Desarrollo metodológico para la simulación geoespacial de inundación mediante tecnologías de información geográfica. Caso de estudio: ciudad de Culiacán

Abstract

Las inundaciones es uno de los fenómenos hidrometeorológicos más comunes y con mayores pérdidas a nivel global y representan el 45% de los desastres naturales. Se estima que ha cobrado más de 58 mil vidas humanas durante el periodo de 1970 al 2019. Factores como el crecimiento de ciudades con poco o nulo control de ordenamiento territorial, cambio de usos de suelo de coberturas vegetativos (como forestal o pastizal) a suelos impermeables (como concreto y asfalto), producen el aumento en la escorrentía. El cambio climático ha provocado la presencia de largos periodos de sequía, sin embargo, las lluvias son cada vez mas de mayor intensidad en menos días de lluvia, resultado en eventos excepcionales donde en un par de días se registra precipitaciones equivalentes a la precipitación promedio anual y si esa lluvia ocurre en superficies impermeables, dan como resultado la generación de eventos de inundaciones cada vez más intensas. La zona urbana de la cuenca río Culiacán es continuamente amenazada por peligro de inundación en cada temporada de ciclones y huracanes en el pacifico. No obstante, en el pasado se han construido elementos para mitigar los impactos de las inundaciones, sin embargo, estas siguen siendo insuficiente para eventos críticos. La modelación geoespacial de inundaciones (modelos hidrológicos e hidráulicos), se han convertido en una herramienta con favorables resultados que brindan una ventaja en la simulación de inundaciones incluso para cuencas con poca cantidad de datos o cuencas no aforadas. En esta tesis doctoral se propone un esquema metodológico para la simulación de inundaciones aplicable y reproducible para cuencas no aforadas. La metodología emplea parte de la modelación hidrológica a nivel cuenca a partir de datos pluviométricos provenientes de estaciones climatologicas y deribada de imágenes satelitales, como CHIRPS, asímismo, analizando diversos métodos de transformación de lluviaescorrentía y la simulación hidráulica se realiza en una y dos direcciones. Por su parte, la simulación en bidimensional se realizó tanto de manera acoplada (tradicional), integrada (lluvia en red) y conjunta (tradicional y lluvia en red en un mismo tiempo computacional). Posteriormente se evaluaron las combinaciones resultantes entre los diversos métodos de simulación de inundaciones. La metodología arrojó doce combinaciones posibles, de las cuales se evaluaron once, designados primeramente por los datos de entrada, es decir, pluviómetro (P) o CHIRPS (C); después por el método de transformación, SCS-CN (SCS) o Snyder (SND); posteriormente por la simulación unidimensional (1D) o bidimensional (2D); y por ultimo la combinación de modelación hidrológica-hidráulica, acoplado (HHA), integrado (HHI) o conjunta (HHC). Se evaluó la capacidad predictor de los modelos hidrológicos por NSE, PBIAS y RMSE, mientras que la simulación hidráulica se evaluó con F(2). Los resultados mostraron que las combinaciones P-SCS-2D-HHC y P-SND-2D-HHC presentaron superior a las otras combinaciones con NSE de 2.1 y 2.3 respectivamente y F(2) de 0.7101 y 0.7108 respectivamente, además con comparación fotográfica de la extensión de inundación que se comparan con evidencia fotográfica de un evento de inundación. Por último, se concluye que, la propuesta de modelo hidrológico-hidráulico conjunto permitieron visualizar de una manera holística el comportamiento del flujo en un evento de precipitación, simulando tanto los ríos como la rede de arroyos que cubren la ciudad de Culiacán.