universidad central del ecuador facultad de ingeniería en geología
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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y AMBIENTAL CARRERA DE INGENIERIA EN GEOLOGÍA DETERMINACIÓN DE POTENCIALES ZONAS SEGURAS FRENTE A LA OCURRENCIA DE LAHARES DEL VOLCÁN COTOPAXI: ESTUDIO DE CASO ZONA 6, CANTON RUMIÑAHUI TRABAJO DE TITULACIÓN, MODALIDAD PROYECTO DE INVESTIGACIÓN PARA LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIERA EN GEOLOGÍA AUTOR: MAYRA CECILIA ERAZO HERMOZA TUTOR: ING. LILIANA PAULINA TRONCOSO SALGADO QUITO, SEPTIEMBRE - 2016 DEDICATORIA Se lo dedico especialmente a mi hermano, Carlos Erazo, quien es mi ejemplo a seguir, siempre me dio las fuerzas y ánimos para seguir adelante, y ahora desde el cielo, junto a Dios, siempre lo he sentido a mi lado apoyándome y guiándome, esto es por ti, mi hermano querido. A mis padres, que con su esfuerzo, trabajo y sobre todo amor me apoyaron, siempre estuvieron aconsejándome, guiándome y brindándome toda la confianza, son y serán mi ejemplo a seguir en todo sentido, gracias por ser mis padres, gracias por ayudarme a crecer como persona y estar conmigo en todas las etapas de mi vida, gracias padres porque por ustedes he podido culminar esta nueva meta, los amo. A mi hermana querida, por estar siempre pendiente en lo que tengo que hacer, por ser mi cómplice en muchas ocurrencias y por ayudarme en tantas cosas que jamás olvidaré. A mis familiares y amigos que formaron parte de mi vida universitaria, haciéndola placentera y especial. ii AGRADECIMIENTOS Agradezco primeramente a Dios por darme la vida, la salud y la oportunidad de superarme personal y profesionalmente, gracias por llenarme de tantas bendiciones. A mis padres por el amor, apoyo y confianza que me brindaron en cada paso que he dado, espero nunca defraudarlos y que siempre se sientan orgullosos de su hija, a mi hermana, a Paúl, a Alex y a muchas otras personas, por ayudarme y acompañarme en las salidas de campo, los adoro con todo mi corazón. A la ingeniera Liliana Troncoso y al ingeniero Rafael Alulema por haberme brindado su tiempo y ayuda incondicional durante el desarrollo de este proyecto. iii AUTORIZACIÓN DE AUTORÍA INTELECTUAL Yo, Mayra Cecilia Erazo Hermoza en calidad de autora del Proyecto de Investigación realizado sobre la: “Determinación de potenciales zonas seguras frente a la ocurrencia de lahares del volcán Cotopaxi: estudio de caso zona 6, cantón Rumiñahui”, por la presente autorizo a la UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR, hacer uso de todos los contenidos que me pertenecen o de parte de los que contienen esta obra, con fines estrictamente académicos o de investigación. Los derechos que como autor me corresponden, con excepción de la presente autorización, seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en los artículos 5, 6, 8; 19 y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su reglamento. Quito, a 12 de septiembre de 2016 Mayra Cecilia Erazo Hermoza CI: 172023040-6 Telf.: 099 888 3851 E-mail: mayeh_03@hotmail.com iv UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y AMBIENTAL CARRERA DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA APROBACIÓN DEL TRABAJO DE TITULACIÓN POR PARTE DEL TUTOR Yo, Liliana Paulina Troncoso Salgado, en calidad de tutora del trabajo de titulación: “DETERMINACIÓN DE POTENCIALES ZONAS SEGURAS FRENTE A LA OCURRENCIA DE LAHARES DEL VOLCÁN COTOPAXI, ESTUDIO DE CASO ZONA 6, CANTON RUMIÑAHUI”, elaborado por la señorita MAYRA CECILIA ERAZO HERMOZA, estudiante de la carrera de Ingeniería en Geología, de la Facultad de Ingeniería en Geología, Minas, Petróleos y Ambiental de la Universidad Central del Ecuador, considero que el mismo reúne los requisitos y méritos necesarios en el campo metodológico, en el campo epistemológico y ha superado el control anti-plagio, para ser sometido a la evaluación del jurado examinador que se designe, por lo que lo APRUEBO, a fin que el trabajo del Proyecto investigativo sea habilitado para continuar con el proceso de titulación determinado por la Universidad Central del Ecuador. En la ciudad de Quito a los 2 días del mes de Agosto. -----------------------------------------Liliana Paulina Troncoso Salgado Ingeniera en Geología C.C: 1713743944 TUTOR v UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y AMBIENTAL CARRERA DE INGENIERÍA DE MINAS APROBACIÓN DEL TRABAJO DE TITULACIÓN POR PARTE DEL TRIBUNAL El Delegado del Subdecano y los Miembros del proyecto de investigación denominado: “DETERMINACIÓN DE POTENCIALES ZONAS SEGURAS FRENTE A LA OCURRENCIA DE LAHARES DEL VOLCÁN COTOPAXI, ESTUDIO DE CASO ZONA 6, CANTON RUMIÑAHUI”, preparado por la señorita ERAZO HERMOZA Mayra Cecilia, egresada de la Carrera de Ingeniería en Geología, declaran que el presente proyecto ha sido revisado, verificado y evaluado detenida y legalmente, por lo que lo califican como original y auténtico de la autora. En la ciudad de Quito DM a los 13 días del mes de Septiembre del 2016. ____________________ Ing. Jorge Bustillos DELEGADO DEL SUBDECANO ___________________ __________________ Ing. Alex Mateus M. Ing. Rafael Alulema MIEMBRO MIEMBRO vi ÍNDICE DE CONTENIDO RESUMEN ....................................................................................................................... xiii ABSTRACT ..................................................................................................................... xiv 1.0 INTRODUCCIÓN ......................................................................................................... 1 1.1 Estudios previos ....................................................................................................... 2 1.2 Justificación.............................................................................................................. 7 1.3 Objetivos .................................................................................................................. 9 1.3.1 Objetivo general ................................................................................................. 9 1.3.2 Objetivos específicos ......................................................................................... 9 1.4 Alcance .................................................................................................................. 10 1.5 Zona de estudio...................................................................................................... 11 2.0 MARCO TEÓRICO .................................................................................................... 16 2.1 Contexto geológico................................................................................................. 16 2.1.1 Volcán Cotopaxi ............................................................................................... 16 2.1.2 Geología e historia eruptiva del volcán Cotopaxi.............................................. 19 2.1.3 Actividad eruptiva histórica .............................................................................. 21 2.1.4 Actividad actual del volcán Cotopaxi ................................................................ 24 2.2 Lahares o flujos de lodo ......................................................................................... 27 2.2.1 Definición y aspectos importantes .................................................................... 27 2.2.2 Lahares del volcán Cotopaxi ............................................................................ 31 2.2.3 Lahares hacia el drenaje norte ......................................................................... 33 2.3 Variables morfométricas ......................................................................................... 35 3.0 MARCO METODOLÓGICO ....................................................................................... 43 4.0 CARACTERIZACIÓN GEOMORFOLÓGICA ............................................................. 45 4.1. Criterio morfoestructural ........................................................................................ 45 4.2 Sistema morfoclimático .......................................................................................... 49 4.3 Parámetros morfométricos ..................................................................................... 55 4.3.1 Parámetros generales ...................................................................................... 56 4.3.2 Parámetros de forma ....................................................................................... 58 4.3.3 Parámetros de relieve ...................................................................................... 58 vii 4.3.4 Redes de drenaje............................................................................................. 65 4.4 Análisis del emplazamiento de depósitos de lahares históricos .............................. 69 5.0 DISCUSIÓN ............................................................................................................... 79 6.0 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................. 82 6.1 Conclusiones .......................................................................................................... 82 6.2 Recomendaciones.................................................................................................. 83 7.0 CITAS BLIBLIOGRÁFICAS ........................................................................................ 85 8.0 ANEXOS .................................................................................................................... 88 viii ÍNDICE DE ANEXOS Anexo 1A: Incidencia espacial de flujos piroclásticos en los alrededores del volcán Concepción...................................................................................................................... 89 Anexo 2A: Mapa de sitios seguros de la cabecera municipal de Herveo.......................... 90 Anexo 3A: Mapa de rutas de evacuación por erupción volcánica de Misti para Alto Selva Alegre. ............................................................................................................................. 91 Anexo B: Establecimientos relacionados con el desarrollo social económico y cultural zona 6 (Selva Alegre) ............................................................................................................... 92 Anexo C: Datos obtenidos con el criterio de Alvord ......................................................... 94 Anexo D: Resultados obtenidos con el criterio del rectángulo equivalente para calcular el índice de pendiente ......................................................................................................... 95 Anexo E: Resultados obtenidos para el cálculo de la curva hipsométrica ........................ 96 Anexo F: Resultados obtenidos para la pendiente del cauce por el método de Taylor y Schwarz ........................................................................................................................... 97 Anexo G: Resultados obtenidos para la pendiente del río Santa Clara de la zona 6 por el método de Taylor y Schwarz............................................................................................ 98 ix ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Llanura de San Rafael ........................................................................................ 8 Figura 2. Ubicación del de la zona 6 (Selva Alegre), cantón Rumiñahui. ......................... 12 Figura 3. Mapa entregado por el Municipio de Rumiñahui con el detalle de zonas seguras, peligros y rutas de evacuación (julio – agosto 2015). Zona 6 (Selva Alegre), cantón Rumiñahui. ...................................................................................................................... 13 Figura 4. Mapa de aspectos relevantes de la zona 6 (Selva Alegre), cantón Rumiñahui . 15 Figura 5. Ubicación del volcán Cotopaxi .......................................................................... 17 Figura 6. Retroceso glaciar del volcán Cotopaxi. ............................................................. 18 Figura 7. Forma de un lahar............................................................................................. 28 Figura 8. Curvas hipsométricas características del ciclo de erosión de una cuenca. ....... 39 Figura 9. Mapa de fallas regionales. ................................................................................ 47 Figura 10. Mapa estructural de la cuenca del río Santa Clara. ......................................... 48 Figura 11. Mosaico de fotografías aéreas. ....................................................................... 50 Figura 12. Mapa morfoclimático de la zona 6 (Selva Alegre) ........................................... 54 Figura 13. Ubicación de la cuenca del río Santa .............................................................. 55 Figura 14. Cuenca del río Santa Clara. ............................................................................ 57 Figura 15. Zonificación de la cuenca en 20 rangos altitudinales para realizar el cálculo de la curva hipsométrica. .......................................................................................................... 61 Figura 16. Curva hipsométrica cuenca del río Santa Clara .............................................. 62 Figura 17. Perfil del río Santa Clara aplicando el método Taylor y Schwarz. ................... 63 Figura 18. Perfil del río Santa Clara de la zona 6 aplicando el método Taylor y Schwarz 64 Figura 19. Perfil longitudinal río Santa Clara .................................................................... 65 Figura 20. Orden de drenaje cuenca del río Santa Clara ................................................. 66 Figura 21. Perfiles transversales en el río Santa Clara .................................................... 68 Figura 22. Mapa de emplazamiento de los depósitos de lahares ..................................... 78 Figura 23. Potenciales sitios seguros de la zona 6 (Selva Alegre) ................................... 81 x ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Erupciones históricas del volcán Cotopaxi y VEI. ............................................... 24 Tabla 2. Lahares primarios en las zonas Norte, Sur y Oriente ......................................... 32 Tabla 3. Forma de la cuenca en función al factor de forma. ............................................. 36 Tabla 4. Índice de Gravelius para la evaluación de la forma. ........................................... 37 Tabla 5. Tipo de terreno en función de la pendiente. ....................................................... 37 Tabla 6. Clasificación de la pendiente.............................................................................. 40 Tabla 7. Clasificación del orden de drenaje. .................................................................... 41 Tabla 8. Relación de la densidad de drenaje ................................................................... 42 Tabla 9. Rangos de clasificación de la densidad de drenaje. ........................................... 42 Tabla 10. Cálculo de la media y mediana para la pendiente. ........................................... 60 xi ÍNDICE DE FOTOGRAFÍAS Fotografía 1. Volcán Cotopaxi .......................................................................................... 16 Fotografía 2. Presencia de cenizas en los flancos del volcán Foto tomada desde Lasso en horas de la tarde, martes 18 de agosto 2015 ................................................................... 25 Fotografía 3. Pequeño flujo de lodo que bajo por el flanco occidental del cono, en la tarde del 28 de Agosto del 2015. .............................................................................................. 26 Fotografía 4. Niveles de terrazas. Margen izquierda del río Santa Clara.......................... 51 Fotografía 5. Vertiente abrupta. Margen derecho del río Santa Clara. ............................. 52 Fotografía 6. Paisaje colinado con cima redondeada. ..................................................... 52 Fotografía 7. Paisaje ondulado. ....................................................................................... 53 Fotografía 8. Coluvial ....................................................................................................... 53 Fotografía 9a. Depósitos de cangahua subyaciendo a lahares ........................................ 69 Fotografía 9b. Depósitos de lahar .................................................................................... 70 Fotografía 9c. Depósitos del lahar de 1768...................................................................... 70 Fotografía 9d. Depósitos del lahar de 1877 ..................................................................... 71 Fotografía 10. Depósitos del lahar de 1877 ..................................................................... 72 Fotografía 11. Depósitos del lahar de 1877 ..................................................................... 73 Fotografía 11a. Depósitos del lahar de 1877, capa A ...................................................... 73 Fotografía 11b. Depósitos del lahar de 1877, capa B ...................................................... 74 Fotografía 11c. Depósitos del lahar de 1877, capa C ...................................................... 75 Fotografía 11d. Depósitos del lahar de 1877, capa D ...................................................... 75 Fotografía 12. Depósitos del lahar de 1877. Barrio Selva Alegre ..................................... 76 Fotografía 13. Depósitos de lahar .................................................................................... 76 Fotografía 14. Depósitos de lahar. Fábrica Enkador ........................................................ 77 Fotografía 15. Depósitos de lahar. ................................................................................... 77 xii TEMA: “Determinación de potenciales zonas seguras frente a la ocurrencia de lahares del volcán Cotopaxi: Estudio de caso zona 6, cantón Rumiñahui” Autor: Mayra Cecilia Erazo Hermoza Tutora: Liliana Paulina Troncoso Salgado RESUMEN El volcán Cotopaxi, a 40 km al S de Sangolquí (Ecuador), inició un proceso de desequilibrio y erupción en el 2015. Erupciones históricas, como la de 1877, han afectado al cantón Rumiñahui, debido al descenso de lahares por los drenajes Santa Clara, San Pedro y Pita. En la actualidad, las zonas afectadas por lahares se encuentran pobladas y presentan infraestructuras críticas propias del desarrollo del cantón y de la región. Con el fin de reducir el riesgo de desastre para vidas humanas, el presente estudio generó una metodología para determinar sitios seguros en caso de ocurrencia de lahares, para la denominada zona 6 (Selva Alegre) del cantón Rumiñahui. Esta metodología comprende el análisis morfoestructural, morfoclimático y morfométrico de la cuenca y río Santa Clara, y la identificación de los depósitos del lahar asociados con la erupción de 1877. De acuerdo con los resultados del análisis, existirá una pérdida de energía de los lahares al fluir por el río Santa Clara, mientras que si se moviliza por la planicie de inundación la energía aumentará. La cuenca del Santa Clara es erosiva y tiene forma alargada, por lo que se puede considerar que no depositará, ni concentrará volúmenes del flujo, sino que fluirá e incorporará el material erosionado. Por los depósitos encontrados de 1877 y tomando en cuenta la inclinación del terreno, se determina que las terrazas y las zonas planas son los lugares que deben ser evacuados. Zonas seguras son las colinas y paisajes ondulados. La metodología propuesta es útil en caso a inundaciones, porque considera el comportamiento de un flujo frente a características importantes que tiene la cuenca y su río. PALABRAS CLAVE: / VOLCÁN COTOPAXI/ DEPÓSITOS DE LAHARES/ MORFOESTRUCTURAL/ MORFOMÉTRICO/ MORFOCLIMÁTICO/ ZONAS SEGURAS/ xiii TITLE: “Determination of potential safe areas against the occurrence of lahars of Cotopaxi volcano: Case Study Area 6, Canton Rumiñahui” Author: Mayra Cecilia Erazo Hermoza Tutora: Liliana Paulina Troncoso Salgado ABSTRACT Cotopaxi volcano, 40 km south of Sangolquí (Ecuador), initiated a process of unrest and eruption in 2015. Historical eruptions, such as 1877, have affected the canton Rumiñahui, due to lahars descended through Santa Clara, San Pedro and Pita’s drainages. Nowadays, lahar-affected areas are inhabited and critical infrastructure has been built there. In order to reduce the risk of disaster for human lives, the current study generated a methodology for determine safe places in case of occurrence of lahars, for the so-called zone 6 (Selva Alegre) of canton Rumiñahui. This methodology includes morphostructural, morphometric and morphoclimatic analysis of the basin and Santa Clara’s river and the identification of laharic deposits associated to the 1877 eruption. The results of the analysis show a decrease of the lahar's energy through the Santa Clara River, whilst if it is mobilized by the floodplain energy will increase. Santa Clara basin is erosive and flattered, so it is expected that flows will be not deposited or concentrated within this basin. Nevertheless these flows may incorporate eroded material. From the 1887’s deposits in addition to the slope of the landscape, we have determined that terraces and flat areas are places must be evacuated during a lahar alarm. Secure zones are hills and rolling landscapes. The proposed methodology is useful in case of flooding, because it considers the behavior of a flow against important features from the basin and its river. KEYWORDS: / COTOPAXI VOLCANO/ LAHAR DEPOSITS/ MORPHOSTRUCTURAL/ MORPHOMETRIC/ MORPHOCLIMATIC/ SECURE ZONES. I CERTIFY that the above and foregoing is true and correct translation of the original document in Spanish Ing. Gerardo Herrera Heredia Certified translator ID: 170141167-8 xiv 1.0 INTRODUCCIÓN El territorio del Ecuador forma parte del denominado Cinturón de Fuego del Pacífico, la zona de mayor actividad sísmica y volcánica del planeta, por lo que se encuentra expuesto al impacto frecuente de erupciones volcánicas y terremotos, que a través de su historia han afectado directamente a la población y su desarrollo. Geodinámicamente el Ecuador continental, tiene importante influencia del proceso de subducción, siendo una de sus mayores evidencias la presencia de un Arco volcánico con más de 84 centros en diversos estados de actividad. El volcán Cotopaxi forma parte del Arco Volcánico Ecuatoriano, inició un nuevo proceso de reactivación en el año 2015, y es reconocido a nivel mundial por la afectación que podría ocasionar en centros poblados ubicados en drenajes que nacen y se alimentan de su casquete glaciar. Relatos históricos permiten evidenciar que específicas erupciones pueden generar grandes flujos de lodo o lahares debido a la interacción entre los productos volcánicos, principalmente flujos piroclásticos, con su casquete glaciar. En el presente siglo, Ecuador, ha considerado políticas relacionadas a la gestión del riesgo de desastres y planes de ordenamiento territorial, pero se evidencia que el desarrollo de las poblaciones ha sido de forma caótica y desorganizada; por tal motivo es necesario contar con una adecuada y suficiente información e insumos técnico-científicos para planificación, prevención y mitigación en caso de un proceso eruptivo similar al ocurrido en 1877. 1 1.1 Estudios previos Análisis de estudios técnicos para la seguridad de las comunidades en zonas volcánicas. Se analizó la situación en temas de prevención frente al peligro volcánico de varias comunidades de centro y Sudamérica, para establecer la necesidad y desarrollo de Ecuador frente al tema. Caso Nicaragua (volcán Concepción) La Isla de Ometepe, de origen netamente volcánico y conformado por los volcanes Concepción y Maderas, está localizada dentro del Gran Lago de Nicaragua. La isla tiene un área de 276 km2 con una población aproximada de 35 000 habitantes. El informe elaborado por Obando y Navarro (2009), detalla la metodología, aplicación y técnicas utilizadas para implementar las rutas de evacuación en la isla, que de manera general, fueron establecidas mediante el análisis de los mapas de peligros de ceniza y flujos piroclásticos para el volcán Concepción (Anexo 1A). Caso Colombia (volcán Nevado del Ruiz) La cabecera municipal de Herveo comprende una población aproximada de 1770 habitantes (en el año 2012), se localiza al NE del volcán Nevado del Ruiz, a una distancia aproximada de 26 km de su cráter, en zona de influencia de ceniza, gases, avalanchas y lahares. Para la implementación de medidas de evacuación, en el informe del Municipio de Herveo (2012), se planteó realizar un estudio de la geomorfología y pendientes, se tomó en cuenta los rangos de clasificación de pendientes dados por CORTOLIMA (Corporación Autónoma Regional del Tolima) y el cálculo se realizó con la ayuda de un SIG (ILWIS 3.2). El resultado final fue la construcción de rutas de evacuación para dicha población en caso de generación de flujos de lodo (Anexo 2A). Cabe mencionar que el fenómeno volcánico de mayor peligro para la población son lahares generados por erupciones de pequeño volumen, que podrían desestabilizar los glaciares. Se determinó que al fundirse el 10% del casquete glaciar, se podría producir flujos de lodo (lahares) de más de 200 millones de m3, cantidad similar a la del flujo que enterró a Armero en 1985. Considerando que los lahares pueden viajar a más de 100 km/h por los valles de los ríos, las estimaciones muestran que 2 unos 500 000 habitantes de los valles de los ríos Combeima, Chinchiná, Coello-Toche, y Gualí están en riesgo, y de ellos, 100 000 habitantes se ubican en zonas de alto riesgo. La población de estudio se encuentra dentro de la cuenca del río Guali, y sería potencialmente afectada en caso de generación de lahares. Caso Perú (volcán Misti) El volcán Misti se encuentra a 18 km del centro de la ciudad de Arequipa, tiene aproximadamente 1 000 000 de habitantes (en el 2009). En los últimos años gran parte de la ciudad se ha desarrollado en áreas cercanas al volcán. Macedo (2009), en el Instituto Geológico Minero y Metalúrgico (INGEMMET) del Perú, elaboró escenarios eruptivos del volcán Misti, los cuales ayudan a simular una situación de emergencia por reactivación del volcán. Para la zonificación de los peligros volcánicos se efectuó una recopilación y posterior interpretación de toda la información geológica existente del volcán; análisis e interpretación geológica de fotografías aéreas e imágenes satelitales (Landsat TM y ASTER), y levantamiento cartográfico (geológico-volcanológico) a escala 1:25 000 de productos volcánicos. El producto final de la zonificación fue el mapa de peligros volcánicos, que permitió evidenciar que varios sistemas vitales para el desarrollo de la comunidad (agua potable, hidroeléctricas, puentes, autopistas, etc.), se encuentran en áreas de alto peligro. El INGEMMET ha brindado asesoramiento permanente a las comunidades del sector, mediante: 1) la identificación de zonas de alto peligro volcánico; 2) el establecimiento de los niveles de evacuación, priorizando las zonas de mayor peligro; y 3) el asesoramiento en la identificación de óptimas y seguras rutas de evacuación a nivel distrital y provincial, además, de los puntos de albergues (Anexo 3A). Caso Ecuador (volcán Cotopaxi) Para el caso de Ecuador, específicamente en el cantón Rumiñahui, se cuenta con mapas de riesgo frente a generación de lahares por erupciones del volcán Cotopaxi, donde se recomienda rutas de evacuación y sitios seguros. Sin embargo, dichos mapas no fueron elaborados considerando el criterio técnico-científico y han ocasionado confusión en la comunidad. 3 La base de dichos mapas es la zonificación a escala 1:50 000 de las potenciales áreas afectadas por lahares, que fue generado por el Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional (IGEPN, 2004). En conclusión, se puede evidenciar que en varios países se han realizado esfuerzos (técnico – científicos) para contar con rutas de evacuación y zonas seguras frente a la generación de lahares. Sin embargo, no se ha logrado identificar una metodología común para dicha construcción y todo se desarrolla a partir de insumos existentes o levantamientos de información en campo y con el apoyo de simulación matemática, en pocos casos. Llama la atención que en ninguno de los estudios se habla de la influencia de la cuenca de drenaje y del comportamiento del fenómeno con las condiciones de urbanización actuales (trazado de calles, cierre de drenajes, estructuras de control de inundación, etc.) Análisis de los aspectos que deben ser considerados para el riesgo volcánico. Se analiza la información de la que parten los países Costa Rica, El Salvador, Ecuador, España, México, Nicaragua y Chile, para elaborar los planes de emergencia y planificación territorial frente al riesgo volcánico. Corominas y Martí (2015), realizaron un estudio comparativo de los planes de actuación frente al riesgo volcánico en los países antes mencionados, para determinar los aspectos principales que influyen en la eficacia de los sistemas de prevención. Dichos aspectos son: 1) información general sobre el conocimiento del riesgo, 2) planes de prevención y vigilancia, 3) planes de emergencia y gestión, y 4) planes educativos. • Relacionado con la información general sobre el conocimiento del riesgo, los autores señalan que los países analizados cuentan entre 5 y 15 investigaciones. Algunos de estos documentos son de carácter netamente científico y no se indica rutas de evacuación y planes de emergencia. Los manuales generados con fines de divulgación, permiten que la comunidad obtenga recomendaciones de cómo actuar en el ámbito familiar y/o comunal en caso de una erupción volcánica. 4 • En los planes de prevención y vigilancia, se menciona que en la mayoría de los países los recursos materiales y personales son considerados insuficientes, es por eso, que se solicitan recursos para contratar y formar más especialistas y de esta manera, ampliar la red de monitoreo volcánico. Se excluye a España, porque se considera que los recursos personales y materiales son redundantes. • Relacionado a planes de emergencia y gestión, de forma general, se menciona que son pocos los mapas que existen de peligro volcánico. La metodología usada es la de integrar información histórica, cartografía geológica y aplicar programas de simulación. Los resultados se lo consideran más o menos precisos, tomando en cuenta que existen limitaciones en trabajos previos, material, personal y presupuesto. Excluyendo a México que tiene un nivel de preparación medio-alto, y a Chile porque tiene un plan de emergencia desde 1977 que posteriormente ha sido modificado. • En los planes educativos, los autores resaltan que el Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional del Ecuador (IGEPN) mantiene un plan de divulgación de peligros volcánicos a distintos niveles, y ha realizado publicaciones referentes a temas volcánicos en revistas nacionales y extranjeras, con la intención de difundir la información científica a las autoridades y población. Sin embargo, en el estudio se concluye que todos los países analizados no cuentan con estudios exhaustivos de la percepción de la comunidad al riesgo volcánico. Análisis de los estudios más relevantes sobre el comportamiento eruptivo histórico del volcán Cotopaxi. Varios autores como Mothes, Hall, Baberi, entre otros, han construido una evolución e historia geológica del volcán Cotopaxi, detallando y describiendo el comportamiento eruptivo y los fenómenos volcánicos asociados. Chronology and dispersal characteristics of recently (last 5000 years) erupted tephra of Cotopaxi (Ecuador): implications for long term eruptive forecasting de Barberi et al. (1995) Estos autores proponen que la evolución e historia eruptiva del volcán Cotopaxi, inicia con el denominado PaleoCotopaxi y erupciones explosivas, caracterizadas por depósitos de 5 caídas de ceniza y caídas plinianas riolíticas. Dataciones de los fragmentos de obsidiana de flujos piroclásticos de estas erupciones presentan una edad de 500 000 años AP, edad que puede ser considerada como base e inicio para la actividad del volcán Cotopaxi. Debido a la falta de evidencias de actividad antes de 10 000 a 15 000 años AP, los autores proponen un largo descanso que se interrumpe y reinicia la actividad con al menos tres grandes erupciones plinianas riolíticas. Se resalta que en 5000 años AP, se produjo un colapso del flanco NE, que generó una avalancha de escombros denominada lahar del Valle de Los Chillos, por su influencia y depositación en dicha zona. Character, Stratigraphy and Magnitude of Historical Lahars of Cotopaxi Volcano (Ecuador) de Hall y Mothes (2004) Desde 1534, en el volcán Cotopaxi se han contabilizado 13 erupciones con un Índice de Explosividad Volcánica (VEI) de 3 - 4, todos estos eventos con afinidad andesítica y acompañados por la generación de flujos piroclásticos y subsecuentes flujos de lodo o lahares. De acuerdo a los autores las erupciones forman parte de cinco eventos eruptivos: 1532-1534, 1742-1744, 1766-1768, 1853-1854 y 1877-1780, y resaltan las erupciones de 1744, 1768 y 1877, en las que, debido a la fusión parcial del casquete glaciar por flujos piroclásticos, lahares voluminosos se formaron y fluyeron por los sistemas fluviales más importantes del volcán, como son el río Pita (al Norte), Cutuchi (al Sur) y Tambo (al Este). De los aspectos importantes de los lahares se puede resaltar que: 1. El lahar de 1744 fluyó por la cuenca del río Pita, entró a la cuenca del río Santa Clara devastando varios molinos ubicados a lo largo del cauce. 2. Con respecto al lahar de 1768, no hay un registro histórico que ofrezca detalles sobre la naturaleza de los flujos piroclásticos. 3. El depósito de lahar más distintivo es de la erupción del 26 de junio de 1877, el evento eruptivo ocasionó la salida violenta de los flujos piroclásticos que fluyeron por todos los flancos del volcán y fundieron rápidamente el glaciar. Los autores indican que los flujos de escombros granulares son no cohesivos (<5% de partículas de tamaño de arcilla) cerca de la fuente y en puntos distales se transforman a flujos hiperconcentrados. 6 The rhyolitic–andesitic eruptive history of Cotopaxi volcano, Ecuador de Hall y Mothes, (2007) Los autores del mencionado documento proponen que en el volcán Cotopaxi se genera un magmatismo bimodal, fases riolítica intercaladas con andesítica, durante los 500 000 años AP. Las erupciones riolíticas se caracterizan por generar productos con un 70-75% de contenido de SiO2, mientras que las andesíticas con un 56-62% de SiO2. Siendo magmas extruidos por la misma chimenea volcánica durante períodos de tiempo cortos y sin encontrarse evidencias de mezcla significativa. Los autores resaltan que hace 4500 años, el volcán presentó un episodio riolítico importante, debido a que ocasionó un colapso sectorial del flanco NE, el denominado “Gran Lahar del Valle de los Chillos”. Posterior a este evento y hasta la fecha, el Cotopaxi ha presentado una serie de períodos eruptivos que involucran principalmente magmas andesíticos, con una excepción que corresponde a la ceniza riolítica datada en 2100 años AP. 1.2 Justificación Erupciones históricas del volcán Cotopaxi han demostrado que los lahares son los fenómenos de mayor peligro debido al volumen que pueden alcanzar, su alta capacidad erosiva y su alta velocidad, afectando a comunidades que se encuentren cerca a los drenajes que se alimentan del casquete glaciar. Como ejemplo se menciona que en la erupción del 26 de junio de 1877, en el río Pita se calculó que la velocidad varía entre 50 a 82 km/h en el curso alto, y de 20 a 30 km/h en el Valle de los Chillos; además, el volumen calculado para el lahar que descendió por el sistema del río Pita es de aproximadamente 70 millones de m3 y su caudal pico varía entre 50 000 y 60 000 m3/s (Andrade et al., 2005). De acuerdo a Egred (sin publicar), se puede destacar de manera muy general que los lahares han rebosado cauces de 100 m de ancho por 50 m de profundidad, sin embargo, no se específica una zona ejemplo. Para entender la extensión que alcanzó el lahar en zonas planas y a más de 40 km de la fuente, Mothes et al., (2004) señala que en la llanura de San Rafael, el lahar alcanzó el barrio de San Pedro del Tingo, donde entró en las zonas más bajas, tales como el canal del río Ushimana y desde allí regresa al cauce del río San Pedro (Figura 1.). Los autores señalan además, que el lahar desde ahí continuó a través del cañón del San Pedro, 7 alcanzando a destruir puentes, haciendas, sistemas de riego y molinos de grano, hasta llegar a la ciudad costera de Esmeraldas, 18 horas después de su inicio. Figura 1. Llanura de San Rafael Se resalta que los flujos de lodo o lahares del volcán Cotopaxi han afectado por varias ocasiones en los últimos 500 años, el territorio del cantón Rumiñahui, especialmente las zonas ubicadas en o cerca a los drenajes del río Pita, Santa Clara y San Pedro. En mayo del 2015, el Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional (IGEPN) señala en el informe especial No. 2, el incremento de la actividad interna del volcán Cotopaxi y una potencial erupción de corto a mediano plazo. En la madrugada del viernes 14 de agosto del mismo año, el volcán inicia un proceso eruptivo caracterizado por la generación de columnas eruptivas con variable contenidos de ceniza, vapor de agua y gases. La caída de ceniza afectó hasta el mes de octubre del 2015, poblaciones ubicadas en la zona occidental y nor-occidental del volcán, como Machachi, Mulaló, Lasso, San Ramón, San Agustín del 8 Callo, entre otras. Además, se reporta hasta julio del 2016 la generación de flujos de lodo o lahares secundarios que han impactado estructuras ubicadas en las inmediaciones del Parque Nacional Cotopaxi, sin que hasta la fecha las comunidades hayan sido afectadas por el mencionado fenómeno. A pesar de que en el presente siglo el Ecuador ha dado pasos importantes en políticas relacionadas a la gestión del riesgo de desastres y planes de ordenamiento territorial, se evidencia que el desarrollo de las poblaciones ha sido de forma caótica y desorganizada. Razón por la cual, zonas afectadas históricamente y por reiteradas ocasiones por lahares del volcán Cotopaxi se encuentran altamente pobladas y expuestas al impacto directo de los mencionados fenómenos. El proceso eruptivo del 2015, puso en evidencia que el país no cuenta con adecuada y suficiente información e insumos técnico-científicos para planificación, prevención, mitigación en caso de un proceso eruptivo similar al ocurrido en 1877. Por todo lo mencionado, la presente investigación propone una metodología con criterio técnicocientífico, considerando aspectos geomorfológicos como: morfoclimáticos, morfoestructurales y morfométricos para construir y establecer sitios seguros en zonas potencialmente afectadas por flujos de lodo o lahares del volcán Cotopaxi. Se utiliza como caso de estudio la zona 6 (Selva Alegre) del cantón Rumiñahui. 1.3 Objetivos 1.3.1 Objetivo general Proponer sitios seguros en la zona 6 (Selva Alegre) del cantón Rumiñahui frente a una eventual erupción similar a 1877 del volcán Cotopaxi y la potencial generación de lahares primarios, considerando estudios y análisis geológicos - geomorfológicos. 1.3.2 Objetivos específicos Elaborar una base de información técnico científico relacionado a la actividad histórica del volcán Cotopaxi y flujos de lodo o lahares primarios que han afectado la zona norte, cantón Rumiñahui. 9 Estudiar los parámetros geomorfológicos como: morfoestructurales, morfoclimáticos y calcular las variables morfométricas para determinar posibles zonas de inundación en caso de generación de flujos de lodo (lahares primarios). Elaborar una metodología para identificar sitios seguros para los pobladores de la zona 6 (Selva Alegre) perteneciente al Cantón Rumiñahui ante una posible erupción del volcán Cotopaxi similar a la de 1877, que genere lahares primarios. Evaluar los lugares de emplazamiento de los depósitos de lahares históricos, especialmente del evento de 1877, en la zona 6, (Selva Alegre) del cantón Rumiñahui, como medida de evaluación de la propuesta construida. 1.4 Alcance El presente estudio se realizará en la denominada zona 6 (Selva Alegre) del cantón Rumiñahui, que tiene un área de 8.66 km2. Forma parte de la cuenca del río Santa Clara, que es un afluente del río San Pedro. En el estudio, se realizará el análisis morfoestructural de la zona, para establecer el grado de control sobre los drenajes intermontanos de las fallas regionales del Valle Interandino, y la incidencia del volcán Cotopaxi como unidad estructural en el modelamiento hídrico de la cuenca del río Santa Clara. Además, se analizará aspectos morfoclimáticos para identificar los diferentes procesos glaciares y fluviales que han modelado el relieve actual de la zona. Para cuantificar la forma y relieve actual del área de estudio se analizarán los parámetros morfométricos del cauce y de la cuenca del río Santa Clara como: cálculo de la pendiente del drenaje principal, cálculo de la pendiente media de la cuenca y curva hipsométrica. Con estos parámetros se determinará si es una cuenca de erosión, acumulación o equilibrio. Mediante el cálculo de la pendiente, el análisis de la gradiente de la cuenca, y el uso de curvas hipsométricas se evaluará las posibles zonas de inundación y se identificará los tramos del cauce del río Santa Clara donde un lahar adquirirá mayor energía. 10 Con ayuda de un mapa de pendientes y evaluación en campo, se identificará rasgos geomorfológicos como, zonas planas para determinar la susceptibilidad a inundación en caso de generación de lahares en el río Santa Clara. Finalmente, en base a los resultados obtenidos se construirá un mapa de las potenciales zonas de influencia por flujos de lodo, el cual será la base para determinar sitios seguros, es decir, sitios fuera de la potencial zona de influencia. 1.5 Zona de estudio La zona de estudio se localiza regionalmente en el Valle Interandino, en la provincia de Pichincha, cantón Rumiñahui (Figura 2); y localmente se encuentra en la cuenca del río Santa Clara, con sus drenajes principales: Santa Clara y Sambache, además, de las quebradas la Esperanza y Chicaucu (Figura 3). El cantón Rumiñahui, presenta un relieve relativamente plano y rasgos geomorfológicos que están influenciados por la presencia del volcán Pasochoa. El clima es variable con temperaturas que oscilan entre 6° a 16°C, y en ocasiones llega a los 23°C, a lo largo de todo el cantón y la precipitación media mensual varía de 1200 a 1800 mm, las mayores lluvias se producen en los meses de abril y octubre, lo que permite que el cantón mantenga paisajes verdes y terrenos fértiles (IEE, SIGAGRO-MAGAP, 2013). La red hidrográfica del cantón es muy compleja, los patrones de drenaje son rectangular, subparalelo, paralelo y radial, los cauces principales que lo atraviesan son El Santa Clara y El Pita, los que aguas abajo se unen con el río San Pedro, y que posteriormente se une al río Machángara. El cantón Rumiñahui se ha dividido en 8 zonas de riesgo, debido al paso de lahares por los ríos San Pedro y Santa Clara generados en erupciones del volcán Cotopaxi (Pablo Torrealba coms. pers., 2016), esta zonificación se realizó tomando en cuenta al evento histórico de la última erupción del volcán Cotopaxi, ocurrida en 1877. No se ha encontrado ningún tipo de información o fuente que permita entender cómo se determinó las 8 zonas de riesgo. 11 El área de investigación comprende la zona 6 (Selva Alegre) del cantón Rumiñahui (Figura 2 y 3), localizada geográficamente entre las coordenadas 9 964 000 y 9 959 000 N – 784 000 y 788 000 E, tiene una superficie aproximada de 8.66 km2 y la población estimada entre mujeres y hombres es de 5756 personas, este dato es de acuerdo a la información ZONA 6 entregada por el Departamento Catastral del Municipio de Rumiñahui (2016). Figura 2. Ubicación del de la zona 6 (Selva Alegre), cantón Rumiñahui. 12 Figura 3. Mapa entregado por el Municipio de Rumiñahui con el detalle de zonas seguras, peligros y rutas de evacuación (julio – agosto 2015). Zona 6 (Selva Alegre), cantón Rumiñahui. 13 Dentro de la zona 6 se localizan las siguientes urbanizaciones: COPEDAC, Carlos Olmedo Andrade, Capilla Chillo Compañía, Selva Alegre, Conjunto Alcántara, Cooperativa De Vivienda La Pradera, Club Los Chillos, y el sector de la fábrica Enkador. Además de varios establecimientos (escuelas, colegios, iglesias, entre otros) (Figura 4), de importancia para el desarrollo social, económico y cultural de la comunidad, por lo tanto se puede mencionar que aproximadamente el 55 % es zona residencial, el 35 % es otros usos y solo un 10 % es una zona no antropizada. En el Anexo B se indica la georeferenciación de dichos establecimientos. 14 Figura 4. Mapa de aspectos relevantes de la zona 6 (Selva Alegre), cantón Rumiñahui 15 2.0 MARCO TEÓRICO 2.1 Contexto geológico 2.1.1 Volcán Cotopaxi El volcán Cotopaxi (Fotografía 1) tiene una altura de 5897 msnm, presenta un relieve simétrico en forma de cono cubierto de un casquete glaciar. El diámetro basal es aproximadamente 20 km, el diámetro del cráter de N-S es 800 m y de E-W es 650 m (Ordóñez et al., 2013). Sus pendientes, especialmente, en los flancos de las partes altas del glaciar son de 25° a 30°, y en las partes bajas presenta cañones de decenas de metros de profundidad (Ordóñez et al., 2013) El volcán se ubica en los 0° 38’ S y 78° 26’ O, a una distancia de 35 km al NE de Latacunga, a 45 km al SE de Quito y aproximadamente a 40 km al S de Sangolquí. Fotografía 1. Volcán Cotopaxi El volcán es parte del arco volcánico continental ecuatoriano y producto de la subducción de la placa Nazca bajo la Sudamericana. Forma parte de los centros volcánicos que conforman la Cordillera Real (Figura 5) y desde el año 2015 inició un nuevo proceso eruptivo. 16 Figura 5. Ubicación del volcán Cotopaxi Fuente: www.igepn.edu.ec 17 Con respecto al casquete glaciar, Ordóñez et al. (2013) mencionan que mediante fotografías aéreas, determinó el área que ocupan 19 lenguas glaciares que corresponden al casquete del volcán (Figura 6); y sugiere que el área total del glaciar fue entre 10 a 11 km2 en el 2010, por otra parte, EMAAPS-Q (2004) señala que el área correspondiente a la parte norte del volcán fue de 4.73 km2. Ordóñez et al. (2013) indica que, Cáceres et al. (2004) y Cadier et al. (2007) muestran rangos de variación de espesores de algunas lenguas glaciares, los mismos que oscilaron entre 30 y 50 m, con esta información, Samaniego et al. (2011) estimó un rango de volúmenes que oscila entre 260 a 520 millones de m3. Sin embargo, se resalta que de acuerdo a los datos obtenidos en campo y estimados por la EMAAPS-Q (2004) para el espesor del glaciar de la parte norte, se determinó que se encontraba en el orden de 30 a 40 m con valores que puntualmente pueden alcanzar los 70 m. Figura 6. Retroceso glaciar del volcán Cotopaxi. Tomado de Samaniego et al., 2011 Los deshielos de las 19 lenguas glaciares del volcán Cotopaxi, contribuyen a tres redes hidrográficas principales (Ordóñez et al., 2013) y de acuerdo a Cáceres (2010) se presentan los siguientes drenajes: 18 1. Drenaje Norte.- nacen de los glaciares 1-6 (Figura 6), conformado por los ríos Pita y El Salto, en partes más bajas se unen con los ríos Santa Clara y San Pedro cruzando los poblados de Sangolquí, el Valle de los Chillos, Cumbayá y otros barrios del Distrito Metropolitano de Quito. 2. Drenaje Oriental.- nacen de los glaciares 7-9 (Figura 6), conformado por los ríos Tamboyacu y Tambo, la unión de estos ríos forma el drenaje con el mismo nombre de Tambo, el mismo que cruza la Cordillera Real y desemboca en el río Jatunyacu, cruza el poblado de Puerto Napo. 3. Drenaje Sur.- nacen de los deshielos de los glaciares 10-19 (Figura 6), y conforman los ríos Cutuchi, Saquimala y Aláquez. Las poblaciones cercanas a estos drenajes son: Latacunga, Salcedo, Belisario Quevedo, Aláquez, Tanicuchi, Lasso, Pastocalle, Barrancas, José Guango Bajo, Mulaló y San Agustín de Callo. El presente estudio se enfocará principalmente al drenaje norte del volcán, porque comprende al río Santa Clara, que recibe el flujo de lodo que desciende por el río Pita en el sector La Caldera. 2.1.2 Geología e historia eruptiva del volcán Cotopaxi Entre los principales estudios sobre la historia del volcán Cotopaxi se encuentra el de Barberi et al. (1995) y Hall y Mothes (2007), quienes coinciden que la edad más antigua del volcán supera los 400 000 años AP. Para Hall y Mothes (2007) la historia empieza con lo que denominan Cotopaxi I, con edad estimada de 420 000 - 560 000 años AP, correspondiente a la serie riolítica llamada por los autores, Barrancas. Esta serie es el resultado de una actividad prolongada efusiva y explosiva de afinidad riolítica, que se caracteriza por el emplazamiento de domos riolíticos y diques. La culminación de la serie Barrancas es seguida por un período erosional que produjo un paquete de detritos producto de la erosión de las estructuras volcánicas existentes, depósitos fluviales, glaciares y flujo de escombros. En tanto, en el estudio de Barberi et al. (1995) se menciona que el volcán más antiguo, denominado PaleoCotopaxi, fue inicialmente caracterizado por grandes erupciones explosivas, durante las cuales se depositaron caídas de ceniza y caídas plinianas riolíticas. 19 Dataciones de los fragmentos de obsidiana de estos flujos piroclásticos dan una edad de 500 000 años AP. Barberi et al. (1995) y Hall y Mothes (2007) indican que un pequeño estratovolcán, Pico Morurco, se construyó por una leve explosión andesítica y actividad eruptiva efusiva en el sur del presente cono. Hall y Mothes (2007) señalan que el pico Morurco estratigráficamente se encuentra entre la serie Barrancas y el flujo de ceniza Chalupas (ignimbrita de 211 000 años AP). Después de la etapa de abanicos de detritos y lavas andesíticas, Hall y Mothes (2007) señalan un largo período de descanso del volcán Cotopaxi, aproximadamente de 400 000 años AP, en el cual se depositó la Formación (Fm.) Cangahua y la ignimbrita de Chalupas. El tope de la Fm. Cangahua puede tener una edad de 20 000 años AP, mientras que la base es más vieja que la caída de ceniza del Chalupas y más joven que la serie Barrancas. Para Barberi et al. (1995), la actividad del Cotopaxi reanuda aproximadamente 10 000-15 000 años AP, e inicia con al menos tres grandes erupciones plinianas riolíticas. Para Hall y Mothes (2007) el denominado Cotopaxi IIA empezó hace 13 200 años AP, y presentó dos eventos; la serie riolítica F y el episodio riolítico Cañón Colorado, éste último empezó sobre un suelo de 4420±80 y 4670±70 años AP. En cambio para Barberi et al. (1995) las dataciones radiométricas indican una edad mayor que 5000 años AP. Poco después de la serie riolítica compuesta por una unidad de arena rica en obsidiana y capas de pómez blanca consideradas de origen freatomagmático, se produjo un flujo de brecha riolítica con una posterior y principal erupción pliniana que dejó un depósito uniforme de lapilli de pómez, suprayaciendo a esta unidad se encuentra el principal flujo piroclástico (flujo de ceniza 1). Después se produjo un colapso sectorial, donde Barberi et al. (1995) y Hall y Mothes (2007) coinciden que el mencionado depósito ha sido producido por una falla catastrófica del flanco NE del edificio volcánico, al pie NE del volcán se propaga una extensa avalancha hummock (25°NE). Luego del colapso de sector, un segundo flujo de ceniza es depositado (flujo de ceniza 2), simultáneamente con el flujo de ceniza de la serie 2 se presenta un gigantesco flujo de escombros denominado lahar del Valle de los Chillos, este flujo de escombros fue generado por la mezcla de agua derivado de la capa glaciar del volcán Cotopaxi con los flujos de ceniza caliente 1 y 2 antes mencionados. Finalmente se presenta un tercer flujo de ceniza (flujo de ceniza 3) que suprayace a la serie 2 y al depósito de lahar del Valle de los Chillos. 20 Desde el final del episodio Cañón Colorado hasta el presente (Hall y Mothes, 2007), el volcán Cotopaxi (denominado Cotopaxi IIB) ha presentado una serie de periodos eruptivos que involucran magmas andesíticos, solo con una excepción que corresponde a la ceniza riolítica de 2100 años AP. Este episodio andesítico presenta 18 épocas eruptivas con al menos 32 erupciones con VEI de 3, intercalados con intervalos de reposo que son evidenciados por el desarrollo de horizontes de suelo 2.1.3 Actividad eruptiva histórica Desde la conquista española (1532) se han descrito varias erupciones del volcán Cotopaxi. De acuerdo a Troncoso (2005), la actividad del volcán Cotopaxi se puede dividir en 6 episodios eruptivos: 1. Episodio eruptivo 1 532-1534? 2. Episodio eruptivo 1742 a 1744 3. Episodio eruptivo 1766 a 1768 4. Episodio eruptivo 1803 5. Episodio eruptivo 1845 a 1886 6. Episodio eruptivo 1903 a 1912 1.- Del primer ciclo eruptivo histórico (1532-1534?) no se cuenta con una fecha exacta de su erupción, pero los detalles que contiene las crónicas sobre los efectos de la erupción permiten deducir que el evento fue de gran magnitud, con caída de ceniza y generación de lahares afectando a La Contiega (Egred, sin publicar). Durante 200 años no se reportó ninguna actividad del volcán Cotopaxi, formando así un suelo delgado en su pausa eruptiva (Hall y Mothes; 2007) 2.- Episodio eruptivo 1742 a 1744. En 1742 se inició un período de intensa actividad (Egred, sin publicar), dos principales erupciones ocurrieron en este año produciendo caída de ceniza y lahares destructivos (Barberi et al; 1995), afectó al valle del río Cutuchi (Egred, sin publicar). En 1743 los flujos de lodo fueron de menor proporción que los del año anterior y las lluvias de ceniza fueron más profusas (Egred, sin publicar). 21 Durante 1744 el volcán tuvo una mayor erupción explosiva, con una extensa caída de ceniza y arena de 7 a 10 cm de espesor a 10 km al oeste del cráter y corrientes de lavas en diferentes direcciones produciendo grandes lahares (Barberi et al., 1995). Los lahares llegaron al norte, valle de los Chillos ocasionando serios estragos, al sur, por el valle del río Cutuchi cubriendo todas las llanuras de Latacunga y por el Este se produjo una crecida de flujo de lodo que devastó la población de Napo (Egred, sin publicar). 3.- Episodio eruptivo 1766 a 1768: la erupción de 1766 generó grandes lahares e inundaciones afectando a la ciudad de Latacunga, mientras que la caída de pómez gruesa hacia el oeste del volcán afectó a varias granjas (Barberi et al., 1995) En 1768, erupción explosiva más grande que las anteriores, cayeron bombas hasta la Cienega cerca de Tanicuchí, los flujos de lava ocasionaron lahares en el valle de los Chillos y en el río Cutuchi destruyendo Latacunga (Barberi et al., 1995). 4.- Después de 35 años, la actividad continúa en 1803, pero es muy pequeña y débil (Barberi et al., 1995), pero (Egred, sin publicar) menciona la generación de flujos de lava, flujos de lodo y una posible caída de ceniza. 5.- Episodio eruptivo 1845 a 1886: En 1845 consta como una erupción poco alarmante, en la que se registró el crecimiento del caudal del río Cutuchi y columnas de humo sobre el cráter (Egred, sin publicar). En 1853, una nueva erupción provocó la caída de ceniza por tres días, además de emisión de lava generando pequeños lahares (Barberi et al., 1995). En 1854 se registra emanación de lapilli, ceniza, y lahares (Egred, sin publicar). Desde 1855 a 1866 el volcán tuvo al menos 4 erupciones menores, con caída de ceniza y emisión de flujos de lava (Barberi et al; 1995), excluyendo la erupción de 1855 que no fue tan pequeña como se suponía porque la generación de flujos de lodo tuvo la suficiente magnitud para destruir el puente de Latacunga (Egred, sin publicar). En los años 1867 a 1876 la actividad eruptiva fue transitoria y poco intensa (Egred, sin publicar). 22 Una mayor actividad eruptiva se desató en 1877 presentando algunos fenómenos volcánicos y ocasionando grandes consecuencias, un breve resumen se describe a continuación: Emanación de ceniza, se extendió hasta las costas de Manabí, Guayas y Esmeraldas; en Latacunga la acumulación de ceniza fue menor y para el Oriente la capa de ceniza fue muy fina. Cabe resaltar que la acumulación de ceniza en esta erupción fueron menores en comparación con grandes erupciones pasadas (Egred, sin publicar). Los flujos de lava (2500°C) y materiales ígneos bajaron por todos los márgenes del cráter, causando la fusión de la nieve y grandes partes del casquete glaciar que generaron grandes volúmenes de agua, así, los lahares primarios descendieron por los anchos surcos que quedaron excavados por los glaciares, rebasaron cauces de 100 m de ancho por 50 m de profundidad (Egred, sin publicar). Los flujos de lodo transitaron al norte, principalmente por el río Pita hasta Sangolquí y por el río Guayllabamba hasta el Océano Pacífico llegando a Esmeraldas en 18 horas recorriendo 300 km, al sur por la cuenca del río Cutuchi demorándose 30 minutos en llegar a Latacunga continuando hacia Baños y el Puyo y al este, los lahares bajaron por el río Tambo al río Napo (Troncoso, 2005) En los años 1878 a 1885 reportaron pequeñas erupciones con emisión de nubes ardientes, flujos de lava, y lahares (Barberi et al., 1995). 6.- Episodio eruptivo 1903 a 1912: en 1903 el volcán entra en erupción, dando lugar a coladas de lava y columnas de vapores y gases mezclados con ceniza y arena (Egred, sin publicar). El evento de 1904 empezó con caída de ceniza en Quito, flujos de lava y lahares (Egred, sin publicar). En los años 1905, 1906 y 1907 el volcán Cotopaxi se mantuvo con una actividad eruptiva pequeña acompañada de fuertes truenos, columnas de humo y material volcánico (Egred, sin publicar). 23 En 1911 y 1912 el volcán presentó un deshielo de su casquete glaciar presentado pequeños lahares y emanaciones de ceniza (Egred, sin publicar). La Tabla 1 indica un resumen del número de erupciones y los índices de explosividad volcánica (VEI) de los eventos eruptivos históricos del volcán Cotopaxi: Tabla 1. Erupciones históricas del volcán Cotopaxi y VEI. (Modificado de Mothes et al, 2004) AÑO 1532-1534 1742 1743 1744 1766 1768 1803 1853-1854 1855 1877 1880 1878 1904 1905 1906 NÚMERO DE ERUPCIONES 2 3 1 1 1 1 1 2 (Hall; 2007) 1 (Egred, sin publicar) 2 1 1 (Egred, sin publicar) 1 (Egred, sin publicar) 1 (Egred, sin publicar) 1 (Egred, sin publicar) VEI 3-4 4 3-4 4 3 4 ? 3-4 4 2-3 ? ? ? ? Con los datos históricos del volcán Cotopaxi, se puede observar que los VEI varían de 2 a 4, lo que quiere decir que las erupciones han sido moderadas a grandes llegando a ocasionar grandes pérdidas humanas y económicas. 2.1.4 Actividad actual del volcán Cotopaxi En los siguientes párrafos se detalla un resumen de la actividad del volcán Cotopaxi realizado por el Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional en sus informes diarios durante el periodo abril 2015 – julio 2016. La actividad sísmica del volcán ha mostrado cambios desde mediados del mes de abril del 2015, caracterizada principalmente por la presencia de sismos relacionados a movimiento de fluidos al interior del volcán. Desde el mes de mayo se observó un incremento en la actividad fumarólica del cráter, se reportó un aumento del caudal de agua en algunas quebradas del flanco NE del volcán. Sin embargo, el 14 de agosto del 2015 el volcán inició el proceso eruptivo, registró 4 explosiones; dos de ellas corresponden a explosiones pequeñas mientras que las otras 24 fueron freáticas formando grandes nubes de ceniza afectando a los sectores de Machachi, Amaguaña, Boliche, Tambillo y al sur de Quito, posterior a esto, se produjo una segunda emisión de ceniza, generando una nube que alcanzó los 6 y 8 km sobre el nivel del cráter y un volumen de tefra de 560 000 m3, estos datos asignan un índice de explosividad volcánica igual a 1. La presencia de ceniza en los flancos del volcán cubrió el glaciar en la parte occidental y sus flancos inferiores (Fotografía 2). Fotografía 2. Presencia de cenizas en los flancos del volcán Foto tomada desde Lasso en horas de la tarde, martes 18 de agosto 2015, por P. Mothes. A inicios del mes de septiembre del 2015 las emanaciones de cenizas y gases volcánicos disminuyeron en altura, generalmente estas emisiones no pasaron de 1 km sobre el nivel del cráter y presentaron una dirección preferencial hacia al O-NO, y ocasionalmente tuvieron una dirección hacia el SO. Sin embargo, tiempo después se produjo una columna de más de 3 y 4 km de altura, cuya ceniza de calor blanco cayó en los flancos occidentales del volcán, se registró un aumento en el número de eventos volcano-tectónicos (fractura de rocas dentro del volcán) posiblemente relacionados a una nueva intrusión del magma o a un aumento de la presión en el reservorio magmático. A partir del mes de octubre se observó una progresiva disminución de la actividad superficial del volcán Cotopaxi caracterizada por columnas de gases, de color blanco que alcanzaron los 2 km de altura sobre el nivel del cráter, y a pesar de que, el número de eventos volcanotectónicos (rupturas dentro del volcán) registrados siguió en aumento desde el 10 de septiembre, en diciembre hasta marzo se ha reportado que la actividad interna del volcán fue moderada, solamente se observaban emisiones débiles de gas y vapor a nivel del cráter. La actividad superficial del volcán se ha mantenido en un nivel bajo, es decir, presencia de 25 emisiones de ceniza, sin que lleguen a afectar a las poblaciones próximas al volcán y generación de lahares secundarios afectando solamente al Parque Nacional Cotopaxi, como ha ocurrido en los meses anteriores. El informe especial del 30 de marzo del 2016 menciona que se han producido 58 lahares secundarios (Fotografía 3) debido a los deshielos de los flancos, los cuales descendieron principalmente por la quebrada Agualongo ubicada al occidente del volcán. Cabe indicar que la cobertura glacial actual del volcán se encuentra fisurada y debilitada, es por esa razón que los deshielos han ocurrido continuamente. Fotografía 3. Pequeño flujo de lodo que bajo por el flanco occidental del cono, en la tarde del 28 de Agosto del 2015. Tomada por D. Andrade. Durante el mes de abril hasta el 21 de mayo la actividad interna del volcán fue moderada con tendencia descendente, en cambio, a partir del 22 de mayo hasta el mes de julio la actividad interna del volcán fue baja, durante estos meses, las actividades superficiales que el volcán presentó fueron las emisiones de gases y vapor de agua, las mismas que alcanzaron una altura máxima de 500 metros sobre el nivel del cráter, excepto la del 30 de mayo que alcanzó una altura de 1000 metros sobre el nivel del cráter con dirección al occidente y oriente. Cabe recalcar que las lluvias moderadas que han ocurrido en el volcán generaron pequeños lahares secundarios el 10 de abril, 1, 10 y 30 de mayo, 8 de junio y 23 de julio, los mismos que no presentaron peligro para la población ya que se han depositado dentro del Parque Nacional Cotopaxi, que es despoblada. 26 2.2 Lahares o flujos de lodo 2.2.1 Definición y aspectos importantes Los lahares son mezclas de materiales volcánicos como bloques, bombas, piedra pómez y ceniza, con agua proveniente ya sea por la fusión de casquete glaciar, de la ruptura de un lago ubicado en un cráter o de lluvias fuertes (Andrade et al., 2005); es decir, que los lahares pueden ser primarios (se generan por la erupción) o secundarios (post eruptiva o sin erupción). El origen de los lahares requiere de: 1. Un adecuado suministro de agua, 2. abundantes detritos no consolidados, (pueden ser generados por flujos y caídas piroclásticos) material meteorizado (influencia glaciar), coluviones y suelo, 3. pendientes empinadas (mayores a 25°) y altos relieves en la fuente y 4. mecanismos desencadenantes (Modificado de Vallance e Iverson, 2015). Los mecanismos para generación de lahares, por la liberación repentina de agua pueden ser: 1. Mezcla rápida de avalanchas de rocas calientes, flujos y oleadas piroclásticas con hielo glacial y nieve derretida (lahares primarios), 2. desplazamiento de grandes volúmenes de agua de un lago cratérico durante una erupción, 3. liberación de agua atrapada dentro de un glaciar, que se generó durante erupciones subglaciales, 4. producto de removilización de materiales por intensas lluvias, pueden ser generados sin erupciones. Los lahares por lluvias o secundarios son los más comunes y abundantes durante períodos de invierno y en zonas tropicales. El tamaño y la frecuencia de los lahares pueden aumentar en los meses o años después de la erupción piroclástica primaria, luego disminuyen exponencialmente a medida que las redes de drenaje y vegetación se reestablecen (Vallance e Iverson, 2015). Un lahar en movimiento tiene forma de un cuerpo alargado, con la superficie expuesta bastante plana. En el lahar se puede distinguir tres zonas que son caracterizados por el tamaño de clastos y la distinta concentración de sólidos. En la parte frontal se observa clastos de mayor tamaño y en mayor concentración; en la parte central disminuye la cantidad de clastos y concentración; y en la cola se transforma a un flujo hiperconcentrado (Pierson T., 1986). De acuerdo a Aguilera y Toulkeridis, (2005) en la cabeza, o "frente de bloques", se van acumulando los bloques de roca de mayor tamaño; en el cuerpo, la concentración de sólidos varía entre el 75 y 90% en peso y en la cola una concentración de sólidos similar a la de un flujo hiperconcentrado, 45% en peso, es decir, partículas más finas (Figura 7) 27 Figura 7. Forma de un lahar. Pierson T., (1986) En el caso del volcán Cotopaxi, los flujos de lodo o lahares son de tipo primario y secundario. Siendo los lahares primarios muy voluminosos y destructivos, en tanto, los secundarios son de tamaños moderado a pequeño y en general con menor alcance lateral y longitudinal, (Andrade et al., 2005). Cabe resaltar que para volcanes con casquete glaciar durante una erupción, el contacto o mezcla entre los productos volcánicos calientes con el hielo y nieve es un factor importante para la transferencia de calor y generación de agua necesaria para producir lahares. Los procesos volcánicos altamente energéticos como los flujos piroclásticos tienen mayor efecto mecánico sobre el glaciar para favorecer a la mezcla, en cambio los procesos volcánicos menos energéticos como los flujos de lava, caída de tefra e impacto de fragmentos balísticos tienen efecto local sobre la capa de hielo (Pierson et al., 1989 y EMAAPS, 2004) A continuación se resumen los procesos volcánicos capaces de afectar, desestabilizar y fundir el casquete glaciar, y que han sido mencionados en el informe de la EMAAPS, (2004) como posibles en el volcán Cotopaxi. El impacto sísmico y acústico asociado a erupciones freáticas y freatomagmáticas ocasionan que la cohesión interna del glaciar disminuya y que pueda generarse avalanchas de hielo y nieve. Los fragmentos balísticos en una erupción tipo estromboliano y vulcaniano penetran el casquete glaciar provocando la mezcla entre la roca, hielo y nieve, además de generar avalanchas mixtas de roca y nieve. 28 El contacto de los flujos y oleadas piroclásticos provocan una erosión térmica y mecánica del glaciar, tienen una interacción más profunda entre el material volcánico y el glaciar, generando mayor cantidad de fusión de la nieve y el hielo. Entre otros factores que influyen en el debilitamiento del casquete glacial, se menciona: El grado de fracturamiento del glaciar La orientación de las grietas del glaciar, presencia de grietas longitudinales paralelas a la dirección del flujo piroclástico. La composición del magma, que controla el tipo de erupción y el grado de explosividad. Un caso particular, para determinar el probable comportamiento futuro del volcán Cotopaxi, es la erupción con lahares del Nevado del Ruiz del 13 de noviembre de 1985. En esta erupción, Pierson et al, (1989) dan a conocer ciertos aspectos importantes sobre la generación y desarrollo de lahares primarios: La rápida transferencia de calor de una secuencia de flujos y oleadas piroclásticas, combinada con movimientos sísmicos produjo grandes volúmenes de deshielo que fluyen pendiente abajo generando avalanchas saturadas en nieve. Los depósitos registraron que los flujos tienen diferente concentración, energía, temperatura y humedad. Los autores concluyeron que para calcular el potencial volumen de los lahares que se pueden generar, se debe considerar el área de la nieve depositada, más que el espesor de la capa de hielo. Esto considerando que durante la erupción de 1985 se observó que la nieve es más efectiva para la generación de lahares, debido a que se funde y se mezcla más rápido que el hielo. Los lahares incrementaron su volumen significativamente por la incorporación de agua y erosión de los sedimentos. En valles confinados la velocidad de estos flujos fue alta y los impactos catastróficos que llegaron hasta los 100 km río abajo. Varios de los flujos piroclásticos cambiaron a oleadas piroclásticas cuando éstos fluyeron fuera de la meseta de la cumbre, sobre los flancos exteriores más empinados. Otros flujos llegaron a ser progresivamente más húmedos a través de la incorporación del agua fusionada del hielo y nieve erosionada. 29 Los depósitos de lapilli acresionaria y coágulos de lodo cohesivo depositados por oleadas, indicaron que parte de las oleadas estaban húmedas por el tránsito sobre la nieve derretida y en parte por el agua de vapor condensada. Con respecto al tipo de magma, los autores observaron que el magma que produce la pómez gris fue más caliente que el magma que produce pómez blanca, es decir, 918° a 992° C y 914° a 935° C respectivamente. Las oleadas piroclásticas generadas durante la fase explosiva temprana, erosionaron la nieve y fracturaron el hielo. Estos marcaron un patrón de surcos radiales en las fuertes pendientes de la capa de hielo de la cumbre. La transferencia de calor desde una capa de detritos piroclásticos calientes en reposo a una superficie de nieve, teóricamente pudo generar una escorrentía de deshielo de 33 - 46 mm/30 min. La filtración del deshielo, movimientos sísmicos y esfuerzos de cizalla impartida por los flujos y oleadas piroclásticas pudieron desencadenar fallas masivas del glaciar durante la erupción. La sismicidad por sí sola no pudo causar un gran número de fallas, a menos que una actividad anterior haya desestabilizado las pendientes. Los esfuerzos de cizalla impartidos por el arrastre del fluido y la colisión de partículas en la superficie o partes desestabilizadas de la capa de hielo, pueden ayudar a desencadenar avalanchas mixtas durante la fase explosiva temprana de la erupción. Las temperaturas de emplazamiento de algunos depósitos fueron probablemente más de 500° C. Los primeros pulsos de los lahares removieron elementos rugosos de algunos canales, los cuales crearon canales hidráulicamente lisos, que permitieron que lahares tardíos viajen más rápido que los anteriores. Los flujos del lahar se formaron en pulsos u olas, esto se debe en parte a los flujos iniciales que ocurren en diferentes tiempos, por diferentes mecanismos y en diferentes valles tributarios. Los pulsos de los flujos pudieron ser el resultado de: 1) un represamiento y liberación periódica, un hecho que ha sido observado en pequeños flujos de detritos, y 2) por la inestabilidad del flujo. La descarga máxima de lahares fue mayor en los canales empinados superiores, los caudales oscilaron hasta los 48 000 m3/s y son mayores entre los 10 y 20 km río abajo del volcán. Se estima que el volumen total combinado de los lahares en las cabeceras de todos los canales pudo haber sido entre 19 000 000 y 27 000 000 m3, 30 mientras que a 104 km de la fuente un lahar lodoso alcanza un total de 90 000 000 m3, esto pudo ser gracias al ingreso de sedimentos erosionados y agua adicional. Los lahares incrementaron su volumen a al menos 70 km del cráter. Un pequeño lahar aparentemente alcanzó su máximo volumen a los 30 - 40 km corriente abajo desde el cráter. La combinación de altos relieves, fuertes pendientes y valles profundos sobre el cono volcánico puede extender la distancia de los lahares a más de 100 km del volcán. Para el caso de estudio, en una futura erupción del volcán Cotopaxi, se debe considerar aspectos importantes que fueron mencionados en párrafos anteriores, resaltando que los lahares son el resultado de la interacción de los flujos piroclásticos con el glaciar más no por el contacto de un flujo de lava. Por otra parte también se generan las avalanchas de hielo y nieve que son producto de los sacudimientos sísmicos, acústicos e impacto de fragmentos balísticos. Los lahares pueden presentarse en forma de pulsos u olas, siendo los primeros que van removiendo el material que se encuentra en los canales para dejar una superficie lisa para el paso de lahares posteriores, los mismos que adquirirán mayor velocidad en relación a los primeros. Con respecto al volumen generado, se resalta que en el Nevado del Ruiz cerca de la fuente fue de 19 000 000 a 27 000 000 m3, llegando a aumentar este valor a una distancia de 104 km del volcán a 90 000 000 m3, es decir, se incrementó en aproximadamente 3 veces con respecto al volumen inicial, esto se debe a la incorporación de agua y material erosionado. 2.2.2 Lahares del volcán Cotopaxi Estudios geológicos detallados por Andrade et al. (2005) indican que los lahares (primarios y secundarios) han ocurrido en todas las épocas eruptivas de los últimos 2000 años. Debido a su alta velocidad (aproximadamente 100 km/h), los lahares primarios pueden desplazar objetos de gran tamaño y peso, tales como puentes, fábricas, casas, grandes árboles, entre otros. Relatos históricos, mencionan que las mayores catástrofes ocasionados por los lahares fueron en los valles de los ríos Pita- Santa Clara – San Pedro y Cutuchi, afectando seriamente a poblaciones como Sangolquí (en el norte) y Latacunga – Salcedo (en el sur). 31 Para el caso específico del lahar del 26 de junio de 1877, en el río Pita, se ha calculado que su velocidad variaba entre 50 y 82 km/h en el curso alto, y entre 20 y 30 km/h en el Valle de los Chillos, su caudal pico fue de 50 000 y 60 000 m3/seg, y el volumen calculado para el lahar fue de 0,07 km3 aproximadamente (Mothes et al., 2004). Mothes et al. (2004) analizan diferentes escenarios para la generación de lahares de eventos eruptivos de magnitudes variables; demostraron que la fusión de la nieve/hielo en todo el sector norte del glaciar, en un área estimada de 4,7 km2 y a una profundidad entre 4 y 8 m, durante una erupción de VEI 4 o mayor, generaría suficiente agua para producir un volumen de lahar de 60 000 000 a 120 000 000 m3 para el flanco N-NE. Erupciones más pequeñas (VEI 2-3) asociados con eventos explosivos de pequeño volumen de tipo estromboliano, posiblemente generarían flujos piroclásticos de corta duración o lavas que tendrían mínimos efectos sobre el glaciar. Samaniego (2004), calcula que los volúmenes de lahar totales para este tipo de erupción sería entre 15 000 000 a 30 000 000 m3. Los autores resaltan que para el drenaje norte, este sería un resultado probable, y que las dispersiones y extensiones volumétricas de estos lahares serían menores que las ocurridos en el caso de 1877. La tabla 2 indica el número de lahares primarios históricos recopilados de la información bibliográfica, que fluyeron por los drenajes norte, sur y oriente. Tabla 2. Lahares primarios en las zonas Norte, Sur y Oriente AÑOS 1532-1534 NÚMERO DE LAHARES NORTE 1 (Mothes et al., 2004)? SUR 1 (Egred, sin publicar) 1742 1 (Mothes et al., 2004) 1743 1 (Mothes et al., 2004) 1744 1 (Mothes et al., 2004) 1766 1768 1 (Mothes et al., 2004) 1 (Mothes et al., 2004) 1 (Mothes et al., 2004) 1 (Egred, sin publicar) 1855 1 (Egred, sin publicar) 1 (Mothes et al., 2004) 1 (Egred, sin publicar) 1878 1906 1 (Mothes et al., 2004) 1 (Mothes et al., 2004) 1854 1877 ORIENTE 1 (Mothes et al., 2004) 1 (Egred, sin publicar) 1 (Egred, sin publicar)? 32 Información tomada de Andrade et al. (2005) indican que históricamente hacia la parte norte fluyeron 3 lahares y hacia el sur 20, mientras que en la recopilación de información de lahares históricos que se señala en la Tabla 2, se puede resaltar que por el norte descendieron al menos 5 lahares y al sur 9 lahares. En cambio, Mothes et al.,(2004) mencionan que hacia el valle de Latacunga fluyeron 12 lahares y al norte 3, en tanto para el oriente, todos los autores mencionados coinciden que solo tres lahares fluyeron hacia esa zona. 2.2.3 Lahares hacia el drenaje norte Los lahares que fluyen hacia la parte norte del volcán siguen una red hídrica, que inicia con los ríos Pita (unión de 8 pequeñas quebradas) con una descarga normal de 1 a 3 m 3/s y el río El Salto <1 m3/s (Mothes et al., 2004); drenan la parte nor-oriental y norte del cono, estos drenajes nacen de los glaciares 1 - 6 (Figura 6). Hacia zonas más bajas, los ríos Pita, Santa Clara y San Pedro se unen; manteniendo el mismo nombre de río San Pedro, aguas abajo el caudal confluye al río Machángara, que finalmente se une con el río Chiche para forman el río Guayllabamba, este último recibe a los ríos Pisque e Intag; pasando el límite interprovincial, el río Guayllabamba se une con el río Blanco para formar el gran río Esmeraldas que deposita sus aguas en el Océano Pacífico. En los años 1744, 1768, 1877 y 1906 (Egred sin publicar) erupciones volcánicas generaron lahares, que transitaron los ríos antes mencionados. En el período eruptivo de 1532-1534 se formaron grandes lahares, pero estos son muy poco descritos y en el caso del lahar de 1906 Egred (sin publicar) menciona que no existen detalles sobre este evento. Entre 1534 y 1742 Mothes et al. (2004).señalan que existe un suelo delgado formado durante los 200 años de pausa eruptiva, por lo que se deduce que no hay evidencias de lahares en el período mencionado. La erupción de 1744 desencadenó un lahar que entró al río Santa Clara, destruyendo propiedades ubicadas a lo largo de la trayectoria (Mothes et al., 2004), esto se debe a la condición morfológica particular, en el sitio "La Caldera", en la que gran parte del volumen de los lahares que circulan por el río Pita desborda hacia el río Santa Clara (Aguilera y Toulkeridis, 2005), se cree que esto es resultado de que la descarga del lahar fue alta y se produjo un run-up (Mothes et al., 2004). Los lahares llegaron al Valle de los Chillos y Tumbaco afectando comunidades como San Rafael, Cumbayá, Tumbaco, entre otros; 33 continuando por el río Guayllabamba hasta llegar a Esmeraldas por el río del mismo nombre (Egred, sin publicar). Lo más distintivo son los líticos grisáceos con fracturas radiales producidas por enfriamiento asociado a una explosión plug-clearing lo cual fue antes de la principal erupción que produjo el lahar (Mothes et al., 2004). Durante la erupción hubo abundante lluvia de piroclastos que consistió al principio de arena gruesa, después fue arena más fina de coloración blanquecina, rojiza y verdosa. El volcán emanó una nube de ceniza que alcanzó grandes distancias según la dirección del viento, las corrientes de lava y nubes ardientes bajaron en diferentes direcciones del cráter ocasionando lahares y torrentes de agua que descendieron por los principales drenajes del volcán (Egred, sin publicar) En 1768 ocurrió una erupción explosiva más grande que las anteriores, presentó caída de lapilli escoriácea seguida por la emisión de pómez blanca, ceniza pumícea gruesa y ceniza fina, además, de flujos de lava los cuales produjeron lahares en el Valle de los Chillos, 40 km al N del volcán (Barberi et al., 1995). El depósito de lahar de 1768 puede corresponder a una unidad compuesta de grandes clastos andesíticos (10-40cm.), que se observan en un afloramiento al pie del norte del volcán que suprayace una caída de ceniza, depósitos de flujo piroclástico, nube de ceniza y del lahar de 1877. Hay componentes escasos de escoria juvenil o de piedra pómez, no existe un registro histórico que detalle la naturaleza de los flujos piroclásticos que causó la destrucción del glaciar y produjeron el lahar de 1768 (Mothes et al., 2004). La erupción del 26 de junio de 1877 produjo flujos piroclásticos ricos en escoria que fluyeron sobre todos los flancos del cráter fundiendo gran parte del glaciar lo que rápidamente formó lahares. Los flujos piroclásticos fueron expulsados durante 15 a 20 minutos, acompañado de una gran cantidad de gases, en una actividad especial denominada tipo “boiling over”, esta actividad se caracteriza por la emisión de una espuma densa de piroclastos y gases que recubre la cima del volcán generando nubes ardientes capaces de fundir el hielo. Mothes et al. (2004) señalan que los flujos piroclásticos se separaron en clastos redondeados, escoriáceos, semi-vesiculados y cubiertos por un barniz vítreo, se sabe que los bloques tienen forma de coliflor o bloques 'krumkopf'. En las crónicas del Padre Sodiro se menciona que la cantidad de “lava” fue impresionante, calculó un volumen de 200 000 000 m3 para todo el material que bajo por las quebradas. Cabe recalcar que el fenómeno que originó los lahares fue la interacción de los flujos piroclásticos con la nieve y 34 el hielo del casquete glaciar. Además, una de las particularidades fue que el flujo piroclástico era escoriáceo. El depósito de lahar tiene un color gris y comprende clastos de escoria negra y roja, además, de pequeñas gravas de clastos de andesitas grises y arena de grano medio, generalmente la matriz se disgrega fácilmente, es poco cohesiva y clastos soportado (EMAAPS, 2004). De acuerdo a las crónicas, el flujo de lodo llegó cerca del barrio de San Pedro del Tingo, donde ingresa al cauce del río de San Pedro, destruyendo puentes, haciendas, sistemas de riego y molinos de grano, hasta llegar a la ciudad costera de Esmeraldas 18 horas después de su inicio; al valle de los Chillos llegó en menos de una hora, y a Tumbaco llegó en 1 hora y media (Mothes et al., 2004). 2.3 Variables morfométricas Para el estudio del comportamiento de un lahar que fluya por la cuenca y su drenaje principal, es necesario conocer que son y cuáles son los parámetros morfométricos. De esa manera, se detalla lo siguiente: Parámetros generales Perímetro (P) El perímetro de la cuenca es la longitud de la línea divisoria. Área de la cuenca (A) El área de una cuenca es el espacio que delimita la curva del perímetro Parámetros de forma Factor de forma (F) Expresa la relación entre el ancho promedio de la cuenca (W) y la longitud de la cuenca (l), determinando si existe concentraciones de volúmenes de agua (Anaya, 2012), mediante la siguiente ecuación: F= W l 35 Dónde: W: Ancho promedio del área de captación l: Longitud de la cuenca El ancho promedio W se estima como: W= A l Dónde: A: Área de captación l: Longitud de la cuenca Entonces: A/l l A F= 2 l F= La clasificación para describir la forma de la cuenca se indica en la Tabla 3 Tabla 3. Forma de la cuenca en función al factor de forma. Fuente: Villón (2002). Factor de forma Forma de la cuenca F>1 Redondeada F<1 Alargada Coeficiente de compacidad (Kc) El coeficiente de compacidad propuesto por Gravelius (Anaya, 2012), compara la forma de la cuenca con la de una circunferencia. Kc se define como la razón entre el perímetro de la cuenca y su área (Anaya, 2012). Kc = 0.28 ∗ P √A Dónde: Kc: Coeficiente de compacidad P: Perímetro de la cuenca A: Área de la Cuenca Según Anaya (2012), el valor del coeficiente de compacidad, independiente del área estudiada tiene por definición un valor de 1 para cuencas imaginarias de forma exactamente circular. Los valores de Kc nunca serán inferiores a 1. El grado de aproximación de este índice a la unidad indicará la tendencia a concentrar fuertes volúmenes de aguas de 36 escurrimiento, es decir, entre más bajo sea Kc mayor será la concentración de agua (Tabla 4) Tabla 4. Índice de Gravelius para la evaluación de la forma. Fuente: Ortiz (2004). Clase Rango Descripción Kc1 1 a 1.25 Forma casi redonda a oval-redonda Kc2 1.25 a 1.5 Forma oval-redonda a oval-alargada Kc3 >1.5 Forma oval-alargada Parámetros de relieve Pendiente de la cuenca hidrográfica Según Villodas (2008), la gradiente de la pendiente de una cuenca tiene importancia dado que, indirectamente, a través de la velocidad de escurrimiento, influye en el tiempo de concentración. La clasificación del tipo de terreno es según el rango de pendientes (porcentaje), de acuerdo a la Tabla 5 Tabla 5. Tipo de terreno en función de la pendiente. Fuente: Villodas (2008). Pendiente en % Tipo de Terreno 0 -3 Llano 3–7 Suave 7 – 12 Medianamente accidentado 12 – 20 Accidentado 20 - 35 Fuertemente accidentado 35 - 50 Muy fuertemente accidentado 50 - 75 Escarpado >75 Muy escarpado Existen algunos criterios para evaluar la pendiente de la cuenca, para este estudio se aplicó tres métodos: criterio de Alvord, criterio del rectángulo equivalente, y software aplicado (ArcGis 10.3); con la finalidad de conocer que método sería el más preciso. Criterio de Alvord: Este criterio se basa en la obtención previa de las pendientes existentes entre las curvas de nivel. n D Sc = ∗ ∑ Li A i=1 37 Dónde: Li: longitud de la curva de nivel “i” D: desnivel entre dos curvas de nivel consecutivas A: Área total de la cuenca. Criterio del Rectángulo Equivalente: El rectángulo equivalente es una transformación geométrica, que pretende representar la forma de una cuenca en un rectángulo que tiene misma área y perímetro, en este rectángulo las curvas de nivel se convierten en rectas paralelas al lado menor (Villón, 2002). Para el cálculo de las longitudes del lado mayor y menor, se utilizan las siguientes ecuaciones: L= Kc√A 1.12 2 [1 + √1 − ( ) ] 1.12 Kc Kc√A 1.12 2 l= ) ] [1 − √1 − ( 1.12 Kc Dónde: L: longitud del lado mayor del ractángulo l: longitud del lado menor del rectángulo Kc: índice de Gravelious A: área de la cuenca El valor medio de la pendiente se calcula con la siguiente ecuación: Ip = 1 √L n [∑ √βi (a i − a i−1 ) ] 1 Dónde: Ip: índice de pendiente, adimensional L: longitud del lado mayor del rectángulo equivalente, en Km n: número de curvas de nivel dentro del rectángulo equivalente, incluyendo las extremas β: fracción de la superficie total de la cuenca comprendida entre ai y ai-1 a: cotas de las curvas de nivel consideradas 38 Software Aplicado (ArcGis): Se calcula a partir de un DEM, realizando un mapa de pendientes, el mismo que se interpola para ser transformado a un vector y calcular la pendiente de la cuenca Curva hipsométrica Según Villodas (2008) la curva hipsométrica de una cuenca es un indicador de su estado de equilibrio dinámico. Se la representa gráficamente, en el eje de las abscisas el porcentaje del área acumulada que está por encima de una cota altitudinal específica, la misma que se la representa en el eje de las ordenadas. La Figura 8 indica tres curvas hipsométricas correspondientes a otras tantas cuencas que tienen potenciales evolutivos distintos. La curva superior (curva A) refleja una cuenca con un gran potencial erosivo; la curva intermedia (curva B) es característica de una cuenca en equilibrio; y la curva inferior (curva C) es típica de una cuenca sedimentaria. Es decir, se representan en las distintas fases de la vida de los ríos: curva A: fase de juventud; curva B: fase de madurez; y curva C: fase de vejez. Figura 8. Curvas hipsométricas características del ciclo de erosión de una cuenca. Tomado de Villodas (2008) 39 Pendiente del cauce principal La pendiente del cauce principal se relaciona con la capacidad y velocidad de transporte de sedimentos (Villón, 2002). En la Tabla 6 se indica la clasificación para caracterizar la pendiente de un cauce. Tabla 6. Clasificación de la pendiente Fuente: El Peruano 2009. Rango Término descriptivo 0-2% Plano o casi a nivel 2-4% Ligeramente inclinado 4-8% Moderadamente inclinado 8-15% Fuertemente inclinado 15-25% Moderadamente empinado 25-50% Empinado 50-75% Muy empinado >75% Extremadamente empinado Por comparación se analizó la pendiente del cauce mediante dos métodos: Método I. Pendiente uniforme del cauce: Consiste en medir el desnivel del río para su longitud. Sr = DA L Dónde: DA: desnivel altitudinal L: longitud del cauce Método II. Taylor y Schwarz: Este método considera que un río está formado por n tramos de igual o diferente longitud, cada tramo con pendiente uniforme (Villón, 2002). Para el cálculo de la pendiente se aplica la siguiente fórmula: 2 ∑ni=1 Li S= [ ∑ni=1 Dónde: S: Pendiente media del cauce 40 Li √Si ] Li: longitud del tramo i Si: Pendiente del tramo i Redes de drenaje Longitud del cauce principal (L) (río Santa Clara) Es la medida del escurrimiento principal de la cuenca, medido desde la parte más alta hasta la salida (Ibáñez et al., 2011). Orden de drenaje Permite tener un mejor conocimiento de la complejidad y desarrollo del sistema de drenaje de la cuenca, se relaciona con el caudal relativo del segmento de un canal (Ibáñez et al., 2011). Cuando se tiene un mayor orden de drenaje indica, de forma general, la presencia de controles estructurales del relieve y mayor posibilidad de erosión o bien, que la cuenca podría ser más antigua (en determinados tipos de relieve) (Fuentes, 2004). Tabla 7. Clasificación del orden de drenaje. Fuentes 2004. Clases de orden de drenaje Rangos de órdenes Clases de orden 1-2 Bajo 2-4 Medio 4-6 Alto Densidad de drenaje Una mayor densidad de drenaje indica mayor estructuración de la red fluvial, o bien, existe mayor potencial erosivo. La densidad de drenaje varía inversamente con la extensión de la cuenca (Ibáñez et al., 2011). Con este parámetro se puede establecer una relación con las características del suelo y el grado de cobertura que existe en la cuenca (Anaya, 2012) (Tabla 8) 41 Tabla 8. Relación de la densidad de drenaje Fuente: http://es.slideshare.net/valmisarandaaraujo/parametros-cuenca-delimitacin-clculos Característica Resistencia a la erosión Densidad Alta Fácilmente erosionable Densidad Baja Permeabilidad Poco permeable Muy permeable Topografía Pendientes fuertes Llanura Resistente Observaciones Asociado a la formación de los cauces Nivel de infiltración y escorrentía Tendencia al encharcamiento y tiempos de concentración Los rangos para calificar la densidad de drenaje se indica en la Tabla 9 Tabla 9. Rangos de clasificación de la densidad de drenaje. Fuente: (SINCHI, 2010) Rangos Clasificación <0.44 0.44-0.84 >0.84 Calificación Baja Media Alta Se calcula dividiendo la longitud total de las corrientes de la cuenca por el área total que las contiene: Dd = L A Dónde: L: Σ longitud de las corrientes efímeras, intermitentes y perennes de la cuenca en km. A: superficie de la cuenca en km2. 42 3.0 MARCO METODOLÓGICO Para proponer sitios seguros en la zona 6 (Selva Alegre) del cantón Rumiñahui frente a una eventual erupción similar a 1877 del volcán Cotopaxi y la potencial generación de lahares primarios, se ha propuesto elaborar una metodología, la misma que consistirá en: 1.- Elaborar una base de información científica que se relacionará con la actividad histórica del volcán. 2.- Considerar aspectos importantes de un flujo de lodo o lahar como es el alcance tanto en volumen como en distancia desde la fuente, velocidades y caudales, por ese motivo, se debe entender el comportamiento de un lahar primario, origen y desarrollo (Estado del arte) (Pierson et al., 1989). 3.- Entendido el fenómeno, se realizará un estudio y análisis geomorfológico; el mismo que se dividirá en tres criterios: a) Morfoestructural, se refiere al tipo de estructuras que se presenta en la cuenca del río Santa Clara como fallas y lineamientos que se marcarán principalmente en los drenajes considerando que son los rasgos físicos que tienen formas rectilíneas, siendo la evidencia de los cambios de dirección de los drenajes. b) Morfoclimático se realizará un trabajo fotogeológico regional y local (fotografías aéreas 1:5000 proporcionadas por el Instituto Geofísico Militar) y un trabajo de campo con el objetivo de determinar las unidades morfoclimáticas existentes (glaciares y fluviales), identificando además, relieves planos a lo largo del río Santa Clara. c) Morfométrico se calculará: parámetros de forma que darán a conocer si la cuenca del río Santa Clara tendrá una baja o alta concentración de volumen de agua, parámetros de relieve donde se calculará la pendiente de la cuenca, aplicando tres métodos (Alvord, rectángulo equivalente y software Arcgis 10.3) para establecer el 43 más apropiado para el estudio. Se obtendrá la curva hipsométrica a partir de rangos entre curvas de nivel, en las que será dividida la cuenca de estudio con sus respectivas altitudes promedio y porcentaje de superficies acumuladas, para establecer qué tipo de cuenca corresponde al río Santa Clara (erosión, depositación o de equilibrio), se calculará la pendiente del cauce total y de la zona 6 aplicando el método de la pendiente uniforme y el método de Taylor y Schwarz, para determinar si el flujo de lodo o lahar adquirirá mayor energía con la gradiente obtenida, y además, se calculará el orden de drenaje y densidad de drenaje para conocer propiedades como posibilidades de erosión y topografía. 4.- Se evaluará los lugares de emplazamiento de los depósitos de lahares históricos (especialmente del evento de 1877) tomando en cuenta datos obtenidos de documentos previos, como es la altura y extensión que puede alcanzar el lahar a lo largo del río Santa Clara en la zona 6. 5.- Finalmente se elaborará un mapa con las potenciales zonas seguras tomando en cuenta el comportamiento que tiene la cuenca y la zona plana posiblemente afectada que se evidencia en los resultados de los emplazamientos de lahares y en los perfiles topográficos realizados. 44 4.0 CARACTERIZACIÓN GEOMORFOLÓGICA Los análisis geomorfológicos realizados a detalle, permitieron establecer la base para la propuesta de zonas seguras del área de estudio. Sin embargo, es necesario adicionar el análisis del emplazamiento de los lahares de erupciones históricas, especialmente 1877, para evidenciar la factibilidad de sitios propuestos. Para el análisis geomorfológico se consideran los siguientes aspectos: - Criterios morfoestructurales, dan a conocer que tipo de estructuras presenta la cuenca del río Santa Clara. - Sistemas morfoclimáticos, determinan las principales unidades geomorfológicas que se encuentran en la zona de estudio y principalmente las zonas planas cerca al río Santa Clara. Las zonas planas son las más susceptibles a ser inundadas por el lahar generado por una potencial erupción del volcán Cotopaxi similar a la de 1877. - Parámetros morfométricos, ayudan a entender el comportamiento que tendrá el flujo de lodo al movilizarse por la cuenca del río Santa Clara. 4.1. Criterio morfoestructural Se analiza la influencia de las fallas del Valle Interandino tomando en cuenta la presencia de elevaciones montañosas aledañas a la zona de estudio, que podría tener incidencia estructural en el origen de fallas regionales que están controlando el río Santa Clara y por ende causaría la forma particular que presenta la cuenca del mencionado río (Figura 9) Aviles (2013) menciona que en el Valle Interandino existe un ambiente tectónico activo, regido por un sistema de fallas inversas asociadas a una depositación sin-tectónica. 45 Del análisis regional se puede establecer que la cuenca se encuentra posiblemente influencia por las siguientes fallas Falla El Cinto (Ec-30a y Ec-30b) Esta falla tiene dirección NO-SE, se encuentra al oeste a 19 km aproximadamente de la zona de estudio, tiene un comportamiento sinextral y está conformada por dos secciones: Guayacán (Ec-30a) y Río Cinto (Ec-30b) (Figura 9) (Eguez et al., 2003) Falla De Quito (Ec-31a y Ec-31b) Esta falla se divide en dos secciones: norte (Ec-31a) y sur (Ec-31b), con 18 y 15 km de longitud respectivamente, se ubica al NO de la zona de estudio, es una falla inversa dextral con dirección preferencial NE (Figura 9) (Eguez et al., 2003), para Alvarado et al., (2014), la falla de Quito se extiende más de 60 km a lo largo del Valle Interandino con un ángulo de inmersión hacia el oeste de 45°, los afloramientos en la superficie pertenecen a un sistema de segmentos tipo echelon, cada uno de estos segmentos presenta una compresión principal y un componente de fallamiento dextral. Falla Machachi (35) Esta falla es observada en el flanco NO del volcán Rumiñahui con tendencia al SO en dirección al volcán Iliniza, se encuentra al sur de la zona de estudio, su movimiento es dextral y tiene una longitud de 33 km (Figura 9) (Eguez et al., 2003) Falla sin nombre Falla propuesta por Alvarado et al., (2014), se ubica al este de la zona de estudio (aproximadamente 7.5 km), su movimiento es sinextral y tiene una longitud aproximada de 9 km (Figura 9). El autor no menciona ningún detalle adicional. 46 Figura 9. Mapa de fallas regionales. Modificado de Eguez et al., (2003) y Alvarado et al., (2014) Se puede considerar, que las fallas que tienen mayor influencia en la zona de estudio son la falla Machachi ubicada al sur y la falla sin nombre localizada al este, por tal motivo y en base a las evidencias que hasta hoy existen, se puede concluir que éstas fallas son una de las principales causas para que la cuenca de estudio tome su forma particular. A nivel local, la cuenca del río Santa Clara muestra cambios de dirección de los drenajes, se observa tres tipos de estructuras que controlan la zona: falla inferida ubicada al sur de la cuenca con una dirección preferencial de NE-SO (Figura 10), falla cubierta localizada al norte, atraviesa el poblado de Selva Alegre, tiene una dirección NE-SO (Figura 10) y además, se identificaron distintos lineamientos topográficos tomando direcciones preferenciales tales como: en la parte sur NE – SO, en la parte central de la cuenca es N – S y en la parte norte cambian ligeramente a NO – SE (Figura 10). 47 Figura 10. Mapa estructural de la cuenca del río Santa Clara. Área de estudio en recuadro tomate. 48 En conclusión, se puede observar que los lineamientos topográficos marcados en las partes norte, sur y centro de la cuenca del río Santa Clara, presentan direcciones preferenciales que están controlando la forma que tiene la cuenca, cabe recalcar que, como se encuentra influenciado por las fallas regionales mencionadas anteriormente, es importante que para futuros estudios se establezca el grado de influencia que tienen estas fallas en el sector. 4.2 Sistema morfoclimático Sistema morfoclimático regional: el cantón Rumiñahui geológicamente se encuentra dentro del basamento del valle Interandino, se localiza entre los volcanes Pasochoa e Ilaló (Figura 5), el cantón fue modelado principalmente por la acción volcánica donde se denotan los flancos del volcán Pasochoa, flujos de lava y relieves volcánicos. Posteriormente los procesos denudativos, deposicionales y acumulativos fueron dando las diferentes formas de relieve como llanuras y superficies onduladas, las mismas que fueron rellenados previamente por flujos piroclásticos, flujos de ceniza y depósitos laharíticos (GADMUR, 2014). Para determinar los sistemas morfoclimáticos predominantes en el cantón Rumiñahui, se realizó el análisis de fotografías aéreas proporcionadas por el Instituto Geográfico Militar (IGM) correspondientes a las líneas de vuelo: 21R-168 RC-30 (fotografías 31637 – 31643) y 22R-168 RC-30 (fotografías 31630 – 31636), del año 2004 a escala 1:5000 (Figura 11). 49 22R-168 RC-30 21R-168 RC-30 N VOLCÁN PASOCHOA Figura 11. Mosaico de fotografías aéreas. Área de estudio en recuadro tomate Del estudio fotogeológico se determinó que el cantón Rumiñahui comprende 4 grandes paisajes como: Paisaje Volcánico: se localiza al sur del cantón, de manera puntual es el volcán Pasochoa mostrando un relieve volcánico abrupto y relieve volcánico moderado, constituido lavas andesíticas-basálticas y en parte dacíticas, cenizas, bombas, tobas y lapilli (D.G.G.M. 1986) Paisaje Degradacional: originados por procesos erosivos aluviales a lo largo de los drenajes principales como el Pita, San Pedro, Santa Clara, Sambache; sus caudales han erosionado materiales volcanoclásticos y sedimentarios, formando terrazas o relieves pronunciados. 50 Paisaje Acumulativo: materiales depositados generalmente al pie de taludes (coluviales), depósitos laharíticos y aluviales. Paisaje Glaciar: este paisaje se encuentra únicamente en el límite sur del cantón, se caracteriza por presentar valles en forma de “U”. Sistema morfoclimático local: Para el caso de estudio, zona 6 (Selva Alegre) cantón Rumiñahui, se observó que el principal sistema morfoclimático es el fluvial, con un patrón de drenaje subparalelo, característicos de suelos arenosos y pendiente uniforme. Los relieves que conforman el paisaje son cuencas con rellenos volcano-sedimentario, superficies planas a onduladas, colinas con cimas planas y redondeadas, terrazas aluviales y vertientes abruptas a moderadas, en su mayoría cubiertas por cenizas volcánicas (formación Cangahua). Terrazas fluviales: presentan de 2 a 3 niveles de terrazas, siendo las de menor altura las más jóvenes (terraza 1) que alcanzan los 2 m y las de mayor altura (terrazas antiguas) con espesores de 8 m (terraza 2), generalmente están cubiertas por una capa vegetal (Figura 12) E O Terraza 2 Terraza 1 Fotografía 4. Niveles de terrazas. Margen izquierda del río Santa Clara. Tomada desde el punto de coordenadas: 786481E, 9961422N 51 Vertientes abruptas: conforman una superficie del terreno con un ángulo de inclinación fuerte entre partes altas y bajas del valle fluvial (Figura 12). E O Fotografía 5. Vertiente abrupta. Margen derecho del río Santa Clara. Tomada desde el punto de coordenadas: 786543E, 9961358N Paisaje colinado con cima redondeada: corresponde al 11.89% del área total de estudio, este relieve se evidencia en el sector de Jatumpungo en la parte centro sur de la zona 6 y cerca de los cerros golf club en la parte nororiental (Figura 12). NO SE Fotografía 6. Paisaje colinado con cima redondeada. Margen derecho del río Sambache. Tomada desde el punto de coordenadas: 785656E, 9959629N 52 Paisaje ondulado: es la unidad que mayor área ocupa (52%) y debido a su relieve, es la zona urbanizada. Cabe recalcar que también se evidencia una zona plana (26%) a lo largo del río Santa Clara, extendiéndose hacia la margen izquierda (quebrada Chicaucu), presentando una ligera inclinación hacia el NO (Figura 12). N S Fotografía 7. Paisaje ondulado. Tomada desde el punto de coordenadas: 785348E, 9959669N Coluvial: generalmente son depósitos que se encuentran al pie del talud. En la zona de estudio se evidenció en el río Santa Clara cerca de Enkador. Zonas muy puntuales y de poca extensión (Figura 12). NO SE Coluvial Fotografía 8. Coluvial Tomada desde el punto de coordenadas: 787069E, 9960610N 53 Figura 12. Mapa morfoclimático de la zona 6 (Selva Alegre) 54 4.3 Parámetros morfométricos Los siguientes cálculos ayudarán a entender el comportamiento de un flujo de lodo en la cuenca, es decir, si al fluir un lahar, ocasionará erosión o deposición y si adquirirá mayor energía en el drenaje. Descripción de la cuenca La cuenca del río Santa Clara está comprendida entre las coordenadas UTM: 780382.5 788589.4 E; y 9966731 - 9947062.8.S Geográficamente se encuentra limitada al sur por el Volcán Pasochoa, al norte por el Cerro Ilaló y valle de los Chillos, al este por el río Pita y al oeste por el barrio Cotogchoa (Figura 13) Figura 13. Ubicación de la cuenca del río Santa 55 La cuenca está conformada principalmente por los ríos Santa Clara y Sambache, además de algunas quebradas como, Quillín, Esperanza, San Juan, Chicaucu, Rayo, Santa Ana, Santa Rosa y Colegio, entre otras. La parte más alta de la cuenca se encuentra a los 4125 m.s.n.m. que corresponde a la cumbre del volcán Pasochoa y la zona más baja, en Conocoto (2460 m.s.n.m.) 4.3.1 Parámetros generales Perímetro (P) El perímetro calculado para el caso de estudio, mediante un SIG es de 57.01 km (Figura 14) Área de la cuenca (A) La superficie calculada mediante un SIG (ArcGis 10.3) para la cuenca del río Santa Clara es de 49,76 km2, con este valor, la cuenca se considera pequeña, puesto que su área no pasa los 250 km2 (Anaya, 2012) (Figura 14) 56 Figura 14. Cuenca del río Santa Clara. Área de estudio en recuadro tomate. 57 4.3.2 Parámetros de forma Factor de forma (F) El factor de forma se obtiene de la siguiente manera: F= F= A l2 49.76 km2 22.22 km2 𝐅 = 𝟎. 𝟏𝟎 El coeficiente de forma es 0.10 lo que corresponde a una cuenca de forma alargada, es decir, que para el caso de estudio al fluir un lahar y desborde el río Santa Clara, éste seguirá su curso y no existirá una concentración de volúmenes del flujo. Coeficiente de compacidad (Kc) Para la cuenca del río Santa Clara, el coeficiente de compacidad es: Kc = Kc = 0.28 ∗ P √A 0.28 ∗ 57.01 √49.76 𝐊 𝐜 = 𝟐. 𝟐𝟔 El índice de compacidad se aleja de la unidad y al igual que el factor de forma, no tiende a concentrar grandes volúmenes de agua o en el caso de estudio, como la cuenca tiene una forma alargada no será posible que el flujo de lodo se concentre, si no que va a fluir según la dirección de su pendiente. 4.3.3 Parámetros de relieve Pendiente de la cuenca hidrográfica Criterio de Alvord Los datos obtenidos para el cálculo de la pendiente de la cuenca según el criterio de Alvord se encuentran en el Anexo C, reemplazando dichos datos se obtiene lo siguiente: 58 n D Sc = ∗ ∑ Li A i=1 Sc = 0.075 km 49.76 𝑘𝑚2 ∗ 115.94 km Sc = 0.1747 𝐒𝐜 = 𝟏𝟕. 𝟒𝟕% El valor de la pendiente de la cuenca según Alvord es de 17.47%, es decir, el tipo de terreno es accidentado. Criterio del Rectángulo Equivalente Cálculo del lado mayor L= L= Kc√A 1.12 2 [1 + √1 − ( ) ] 1.12 Kc 2.26√49.76 1.12 2 [1 + √1 − ( ) ] 1.12 2.26 L = 26.59 km Cálculo del lado menor l= l= Kc√A 1.12 2 [1 − √1 − ( ) ] 1.12 Kc 2.26√49.76 1.12 2 [1 − √1 − ( ) ] 1.12 2.26 l = 1.39 km La tabla de datos obtenida para el cálculo del índice de pendiente se encuentra en el Anexo D. Cálculo del índice de pendiente Ip = 1 √L n [∑ √βi (a i − a i−1 ) ] 1 59 Ip = 1 √26.59 [1.21] Ip = 0.2347 𝐈𝐩 =23.47% El valor de la pendiente de la cuenca según el criterio del rectángulo equivalente es de 23.47%, lo que quiere decir que el terreno es fuertemente accidentado. Software Aplicado (ArcGis) La pendiente de la cuenca mediante Arcgis es de 28.96 %, lo que significa que el terreno es fuertemente accidentado. Aplicando los tres métodos anteriormente mencionados se obtuvieron resultados diferentes debido a la apreciación de cada método y software aplicado, en este caso lo más recomendable es calcular la mediana y media aritmética con los resultados obtenidos (Tabla 10) Tabla 10. Cálculo de la media y mediana para la pendiente. MÉTODO PENDIENTE Alvord 17.47 Rectángulo equivalente 23.47 Software ArcGis MEDIA MEDIANA 22.98 23.47 28 Se puede concluir que el método más preciso es el criterio de rectángulo equivalente, determinando que la pendiente de la cuenca es de 23% lo que da como resultado un terreno fuertemente accidentado, es decir, que el flujo de lodo o lahar fluirá con mayor facilidad llevando todo el material que encuentre en su camino. Curva hipsométrica Para el cálculo de la curva hipsométrica, la cuenca del río Santa Clara fue dividida en 20 clases (Figura 15), cada una con sus respectivas altitudes y porcentajes de superficies (Anexo E). 60 Figura 15. Zonificación de la cuenca en 20 rangos altitudinales para realizar el cálculo de la curva hipsométrica. Tomando en consideración lo mencionado por Villodas (2008), la curva obtenida para la cuenca del río Santa Clara es del tipo A (Figura 16), lo que significa que tiene un gran potencial erosivo, esto es porque geológicamente la cuenca tiene un relleno volcánico relativamente joven (Holoceno) que es muy susceptible a ser erosionado. Por lo que se 61 puede considerar que, en caso de lahares que fluyan por el río Santa Clara, generalmente, el flujo va a erosionar el terreno y probablemente no existirá una deposición. Es necesario considerar para futuros estudios, el análisis del comportamiento con las zonas urbanizadas y sus características. CURVA HIPSOMÉTRICA Altura (m.s.n.m.) 4500,00 4000,00 3500,00 3000,00 2500,00 2000,00 0 20 40 60 80 100 % Acumulado Figura 16. Curva hipsométrica cuenca del río Santa Clara Pendiente del cauce principal Por comparación, se aplicó dos métodos para calcular la pendiente del río Santa Clara: Método I. Pendiente uniforme del cauce Datos Hmáx: 3091.30 m Hmín: 2459.41 m L: 20.91 km DA L 3.09130 km − 2.45941 km Sr = 20.91 km Sr = Sr = 0,03 𝐒𝐫 = 𝟑% 62 Aplicando el método de pendiente uniforme, el resultado obtenido, indica que el cauce es ligeramente inclinado. Método II. Taylor y Schwarz Para calcular la pendiente del río Santa Clara por el método de Taylor y Schwarz, fue necesario dividir el perfil del drenaje en 25 tramos tomando en cuenta los cambios bruscos de pendiente de a lo largo del perfil (Figura 17). Zona de estudio Figura 17. Perfil del río Santa Clara aplicando el método Taylor y Schwarz. Los datos requeridos para aplicar la fórmula de la pendiente del cauce se encuentran en el Anexo F. 2 ∑ni=1 Li S= [ S=[ ∑ni=1 Li √Si ] 20880.24 m 2 ] 147233.97 m 𝐒 = 𝟎. 𝟎𝟐 𝐒 = 𝟐% Aplicando este método, el resultado obtenido, indica que el cauce varía de plano a ligeramente inclinado. Pendiente del río Santa Clara en la zona 6 (Selva Alegre) Para calcular la pendiente del río en la zona 6 del cantón Rumiñahui (Selva Alegre) se aplicó el método de Taylor y Schwarz: 63 La Figura 18 Indica los 17 tramos en los que fue dividido el cauce Figura 18. Perfil del río Santa Clara de la zona 6 aplicando el método Taylor y Schwarz En el Anexo G se encuentra los datos para el cálculo de la pendiente del río Santa Clara en la Zona 6 (Selva Alegre) S=[ 5244.03 m 2 ] 36977.71 m S = 0.02 𝐒 = 𝟐% Para el cálculo de la pendiente del río, solamente de la zona 6 (Selva Alegre), el resultado indica que el cauce varía de plano a ligeramente inclinado. Como conclusión, aplicando los dos métodos para la pendiente de todo el río Santa Clara y considerando solamente la sección de la zona 6, la pendiente se encuentra en el orden de 2 y 3 %, estos valores corresponden a una pendiente ligeramente inclinada, lo que quiere decir que el lahar perderá energía; pero cabe recalcar que este valor solamente se le atribuye al río y a su comportamiento. 64 4.3.4 Redes de drenaje Longitud del cauce principal (L) (río Santa Clara) La longitud del río Santa Clara es de 20.91 km (Figura 19) Figura 19. Perfil longitudinal río Santa Clara Orden de drenaje El punto de salida del cauce principal tiene un orden 4, este orden se lo puede considerar como clase de orden medio, lo que quiere decir que presenta una posibilidad de erosión media alta (Figura 20) 65 Figura 20. Orden de drenaje cuenca del río Santa Clara 66 Densidad de drenaje L A 110,83 km Dd = 49,76 km2 Dd = 𝐃𝐝 = 𝟐, 𝟐𝟑 La densidad de drenaje para la cuenca del río Santa Clara es alta, esto quiere decir que la zona tiene poca cobertura vegetal, el suelo es fácilmente erosionable y las pendientes son generalmente fuertes. Como conclusión de los resultados obtenidos en el análisis morfométrico, se obtiene que, en caso de que un lahar primario fluya solamente por el cauce actual del río Santa Clara, el flujo perderá energía, porque la gradiente del río se encuentra en el orden de 2 a 3 %; sin embargo, analizando la pendiente de toda la cuenca del río Santa Clara, que está en el orden de 20 a 35 %, el lahar podría desbordar el cauce y descender, cubriendo parte de la cuenca adquiriendo mayor energía, debido a que el terreno es fuertemente accidentado y la forma de la cuenca es alargada. Por tal razón, no existirá concentración de volúmenes del flujo en la cuenca, se producirá una fuerte erosión e irá incorporando el material que encuentre a su paso. Se resalta además, que el terreno es fácilmente erosionable, debido a que se encuentra constituido de relleno volcánico tipo tefra relativamente joven y poca cobertura vegetal, esto se concluye del análisis del orden y densidad del drenaje. En el análisis morfoclimático se determinó que a lo largo del río Santa Clara en la margen izquierda existe una zona plana (llanura laharítica) que es susceptible a ser inundada porque presenta, entre otros factores, una ligera inclinación preferencial hacia el lado oeste, como se indica en la Figura 21, el alcance que puede llegar a tener el lahar se determinó mediante el estudio y análisis de los emplazamientos de depósitos de lahares que han ocurrido en erupciones históricas, especialmente la del 26 de junio de 1877. 67 Figura 21. Perfiles transversales en el río Santa Clara 68 4.4 Análisis del emplazamiento de depósitos de lahares históricos Como evidencia de los resultados obtenidos se realizó el análisis de los distintos depósitos identificados como lahares y emplazados en la zona de estudio. Para la identificación de dichos depósitos se trabajó en los cortes de carreteras, debido a que la urbanización del sector ha cubierto o borrado cualquier otro tipo de afloramiento. A continuación se resaltan aspectos que permitieron la identificación de los depósitos y su potencial relación con el lahar originado en 1877 por el volcán Cotopaxi (Anexo O) Punto 1 – Afloramiento a 350 m al sur de la empresa ENKADOR (sector gradas hacia la calle Santiago) Foto A El afloramiento presenta dos capas de cangahua, en la base (Cangahua 1) es limo arenoso de color crema con horizontes de oxidación irregulares de 10 cm de espesor y muy consolidado, suprayaciendo esta capa, se encuentra la cangahua 2 con un comportamiento tipo arcilla de color café amarillento muy erosionada y meteorizada, que podría ser producto de una erosión hídrica. W E Lahar 0.80 m Cangahua 2 Cangahua 1 >3m Fotografía 9a. Depósitos de cangahua subyaciendo a lahares Tomada desde el punto de coordenadas: 787000 E, 9959958 N 69 Foto B Sobre la cangahua 2 se observa una potente capa de lahar (Foto B) cuyas características son: matriz soportado de color café amarillento de tamaño limo arenoso, los clastos son subangulosos y varían de 5 mm a 15 cm, contiene en su mayoría escoria y lapilli pumítica. Este depósito no corresponde a ninguno de los lahares históricos, probablemente sea prehistórico que en la bibliografía consultada no se encuentra detallada, por lo tanto es necesario realizar mayores estudios. E W 1.98 m lahar ? Fotografía 9b. Depósitos de lahar Tomada desde el punto de coordenadas: 787010 E, 9959945 N Foto C Sobreyaciendo al lahar mencionado anteriormente, se encuentra otro lahar que corresponde al de 1768, este depósito se caracteriza por presentar clastos de andesitas grises de tamaños milimétricos hasta 40cm subangulosos (Mothes et al. 2004), escoria y lapilli, es clasto soportado (85% clastos y 15% matriz), en matriz limo arenosa. E W 0.08 m lahar 1768 Fotografía 9c. Depósitos del lahar de 1768 Tomada desde el punto de coordenadas: 787010 E, 9959945 N 70 Foto D Sobre la capa del lahar de 1768 se puede observar un estrato de suelo café oscuro de 0.23 m de espesor, suprayaciendo, se encuentra el depósito del lahar de 1877 que se caracteriza por ser hiperconcentrado de clasto soportado con tamaños que varían de 5 mm a 5 cm, angulosos a subangulosos, clastos de andesita gris y roja y escoria. La matriz es arenosa y de color grisáceo. W E 0.12 m lahar 1877 0.23 m suelo 0.08 m (lahar 1768) 1.98 m (lahar ?) Fotografía 9d. Depósitos del lahar de 1877 Tomada desde el punto de coordenadas: 787010 E, 9959945 N Punto 2 – Afloramiento a 230 m al norte de la empresa ENKADOR (Avenida Juan Salinas) Lahar de 1877, depósito hiperconcentrado (85 % clastos y 15 % matriz) de color café grisáceo, la matriz es arena fina a gruesa, contiene clastos de andesita roja y gris, escorias rojas y negras, tamaño de los clastos hasta los 5 cm y son angulosos a subredondeados, presenta un buen sorteo. Sobre este depósito se encuentra un suelo delgado (0.20 m) de color negro. 71 S N 1.60 m. Lahar 1877 Fotografía 10. Depósitos del lahar de 1877 Tomada desde el punto de coordenadas: 786941 E, 9960727 N Punto 3 – Afloramiento a 430 m al norte de la empresa ENKADOR (Avenida Juan Salinas) En este depósito se puede observar claramente una columna representativa de lo que es el lahar de 1877, se presentan cuatro fases, diferenciándose en la cantidad de clastos y matriz. 72 Foto D Foto C Foto B Foto A Fotografía 11. Depósitos del lahar de 1877 Tomada desde el punto de coordenadas: 786835 E, 9960911 N Foto A La capa de lahar presenta una potencia de 0.25 m que suprayace a una cangahua de 0.13 m color café, el lahar contiene escorias, gran cantidad de clastos andesíticos rojos, en un 60% y clastos grises 40%, son angulosos y el tamaño varía de 8 mm hasta 3 cm, es clasto soportado y tiene buen sorteo. Fotografía 11a. Depósitos del lahar de 1877, capa A Tomada desde el punto de coordenadas: 786835 E, 9960911 N 73 Foto B Suprayaciendo la primera capa del lahar, se puede observar un estrato de espesor de 22 cm que tiene la misma composición pero que se diferencia en el mal sorteo, los clastos tienen tamaños hasta los 10 cm, con lo que se podría decir que esta fase fue la ola de mayor energía. Fotografía 11b. Depósitos del lahar de 1877, capa B Tomada desde el punto de coordenadas: 786835 E, 9960911 N Foto C Estrato de 35 cm de potencia que presenta las mismas características de las anteriores pero los clastos llegan hasta los 5 mm, tiene un buen sorteo, la cantidad de clastos rojos disminuye en comparación a las capas adyacentes, también contiene andesitas negras y escorias. 74 Fotografía 11c. Depósitos del lahar de 1877, capa C Tomada desde el punto de coordenadas: 786835 E, 9960911 N Foto D Esta capa presenta una transición a matriz soportada de tamaño limo arenoso fino, consolidado de color café amarillento (oxidado), el porcentaje de clastos es del 10% y contiene andesitas grises angulosas con tamaños de 3 mm a 1 cm y esporádicamente clastos de 6 cm, esta fase se la puede denominar la fase de suspensión. Sobre este estrato se observa un horizonte de oxidación de 1cm que subyace un suelo de color café oscuro bioturbado. Suelo Horizonte de oxidación Fotografía 11d. Depósitos del lahar de 1877, capa D Tomada desde el punto de coordenadas: 786835 E, 9960911 N 75 Punto 4 – Afloramiento a 120 m al este de la calle Ramón González Artigas (Barrio Selva Alegre) Lahar de 1877, depósito hiperconcentrado, contiene clastos de andesitas y escorias grises y rojas con tamaños menores a 5 cm, son angulosos a subredondeados con un buen sorteo, la matriz es arena fina a gruesa y se encuentra algo disgregable. N W SE 0.92 m lahar 1877 Fotografía 12. Depósitos del lahar de 1877. Barrio Selva Alegre Tomada desde el punto de coordenadas: 786275 E, 9961855 N Se observó también otros depósitos de lahares que no corresponden al de 1877, pero que se pueden tomar en cuenta para futuros estudios. Punto 5 – Afloramiento a 100 m al este de la empresa ENKADOR Presenta una matriz limo arenoso de color café amarillento, contiene clastos de andesita gris y roja, escoria negra y roja con tamaños de hasta 50 cm, son angulosos a subredondeados y tiene una potencia de 3.50 m. N S Lahar 1768 Fotografía 13. Depósitos de lahar Tomada desde el punto de coordenadas: 787091 E, 990535 N 76 Punto 6 – Afloramiento frente a la empresa ENKADOR (Avenida Juan Salinas) Lahar posiblemente prehistórico, matriz limo arenoso grueso de color café amarillento, contiene clastos color negro con una matriz muy fina, escorias y andesitas de tamaños entre 2 a 20 cm, son subangulosos a subredondeados. SE NW Fotografía 14. Depósitos de lahar. Fábrica Enkador Tomada desde el punto de coordenadas: 787047 E, 9960435 N Punto 7 – Afloramiento en la calle Juan Larrea y Donoso El depósito de lahar presenta una matriz soportada tipo limo, mal sorteo, los clastos tiene tamaños hasta 15 cm, contiene clastos de escorias grises, dacitas, pómez y andesitas. Suprayace a una capa de cangahua. Lahar Cangahua Fotografía 15. Depósitos de lahar. Tomada desde el punto de coordenadas: 785763 E, 9961555 N 77 En la Figura 22, se observa los emplazamientos de depósitos de lahares en la zona 6 (Selva Alegre), anteriormente descritos. Figura 22. Mapa de emplazamiento de los depósitos de lahares 78 5.0 DISCUSIÓN En caso de generación de lahares por el volcán Cotopaxi, las comunidades que se encuentren afectadas por este fenómeno volcánico, deberían tener una herramienta o una base técnico – científica entendible que les permita tomar decisiones para actuar inmediatamente frente a este fenómeno. El presente estudio propone generar una metodología para determinar potenciales zonas seguras frente a la ocurrencia de lahares primarios, en la zona 6 (Selva Alegre) del cantón Rumiñahui, zona que fue afectada por flujos de lodo o lahares que fluyeron por el río Santa Clara, como en 1877, la que actualmente se encuentra urbanizada. El mapa entregado por el Municipio de Rumiñahui con el detalle de zonas seguras, peligros y rutas de evacuación (Figura 3) fueron elaborados en base a los mapas de peligros volcánicos del IGEPN (2004) escala 1:50 000, sin considerar la morfología actual del terreno y el comportamiento que tendría el lahar no solo en el río, sino también en la cuenca. La metodología se basa en realizar estudios geológicos – geomorfológicos tanto de la cuenca como del río Santa Clara. Los resultados obtenidos indican que si el lahar llegara a desbordar el río, este tendrá un comportamiento diferente al que si solo fluyera por el drenaje, es decir, al fluir por la cuenca, el flujo de lodo va a adquirir mayor energía porque la pendiente está en el orden del 23%, lo que indica que el terreno es fuertemente accidentado y se desplazará no solamente hacia las partes bajas sino también en dirección oeste ya que el terreno tiene esa inclinación, es decir, que probablemente el lahar cubrirá la mayoría de la zona plana y terrazas delimitadas en el estudio morfoclimático. Se determinó además que, la cuenca es erosiva y presenta una forma alargada, es decir, no depositará ni concentrará el flujo en la cuenca. Incorpora el material erosionado llevando consigo lo que encuentre a su paso, generando aumento de volumen, característica principal y peligrosa de un lahar. 79 Datos que corroboran que el terreno es fácilmente erosionable y con pendiente fuerte son los resultados de orden y densidad de drenaje de la cuenca, debido a que se encuentra constituido de relleno volcánico tipo tefra relativamente joven y poca cobertura vegetal. Dichos resultados permiten establecer que el área que se encontraría afectada por un flujo de lodo es la zona plana y las terrazas, agregando también, la colina que se encuentra junto y al sur de Enkador, que puede ser influenciada desde las partes altas (fuera del área de estudio). Los sitios seguros corresponderían a los paisajes ondulados alejados de las márgenes de los ríos Santa Clara y Sambache, especialmente en la zona norte (cerca al monumento El Maíz), y los paisajes colinados, excepto, la colina antes mencionada (Figura 23). 80 Figura 23. Potenciales sitios seguros de la zona 6 (Selva Alegre) 81 6.0 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 6.1 Conclusiones Con los análisis geológicos – geomorfológicos, se propone que los sitios seguros para la zona 6 (Selva Alegre) del cantón Rumiñahui, son las áreas que corresponden a los paisajes ondulados alejados de las márgenes de los ríos Santa Clara y Sambache, especialmente en la zona norte (cerca al monumento El Maíz), y los paisajes colinados, excepto la colina que se encuentra al sur de la fábrica Enkador, ya que puede verse afectada por el flujo de lodo desde la zona de cabecera. De acuerdo a la recopilación bibliográfica de Mothes et al., (2004) y las narraciones de Egred (sin publicar) para la elaboración de la información técnico científica relacionada a flujos de lodo o lahares primarios que han afectado la zona norte, cantón Rumiñahui, se concluye que 5 lahares han ocurrido hacia la parte norte, entre estos están, los generados en 1744, 1768 y 1877 los descritos, mientras que el de 1532-1534? Mothes et al., (2004) menciona que se formaron grandes lahares, pero son muy poco descritos, y el de 1906 solo lo menciona Egred, sin publicar, acotando que no existen detalles sobre este evento. En el análisis morfométrico se obtuvo que la gradiente del río Santa Clara es de 2 a 3% lo que indica que el lahar que fluya por el drenaje perderá energía, mientras que, si llegara a desbordarse el flujo de lodo, aumentará la energía porque la pendiente calculada para la cuenca está en el orden de 20 a 35%, es decir, que el terreno es fuertemente accidentado. Al ser la cuenca del río Santa Clara una cuenca alargada, no existirá concentración de volúmenes del flujo, sino que seguirá su curso erosionando el terreno, resultado que se corrobora con el análisis del orden y densidad del drenaje, que demuestra 82 que el terreno es fácilmente erosionable, debido a que se encuentra constituido de relleno volcánico tipo tefra relativamente joven y poca cobertura vegetal. Como la zona 6 (Selva Alegre) se encuentra en su mayoría urbanizada, los depósitos de lahar no son claramente identificados, tomando en cuenta que la cuenca no es de depositación, sino que es erosiva, es decir, el flujo de lodo erosionará e incorporará el material erosionado. Con los análisis geológicos y geomorfológicos realizados se puede concluir que la metodología propuesta puede ser aplicada no solo en caso de presentarse un lahar, sino también, en inundaciones fluviales, porque se enfoca a ciertos criterios y parámetros que presenta una cuenca y su río, analiza el comportamiento que tendrá el flujo tanto en el río como en la cuenca según su gradiente, dirección de inclinación del terreno y el tipo de cuenca, es decir, si es de depositación, erosión o equilibrio, delimitando así, áreas susceptibles a ser inundadas. 6.2 Recomendaciones Actualizar la topografía del cantón Rumiñahui ya que existen cambios en la morfología del terreno, ya sea por acción antrópica o natural. Realizar el presente estudio a una escala 1:1000 para mejorar el detalle de las áreas afectadas, tomando en cuenta que el lugar se encuentra urbanizado. Complementario a este estudio se debería realizar las modelaciones de lahares en los diferentes software, tomando en cuenta estudios geomorfológicos actuales, y la urbanización de las zonas. Realizar mayores estudios de los emplazamientos de lahares encontrados en la zona 6 (Selva Alegre), cerca al río Sambache. Determinar óptimas rutas de evacuación, para llegar a sitios seguros puntuales y adecuados para la comunidad. 83 Se recomienda además, la utilización de mapas de áreas potencialmente seguras como las determinadas en este estudio para la planificación urbana y/o para elaborar planes de contingencia y rutas de evacuación seguras para la ciudadanía. 84 7.0 CITAS BLIBLIOGRÁFICAS Aguilera, E., y Toulkeridis, T. (2005). El Volcán Cotopaxi, una amenaza que acecha. Quito, Ecuador: Ordoñez Robayo Alcaldía Municipal de Herveo. (2012). Plan de Contingencia Amenaza Nevado del Ruiz. Colombia. 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Se divide en 5 sectores para 4 puntos de encuentro y resguardo, ubicados en los puntos de color rojo del mapa, (colegio Marco Fidel Suarez, estación de bomberos, antiguo telecom y punto de parqueo del barrio la plazuela. Tomado de Municipio de Herveo (2012) 90 Anexo 3A Mapa de rutas de evacuación por erupción volcánica de Misti para Alto Selva Alegre. Tomado de Macedo (2009) 91 Anexo B Establecimientos relacionados con el desarrollo social económico y cultural zona 6 (Selva Alegre) ASPECTOS RELEVANTES CENTROS DE EDUCACIÓN Insitituto Tecnológico Rumiñahui Instituto Telmo Hidalgo (Bbiblioteca Pública) Unidad Educativa Juan de Salinas Unidad Educativa Jacinto Jijón y Caamaño 1 Unidad Educativa Galileo Galilei Unidad Educativa Jacinto Jijón y Caamaño Réplica Unidad Educativa Marques de Selva Alegre Unidad Educativa Fiscal Oswaldo Guayasamín Unidad Educativa Ramón González Artigas Colegio de Bachillerato Rumiñahui Mecánica Automotriz Centro de Educación General Básica Marqués de Selva Alegre Centro de Educación General Básica Juan Salinas Centro de Educación General Básica Inés Gangotena Jijón Centro de Educación Inicial Tía Silva Centro de Educación Inicial Lucrecia Borja Centro de Educación Inicial "Hogar Dulce Hogar" Centro Municipal de Educación Inicial "Pequeños Exploradores" Albornoz Colegio Educar CENTROS DE SALUD Hospital del Días IESS Sangolqui Fundación de Rehabilitación Integral y Educación Especial Dispensario Médico Santa Catalina de Sena Centro de Salud Selva Alegre Centro de Salud Jatumpungo Fundación General Ecuatoriana Servicios de Rehabilitación Integrado CENTROS DE RECRACIÓN Parque El Ejido Parque Santa Clara Parque y canchas complejo La Carolina Parque Catacocha Parque y cancha de basquet Rumiñahui Parque cerca a los dos quesos Cancha Deportiva El Colibri Cancha de Básquet Canchas de fútbol San Vicente Cancha de Fútbol y Parque Cancha de Básquet y Fútbol Cancha de Básquet y Fútbol Canchas Jatumpungo Club Tripulación Armada Liga Barrial Selva Alegre INDUSTRIAS Fibras Sintética y Textiles Enkador Imprenta Vernaza Grafica Novatex SERVICIOS PÚBLICOS UPC Selva Alegre UPC Albornoz UPC Cashapamba UPC Rumiñahui 92 COORDENADAS N E 9962450 784974 9962570 785302 9962798 785044 9962654 785172 9959898 786623 9962332 785051 9962134 784936 9959864 785183 9961752 786065 9963194 784786 9962058 784987 9961360 785513 9960806 784685 9962794 784722 9961444 786245 9963248 784632 9961299 785252 9961684 785331 N E 9962689 784831 9962730 785061 9960838 784674 9962232 785830 9960056 785900 9961208 785600 9962734 784887 N E 9962518 785312 9963418 784610 9962004 784927 9961352 784974 9962552 784741 9962380 785671 9963326 785599 9961520 785667 9959594 785664 9961722 785797 9960042 786969 9960726 785167 9959682 786123 9962148 785605 9962266 785751 N E 9960374 787052 9962930 784866 9961326 785542 N E 9961706 785995 9961296 785250 9963196 786771 9962562 784741 Centro de Estación de Bombeo Albornoz Mushuñañ Tanque de Agua Cashapamba Tanque de Agua Potable IGLESIAS Iglesia Capilla del Valle Iglesia Selva Alegre Iglesia Santa Catalina de Sena Iglesia Albornoz Iglesia Rumiñahui Capilla de la Dolorosa Iglesia Adventista del Séptimo Día Iglesia Bíblica Bautista Iglesia Bautista Betania Sangolqui Iglesia de Dios Ministerial de Jesucristo Internacional Salón del Reino de los Testigos de Jehová ESTACIONAMIENTO DE SERCVICIO DE COMBUSTIBLE Gasolinera PetroEcuador Gasolinera Condorvall S.A. Gasolinera Puma Gasolinera Terpel 93 9961310 9962828 9960440 N 9963080 9962260 9960825 9961300 9962502 9963116 9961716 9960726 9963102 9963248 9962986 N 9963058 9960538 9962786 9963120 785254 787169 785403 E 786900 785797 784680 785254 784741 784669 785674 785167 785589 784632 784765 E 785295 784799 785599 784800 Anexo C Datos obtenidos con el criterio de Alvord Cotas de las curvas de nivel (msnm) 2535 Longitudes (m) 2610 7591.79 2685 9797.24 2760 12418.24 2835 10616.12 2910 9309.79 2985 7176.13 3060 4832.71 3135 4949.59 3210 4649.47 3285 3733.41 3360 3792.73 3435 4152.4 3510 4196.55 3585 4491.7 3660 5316.32 3735 6175.1 3810 5153.68 3885 1957.94 3960 895.78 4035 891.92 4110 274.1 3567.33 Σ=115940.04 94 Anexo D Resultados obtenidos con el criterio del rectángulo equivalente para calcular el índice de pendiente Área Cota Cota Β=Ai/At ai-ai-1 √𝜷𝒊 (𝒂𝒊 − 𝒂𝒊−𝟏 ) (A)(km2) Minima (m) Máxima (m) (km2) (km) 3.99 2443.96 2531.02 0.08 0.087 0.084 5.71 2531.02 2618.07 0.11 0.087 0.100 5.24 2618.07 2705.13 0.11 0.087 0.096 5.02 2705.13 2792.18 0.10 0.087 0.094 4.51 2792.18 2879.24 0.09 0.087 0.089 4.46 2879.24 2966.29 0.09 0.087 0.088 3.85 2966.29 3053.34 0.08 0.087 0.082 2.67 3053.34 3140.4 0.05 0.087 0.068 2.39 3140.4 3227.45 0.05 0.087 0.065 1.88 3227.45 3314.51 0.04 0.087 0.057 1.12 3314.51 3401.56 0.02 0.087 0.044 0.99 3401.56 3488.61 0.02 0.087 0.042 1.11 3488.61 3575.67 0.02 0.087 0.044 1.4 3575.67 3662.72 0.03 0.087 0.049 1.77 3662.72 3749.78 0.04 0.087 0.056 2.04 3749.78 3836.83 0.04 0.087 0.060 1.14 3836.83 3923.88 0.02 0.087 0.045 0.26 3923.89 4010.94 0.01 0.087 0.021 0.15 4010.95 4097.99 0.00 0.087 0.016 0.06 4098.02 4185.05 0.00 0.087 0.010 49.76 1.210 95 Anexo E Resultados obtenidos para el cálculo de la curva hipsométrica Cota Cota Mínima Máxima (m.s.n.m) (m.s.n.m) 3.99 2443.96 5.71 Área Altura Promedio Área (m.s.n.m) Acumulada 2531.02 2487.49 49.76 100.00 2531.02 2618.07 2574.55 45.77 91.98 5.24 2618.07 2705.13 2661.60 40.06 80.51 5.02 2705.13 2792.18 2748.65 34.82 69.98 4.51 2792.18 2879.24 2835.71 29.80 59.89 4.46 2879.24 2966.29 2922.76 25.29 50.82 3.85 2966.29 3053.34 3009.82 20.83 41.86 2.67 3053.34 3140.40 3096.87 16.98 34.12 2.39 3140.40 3227.45 3183.92 14.31 28.76 1.88 3227.45 3314.51 3270.98 11.92 23.95 1.12 3314.51 3401.56 3358.03 10.04 20.18 0.99 3401.56 3488.61 3445.09 8.92 17.93 1.11 3488.61 3575.67 3532.14 7.93 15.94 1.4 3575.67 3662.72 3619.20 6.82 13.71 1.77 3662.72 3749.78 3706.25 5.42 10.89 2.04 3749.78 3836.83 3793.30 3.65 7.34 1.14 3836.83 3923.88 3880.36 1.61 3.24 0.26 3923.89 4010.94 3967.41 0.47 0.94 0.15 4010.95 4097.99 4054.47 0.21 0.42 0.06 4098.02 4185.05 4141.54 0.06 0.12 (km2) 49.76 96 %Acumulado Anexo F Resultados obtenidos para la pendiente del cauce por el método de Taylor y Schwarz Cota (h) (m) Δh (m) Li (m) Si Li/√Si 3091.3 3084.9 6.4 254.91 0.03 1608.76 3064.18 20.72 142.16 0.15 372.37 3056.45 7.73 110.09 0.07 415.46 3040.11 16.34 159.95 0.10 500.44 3030.54 9.57 277.64 0.03 1495.43 3017.99 12.55 172.01 0.07 636.81 3016.95 1.04 257.53 0.00 4052.52 3012.73 4.22 95 0.04 453.66 2990.42 22.31 308.18 0.07 1145.40 2960.37 30.05 331.43 0.09 1100.69 2943.96 16.41 547.9 0.03 3165.90 2929.09 14.87 404.36 0.04 2108.61 2927.45 1.64 218.28 0.01 2518.25 2922.03 5.42 602.87 0.01 6358.22 2877.27 44.76 297.36 0.15 766.44 2845.5 31.77 481.16 0.07 1872.52 2834.5 11 93.33 0.12 271.85 2812.54 21.96 396.81 0.06 1686.78 2797.91 14.63 444.08 0.03 2446.64 2751.07 46.84 989.19 0.05 4545.81 2707.18 43.89 1444.15 0.03 8283.92 2626.98 80.2 2721.05 0.03 15849.57 2546.33 80.65 2528.82 0.03 14160.37 2492.66 53.67 4278.02 0.01 38194.29 2459.4 33.26 3323.55 0.01 33223.26 20880.24 97 147233.97 Anexo G Resultados obtenidos para la pendiente del río Santa Clara de la zona 6 por el método de Taylor y Schwarz Alturas (H) ΔH Li Si Li/√Si 2627.52 2626.63 0.89 75.43 0.01179902 694.418302 2628.15 1.52 15 0.10133333 47.1210647 2628.85 0.7 39 0.01794872 291.103811 2627.59 1.26 28.88 0.04362881 138.264444 2629.19 1.6 68.5 0.02335766 448.204142 2628.81 0.38 76.8 0.00494792 1091.81745 2619.45 9.36 347.56 0.0269306 2117.90638 2613.3 6.15 346.41 0.01775353 2599.84869 2598.46 14.84 269.03 0.05516113 1145.47105 2591.13 7.33 305.3 0.02400917 1970.32659 2582.94 8.19 280.48 0.02919994 1641.38665 2569.72 13.22 311.71 0.04241122 1513.59741 2547.89 21.83 1050.94 0.02077188 7291.88843 2537.21 10.68 74.05 0.14422687 194.985344 2534.47 2.74 79.81 0.03433154 430.735518 2510 24.47 1736.99 0.01408759 14634.5372 2505 5 138.14 0.03619516 726.096219 5244.03 98 36977.7087
