Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

Capítulo
5
Subsistemas de pronóstico de crecidas
repentinas
Reseña
Las crecidas repentinas representan retos en cuanto a pronóstico y detección porque no siempre
son causadas simplemente por fenómenos meteorológicos. Las crecidas repentinas ocurren
cuando se conjugan ciertas condiciones meteorológicas e hidrológicas. Aunque las lluvias fuertes
generalmente son uno de los factores, lluvias en una dada cantidad y duración podrían o no
resultar en una crecida repentina, dependiendo de las características hidrológicas de la cuenca
hidrográfica en donde esté ocurriendo la lluvia. Según se indicó en el Capítulo 2, estas variables
incluyen:
4 Magnitud, eficiencia y dirección de la escorrentía
Condiciones antecedentes de la cuenca y del caudal
Tamaño de la cuenca de drenaje
Intensidad de la precipitación
Duración de la precipitación
Ubicación, movimiento y evolución de la tormenta con respecto a la cuenca
Tipo de suelo, profundidad del suelo y condiciones antecedentes de humedad del suelo
Cantidad y tipo de vegetación cubriendo el suelo
Características del uso de suelo incluyendo urbanización y deforestación
Topografía general y pendiente de la tierra
Época del año (estación)
Aunque las crecidas repentinas pueden ser causadas o potenciadas por muchos diferentes
factores, los eventos inducidos por lluvia tienen algunas cosas en común. Estas son:
4 Tormentas convectivas, por las cuales pueden caer con rapidez grandes cantidades de
lluvia
Cantidades anómalas de humedad, a menudo a través de una capa profunda de la
atmósfera
Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas
5-1
Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas
Flujo húmedo de bajo nivel que rápidamente reabastece la humedad que alimenta la
tormenta
Condiciones de flujo atmosférico que hacen que las células de tormenta maduren o se
muevan en secuencia a lo largo de la misma región en general
Las crecidas repentinas también pueden ser detonadas por fenómenos diferentes a una
precipitación intensa. Otras causas incluyen fallas en diques y represas, deshielo rápido,
barreras de hielo y lluvia sobre cuencas hidrográficas recientemente quemadas o deforestadas.
La literatura contiene muchos ejemplos de procedimientos para la alerta exitosa de fallas en
represas y diques (ver capítulo de referencias). Los procedimientos para lidiar con cuencas
hidrográficas deforestadas también han sido documentados ampliamente, especialmente en
el sur de California, y no serán tratados aquí. Las barreras de hielo, las barreras de escombros
y los eventos de rápido derretimiento de la nieve, a menos que ocurran en sitios conocidos
(preferidos), no se prestan mucho para desarrollar a priori sistemas de alerta específicos para
sitios. Aunque no es imposible, actualmente no es posible cubrir toda un área de pronóstico con
suficientes sensores como para detectar estos eventos de ocurrencia aleatoria. Este capítulo se
centrará en sistemas que pronostiquen crecidas repentinas causadas por eventos de precipitación.
Una vez que cuenta con los datos provenientes de subsistemas de observación (ver Capítulo 3),
¿cómo determina la agencia responsable cuándo emitir una alerta? Las herramientas disponibles
para analizar los datos varían desde sistemas manuales muy básicos hasta sistemas de cómputo
totalmente automatizados. Los sistemas manuales podrían consistir de tablas, gráficos y cuadros
derivados de índices promedio de inundación y lluvia. Los sistemas de cómputo pueden
incluir la gestión sofisticada de datos, modelos, pronósticos y la diseminación automatizada de
alertas. Los componentes individuales, desde los más básicos hasta los más complejos, pueden
ser combinados para responder a las necesidades y restricciones de un sistema de alerta de
crecidas en particular y muchos componentes pueden ser modificados para mejorar la eficiencia,
fiabilidad y el plazo de anticipación provisto por el sistema. Algunos de estos componentes
incluyen:
4 Control de calidad de los datos de entrada
Despliegue de datos de entrada de precipitación observada, en formato tabular o de
mapa
Despliegue de datos de nivel de agua observados, en formato tabular o gráfico
Despliegue de datos de sensores meteorológicos (por ejemplo temperatura, viento), en
formato tabular o gráfico
Alarmas visuales o audibles basadas en la intensidad de la lluvia, altura o tasa de
elevación en un sensor de nivel de agua, umbral de velocidad del viento, etc.
Modelos hidrológicos que utilizan las condiciones meteorológicas pronosticadas u
observadas en tiempo real como insumo, incluyendo lluvia observada y/o pronosticada,
y/o información de caudal
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Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas
Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas
Registros de textos y gráficos de eventos pasados en sitios específicos de aforo
Un enlace electrónico entre la oficina de manejo de emergencias y la oficina de
pronostico más cercana para intercambiar información sobre pronósticos, alertas y
condiciones actuales
Productos satelitales y de radar
Observadores meteorológicos y del caudal
La Figura 1.3 (Capítulo 1) muestra que los pronósticos son específicos a peligros, de manera
que la elaboración de un SAT de crecidas repentinas integral puede considerarse una adición
a la capacidad de pronóstico de crecidas repentinas dentro de un SAT multi-peligro existente.
Este capítulo se centra en el proceso de detección y predicción de crecidas repentinas por
medio de dos subsistemas distintos. El primero, a menudo llamado un Sistema Local de
Alerta de Inundaciones (SLAI), consiste de pluviómetros hidrometoeorológicos manuales
y/o automatizados además de algún método para recopilar y procesar sus lecturas en un sitio
central. La segunda metodología utiliza la Guía de Crecidas Repentinas (Flash Flood Guidance,
FFG). Usado por el Servicio Meteorológico Nacional de los Estados Unidos y varios otros países
del mundo, este proceso compara la relación entre la lluvia y la escorrentía para determinar
la amenaza de una crecida repentina, dada la humedad del suelo y el grado de saturación.
Recientes desarrollos han llevado a una FFG que también puede representar las influencias del
terreno local, el uso de las tierras, las condiciones del suelo y otros factores. Aunque existen
varios otros enfoques, el SLAI y la FFG son dos subsistemas robustos, sofisticados y bien
probados para el pronóstico de crecidas repentinas causadas por eventos de precipitación. El
capítulo también presentará información sobre un sistema ampliado de FFG Global (Global
FFG System, GFFGS).
Incertidumbre en la generación de pronósticos de crecidas
repentinas
El principal objetivo de un sistema de pronóstico de crecidas repentinas es generar alertas con
suficiente anticipación y exactitud para que los usuarios y encargados de emergencias tomen
las medidas apropiadas para mitigar la pérdida de vidas, de propiedades y de comercio. Si la
única base para generar alertas son los datos hidrometeorológicos, entonces los tiempos de
anticipación podrían ser tan cortos que el pronóstico sería de poco valor para los usuarios (no
olvidemos que se requiere tiempo para divulgar las alertas a los usuarios – ver Capítulo 6). Al
unir los pronósticos meteorológicos (provenientes de modelos de predicción meteorológica
globales y regionales) con modelos hidrológicos, los pronósticos de crecidas repentinas pueden
ser extendidos varias horas hacia el futuro en forma de avisos en vez de alertas, según se
discute en el Capítulo 6. Esta combinación de modelos de predicción extiende el período
de anticipación para los usuarios pero también aumenta bastante más la incertidumbre en
el pronóstico. Esto se debe a que la escasez de datos observados y los errores potenciales en
datos, las parametrizaciones (aproximaciones) de modelos hidrológicos/de crecidas repentinas
de procesos físicos y los mecanismos de los modelos (limitaciones en resolución espacial y
temporal, etc.) todos contribuyen a errores (es decir, a incertidumbre) en la exactitud de los
pronósticos.
Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas
5-3
Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas
Según se indicó anteriormente, las crecidas repentinas son fenómenos hidrometeorológicos.
Debido a la importancia de los pronósticos y datos meteorológicos para producir pronósticos
de crecidas repentinas, es muy importante que exista colaboración estrecha entre los Servicios
Meteorológicos e Hidrológicos Nacionales. Ya sea que se utilice un enfoque de SLAI o de FFG,
la integración de conocimientos y datos meteorológicos con datos, modelos y conocimientos
hidrológicos llevará a aprovechar al máximo el período de anticipación y a reducir al mínimo la
incertidumbre en las alertas y los pronósticos generados.
¿Qué contiene este capítulo?
Este capítulo hace un repaso general de varios subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas
actualmente en uso en todo el mundo. Debe ser leído por personas que requieran un
entendimiento básico de las varias opciones disponibles para desarrollar un nuevo subsistema
de pronóstico de crecidas repentinas como parte de un sistema de alerta temprana para todo
peligro o como un programa independiente. El capítulo contiene secciones sobre:
4 Los Subsistemas Locales de Alertas de Inundaciones, incluyendo sistemas manuales,
automatizados (ALERT, IFLOWS) y de alarma
El Subsistema de la Guía de Crecidas Repentinas (FFG) y el método para
determinar la FFG
El Programa de Monitorización de Crecidas Repentinas (FFMP) usado por el
USNWS
La Determinación Potencial de Crecidas Repentinas a través del Índice de Potencial
de Crecidas Repentinas (Flash Flood Potential Index, FFPI)
La Guía Global de Crecidas Repentinas (Global Flash Flood Guidance, GFFG)
desarrollado por el US Hydrologic Research Center
Breves Ejemplos de Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas, incluyendo un
sistema manual en las Filipinas, sistemas ALERT en los Estados Unidos, un sistema
en Polonia, el subsistema de la Guía de Crecidas Repentinas para Centro América
(Central American Flash Flood Guidance, CAFFG) y el Sistema Global de Alerta
de Inundaciones (Global Flood Alert System, GFAS) desarrollado en Japón. Otros
ejemplos más amplios, que muestran subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas
empotrados en SAT integrales, se presentan en el Capítulo 8.
Subsistemas locales de alertas de inundaciones (SLAI)
Los SLAI pueden ser divididos en dos categorías básicas dependiendo de cómo se recogen los
datos de pluviómetros, ya sea de forma manual (SLAI Manual) o automática (SLAIA). En
ambos casos la meta es la misma: detectar los eventos de precipitación que excedan los umbrales
con suficiente anticipación y con preparación previa para reducir al mínimo los efectos de la
crecida repentina resultante. Es bastante complicado determinar el tipo más eficaz de SLAI para
una comunidad. El tipo de sistema usado dependerá de qué tan familiarizados estén y qué tan
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Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas
Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas
cómodos se sientan los funcionarios de la comunidad con las opciones tecnológicas. Quizás su
confianza en las presentaciones hechas por proveedores o en recomendaciones de comunidades
vecinas que cuentan con un SLAI exitoso sea suficiente información para escoger un sistema.
Muy a menudo, sin embargo, las comunidades no saben que tienen opciones.
SLAI manuales
Muchos de los SLAI en funcionamiento hoy día son sistemas manuales de autoayuda
(instalados, mantenidos y utilizados por un grupo local) poco costosos y simples de operar.
El sistema manual de autoayuda consiste en un sistema local de recopilación de datos, un
coordinador comunitario de inundaciones, un procedimiento de pronóstico de inundaciones
fácil de usar, una red de comunicaciones para distribuir alertas y un plan de respuesta.
El método más sencillo y menos costoso para recolectar datos es reclutar a observadores
voluntarios para que recaben datos de lluvia y nivel de ríos/arroyos. Pluviómetros plásticos
baratos pueden ser suministrados a los observadores voluntarios, quienes reportan las cantidades
de lluvia a un coordinador comunitario de inundaciones vía teléfono fijo, teléfono celular, radio,
internet u otro canal de comunicación. El coordinador de inundaciones mantiene la red o las
redes de voluntarios.
Pluviómetros automatizados más sofisticados podrían ser necesarios en áreas remotas o en otros
casos donde no se cuente con suficientes observadores fiables. Las estaciones de aforo también
varían en sofisticación, desde limnímetros hasta sistemas de Recolección Remota Automática
Limitada (Limited Automatic Remote Collection, LARC), radios, etc.
Un centro de SMHN ocasionalmente puede dar un procedimiento de pronóstico simple y fácil
de usar a un coordinador de inundaciones del SLAI. Este procedimiento normalmente consiste
de tablas, gráficos o cuadros que utilizan lluvias observadas y/o pronosticadas y un índice de
potencial de inundación para estimar un pronóstico de inundación. Estos índices de potencial
de inundación (conocidos como Guía de Advertencia de Cabeceras) son determinados por el
SMHN y son provistos a los coordinadores. Los pronósticos de inundaciones varían, desde un
pronóstico categórico sencillo de inundación o no inundación hasta esquemas de pronóstico
que producen un valor numérico de cresta. Los pronósticos también podrían incluir el tiempo
restante antes de que se alcance la altura de inundación o la hora a la cual se alcanzará la cresta.
Aunque los reportes de pluviómetros manuales son menos propensos a errores, también son
menos capaces de proveer una alta resolución temporal en situaciones de lluvias de gran
intensidad. Típicamente es más sencillo obtener la información de intensidad de lluvia o de
acumulación de corta duración de pluviómetros automatizados.
SLAI automatizados
En las últimas dos décadas, el gran crecimiento en tecnología y la reducción en el costo de los
sistemas de microcomputadoras han resultado en la elaboración de sistemas automatizados de
alerta de inundaciones. Tres de los SLAI automatizados más sobresalientes son los sistemas de
alarma de crecidas repentinas, los ALERT y los IFLOWS.
Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas
5-5
Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas
Un SLAI automatizado está compuesto por sensores que reportan las condiciones ambientales a
una computadora en la estación base utilizando un protocolo de comunicación con plataforma
de observación y un segundo protocolo de comunicación para enviar información entre la
estación base y algún otro sistema de cómputo.
Un SLAI automatizado tiene ya sea una configuración independiente o una configuración en
red y puede consistir del siguiente equipo:
4 Pluviómetros y estaciones de aforo de reporte automático
Sistema de comunicación
Equipo automatizado de recolección y procesamiento de datos
Microprocesador
Software de pronóstico y análisis.
Según se discutió en el Capítulo 3, los pluviómetros automáticos reportan datos de lluvia a
intervalos de tiempo regulares, cuando se exceden ciertos criterios o cada vez que se vuelca
una cubeta de oscilación. Estos dos últimos casos son conocidos como muestreo de lluvia tipo
evento. De manera similar, para el nivel de río, un limnímetro puede reportar a intervalos
regulares o cada vez que se mide un cambio de nivel en un cierto incremento preseleccionado.
Los SLAI automatizados han sido diseñados, desarrollados e implantados por los SMHN y
otras agencias gubernamentales, incluyendo gobiernos estatales y locales, y por proveedores
privados; y varían en cuanto a diseño, capacidad y operación. La comunidad deberá evaluar sus
necesidades para determinar el nivel de sofisticación (y los costos asociados de adquisición y
mantenimiento del sistema) requerido. La operación de un sistema automatizado puede variar
desde un simple manómetro de alarma de crecidas repentinas que anuncia de manera audible
una inundación inminente hasta un análisis computarizado continuo de precipitación y caudal
observados acoplado a un modelo hidrológico para pronosticar niveles de inundación.
Sistema de alarma de crecidas repentinas
Un sistema de alarma de crecidas repentinas consiste de uno o varios sensores de nivel de
agua conectados a un dispositivo de alarma audible y/o visible ubicado en una agencia de
la comunidad, operando las 24 horas. Los niveles de agua que excedan uno o más niveles
predeterminados detonan la alarma. Si el sistema está configurado para detectar dos niveles
predeterminados, se puede determinar el ritmo de ascenso. El sensor de nivel de agua se fija a
un nivel de agua crítico predeterminado y se ubica a una distancia suficiente aguas arriba de una
comunidad como para brindar un tiempo de anticipación adecuado para emitir una alerta. Los
pluviómetros también pueden ser ubicados aguas arriba de una comunidad; cada pluviómetro
está prefijado con alarmas que suenan cuando se excede una cantidad de lluvia predeterminada
que causa inundaciones. Si la amenaza de una crecida repentina está relacionada con la
urbanización, como es frecuente, los pluviómetros deberían estar ubicados tanto dentro del área
propensa a inundaciones así como aguas arriba. Muchas crecidas repentinas urbanas son creadas
por precipitación que cae dentro del entorno urbano. La comunicación entre el o los sensores y
la estación base puede ser vía radio o teléfono.
5-6
Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas
Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas
Evaluación local automatizada en tiempo real (Automated
Local Evaluation in Real Time, ALERT)
El sistema ALERT fue primeramente desarrollado en la década de 1970 por el Centro de
Pronósticos Fluviales de California-Nevada en Sacramento, California (Departamento de
Comercio de los Estados Unidos. 1997a) y consiste de sensores meteorológicos e hidrológicos
automatizados de reporte de eventos, equipo de comunicación así como software y hardware
de cómputo. En su forma más sencilla, los sensores de ALERT transmiten señales codificadas,
generalmente a través de radios de frecuencia muy alta (VHF) y de frecuencia ultra alta (UHF),
a una estación base, a menudo por medio de uno o más sitios de relevo o de repetidoras de
radio. La estación base, que consiste en equipo receptor de radio y un microprocesador que
corre software ALERT, recopila estas señales codificadas y las procesa convirtiéndolas en
información hidrometeorológica significativa. La información procesada puede ser mostrada en
una pantalla de computadora según varios criterios preestablecidos, con alarmas tanto visuales
como audibles que se activan al alcanzar estos criterios. Algunos sistemas tienen la capacidad de
notificar automáticamente a individuos o iniciar otras acciones programadas cuando se exceden
los criterios preestablecidos. También, los datos observados pueden alimentar un modelo de
lluvia-escorrentía para producir pronósticos. El grupo de Usuarios de ALERT es una excelente
fuente de aprendizaje sobre la tecnología ALERT (http://www.alertsystems.org).
Las redes de ALERT generalmente son sistemas independientes financiados y respaldados
localmente. Muchos sistemas ALERT son propiedad de o son mantenidos por más de una
organización participante, donde cada participante posee o mantiene una pequeña porción
de todo el sistema. Estos sistemas son relativamente costo-eficientes. Un nuevo sitio de
sensores puede ser instalado por unos pocos miles de dólares estadounidenses. Los únicos
costos recurrentes son para el mantenimiento del sitio y de los sensores (ignorado con mucha
frecuencia). El Apéndice C ofrece un panorama integral de ALERT, incluyendo sus fortalezas y
debilidades.
Sistema integrado de observación y alerta de inundaciones
(Integrated Flood Observing and Warning System, IFLOWS)
Según han señalado Gayl (1999) y el U.S. Weather Service Hydrology Handbook No. 2 (1997b),
el NWS de los Estados Unidos apoya una aplicación de redes y software de cómputo diseñada
para ayudar a los servicios de emergencia estatales y locales así como a las oficinas del NWS a
detectar y manejar los eventos de crecidas repentinas. El software recibe y disemina datos desde
una red de sensores en tiempo real, mayormente pluviómetros, que cubre parte de la región este
de los Estados Unidos y es capaz de mostrar datos de pluviómetros, fijar alarmas e intercambiar
mensajes de texto con otros usuarios de la red. El sistema como un todo es conocido como el
Sistema Integrado de Observación y Alerta de Inundaciones (IFLOWS). El sistema es bastante
anticuado, pero es útil aquí como ejemplo de un enfoque que ha sido exitoso.
IFLOWS es una alianza de costo compartido entre agencias gubernamentales federales,
estatales y locales. Las redes de IFLOWS actualmente recopilan datos de más de 1000
pluviómetros en todo el noreste de los Estados Unidos. El sitio web de IFLOWS es http://
www.afws.net. IFLOWS puede ser visto como una red a nivel de toda el área de sistemas
Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas
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Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas
tipo ALERT con capacidad mejorada e integral de comunicación de doble vía (voz, datos y
texto). Si se quisiera, IFLOWS puede ser configurado como un sistema independiente para
una comunidad local puesto que la tecnología de sensores para las redes IFLOWS y ALERT
es básicamente la misma. Pero los sistemas ALERT normalmente son preferidos como un
sistema independiente. El desarrollador potencial de un SLAI, durante la fase de diseño, debería
considerar la configuración de la red junto con sus costos y capacidades asociadas en toda el
área así como la configuración independiente junto con sus capacidades locales.
El Apéndice C también hace un repaso integral de IFLOWS, incluyendo sus fortalezas y
debilidades.
Puntos importantes a recordar sobre los sistemas locales
de alerta de inundaciones (SLAI)
4Los SLAI manuales y los automatizados tienen la misma meta: detectar los eventos de
precipitación que excedan umbrales con suficiente anticipación y con preparación previa
para reducir al mínimo los efectos de la crecida repentina resultante por medio de
alertas oportunas.
Los sistemas manuales de autoayuda (compuestos por un sistema local de recopilación
de datos, un coordinador comunitario de inundaciones, un procedimiento de
pronóstico de inundaciones, una red de comunicaciones para distribuir alertas y un
plan de respuesta) son poco costosos y simples de operar pero podrían no tener la mejor
resolución temporal requerida para intensidades de lluvia y acumulaciones de corta
duración.
Un sistema de alarma de crecidas repentinas consiste de uno o más sensores de nivel de
agua conectados a un dispositivo de alarma audible y/o visible ubicado en la agencia de
la comunidad, operando las 24 horas.
Un SLAI automatizado (sistemas de alarma de crecidas repentinas, ALERT o
IFLOWS) tiene una configuración ya sea independiente o en red y puede consistir del
siguiente equipo: pluviómetros y estaciones de aforo de reporte automático, un sistema
de comunicaciones, equipo automatizado de recolección y procesamiento de datos, un
microprocesador (la estación base) y software de análisis y pronóstico.
IFLOWS es una red a nivel de área de sistemas tipo ALERT con capacidad mejorada e
integral de comunicaciones de doble vía (voz, datos y texto).
Subsistema de la guía de crecidas repentinas
La Guía de Crecidas Repentinas (FFG) es definida como una estimación numérica de la
lluvia promedio sobre un área específica y una duración de tiempo necesaria para iniciar
inundaciones de pequeños arroyos. La Guía de Crecidas Repentinas en los Estados Unidos es
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Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas
Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas
expresada en unidades de pulgadas por duraciones de 1, 3 y 6 horas. Para esta definición, el
término “pequeños arroyos” se refiere a aquellos arroyos que drenan áreas de pequeñas cuencas.
Generalmente las crecidas repentinas ocurren en cuencas de menos de 30 millas cuadradas
de área (menos de 77 km2) y a menudo en cuencas considerablemente más pequeñas. Como
ejemplo, si la Guía de Crecidas Repentinas de 3 horas es de 1,50 pulgadas (38 mm), entonces
una inundación debe comenzar en pequeños arroyos si la precipitación supera esa cantidad en
un período de 3 horas.
Método para determinar la FFG
La FFG es una cantidad estimada de lluvia controlada por el estado actual de la humedad del
suelo y el umbral de escorrentía. El umbral de escorrentía o ThreshR es la escorrentía necesaria
para iniciar una inundación. Es un valor fijo basado en características geográficas e hidrológicas
de la cuenca o del canal del arroyo.
El estado de humedad
del suelo cambia
continuamente
dependiendo de
procesos de pérdidas y
ganancias. Las ganancias
en humedad provienen
de la precipitación y el
deshielo mientras que
las pérdidas resultan
de evapotranspiración,
escorrentía y percolación
hacia suelos profundos
o un acuífero. Una
estimación del estado
de humedad del suelo es
usada en los modelos de
pronóstico de ríos que
se corren en los Centros
de Pronósticos Fluviales
Figura 5.1 Curvas de lluvia (profundidad) vs. escorrentía (tasa de
(River Forecast Centers, descarga)
RFC) del NWS de los
Estados Unidos. Al utilizar el modelo lluvia-escorrentía, la lluvia y el estado de la humedad
del suelo son los aportes para calcular la escorrentía. El cálculo de la guía de crecidas repentinas
funciona en dirección contraria. El umbral de escorrentía y el estado actual de la humedad del
suelo son los aportes para calcular la cantidad de lluvia necesaria para iniciar una inundación.
Esta cantidad de lluvia calculada es la guía de crecida repentina. La Figura 5.1 ilustra una
relación típica entre lluvia y escorrentía para tres duraciones de tiempo.
En los Estados Unidos, los RFC regularmente producen curvas de lluvia-escorrentía para cada
cuenca modelada. Los cambios en la humedad del suelo debido a una lluvia o deshielo reciente
Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas
5-9
Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas
son incluidos en los modelos que producen estas curvas. Cuando cambian las condiciones del
suelo, cambiará la relación lluvia-escorrentía.
El umbral de escorrentía para una cabecera es el caudal a la altura de inundación dividido
entre el pico del hidrograma unitario para una duración especificada. El hidrograma unitario
relaciona una pulgada de escorrentía
sobre una cuenca especificada
con un volumen de escorrentía a
intervalos de tiempo especificados
según se muestra en la Figura 5.2. El
caudal a la altura de inundación es
determinado a partir de la curva de
gastos proveniente de la estación de
aforo. La curva de gastos relaciona
la profundidad vertical del agua en
el arroyo con el caudal (volumen por
unidad de tiempo).
El cálculo del umbral de escorrentía
para áreas es menos directo. Puesto
Figura 5.2 Hidrograma unitario hipotético con altura de
que típicamente estos no son
inundación
arroyos aforados, no hay alturas de
inundación y no hay curvas de gastos para simplemente determinar los caudales a las alturas
de inundación. En vez de altura de inundación, el nivel de cauce lleno puede ser determinado a
partir de levantamientos de campo de varios arroyos no aforados.
El nivel de cauce lleno es la
profundidad del agua en el canal a
la cual comienza una inundación.
La Figura 5.3 muestra la altura de
inundación/cauce lleno y el umbral
de escorrentía con agua en el arroyo.
El pico del hidrograma unitario
debe ser determinado empíricamente
utilizando características físicas de la
cuenca no aforada.
Una vez calculado el valor de
ThreshR, y utilizando curvas de
lluvia/escorrentía, es posible calcular
cuánta lluvia producirá este umbral
de escorrentía. Esta cantidad
de lluvia es la Guía de Crecidas
Repentinas (FFG). Note que tanto
5-10
Inundación/
Nivel de cauce lleno
Nivel de agua actual
Umbral de escorrentía
©The COMET Program
Figura 5.3 Umbral de escorrentía (ThreshR)
Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas
Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas
los valores de ThreshR como las curvas de lluvia-escorrentía son derivados de parámetros
promediados en la cuenca. Por lo tanto, la resultante Guía de Crecidas Repentinas también
reflejará valores a nivel de la cuenca.
Curvas de Lluvia vs. Escorrentía del Modelo de Escorrentía
pdas.
Escorrentía
Por ejemplo, la Figura 5.4
indica al lector que si el
valor ThreshR de 1 hora
es de 0,50 pulgadas (13
mm), entonces el valor de
0,50 pulgadas resultará de
una lluvia de cerca de 1,80
pulgadas (46 mm). Esta
cantidad de 1,80 pulgadas
es la Guía de Crecidas
Repentinas de 1 hora para
la cuenca.
Como las curvas ThreshR
y de lluvia-escorrentía
FFG de 1 h
son producidas para
cada cuenca, la guía de
cabecera es la Guía de
Crecidas Repentinas
Lluvia
©The COMET Program
que aplica a cada cuenca
entera. Es válida a la salida Figura 5.4 Utilización de ThreshR para determinar la FFG
de la cuenca y es expresada
como una profundidad de lluvia por tiempo, por ejemplo, 2,50 pulgadas (64 mm) en 3 horas.
Es deseable tener una representación cuadriculada de FFG para usar en modelos, herramientas
de software y para comparar con estimaciones de precipitación cuadriculadas derivadas del
radar. Técnicas recién desarrolladas para derivar la FFG
cuadriculada ahora incluyen una mejor representación de
ecuerde
las propiedades físicas de las variables y las características de
Para utilizar de manera efectiva
escorrentía de cada celda individual de la malla.
R
las estimaciones de lluvia de
radares, se requiere una FFG en
El Sistema de la Guía de Crecidas Repentinas (FFG) fue
la misma escala de malla espadiseñado para ser independiente de cualquier modelo de
cial que los datos del radar.
lluvia-escorrentía. La FFG obtiene todas las condiciones
de humedad del suelo como curvas de lluvia-escorrentía
generadas en el sistema de pronóstico de los RFC donde
residen los modelos de lluvia-escorrentía. Dependiendo de la disponibilidad de datos de
precipitación, el sistema de pronóstico puede actualizar las condiciones de humedad del suelo
cada seis horas y, así mismo, el sistema de la FFG puede computar la guía de crecidas repentinas
cada seis horas.
Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas
5-11
Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas
Existen tres formas de computar y mostrar la Guía de Crecidas Repentinas usadas actualmente
por el Servicio Meteorológico Nacional de NOAA. Éstas son:
4 Guía de cabecera
Guía sobre malla
Guía de condado
La Guía de cabecera,
mostrada en la Figura
5.5, es la Guía de
Crecidas Repentinas
para un punto a la
salida de la cuenca.
En otras palabras, es
la lluvia promediada
por cuenca necesaria
para producir una
inundación a la
salida de la cuenca.
Típicamente es
mostrada en forma
tabular.
La Guía sobre
malla es la Guía de
Crecidas Repentinas
presentada en un
sistema de celdamalla. Representa la
lluvia requerida en
cada celda de la malla
Figura 5.5 Guía de crecidas repentinas de cabeceras para períodos de 1,
para producir una
3 y 6 horas
inundación. La malla
usada actualmente por
el National Weather Service es HRAP (Hydrologic Rainfall Analysis Project) con un tamaño
de celda-malla de aproximadamente 4x4 kilómetros, igual que las estimaciones en malla de la
lluvia de radar. La Figura 5.6 muestra los valores en malla de la Guía de Crecidas Repentinas
para la cuenca del Missouri. Aunque este es un producto “cuadriculado”, cada cuadrícula en
una cuenca tiene el mismo valor de la “cuenca”.
La Guía de condado es el promedio de la Guía de Crecidas Repentinas dentro de un condado
o unidad político-administrativa similar. Puesto que se deriva del promedio de la Guía de
Crecidas Repentinas en malla dentro de esa unidad, su valor podría incluir regiones del
condado que tienen valores de Guía de Crecidas Repentinas en malla diferentes. Desde la
perspectiva hidrológica, esto podría no ser deseable ya que los valores promediados por condado
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Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas
Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas
Guía de Crecidas Repentinas en malla de 3 horas para la cuenca del Missouri
pdas
NOAA
Figura 5.6 Guía de crecidas repentinas en malla para la cuenca del Río Missouri
podrían uniformar detalles de pequeña escala en la Guía de Crecidas Repentinas en malla.
Así, aunque sea un formato conveniente para comprender la Guía de Crecidas Repentinas, las
fronteras del condado se basan en fronteras políticas y no en propiedades hidrológicas y por lo
tanto pueden ser engañosas.
Modelos distribuidos: ¿el futuro?
La disponibilidad de estimaciones operativas de precipitación con una alta resolución espacial
y temporal provenientes de radares meteorológicos corregidos por pluviómetros y los aumentos
sustanciales en la potencia de las computadoras permiten ahora modelar la escorrentía en
muchísimo mayor detalle. Un modelo de cómputo debe poder representar la interacción entre
la lluvia intensa y las propiedades de la cuenca que influyen en la escorrentía. Como las crecidas
repentinas son de pequeña escala, para modelar los procesos físicos se requiere de una alta
resolución tanto en espacio como en tiempo. Los modelos de escorrentía distribuidos capturan
los detalles de la lluvia, las características del suelo y el uso de la tierra a una escala sumamente
fina. En el modelado distribuido, las características de la escorrentía son modeladas con base en
una celda de la malla o una cuenca hidrográfica, dando una descripción mucho más detallada
del caudal fluvial con el paso del tiempo que la que puede proporcionar la FFG. La Guía
de Crecidas Repentinas es una buena herramienta para alertar sobre una inminente crecida
repentina pero no transmite la magnitud de la crecida repentina. Un modelo distribuido, si está
bien calibrado y con buenas ECP de radar de alta resolución y de alta calidad, potencialmente
podría predecir exitosamente el caudal y el nivel máximo específico para una cuenca de 100
km2, o sea, se puede modelar la escorrentía en la misma escala que una tormenta convectiva, lo
cual es muy importante para pronosticar crecidas repentinas.
Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas
5-13
Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas
Se han estado formulando varios modelos distribuidos como resultado de la llegada de las
bases de datos distribuidas de SIG sobre las características del suelo y de la superficie terrestre.
Carpenter y otros (2001), Ogden y otros (2001), Beven (2002) y Smith y otros (2004a)
brindan reseñas recientes sobre el modelado hidrológico distribuido y temas que rodean su
posible uso en pronósticos operativos. La importante influencia de las incertidumbres de las
ECP y los errores de los modelos en la ocurrencia a pequeña escala de crecidas repentinas han
obstaculizado la utilización de modelos distribuidos para los pronósticos operativos hasta ahora.
No obstante, los modelos distribuidos prometen brindar información y visión adicional sobre
las condiciones hidrológicas en sitios con insuficientes observaciones de caudales fluviales.
Conforme avanza la ciencia del modelado distribuido y mejora la calidad del insumo de datos,
el enfoque del modelado distribuido probablemente reemplazará a la FFG.
Puntos importantes a recordar sobre la guía de crecidas
repentinas
4La Guía de Crecidas Repentinas (FFG) es definida como una estimación numérica de
la lluvia promedio sobre un área específica y una duración de tiempo requerida para
iniciar la inundación de pequeños arroyos.
4La FFG es controlada por la condición de la humedad del suelo y el umbral de
escorrentía (ThreshR) y por lo tanto el impacto de la pendiente, la textura del suelo y el
uso de la tierra podrían no estar representados adecuadamente.
4El valor de ThreshR representa la cantidad de escorrentía requerida para inducir la
inundación en pequeños arroyos.
4Las curvas de lluvia-escorrentía son computadas por modelos regularmente para cada
cuenca porque los cambios en la humedad del suelo causados por la reciente lluvia o
deshielo afectarán estas curvas.
4Existen tres formas de computar y mostrar la Guía de Crecidas Repentinas que
actualmente utiliza el NWS de NOAA. Estas son:
–Guía de cabecera
– Guía sobre malla
– Guía de condado
4Conforme avance la ciencia del modelado distribuido, el enfoque del modelado
distribuido probablemente reemplazará a la Guía de Crecidas Repentinas.
Monitorización y predicción de crecidas repentinas (Flash
Flood Monioring and Prediction, FFMP)
El Sistema de Monitorización y Predicción de Crecidas Repentinas (FFMP) del NWS de los
Estados Unidos es una gama integrada de aplicaciones multi-sensor que detecta, analiza y
vigila la precipitación y genera una guía de alerta de corto plazo en apoyo de las operaciones
de pronóstico de crecidas repentinas. La meta del FFMP es dar a los pronosticadores una guía
precisa, oportuna y consistente y complementar la vigilancia de eventos por el pronosticador
5-14
Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas
Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas
con la vigilancia automatizada de eventos y con múltiples sensores. Su exactitud depende de
insumos precisos de lluvia y de la FFG. Los beneficios pretendidos son:
4 Mayor tiempo de anticipación para eventos alertados
Menos eventos fallidos
Alertas más específicas
Mayor sensibilización de la situación por el pronosticador
Menor fatiga del pronosticador durante situaciones de alerta
El software de Monitorización y Predicción de Crecidas Repentinas (FFMP) desplegado a
nivel nacional por el National Weather Service brinda una guía para emitir alertas de crecidas
repentinas. La Lluvia Promedio de la Cuenca (Average Basin Rainfall, ABR), basada en
estimaciones de lluvia del Radar Meteorológico Doppler 1988 (WSR-88D), es comparada con
la Guía de Crecidas Repentinas (FFG) para determinar el riesgo y la severidad de las crecidas
repentinas.
La FFMP realiza sus análisis de la precipitación en un “mundo de cuencas”, o sea que todos los
cálculos son para áreas de pequeñas cuencas. Al integrar perfectamente la información sobre
crecidas repentinas, los pronosticadores del NWS pueden interpretar la amenaza hidrológica
dentro del contexto del caso meteorológico en evolución. Por ejemplo, un pronosticador de
alertas puede vigilar el inicio y el movimiento de tormentas eléctricas con mucha precipitación
(según se detectan en observaciones de radar, satélite y rayos) en y alrededor de cuencas
fluviales de pequeña escala. Esta información, combinada con estimaciones cuantitativas de
la precipitación de corto plazo (también representadas en mapas de cuencas fluviales), puede
aumentar los tiempos de anticipación y puede identificar de manera más precisa las áreas
amenazadas por las crecidas repentinas (Davis 1998).
La FFMP presenta tres herramientas básicas para detectar crecidas repentinas en desarrollo. La
primera herramienta es una “capa base” en SIG de cuencas hidrográficas de crecidas repentinas
delineadas por todas las oficinas del National Weather Service estadounidense, incluyendo
aquellas en Alaska, Hawaii, Guam y Puerto Rico. Esta capa base de cuencas hidrográficas
fue creada por el proyecto National Basin Delineation (NBD) en el Laboratorio Nacional de
Tormentas Severas de EEUU (Cox y otros, 2001). La segunda herramienta son los datos de
ABR computados cada cinco minutos para cada cuenca hidrográfica en la capa base utilizando
estimaciones de lluvia provenientes de los WSR-88D. La tercera herramienta es la Tasa de ABR,
la cual es una tasa horaria basada en la estimación más actualizada de ABR de 5 minutos.
Ambas herramientas, ABR y la Tasa de ABR, fueron desarrolladas en la oficina del NWS en
Pittsburgh, Pennsylvania en el proyecto de Lluvia Media Areal Estimada para Cuencas (Areal
Mean Basin Estimated Rainfall, AMBER) (Davis y Jendrowski 1996).
Determinación del potencial de crecidas repentinas
Las crecidas repentinas típicamente están asociadas a una alta intensidad de lluvias en
cuencas hidrológicamente sensibles. Incluso en condiciones de suelos secos, las características
Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas
5-15
Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas
hidrológicas de la cuenca pueden ser las condiciones más importantes. La sensibilidad
hidrológica de una cuenca es influenciada por características del terreno, cobertura del suelo,
tipo de suelo, geología y uso del suelo. Varios programas y herramientas en uso en el NWS de
EEUU ayudan a los pronosticadores a evaluar el potencial de una crecida repentina y a alterar la
FFG para que sea más representativa de las condiciones locales. Estos son:
4 El Índice del Potencial de Crecidas Repentinas (Flash Flood Potential Index, FFPI),
utilizado mayormente en la parte oeste semiárida de los Estados Unidos
La Guía de Crecidas Repentinas en Malla Mejorada (Gridded Flash Flood Guidance,
GFFG), utilizada operativamente en todos los RFC de la región sur del NWS
La Guía de Crecidas Repentinas Inducidas, que permite al usuario de la FFMP alterar
los valores de la FFG para cuencas específicas.
Por ejemplo, en el oeste de los Estados Unidos, las crecidas repentinas frecuentemente ocurren
en áreas de cañones con cuencas de drenaje muy pequeñas y son producto de tormentas
aisladas. En distancias cortas, las características del suelo cambian significativamente entre áreas
donde las crecidas repentinas son poco probables y áreas donde siempre existe la amenaza de
crecidas repentinas sin importar el historial reciente de lluvias. Los esfuerzos por determinar
con precisión la amenaza de crecidas repentinas para cada cuenca (y celda de la malla) se ven
actualmente dificultados por el estado de desarrollo de los modelos distribuidos según se indicó
anteriormente y también por valores no representativos de FFG para áreas con características
geográficas bastante variables. Un enfoque para derivar una amenaza significativa de crecidas
repentinas para cuencas con parámetros geográficos altamente variables es el Índice del
Potencial de Crecidas Repentinas (FFPI) desarrollado por la Región Oeste del National
Weather Service. Un FFPI estático fue derivado para cada cuenca en el oeste de EEUU para
complementar la FFG incorporando información sobre el potencial relativo de crecidas repentinas
para cada una de las cuencas de la FFMP. La FFG modificada asociada puede llevar a mejores
productos provenientes de la FFMP. Una descripción completa del FFPI se presenta en el
Apéndice D.
Puntos importantes a recordar sobre FFMP y FFPI
4El software de Monitorización y Predicción de Crecidas Repentinas (FFMP) desplegado
a nivel nacional por el National Weather Service de EEUU brinda a los pronosticadores
una guía para emitir alertas de crecidas repentinas. La Lluvia Promedio de la Cuenca
(ABR), basada en estimaciones de lluvia derivadas de radares, es comparada con la Guía
de Crecidas Repentinas (FFG) para determinar el riesgo y la severidad de las crecidas
repentinas.
4La FFG a menudo no captura las características localizadas y altamente variables de
la cuenca, que son importantes para evaluar la amenaza de una crecida repentina. Los
programas y herramientas tales como FFPI, GFFG y FFG Inducida pueden ayudar a
complementar y modificar la FFG.
5-16
Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas
Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas
Sistema global de guía de crecidas repentinas (Global Flash
Flood Guidance System, GFFGS)
El Hydrologic Research Center (HRC), una corporación de beneficio público sin fines de lucro
ubicada en San Diego, California, ha desarrollado un concepto para la implantación de un
Sistema de Guía de Crecidas Repentinas con Cobertura Global (GFFGS) que puede ser usado
como una herramienta de diagnóstico por los servicios meteorológicos e hidrológicos nacionales
(SMHN) y por agencias de manejo de desastres en todo el mundo para generar alertas de
crecidas repentinas (OMM 2007). El propósito tras esta iniciativa es mejorar la respuesta a nivel
mundial por parte de gobiernos federales, estatales y locales, organizaciones internacionales,
organizaciones no gubernamentales, el sector privado y el público en general ante la ocurrencia
de crecidas repentinas. Los asociados al HRC en esta iniciativa incluyen a la OMM, NOAA
y USAID/OFDA. Este sistema está diseñado para ser incorporado a las operaciones de un
SMHN y usado junto con otros datos, sistemas, herramientas y conocimiento local existentes
para ayudar a determinar el riesgo a corto plazo de una crecida repentina en pequeños arroyos y
cuencas. El sistema puede ser usado en modo de tiempo real o en modo de pronóstico cuando
se utilizan sus productos de salida junto con los pronósticos de precipitación de la Predicción
Numérica del Tiempo, o PNT (Numerical Weather Prediction, NWP).
El sistema está disponible a los SMHN como una herramienta de diagnóstico para analizar
eventos relacionados con el tiempo que pueden iniciar crecidas repentinas (por ejemplo, lluvias
fuertes, lluvia en suelos saturados) y entonces hacer una rápida evaluación del potencial de
una crecida repentina en un sitio. El sistema está diseñado para permitir al pronosticador
agregar su experiencia con las condiciones locales e incorporar otros datos e información (por
ej., productos de salida de la PNT) y cualquier observación local de último minuto (por ej.,
datos de medición no tradicional) para evaluar la amenaza de una crecida repentina local. Las
evaluaciones de la amenaza de crecidas repentinas son determinadas con base en estimaciones
de precipitación de una y de seis horas para cuencas de 100-300 km2 en tamaño. Las
estimaciones de precipitación satelitales son usadas junto con datos disponibles de pluviómetros
in situ en la región para obtener estimaciones corregidas por sesgo del volumen actual de lluvia
(ECP) sobre la región. Estos datos de precipitación también son usados para actualizar las
estimaciones de humedad del suelo.
Los elementos técnicos importantes del sistema de la Guía de Crecidas Repentinas son:
4 Desarrollo y uso del campo de estimación de precipitación satelital corregida por sesgo
4 Uso del modelado hidrológico de base física para determinar la Guía de Crecidas
Repentinas y la amenaza de una crecida repentina
Los elementos del sistema pueden ser aplicados en cualquier parte del mundo, según ha sido
demostrado exitosamente con el sistema de la Guía de Crecidas Repentinas para Centro
América, o CAFFG (Central America Flash Flood Guidance), actualmente en operación para
cada uno de los siete países en la región centroamericana: Panamá, Costa Rica, Nicaragua, El
Salvador, Honduras, Guatemala y Belize. El sistema también está en operación en el Sureste
de Asia (llamado MRCFFG) para los países de Camboya, RDP Lao, Tailandia y Vietnam. Su
Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas
5-17
Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas
implantación avanza en el sur de África para los países de Botswana, Malawi, Mozambique,
Namibia, República de Sudáfrica, Zambia y Zimbabue.
Las estimaciones en tiempo real de datos de precipitación de alta resolución provenientes de
satélites ahora están a disposición de manera rutinaria en todo el mundo. El GFFGS usa el
HidroEstimador Global de NESDIS/NOAA para la lluvia de satélite debido a su disponibilidad
y sus demoras relativamente menores. El sistema debe ser alimentado con datos de pluviómetros
in situ para poder ajustar sesgos de las estimaciones de precipitación basadas en datos satelitales.
Puesto que la densidad de estas redes de pluviómetros varía en todo el mundo, el sistema integra
incertidumbre de datos como parte de las computaciones para fines de confiabilidad. Así, entre
menor la densidad de los datos, mayor la incertidumbre en las cantidades de precipitación
estimada y en los valores de la Guía de Crecidas Repentinas. De manera que los valores de la
Guía de Crecidas Repentinas tendrán una alta incertidumbre donde la densidad sea baja y una
baja incertidumbre cuando la densidad sea alta. Sin embargo, el pronosticador/operador del
sistema evalúa sólo la probabilidad de ocurrencia de una crecida repentina, no una cantidad
determinista. Para mantener al mínimo las diferencias por sesgo, el enfoque de precipitación
basado en datos satelitales utiliza métodos modernos de filtrado adaptativo que rastrean
cambios de sesgo en tiempo real.
Las bases de datos globales digitales de elevación de terrenos y los sistemas de información
geográfica pueden ser utilizados para delinear pequeñas cuencas y su topología de redes de
arroyos en cualquier parte del mundo. Además, existen bases de datos espaciales globales de
suelos y cobertura de suelos para apoyar la elaboración de modelos de contabilidad de humedad
del suelo de base física.
Es posible establecer uno o más Centros de Datos, Comunicaciones y Análisis de Datos globales
que procesen los datos e información existente histórica y en tiempo casi real para producir
estimaciones de la Guía de Crecidas Repentinas, un parámetro que puede ser utilizado para
desarrollar alertas de crecidas repentinas. Estos centros pueden estar enlazados a una red de
centros regionales en todo el mundo a través de redes globales de comunicaciones que a su vez
pueden diseminar la información a los SMHN en países sin o con poca capacidad local en
alerta de crecidas repentinas. Estos servicios nacionales producirían entonces alertas de crecidas
repentinas utilizando los datos e información divulgados desde los centros y cualquier otro dato
o información local a su disposición.
Puntos importantes a recordar sobre el sistema global
de guía de crecidas repentinas (GFFGS)
4El Hydrologic Research Center (HRC), ubicado en San Diego, California en los
Estados Unidos, ha desarrollado un Sistema de Guía de Crecidas Repentinas con
Cobertura Global (GFFGS) que puede ser utilizado como una herramienta de
diagnóstico por los SMHN y las agencias de manejo de desastres a nivel mundial para
producir alertas sobre crecidas repentinas.
5-18
Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas
Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas
4Las evaluaciones de amenazas de crecidas repentinas son realizadas en escalas de tiempo
de una y seis horas para cuencas de 100-300 km2 en tamaño.
4Las estimaciones de precipitación con datos de satélites son usadas junto con datos
disponibles de pluviómetros in situ en la región para obtener estimaciones corregidas
por sesgo del volumen de lluvia actual sobre la región.
4Los datos de precipitación también son usados para actualizar estimaciones de humedad
del suelo.
4El sistema está diseñado para permitir al pronosticador local agregar su experiencia
con las condiciones locales e incorporar otros datos e información (por ej., productos
de salida de la PNT) y cualquier observación local de último minuto (por ej., datos de
medición no tradicional) para evaluar la amenaza de una crecida repentina local.
4El GFFGS puede ser aplicado en cualquier parte del mundo, según ha sido demostrado
exitosamente con el sistema de la Guía de Crecidas Repentinas para Centro América,
o CAFFG, actualmente en operación para cada uno de los siete países en la región
centroamericana y el sistema MRCFFG en el Sureste de Asia.
Ejemplos del subsistema de pronóstico de crecidas
repentinas
Según se señaló con anterioridad, los subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas pueden
ser divididos en dos categorías amplias según la forma de detectar y pronosticar crecidas
repentinas. La primera categoría son los sistemas locales de alerta de inundaciones (SLAI),
basados principalmente en pluviómetros y estaciones de aforo estratégicamente instalados.
El segundo enfoque, los sistemas de Guía de Crecidas Repentinas (FFG), se basan en una
combinación de pluviómetros in situ, datos de percepción remota (tales como estimaciones
satelitales de lluvia y estimaciones de precipitación de radares) y a veces en modelos hidrológicos
y pronósticos de lluvia provenientes de modelos atmosféricos. Los siguientes pocos ejemplos
breves son representativos pero de ninguna manera son una compilación integral de los muchos
subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas en uso actualmente. Algunos ejemplos que
describen en mayor detalle los subsistemas de pronóstico, junto con sus asociados Sistemas de
Alerta Temprana integrales, se presentan en el Capítulo 8.
Sistemas manuales de alerta local de crecidas repentinas
Dinalupihan y Hermosa, Filipinas
Un esquema de alertas de inundaciones/crecidas repentinas fue establecido en los municipios de
Dinalupihan y Hermosa en la Provincia de Bataan para ayudar a mitigar los efectos desastrosos
de las inundaciones, mayormente debidas a tifones. El sistema es una medida de mitigación de
desastres por inundaciones no estructurada (no hay represas ni diques involucrados) que incluye
la vigilancia hidrológica (observación de niveles de ríos), recolección de información, alertas
de inundaciones basadas en el nivel de ríos y la tasa de elevación y las fases de preparación y
Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas
5-19
Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas
respuesta a desastres según aplican a una localidad o a un área de sub-cuenca dentro de ambos
pueblos.
El sistema está compuesto por un conjunto de limnímetros (medidores de nivel de agua o nivel
de río) instalados estratégicamente dentro del área meta. Los instrumentos son usados como
marcadores de referencia para que la comunidad vigile durante épocas de tiempo inclemente.
Los niveles de evaluación en el área transversal del río donde se encuentran los limnímetros son
usados como niveles para que la comunidad responda y tome las acciones apropiadas cuando
exista una posibilidad de inundación/crecida repentina. Los niveles fueron arbitrarios al inicio
pero ahora son ajustados con base en las evaluaciones realizadas después de cada evento de
inundación para considerar los posibles cambios debido a los efectos de la sedimentación y el
enlodamiento (agradaciones) o degradaciones del lecho de los ríos.
Personal de la comunidad (Barangay) u observadores voluntarios leen los limnímetros a lo largo
de un evento de precipitación. Equipos de radiocomunicación dedicados o teléfonos celulares
son utilizados para intercambiar datos e información durante este tiempo. El pronóstico de
una próxima perturbación meteorológica puede ser provisto por la Administración Filipina de
Servicios Atmosféricos, Geofísicos y Astronómicos (Phillipine Atmospheric , Geophysical and
Astronomical Services Administration, PAGASA) como insumo inicial, pero la comunidad aún
así realiza la vigilancia del sistema. El personal de la comunidad o los voluntarios emiten una
alerta de inundación localizada (por medio de una campana o alarma) cuando la sección del río
bajo vigilancia haya alcanzado el nivel de río designado.
Aunque es una instalación bastante sencilla, el sistema es una forma de enfrentar los efectos de
las inundaciones en el área usando un medio de mitigación no estructurado que involucra la
participación de la comunidad. Red de estaciones
Un total de 9 sitios de vigilancia de nivel de río fueron establecidos en el área meta, en los
municipios de Dinalupihan y Hermosa. Los sitios fueron determinados y los instrumentos
fueron instalados por personal de la Autoridad de Desarrollo y Conversión de Bases (Bases
Conversion and Development Authority, BCDA) en coordinación con las Unidades de
Gobierno Locales (Local Government Units, LGU) de ambos pueblos. Para simplificar los
requisitos estructurales, los limnímetros fueron instalados en las pilas de puentes o en diques en
ríos según se muestra en la Figura 5.7. Sistemas automatizados de evaluación local en tiempo real
(ALERT)
Las redes de ALERT abundan en los Estados Unidos y en varios otros países. En los EEUU
existe un grupo organizado de usuarios de ALERT que se esfuerza por conectar muchas de las
redes locales de ALERT intercambiando ideas y tecnologías. ALERT comenzó en los EEUU,
pero también se utiliza a nivel internacional. Algunos otros países incluyen:
4 Argentina
4 Australia
5-20
Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas
Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas
4 China
4 España
4 India
4 Indonesia
4 Jamaica
Como ya se
mencionó,
un
grupo de ALERT
generalmente
vigila los
pronósticos
provenientes de
la oficina local
de
pronóstico del
servicio
Figura 5.7 Típico limnímetro manual en el SLAI de Filipinas
meteorológico
además de
datos de su red de pluviómetros y estaciones de aforo. Cuando las cantidades o intensidades
específicas de lluvia son recibidas, alertas son emitidas para su jurisdicción. El sitio web del
Condado de Maricopa, Arizona: http://www.fcd.maricopa.gov/Rainfall/links.aspx contiene
enlaces a muchos de los sistemas de ALERT en los Estados Unidos. A continuación se presentan
discusiones breves de dos sistemas.
Sistema de notificación
y representación
cartográfica de
inundaciones en tiempo
real de Fort Collins,
Colorado
Este sistema integra el modelado
de la escorrentía hidrológica e
hidráulica con las operaciones de
emergencia en un sistema amigable
al usuario y de orientación gráfica.
Se basa en una red local telemétrica
de vigilancia de inundaciones
y opera en el formato ALERT
del National Weather Service.
Los datos son recopilados de 38
pluviómetros, 35 medidores de
nivel de agua y cinco estaciones
Figura 5.8 Red del Sistema de Alerta de Inundaciones
meteorológicas en 54 sitios
(ALERT) del condado de San Diego, California
Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas
5-21
Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas
de medición. Los modelos numéricos hidrológicos producen estimaciones de escorrentía en
tiempo real con base en los datos recibidos de pluviómetros y radares. Los modelos hidráulicos
pronostican áreas de inundación con base en los mapas topográficos disponibles en la base
de datos del sistema y en las estimaciones de escorrentía del modelado hidrológico. Toda
información de salida es mostrada en un formato gráfico utilizando un Sistema de Información
Geográfica (SIG). Además del modelado en tiempo real, es posible realizar análisis de
escenarios para determinar las implicaciones de varias cantidades de lluvia basadas en datos
pluviométricos recibidos en tiempo real y en información ingresada que presume lluvia continua
en tiempo real o patrones de lluvia proyectados (usando un pronóstico del tiempo del National
Weather Service). Este pronóstico de inundaciones de corto plazo brinda un mayor tiempo de
anticipación para responder a un evento. El sistema recomienda acciones y áreas de notificación
para las partes afectadas de la comunidad con base en los resultados del modelado de predicción
y en tiempo real. Los residentes del área potencialmente afectada pueden ser alertados sobre el
evento que se espera o que esté ocurriendo utilizando varios medios de notificación (autodiscado
de emergencia, transmisiones por radioemisoras comerciales, avisos sobre-escritos en televisión
de cable que incluyen texto y mapas de las áreas impactadas, el sistema Radio NOAA del NWS
e internet).
Condado de San Diego
En el Condado de San Diego ha evolucionado una alianza entre el Distrito de Control de
Inundaciones (Flood Control District, FCD), el NWS y la Oficina de Servicios de Emergencia
(Office of Emergency Services, OES) del condado. El FCD es responsable del mantenimiento y
operación del Sistema de Alerta de Inundaciones de ALERT. Los cambios en totales de lluvia,
niveles de caudal, condiciones meteorológicas (temperatura, viento, humedad) y niveles de
lagos en todo el Condado de San Diego son transmitidos a repetidoras en cimas de montañas,
las cuales a su vez retransmiten a la Oficina de Alerta de Inundaciones del Distrito (District
Flood Warning Office, DFWO). En la DFWO, las señales de radio son interceptadas y también
retransmitidas por repetidoras de radio independientes al National Weather Service (NWS)
en San Diego. Cuando se generan condiciones de inundación, el FCD evalúa el potencial de
inundación presentado por los datos de ALERT y advierte al NWS y a la OES sobre posibles
inundaciones en el Condado. El NWS completa la evaluación de potencial de inundación
usando sus recursos y emite una actualización del pronóstico, una declaración meteorológica
especial, un aviso de crecida repentina o una alerta de crecida repentina. La OES pasa estas
alertas y avisos del NWS a las agencias pertinentes dentro del Condado de San Diego y
coordina las Operaciones de Ayuda Humanitaria en Desastres cuando es necesario.
Red local de vigilancia de inundaciones en Polonia
Como resultado tanto de iniciativas nacionales como de actividades de gobiernos locales,
Polonia comenzó a crear redes locales de vigilancia luego de experimentar inundaciones
severas en 1997. Estas redes locales son independientes de las redes nacionales y no existe una
norma uniforme para su construcción o entrega de datos, aunque sí está bajo construcción un
ejemplo de una red local de vigilancia que se encuentra integrada a la red nacional (Condado de
Staszowski). Las redes locales comúnmente se basan en estaciones de observación automáticas
que realizan mediciones continuamente, mientras que la transmisión de datos se basa en la
5-22
Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas
Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas
infraestructura de los proveedores de telefonía GSM o en redes privadas de radio. Por ejemplo,
el sistema local de vigilancia de inundaciones para el Condado de Klodzko (área ~1500 km2 en
el suroeste de Polonia) es un sistema completamente automático compuesto por 19 puntos de
estaciones de aforo y 20 puntos de medición de precipitación. Las plataformas de observación
son operadas por electricidad, con respaldo de generadores a batería. La transmisión de datos se
realiza a través de radio.
Concepto para construir sistemas locales de alerta de inundaciones en la
república Eslovaca
El servicio hidrometeorológico eslovaco ha tomado la iniciativa de construir SLAI en regiones
con niveles altos de riesgo de crecidas repentinas, de acuerdo con la siguiente fórmula. Un SLAI
es prestado a un municipio por 5 años (el mantenimiento y la operación son financiados por
el SMHN). Después de estos 5 años, el sistema se convierte en propiedad del municipio y su
operación subsiguiente debe ser financiada por el municipio. Hasta el momento, dos sistemas
locales para áreas de un tamaño modesto (una pocas decenas de km2) han sido construidos
por la Unidad Hidrometeorológica Eslovaca (Slovak Hydro_Meteorology Unit, SHMU) y son
operados por las comunidades locales (Slovak Hydro-Meteorological Institute, 2006).
Subsistemas de pronóstico de la guía de crecidas repentinas
(FFG)
Según se indicó anteriormente en este capítulo, la Guía de Crecidas Repentinas (FFG) es
definida como una estimación numérica de la lluvia promedio sobre un área específica y con
una duración de tiempo requerida para iniciar una inundación en pequeños arroyos. Dos
productos cuantitativos son necesarios para computar la Guía de Crecidas Repentinas (curvas
de ThreshR y lluvia-escorrentía). Una vez determinados estos valores de FFG para las cuencas
de una jurisdicción, es asunto de compararlos con la lluvia observada o pronosticada (volumen,
intensidad y ubicación) para determinar la amenaza de una crecida repentina y si se deben
emitir alertas.
Un ejemplo de un Pronóstico de la Guía de Crecidas Repentinas es la metodología antes
esbozada de la FFG de EEUU junto con el procesamiento por computadora de las estimaciones
de lluvia de radar por medio del software de Monitorización y Predicción de Crecidas
Repentinas (FFMP). Las indicaciones provenientes del FFMP pueden ser modificadas además
por enfoques tales como el Índice del Potencial de Crecidas Repentinas (FFPI) en terrenos
semiáridos y montañosos. Existen varios otros sistemas de FFG en funcionamiento o que
estarán entrando en funcionamiento en el futuro cercano. Estos incluyen:
Sistema de la Guía de Crecidas Repentinas de Centro América (Central
American Flash Flood Guidance, CAFFG
CAFFG, el primer sistema de Guía de Crecidas Repentinas regional completamente
automatizado, en tiempo real, ha estado en operación para siete países en Centro América (ver
Fig. 5.9) desde 2004. El software central del sistema de FFG fue diseñado por el Hydrologic
Research Center (HRC) a través de sus actividades a lo largo de los últimos 10 años. El sistema
CAFFG es una implementación del software de FFG por el HRC en colaboración con el NWS
Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas
5-23
Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas
y con financiamiento de la Agencia Internacional para el Desarrollo de los Estados Unidos/
Oficina de los Estados Unidos de Asistencia para Desastres en el Extranjero (USAID/OFDA).
El sistema CAFFG es el modelo del sistema propuesto de Guía de Crecidas Repentinas con
Cobertura Global mencionado anteriormente en este capítulo (GFFGS).
El sistema CAFFG está disponible
como herramienta de diagnóstico para
analizar eventos meteorológicos que
pudieran iniciar crecidas repentinas
(tales como lluvias fuertes o lluvia
sobre suelos saturados). El sistema
está diseñado para permitir al
pronosticador agregar su experiencia
con las condiciones locales e
incorporar otros datos e información
(tales como productos de salida de
la predicción numérica del tiempo)
y cualquier observación local de
último minuto (tal como datos de
medición no tradicional) para evaluar
la amenaza de una crecida repentina
local. Las evaluaciones de la amenaza
Figure 5.9 Países centroamericanos servidos por
de crecidas repentinas son elaboradas
el sistema CAFFG
en escalas temporales de una a seis
horas para cuencas de 100-300 km2 en tamaño.
El sistema CAFFG tiene la capacidad de indicar la probabilidad de inundación de pequeños
arroyos sobre grandes regiones utilizando el GOES 13. Específicamente, las estimaciones de
lluvia del canal de 10,7 micrones usando el algoritmo del HidroEstimador de NOAA/NESDIS,
corregidas por sesgo con datos de pluviómetros automatizados de registro continuo de PRD y
estimaciones de humedad del suelo en tiempo real, pueden ser utilizadas para producir la guía
de crecidas repentinas y la amenaza de crecidas repentinas (la cantidad de lluvia de una
duración dada en exceso con respecto al correspondiente valor de la guía de crecidas repentinas).
Ver Figura 5.10 para ejemplos.
A la misma vez, el sistema permite que los SMHN utilicen cualquier método local de
pronóstico inmediato/de corto plazo que deseen para emitir las alertas, incluyendo (y esto es
recomendado) ajustes por el pronosticador local. Este diseño del sistema permite este acople con
los enfoques existentes o bajo desarrollo de los SMHN a escala nacional e incluso local.
Cuando se utiliza junto con pronósticos meteorológicos y predicciones inmediatas de lluvia
de la misma duración sobre estas cuencas, la Guía de Crecidas Repentinas lleva a estimar la
amenaza de crecidas repentinas para estas pequeñas cuencas.
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Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas
Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas
Hydrologic
Research
Center
Hydrologic
Research
Center
Figura 5.10 Guía de crecidas repentinas y productos de amenaza de crecidas repentinas para Nicaragua
Sistema global de alerta de inundaciones de la red internacional de
inundaciones
El Instituto de Desarrollo de Infraestructura (IDI) de Japón ha lanzado la Red Internacional
de Inundaciones (http://www.internationalfloodnetwork.org/), un programa para educar al
público sobre los peligros de las inundaciones, para ayudar a comunidades a desarrollar mapas
de inundaciones por crecidas y para utilizar datos satelitales en tiempo real para informar a los
participantes en todo el mundo sobre la probabilidad de inundación a través de un programa
llamado Sistema Global de Alerta de Inundaciones (Global Flood Alert System, GFAS).
Utilizando datos satelitales obtenidos por múltiples satélites globales de observación, GFAS
envía boletines informativos vía IFNet (correo electrónico y sitio web) a los miembros. Estos
boletines contienen información de advertencia, como las cantidades de lluvia en las cuencas
hidrográficas del mundo, y reportes que indican la probabilidad de lluvia, que son usados para
pronosticar si van a ocurrir inundaciones. Se espera que este servicio se convierta en una valiosa
fuente de información para emitir alertas de inundaciones, particularmente en regiones a lo
largo de grandes ríos donde el agua proveniente de la precipitación en las regiones superiores de
las cuencas hidrográficas llega aguas abajo varios días después, en áreas que no estén equipadas
con telémetros, y en sistemas de ríos internacionales donde es difícil comunicar la información
de aguas arriba a otras partes aguas abajo.
El GFAS es promovido tanto por el Ministerio de Tierras, Infraestructura y Transporte
de Japón (Ministry of Land, Infrastructure and Transport, MLIT) como por la Agencia de
Exploración Aeroespacial de Japón (Japan Aerospace eXploration Agency, JAXA), bajo la cual
el Instituto de Desarrollo de Infraestructura (IDI) de Japón ha desarrollado este sistema de
información basado en internet. El GFAS toma las estimaciones de precipitación satelitales
que la Administración Nacional de Aeronáutica y el Espacio (National Aeronautics and Space
Administration, NASA) de los Estados Unidos divulga al público en su sitio web y las convierte
en información útil para el pronóstico y alerta de inundaciones. Esa información puede incluir
Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas
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mapas globales y regionales de lluvias, datos de texto y estimaciones de probabilidades de
precipitación. Este sistema está actualmente corriendo en estado de prueba, en el sitio web de la
International Flood Network (IFNet), para permitir que usuarios internacionales verifiquen las
estimaciones de precipitación satelital comparándolas con observaciones basadas en la superficie.
La estimación de precipitación satelital que utiliza GFAS es 3B42RT, un producto del Análisis
de Precipitación Multisatelital de la Misión de Medición de Lluvia Tropical (Tropical Rainfall
Measuring Mission, TRMM) computada en Tiempo Real (TRMM Multi-satellite Precipitation
Analysis computed in Real Time, TMPA-RT). Estas estimaciones son desarrolladas y computadas
en tiempo casi real en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA como una
contribución a la TRMM, un proyecto conjunto entre la NASA y JAXA, y están públicamente
disponibles, sujetas a la política de acceso a datos de la NASA.
La 3B42RT es una combinación de satélites de percepción de precipitación de la constelación
internacional, utilizando calibración por TRMM (Huffman y otros, 2006) y una malla con las
siguientes características:
4 Tamaño de malla: 0,25 x 0,25 grados de latitud/longitud (27,8 km x 27,8 km en el
ecuador)
4 Cobertura: global dentro de las latitudes 60N-60S
4 Intervalo de entrega de datos: 3 horas
Como el TMPA-RT (3B42RT) consiste por completo de estimaciones satelitales sin insumo
rutinario de estimaciones de precipitación basadas en la superficie, el producto tiene el potencial
de mostrar diferencias sistemáticas (predecibles) con respecto a las observaciones basadas en la
superficie. Sin embargo, su combinación de datos de múltiples productos satelitales, la mayoría
de los cuales brindan estimaciones intermitentes en cualquier sitio dado, también hace que
la calidad y la precisión de las estimaciones varíen según el tiempo y la ubicación. Además,
el TMPA-RT brinda estimaciones promediadas intrínsecamente por área, las cuales tienen
importantes diferencias estadísticas con las estimaciones puntuales provistas por pluviómetros
individuales.
Las diferencias de la raíz cuadrática media de cerca del 30% son típicas para la precipitación
promedio diaria de una cuenca en comparación con análisis de pluviómetros. Las diferencias
de tres días típicamente oscilan alrededor del 10%, con base en un estudio de caso de lluvia
por tifón en la cuenca del río Tonegawa en Japón. Las estimaciones en regiones de terrenos
complejos con nieve y/o hielo son menos fiables.
Las instrucciones para descargar mapas, datos y para inscribirse para recibir alertas por correo
electrónico están disponibles en http://gfas.internationalfloodnetwork.org/gfas-web/
Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas
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