¿Qué causa las inundaciones?
Las inundaciones ocurren en llanuras aluviales conocidas cuando las lluvias prolongadas durante varios días, las lluvias intensas durante un período corto de tiempo o un atasco de escombros hacen que un río o arroyo se desborde e inunde el área circundante. Las tormentas eléctricas severas pueden traer fuertes lluvias en la primavera y el verano; o los ciclones tropicales pueden traer lluvias intensas a los estados costeros y del interior en el verano y el otoño.
Las inundaciones repentinas ocurren dentro de las seis horas posteriores a un evento de lluvia, o después de la falla de una represa o dique, y las inundaciones repentinas pueden atrapar a las personas desprevenidas. La falla de la represa Kelly Barnes cerca de Toccoa en 1977 es un ejemplo de este tipo de inundación.
A medida que la tierra se convierte de campos o bosques a caminos y estacionamientos, pierde su capacidad de absorber la lluvia. La urbanización aumenta la cantidad de áreas impermeables , lo que hace que la escorrentía sea de dos a seis veces superior a la que se produciría en un terreno natural. Durante los períodos de inundaciones urbanas, las calles pueden convertirse en ríos de rápido movimiento y pueden ser peligrosas para los conductores. Debido a los efectos de flotabilidad y el poder del agua en movimiento, incluso un pie de agua en movimiento puede ser suficiente para arrastrar algunos automóviles .
Varios factores contribuyen a las inundaciones. Dos elementos clave son la intensidad y la duración de las lluvias. La intensidad es la tasa de lluvia y la duración es cuánto dura la lluvia. La topografía, las condiciones del suelo y la cobertura del suelo también juegan un papel importante. La mayoría de las inundaciones repentinas son causadas por tormentas eléctricas de movimiento lento, tormentas eléctricas que se mueven repetidamente sobre la misma área o fuertes lluvias de huracanes y tormentas tropicales. Las inundaciones, por otro lado, pueden ser de aumento lento o rápido, pero generalmente se desarrollan durante un período de horas o días.
¿Qué es un intervalo de recurrencia?
Aunque es posible que nunca haya oído hablar del «intervalo de recurrencia», puede que le resulte familiar. Cuando ocurre una gran inundación, es posible que haya escuchado que el nivel de la corriente alcanzó el «nivel de inundación de 100 años». Esto significa que una inundación de esa magnitud tiene una probabilidad de 1 en 100 de ocurrir en cualquier año.
Las técnicas estadísticas, a través de un proceso denominado análisis de frecuencia, se utilizan para estimar la probabilidad de ocurrencia de un determinado evento. El intervalo de recurrencia se basa en la probabilidad de que el evento determinado sea igualado o superado en un año determinado. Por ejemplo, puede haber una probabilidad de 1 en 50 de que caigan 6,60 pulgadas de lluvia en un condado en un período de 24 horas durante un año determinado. Por lo tanto, se dice que la precipitación total de 6,60 pulgadas en un período consecutivo de 24 horas tiene un intervalo de recurrencia de 50 años.
Del mismo modo, utilizando un análisis de frecuencia (Comité Asesor Interagencial sobre Datos del Agua, 1982) puede haber una probabilidad de 1 en 100 de que ocurra un flujo de 15,000 pies cúbicos por segundo (ft 3 /s) durante cualquier año en una corriente en particular. Por lo tanto, el caudal máximo de 15 000 pies 3Se dice que /s tiene un intervalo de recurrencia de 100 años.
Se requieren diez o más años de datos para realizar un análisis de frecuencia para la determinación de los intervalos de recurrencia. Se puede confiar más en los resultados de un análisis de frecuencia basado, por ejemplo, en 30 años de registro que en un análisis basado en 10 años de registro.
Los intervalos de recurrencia para el caudal máximo anual en un lugar dado cambian si hay cambios significativos en los patrones de flujo en ese lugar, posiblemente causados por un embalse o desviación del flujo. Los efectos del desarrollo (conversión de la tierra de usos forestales o agrícolas a usos comerciales, residenciales o industriales) en los caudales máximos son generalmente mucho mayores para inundaciones de intervalos de baja recurrencia que para inundaciones de intervalos de alta recurrencia, como 25-, 50- , o inundaciones de 100 años. Durante estas inundaciones más grandes, el suelo se satura y no tiene la capacidad de absorber lluvia adicional. Bajo estas condiciones, esencialmente toda la lluvia que cae, ya sea sobre superficies pavimentadas o sobre suelo saturado, se escurre y se convierte en caudal.
Modificado de Robinson, Hazell y Young, 1998
¿Una tormenta de 100 años siempre causa una inundación de 100 años?
No. Varios factores pueden influir de forma independiente en la relación de causa y efecto entre la lluvia y el caudal.
Cuando los datos de lluvia se recopilan en un punto dentro de la cuenca de un río, es muy poco probable que esta misma cantidad de lluvia se produzca de manera uniforme en toda la cuenca, especialmente durante la temporada de tormentas de verano de Atlanta, por ejemplo. Algunas partes de la cuenca pueden incluso permanecer secas, sin proporcionar escorrentía adicional al caudal y disminuyendo el impacto de la tormenta. En consecuencia, solo una parte de la cuenca puede experimentar un evento de lluvia de 100 años.
Las condiciones existentes antes de la tormenta pueden influir en la cantidad de escorrentía de aguas pluviales en el sistema de arroyos. El suelo seco permite una mayor infiltración de la lluvia y reduce la cantidad de escorrentía que ingresa al arroyo. Por el contrario, el suelo que ya está mojado por las lluvias anteriores tiene una menor capacidad de infiltración, lo que permite que entre más escorrentía en el arroyo.
Otro factor a considerar es la relación entre la duración de la tormenta y el tamaño de la cuenca fluvial en la que ocurre la tormenta. Por ejemplo, una tormenta de 100 años de duración de 30 minutos en una cuenca de 1 milla cuadrada (mi 2 ) tendrá un efecto más significativo en el caudal que la misma tormenta en una cuenca de 50 mi 2 . Generalmente, los arroyos con áreas de drenaje más grandes requieren tormentas de mayor duración para que ocurra un aumento significativo en el caudal. Estos y otros factores determinan si una tormenta de 100 años producirá o no una inundación de 100 años.
Modificado de Robinson, Hazell y Young, 1998
¿Pueden ocurrir dos «inundaciones de 100 años» dentro de varios años o incluso dentro del mismo año?
Sí, aunque si las «inundaciones de 100 años» comenzaran a ocurrir cada año, entonces las ocurrencias más frecuentes de las inundaciones cambiarían la probabilidad estadística de que ocurrieran las inundaciones y, por lo tanto, las «inundaciones de 100 años» podrían convertirse en «inundaciones de 50 años». inundaciones»!
Esta pregunta destaca la importancia de una terminología adecuada. El término «inundación de 100 años» se utiliza en un intento de simplificar la definición de una inundación que estadísticamente tiene una probabilidad del 1 por ciento de ocurrir en un año determinado. Asimismo, el término «tormenta de 100 años» se usa para definir un evento de lluvia que estadísticamente tiene el mismo 1 por ciento de probabilidad de ocurrir. En otras palabras, en el transcurso de 1 millón de años, se esperaría que estos eventos ocurrieran 10 000 veces. Se supone que estos eventos, así como cualquier evento recurrente, son estadísticamente independientes entre sí.
Por lo tanto, cada año comienza con la misma probabilidad del 1 por ciento de que ocurra un evento de 100 años.
| Intervalo de recurrencia, en años | Probabilidad de ocurrencia en cualquier año dado | Porcentaje de probabilidad de ocurrencia en cualquier año dado |
|---|---|---|
| 100 | 1 en 100 | 1 |
| 50 | 1 en 50 | 2 |
| 25 | 1 en 25 | 4 |
| 10 | 1 en 10 | 10 |
| 5 | 1 en 5 | 20 |
| 2 | 1 en 2 | 50 |
¿Cómo puede el mismo caudal ser una inundación de 100 años en un lugar y solo una inundación de 50 años en otro?
Los intervalos de recurrencia se basan en la probabilidad de que el caudal máximo ocurra en un lugar determinado en cualquier año. A medida que el agua fluye río abajo desde el punto «A» al punto «B» y el área de drenaje (de la cuenca) aumenta, el volumen del caudal aumenta.
Dado esto, puede parecer razonable pensar que los flujos máximos aumentarían de la misma manera, pero esto no es necesariamente cierto. El flujo en cualquier punto particular de una corriente depende del canal de la corriente local y las condiciones de las llanuras aluviales, así como de las condiciones aguas arriba o aguas abajo del punto, como la pendiente del canal, la forma de la llanura aluvial y cualquier embalse del flujo de la corriente.
Los puntos aguas abajo en un arroyo tendrán un mayor volumen total de caudal resultante de la inundación (excepto en ciertas situaciones muy singulares), pero la tasa de caudal puede ser bastante diferente de los puntos aguas arriba y, a menudo, será menor. En estos casos, el flujo de la corriente permanecerá elevado durante un período de tiempo más largo. Este fenómeno, conocido como atenuación máxima, se puede atribuir a varias variables. Un canal de corriente angosto y eficiente permitirá que el agua pase rápidamente, lo que resultará en un aumento casi instantáneo en el flujo máximo.
En lugares donde el cauce del arroyo se ensancha o puede contener mucha vegetación, la velocidad del agua puede disminuir. Además, a medida que el flujo máximo se mueve río abajo, el agua puede moverse hacia la llanura aluvial donde se almacena hasta que el nivel del agua comienza a retroceder. A medida que el nivel del agua desciende, el agua almacenada en la llanura aluvial volverá a entrar lentamente en la corriente. Estos factores combinados explican por qué el caudal máximo puede ser de menor magnitud pero de mayor duración a medida que la inundación avanza río abajo.
Modificado de Robinson, Hazell y Young, 1998
¿Cómo se determina el flujo máximo?
El nivel de la corriente (o el nivel del agua) y el flujo de la corriente (o descarga) se miden en lugares llamados estaciones de medición del flujo de la corriente. El escenario se mide y registra continuamente mediante instrumentos electrónicos con una precisión de 0,01 pies. La información de la etapa de muchas estaciones de medición de caudales se transmite varias veces al día por telemetría satelital o telefónica a las computadoras del USGS.
El caudal es más difícil de medir con precisión y de forma continua que el nivel. El caudal de una estación de aforo normalmente se determina a partir de una relación establecida entre el caudal y la etapa, o curva de calificación. El personal del USGS realiza mediciones individuales de caudales en una estación de medición utilizando procedimientos estándar (Rantz y otros, 1982); idealmente, estas mediciones se realizan cuando el escenario no está cambiando.
Una serie de estas mediciones realizadas en un rango de condiciones de flujo define la curva de clasificación, que se utiliza para convertir mediciones continuas de etapa en un registro continuo de caudal. Los cambios en el cauce, resultantes de la socavación, la deposición, la vegetación u otros procesos, alteran la relación etapa-caudal, por lo que las mediciones del caudal deben realizarse de manera rutinaria y continua para garantizar que la curva de calificación permanezca precisa.
Una curva de clasificación se considera precisa solo en el rango para el cual se han realizado mediciones de caudal. A veces, las mediciones de caudales no están disponibles para la gama completa de caudales en las estaciones de medición que han estado en funcionamiento solo durante unos pocos años. Incluso en estaciones de medición que han estado en funcionamiento continuo durante 30 años o más, las mediciones directas de flujo de corriente para flujos extremadamente altos son difíciles de obtener porque (1) estos eventos son raros, (2) los desechos a menudo se acumulan en el canal, (3) extremos los flujos máximos pueden persistir solo por un corto período de tiempo, y (4) los sitios de medición a menudo son inaccesibles debido al cierre de carreteras o puentes.
Las estimaciones de caudales máximos, que están fuera del rango de la curva nominal establecida, pueden hacerse mediante una extrapolación de la curva nominal a la etapa máxima. En algunas estaciones de aforo, se pueden utilizar métodos indirectos de determinación del flujo de corriente basados en marcas de agua alta, propiedades del canal y principios hidráulicos para obtener una estimación independiente de la descarga.
Estos métodos indirectos generalmente requieren estudios de campo precisos para determinar las marcas de agua alta, las propiedades del canal y la forma del canal. Luego, la información obtenida en el campo se procesa mediante programas de computadora para determinar el caudal. La evaluación continua de estos cálculos de caudales puede resultar en alguna revisión de los caudales máximos previamente determinados.
Modificado de Robinson, Hazell y Young, 1998
Referencias
- Hershfield, WM, 1961, Atlas de frecuencia de precipitaciones de los Estados Unidos con duraciones de 30 minutos a 24 horas y períodos de retorno de 1 a 100 años: US Weather Bureau, Washington, DC, Technical Paper 40.
- Comité Asesor Interagencial sobre Datos del Agua, 1982, Directrices para determinar la frecuencia del flujo de inundaciones: Departamento del Interior de EE. UU., Reston, Va., Boletín 17B del Subcomité de Hidrología.
- Coalición Nacional de Educación sobre Desastres, 1999, Hablando de desastres: Guía para mensajes estándar: Producido por la Coalición Nacional de Educación sobre Desastres, Washington, DC, p. 63-64.
- Rantz y otros, 1982, Medición y cálculo del caudal: Volumen 2, cálculo de la descarga: Documento de suministro de agua del Servicio Geológico de EE. UU. 2175, p. 285-631.
- Robinson, JB, Hazell, WF y Young, WS, 1998, Efectos de las tormentas de agosto de 1995 y julio de 1997 en la ciudad de Charlotte y el condado de Mecklenburg, Carolina del Norte: Hoja informativa del Servicio Geológico de EE. UU. FS-036-98, 6 p.