica actualiza la base de datos y envía esta actualización a la web. Se puede acceder así desde cualquier sitio a la información de la red telemétrica. La BDH envía boletines hidrometeorológicos por e-mail o telefonía celular a los usuarios que lo soliciten, en los que se describen todos los parámetros medidos en las distintas estaciones telemétricas. Cuando se estableció esta red hidrometeorológica el Servicio Meteorológico Nacional se mostró interesado en obtener los datos generados para validar su sistema de pronósticos, con lo cual se tiene una previsión meteorológica con mejores ajustes para la zona de estudio. La red telemétrica y la información disponible en la BDH son parte de las herramientas tecnológicas que el IHLLA genera como soporte a los responsables regionales de la gestión de los recursos hídricos y a los productores rurales. Palabras clave: inundaciones, alerta, base de datos, hidrometeorología.

INTRODUCCIÓN

Para prevenir a la Ciudad de Azul de las inundaciones que la afectan es necesario disponer de la información de la precipitación y niveles en el arroyo en la cuenca en tiempo real y desde cualquier sitio en que uno se encuentre. Para obtener esta información es preciso contar con una red telemétrica que transmita los datos de manera continua y precisa, con una importante robustez en el equipamiento, completamente autónoma y que incluya un mantenimiento continuo del servicio para asegurar el buen funcionamiento tanto de los sensores, de la transmisión como de los programas de alerta.

La información hidrometeorológica generada por el sistema no sólo puede ser utilizada en

situaciones de extremos hídricos, sino que es posible emplearla para otros usos durante el resto del tiempo, por ejemplo uso por los productores de la zona, investigación, etc. El Instituto de Hidrología de Llanuras (IHLLA) tiene funcionando una página web denominada Base de Datos Hidrológicos (BDH: www.bdh.org.ar/azul) donde se publica toda la información de la cuenca. El programa administrador de la red telemétrica actualiza esa base de datos y ésta envía la actualización a la web. De esta forma, el público en general puede acceder desde cualquier sitio a la información de la red telemétrica.

La red telemétrica y la información disponible en la BDH son parte de las herramientas

tecnológicas que el IHLLA genera como soporte a los responsables regionales de la gestión de los recursos hídricos y a los productores rurales.

Los principales objetivos de la red telemétrica y BDH son:

Implementar una red de estaciones hidrometeorológicas con transmisión telemétrica para alerta contra inundaciones de la ciudad de Azul.

Obtener información hidrometeorológica de la cuenca alta del arroyo del Azul para calibrar y/o ajustar modelos matemáticos de pronóstico de crecidas.

Establecer de manera accesible y pública la información generada por la red hidrometeorológica para distintos usuarios de la región como productores agropecuarios, organizaciones civiles, investigación, etc.

DESCRIPCIÓN DE LA CUENCA DEL ARROYO DEL AZUL El centro de la provincia de Buenos Aires, importante sector de la Pampa Deprimida, tiene

una historia rica e invariablemente plagada de conflictos y altos costos socio-económicos a raíz de períodos de inundaciones y sequías alternadas (Durán, 1987).

La ciudad de Azul, situada en esta región de la Pampa Húmeda, es asolada periódicamente

por estos fenómenos que producen cuantiosas pérdidas tanto en la zona urbana como rural. Esta ciudad se ubica a la salida de la cuenca superior del arroyo del Azul (Figura 1), que posee su cabecera en las serranías del Azul, entre 40 y 60 km al sur de la misma. Esta geomorfología, junto a los eventos intensos de lluvia en períodos húmedos, pone en severo riesgo de inundación a los aproximadamente 50000 habitantes del casco urbano de la ciudad (Cazenave, 2006). Aguas abajo de la misma comienza una zona de relieve de muy poca energía con escurrimiento difuso paralelo al arroyo del Azul. El cierre de la cuenca inferior está en la desembocadura del Gualicho (el Azul cambia de nombre cuando entra en el partido de Las Flores) en el Canal 11.

Figura 1: Cuenca del Azul y estaciones de control.

La cuenca superior tiene su región de aporte desde la localidad de Chillar (60 km al Sur) y

son sus afluentes más importantes los arroyos Videla y Santa Catalina. La fisiografía de la cuenca del Videla (135 km2) es característica de la zona serrana presente en la región, mientras que la del Santa Catalina (121 km2) es similar a la del Azul Superior (1135 km2), con una cabecera serrana que luego se transforma en la llanura de transición, la cual presenta un relieve ondulado con depresiones que encierran espejos de agua de distintas dimensiones y permanencias (IHLLA, 2003).

La actividad preponderante en la región es la agropecuaria, con dos zonas bien diferenciadas

de uso agrícola coincidente con la cuenca superior y otra ganadera en la cuenca inferior. Este tipo de producción es usuaria de datos meteorológicos actuales y solicitan asesoramiento técnico tanto para años húmedos como secos.

El IHLLA posee una amplia red de monitoreo de datos meteorológicos, superficiales, zona

no saturada y acuífero freático en toda la cuenca. Esta información se encuentra disponible para los usuarios en la base de datos web BDH: www.bdh.org.ar/azul.

RED TELEMÉTRICA – IMPLEMENTACIÓN Y OPERACIÓN

La metodología seguida para la implementación de la red telemétrica y BDH fue la siguiente:

Diseño de la red telemétrica. Esta tarea comprende la selección de los lugares de

emplazamiento de cada una de las estaciones telemétricas teniendo en cuenta la necesidad de información y cobertura de la misma, como la definición de los tipos de sensores a instalar en cada sitio. Para ello fue preciso analizar toda la información generada por el IHLLA y el municipio durante los eventos que provocaron inundaciones, como el análisis de los datos de la red básica hidrológica existente (IHLLA, 2005).

Establecer el tipo de comunicación telemétrica teniendo en cuenta las características

geográficas de la zona y necesidades de garantizar la actualización de los datos bajo cualquier escenario.

Planteo de los niveles de alerta de los sensores de lluvia y niveles de los arroyos,

conjuntamente con la selección de personas encargadas de llevar adelante los trabajos de pronóstico de crecida, personal para tareas de campo y comunicación a defensa civil.

Disponer de la actualización permanente de la base de datos web del Instituto de

Hidrología de Llanuras, en la cual contar con boletines hidrometeorológicos y registro de los datos de cada sensor en cada estación.

Todo diseño de una red de observación, en este caso con la complejidad de que debe responder a las alertas de extremos hídricos, debe ser concebido como una primera aproximación que con el tiempo es probable deba ser parcialmente replanteada o ampliada.

Se implementa un sistema de estaciones automáticas de adquisición de datos hidrometeorológicos -de última generación- interconectadas entre sí y a dos Estaciones Centrales (una en el IHLLA y otra en el municipio de la ciudad de Azul MCA), a través de un sistema de radio UHF de comprobada eficiencia y seguridad. De esta manera se conforma una red modular, absolutamente flexible, autónoma y expandible en el tiempo, según requerimientos de nuevas áreas de investigación y/o monitoreo. La red de hidrometeorológica implementada en la cuenca del Azul fue provista por CAE (www.cae.it), quien se encargó además de la instalación de la misma.

Un aspecto no menor en el diseño de este tipo de redes de alerta es su autonomía o en otros

palabras su independencia de servicios o requerimientos que no controlamos y pueden llegar a colapsar o cortar en situaciones de crisis. Para ser más preciso la transferencia de información o telemetría puede realizarse por otros medios diferentes: teléfono, telefonía móvil y satélite, pero todas ellas, salvo la radio, por el momento parece que a precios razonables puede trabajar de forma completamente autónoma y garantizar la transmisión. Por otro lado la telefonía puede cortarse por la caída de algún poste; la telefonía celular es la primera en colapsar en situaciones de crisis por el gran uso, y la satelital es muy costosa. En contraposición, esto induce a que los equipos de radio deben ser muy confiables y de bajo consumo, en especial en las épocas de tormentas eléctricas.

La red de alerta se compone de tres estaciones del IHLLA que se integran a la red de la

Municipalidad (tres estaciones, adquiridas en febrero del 2005) como parte del mismo sistema (Figura 2). Esta red de estaciones de alerta contra inundaciones de la ciudad de Azul tiene el valor

agregado de comportarse como un sistema de monitoreo hidrometeorológico cuya información es de alto valor estratégico para el sector productivo y de servicios de la comunidad de Azul.

Figura 2: Estaciones telemétricas y estaciones limnimétricas de la red de control básica del IHLLA-MCA.

El sistema de estaciones telemétricas implementado pone a disposición en el servidor de la

Unidad Central de Control UCC (Figura 3) una base de datos segura y actualizada en tiempo real, que permite al Operador/Administrador de la Cuenca:

• Una completa gestión de datos, monitoreo permanente, control y generación de un sistema de alertas automáticos.

• Obtener y mantener registros históricos de datos hidrometeorológicos. • Desarrollar estudios y aplicaciones científicas, modelaciones e investigación.

Cada estación, como elemento primario de la red, realiza todas las operaciones de

adquisición, almacenamiento de datos, automáticamente medidos por los sensores, de acuerdo a una configuración y parámetros que bien pueden ser transmitidos por el operador desde la UCC o impuestos localmente en la estación misma.

Así todos los parámetros medidos, intervalos de medición, rangos medidos, etc., pueden ser

imputados a cada estación de manera absolutamente independiente y en forma remota. Las mediciones y elaboraciones realizadas por cada estación son memorizadas en un “flash memory module” y en la “station RAM buffer”, a la espera de ser transmitido a la UCC.

Figura 3: Unidad Central de Control – Instituto de Hidrología de Llanuras

Los módulos componentes principales de la estación hidrometeorológica (Figura 4) son:

• RTX20 módulo de comunicación vía radio • KD20 módulo de interfase local con el operador (teclado; display; puerto RS-232) • UBM20 módulo entrada sensores y otros componentes

KD20

RTX20

Figura 4: Estructura modular de una estación remota.

El sistema propuesto permite monitorear en tiempo real las variables hidrometeorológicas y establecer y configurar “cuadros de alarmas y emitir en forma automática boletines de alertas, personalizados, vía teléfono celular (GSM) o telefonía fija, a través de mensajes de voz, correo electrónico o la activación de cualquier dispositivo de alarma convencional”.

UBM20

Batería

La ubicación de las seis estaciones y las dos centrales se observa en la Figura 2. También se señalan las estaciones limnimétricas existentes del IHLLA a las cuales se prevé colocar telemetría a mediano plazo y así tener totalmente cubierta la cuenca. En la Tabla 1 se detallan las características de cada uno de los lugares seleccionados.

Tabla 1. Características de las estaciones meteorológicas

Estación Lugar Pluviómetro Piezómetro Temperatura Temperatura y Humedad

Vel. y Dir. de Viento

Presión Atmosférica Coordenadas Altimetría en

metros Seguridad Acceso

pnt 1 Campus Azul 36º46`3,40"S 59º52`49,51"W 133 Buena Bueno

pnt 2 Obrador Municipal

36º46`21,67"S 59º51`0,39"W 132 Buena Bueno

pnt 3 La Firmeza 1 1 1 1 1 36°58´22.26"S 59°58´04.7"W 185 Buena Bueno

pnt 4 La Chiquita 1 1 1 37º03`44,1"S 60º02`30,8"W 193 Regular Bueno

pnt 5 La Germania 1 1 37°09´45.5"S 60°04´17.2"W 220 Buena Bueno

pnt 6 Chillar 1 1 1 1 37º16`3,0"S 59º57`1,3"W 275 Buena Bueno

pnt 7 Cerro del Aguila 1 1 37º8`36,7"S

59º52`3,9"W 320 Buena Bueno

pnt 8 Cerro del Aguila

37º8`36,7"S 59º52`3,9"W 320 Buena Bueno

pnt 9 Siempre Amigos 1 1 1 1 37º0`56,8"S

59º51`8,8"W 191 Regular Bueno

INSTITUTO DE HIDROLOGÍA DE LLANURAS (IHLLA) Y MUNICIPALIDAD DE AZUL

Cada estación de la red de telemétrica (Figura 4) consta de una antena direccional VHF que transmite la información recolectada a la antena repetidora ubicada en Cerro del Águila. Esta repetidora es la que transmite la información a cada una de las dos unidades centrales de control ubicadas en el Instituto de Hidrología de Llanura y Municipalidad de Azul, que consulta a la repetidora y ésta, a su vez, a las estaciones.

Figura 4: Estación hidrometeorológica – Eº La Firmeza sobre Aº del Azul

El sistema cuenta con aplicaciones de software de gestión, elaboración y visualización de los

datos obtenidos. El PATROL es un programa de gestión que procesa los datos detectando y difundiendo las alarmas. Las alarmas son programadas a través de planillas de configuración

sencillas (Figura 5) y retransmiten las alarmas impuestas por el operador del sistema a través de mensajes: vocales a teléfonos fijos o móviles, de texto a teléfonos móviles, fax y correo electrónico.

Figura 5: Ventana de definición de las alertas. Programa PATROL.

Asimismo se debe establecer un programa de mantenimiento de las estaciones y conocer

bien su funcionamiento para que quede perfectamente operativa. Se lleva a cabo semanalmente un programa de mantenimiento de las estaciones que permite controlar su buen funcionamiento y operatividad. Las tareas se realizan conjuntamente con personal de la Dirección de Hidráulica de la Municipalidad de Azul

Si bien se establecieron los valores de las variables de forma preliminar se pretende tener un

conjunto que represente las distintas condiciones en que pueda encontrarse la cuenca. Las alarmas se activarán o desactivarán según la cuenca se encuentre húmeda, con vegetación baja o alta, dependiendo de la precipitación antecedente.

Se han definido además las personas que recibirán las alertas del sistema de control de la

red, que es el que realiza los llamados telefónicos correspondientes. Se tuvieron en cuenta aquellas personas que pertenecen al Instituto de Hidrología de Llanuras o a la Municipalidad de Azul (Dirección de Hidráulica y Vialidad Rural) y se encuentren en contacto y acceso libre al sistema de monitoreo telemétrico. Asimismo, en estos sistemas es fundamental en situaciones de crisis el definir las jerarquías y responsabilidades, para ello se ha dejado claramente especificado que la responsabilidad del control en los momentos de crisis lo asume totalmente la Dirección de Hidráulica y Vialidad Rural, quedando el IHLLA relegado a un papel completamente de colaboración y apoyo.

SISTEMA DE GESTIÓN DE LA INFORMACIÓN HIDROLÓGICA

El IHLLA tiene implementado, desde el 2002, un sistema soporte de gestión de la información hidrológica denominado Base de Datos Hidrológicos BDH (www.bdh.org.ar/azul) que permite almacenar toda la información de la cuenca hidrográfica y ser consultada o ampliada de

forma remota por medio de Internet, como una herramienta fundamental para uso de todos los organismos o personas involucradas en el estudio de los recursos hídricos o en la gestión sustentable del mismo (Vives et al., 2002; Abrile, 2003; Schulz et al., 2006).

La implementación en la aplicación de la migración de la base de datos original Oracle 9.i a

una Open Source, para posteriormente convertir la base de datos actual a una PostgreSQL permitió una mayor difusión de este desarrollo a otras puntos del país. La complejidad de la migración de la base de datos requirió para su implementación de una mayor período de desarrollo. Paralelamente se incorporó un dispositivo de Chat de última generación, un navegador Google, un SIG y se subió una nueva versión del Help más amigable para el usuario (Figuras 6).

Figura 6. Ventana del Help.

Por otro lado se desarrolló una ventana de visualización en la web de datos hidrológicos del

IHLLA (Figura 7), donde se muestra la información que se recibe de la red telemétrica de alerta de inundaciones, colocando de esta forma la información climática de la cuenca a disposición de toda la comunidad. Asimismo, es posible acceder a la información más específica de los gestores en los períodos de crisis, pero que no es accesible al público en general (Figura 8). Actualmente se ha implementado la carga automática de la información de la red cada 20 minutos. Es decir, estructuralmente la herramienta almacena temporalmente la información en tiempo real de la red para posteriormente cargarla en los puntos de medidas.

La BDH envía boletines hidrometeorológicos por e-mail o teléfonía celular a los usuarios que lo soliciten, en los que se describen todos los parámetros medidos en las distintas estaciones telemétricas.

Figura 7. Ventana de acceso a los datos de la red telemétrica.

Figura 8. Ventana de visualización de los datos de la red telemétrica de alerta de inundaciones.

Cuando se estableció esta red hidrometeorológica el Servicio Meteorológico Nacional

(SMN) se mostró interesado en obtener los datos generados para validar su sistema de pronósticos,

por lo cual la BDH envía al SMN cada 20 minutos un boletín específico que permite una previsión meteorológica con mejores ajustes para la zona de estudio.

CONCLUSIONES El sistema implementado permite monitorear en tiempo real las variables

hidrometeorológicas y establecer y configurar cuadros de alarmas y emitir en forma automática boletines de alertas, personalizados, vía teléfono celular (GSM) o telefonía fija, a través de mensajes de voz, correo electrónico o la activación de cualquier dispositivo de alarma convencional. Se tienen entonces todos los elementos necesarios para llevar adelante las tareas relacionadas con un plan de contingencia contra inundaciones tanto a nivel de pronóstico de crecidas como protección civil.

La red telemétrica y la información disponible en la BDH son parte de las herramientas

tecnológicas que el IHLLA ha desarrollado como soporte a los responsables regionales de la gestión de los recursos hídricos y a los productores rurales.

El tener mayor información espacio-temporal de las variables hidrometeorológicas permite

mejorar y optimizar los modelos matemáticos de pronóstico para alerta de inundaciones y la evaluación continua y gestión de los recursos hídricos disponibles en la cuenca. Además de favorecer la actividad productiva de la región que cuenta con una mejor cuantificación y distribución de su insumo elemental: el agua.

AGRADECIMIENTOS Los autores expresan su agradecimiento a la Agencia Nacional de Promoción Científica y

Tecnológica, a la Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires (CIC) y al Programa Hidrológico Internacional - Oficina Regional de Ciencia y Tecnología para América Latina y el Caribe de la UNESCO, sin cuyo apoyo no hubiese sido posible la formulación e implementación de esta propuesta.

Es importante resaltar un especial reconocimiento a la empresa CAE srl e Instarg-Siap

quienes facilitaron la adquisición e instalación de la red telemétrica de Azul.

BIBLIOGRAFÍA

Aprile P (2003) Sistema de Gestión de Recursos Ambientales a través de Internet. Tesis de Final de carrera en Ingeniería de Sistemas, Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires, Argentina.

Cazenave G. (2006) Modelación numérica del escurrimiento superficial de la cuenca del arroyo del Azul: Aplicación de modelos agregados y distribuidos. Tesis de Maestría Universidad Nacional de Rosario.

Durán D. (1987) Sequías e inundaciones. Propuestas. OIKOS Asociación para la promoción de los estudios territoriales y ambientales.

IHLLA (2003) Sistema de soporte para la gestión eficiente de los recursos hídricos en la llanura bonaerense. Informe Final (CIC-UNCPBA-MCA). Instituto de Hidrología de Llanuras, Azul, Argentina. pp 267.

IHLLA (2005) Manejo de extremos hídricos superficiales en áreas de llanura. Informe Final (CIC-UNCPBA-MCA). Instituto de Hidrología de Llanuras, Azul, Argentina. pp 70.

Schulz C, Vives L y Pablo Abrile (2006) Sistema Soporte de Gestión de la Información Hidrológica de la Provincia de La Pampa, Argentina. VIII Congreso Latinoamericano de Hidrología Subterránea, Asunción, Paraguay.

Vives L, Abrile P, Bastan N, Clausse A, Lorenzo J, Usunoff E, Varni M, Vénere M and Fernández-Jáuregui C (2002) Una metodología para la gestión de información hidrológica. Mecánica Computacional Vol. XXI, pp. 528-540. S.R. Idelsohsn, V.E. Sonzogni and A. Cardona (Eds.). ISSN-1666-6070.