Sistema de Alerta temprana para la predicción del nivel de peligrosidad en inundaciones pluviales repentinas

Abstract

Las inundaciones pluviales en zonas urbanas ocurren cuando lluvias intensas y de corta duración no pueden ser evacuadas lo suficientemente rápido por el sistema de drenaje o infiltrado del suelo, por lo tanto, el agua fluye hacia las calles y las estructuras cercanas. A menudo, en zonas donde el sistema de drenaje urbano es deficiente, las inundaciones pluviales se convierten en inundaciones repentinas peligrosas a los pocos minutos con altos valores de velocidad y nivel del agua. Una medida de disminución del riesgo generado por las inundaciones pluviales repentinas es la implementación de sistemas de alerta temprana para el envío de información oportuna a la comunidad en riesgo. Esta tesis doctoral llevó a cabo el diseño e implementación de un sistema de alerta temprana (SAT) para la detección del nivel de peligrosidad de inundaciones pluviales repentinas en cuencas urbanas. El SAT desarrollado mide en tiempo real la cantidad de lluvia que cae sobre una cuenca urbana y a través de un modelo hidrológico-hidráulico estima el nivel y la velocidad del flujo en las calles. Posteriormente, estos datos son utilizados para genera las alertas de peligrosidad las cuales son visualizadas a través de una aplicación Web y enviadas por redes sociales a los usuarios suscritos. Este sistema de alerta temprana está dividido en dos secciones: diseño del sistema y modelo hidrológico-hidráulico. El diseño del sistema describe los sistemas de adquisición de datos, comunicación, alimentación y visualización de la información. El modelo hidrológico-hidráulico explica el proceso de transformación de la lluvia en niveles de peligrosidad y su variación espacial y temporal. Este SAT fue implementado como ejemplo en la ciudad de Barranquilla (Colombia), el cual es la ciudad de Colombia más afectada por inundaciones pluviales repentinas, conocidas como arroyos peligrosos. Se tomó como objeto de estudio el arroyo peligroso conocido como "La 65" que tiene una longitud aproximada de 4.5 Km. Se compararon los datos nivel del agua, velocidad del agua y peligrosidad obtenida por los sensores y el modelo propuesto durante eventos de lluvia fuertes comprobando la efectividad del modelo para emitir alertas oportunas a la comunidad en riesgo.

Les inundacions pluvials en zones urbanes ocorren quan pluges intenses i de curta durada no poden ser evacuades prou ràpid pel sistema de drenatge o infiltrat del sòl, per tant, l'aigua flueix cap als carrers i les estructures properes. Sovint, en zones on el sistema de drenatge urbà és deficient, les inundacions pluvials es converteixen en inundacions sobtades perilloses als pocs minuts amb alts valors de velocitat i nivell de l'aigua. Una mesura de disminució del risc generat per les inundacions pluvials sobtades és la implementació de sistemes d'alerta primerenca per a l'enviament d'informació oportuna a la comunitat en risc. Aquesta tesi doctoral va dur a terme el disseny i implementació d'un sistema d'alerta primerenca (SAP) per a la detecció del nivell de perillositat d'inundacions pluvials sobtades en conques urbanes. El SAP desenvolupat mesura en temps real la quantitat de pluja que cau sobre una conca urbana i a través d'un model hidrològic-hidràulic estima el nivell i la velocitat del flux en els carrers. Posteriorment, aquestes dades són utilitzades para genera les alertes de perillositat les quals són visualitzades a través d'una aplicació Web i enviades per xarxes socials als usuaris subscrits. Aquest sistema d'alerta primerenca està dividit en dues seccions: disseny del sistema i model hidrològic-hidràulic. El disseny del sistema descriu els sistemes d'adquisició de dades, comunicació, alimentació i visualització de la informació. El model hidrològic-hidràulic explica el procés de transformació de la pluja en nivells de perillositat i la seua variació espacial i temporal. Aquest SAP va ser implementat com a exemple en la ciutat de Barranquilla (Colòmbia), el qual és la ciutat de Colòmbia més afectada per inundacions pluvials sobtades, conegudes com a rierols perillosos. Es va prendre com a objecte d'estudi el rierol perillós conegut com "La 65" que té una longitud aproximada de 4.5 Km. Es van comparar les dades nivell de l'aigua, velocitat de l'aigua i perillositat obtinguda pels sensors i el model proposat durant esdeveniments de pluja fortes comprovant l'efectivitat del model per a emetre alertes oportunes a la comunitat en risc.

Urban pluvial flooding occurs when intense, short-duration rainfall cannot be evacuated quickly enough through the drainage system or infiltrated into the ground; therefore, water flows into streets and nearby structures. Often, in areas where the urban drainage system is deficient, pluvial flooding become dangerous flash floods after a few minutes of rainfall with high values of water level and water velocity. A measure to reduce the risk generated by pluvial flash floods is the implementation of early warning systems to send timely information to the community at risk. This doctoral thesis presents the design and implementation of an early warning system (EWS) for detecting the hazard level during pluvial flash floods in urban basins. The developed EWS measures in real- time the amount of rain that falls on an urban basin and through a hydrological-hydraulic model, estimates the water level and water velocity in the streets. Subsequently, these data are used to generate hazard alerts that are displayed through a Web application and sent by social networks to subscribed users. This early warning system is divided into two sections: system design and hydrological-hydraulic model. The system design describes the systems for data acquisition, communication, power supply and information visualization. The hydrological-hydraulic model explains the process of transforming rain into hazard levels and its spatial and temporal variation. This EWS was implemented in the city of Barranquilla (Colombia), which is the city of Colombia most affected by flash floods, known as dangerous streams. The dangerous stream known as "La 65" was selected as the study object, which has a length of 4.5 km approximately. It was compared water level, water velocity and the hazard levels values obtained by the sensors with the proposed model during heavy rain events demonstrating the model effectiveness to send timely alerts to the community at risk.