El efecto trágico de las lluvias en las comunidades por falta de planificación (I/III)

Entre las diversas amenazas naturales que con frecuencia impactan en las áreas urbanas, destacan las de origen hidrometeorológico, sobre todo precipitaciones intensas, de corto tiempo y las provocadas por los ciclones tropicales, las cuales, al vincularse con la dinámica del proceso de ocupación urbana, favorecen el riesgo de desastre por inundaciones por falta de proceso de planificación urbana con visión futurista y por falta de política. Los pobladores construyen en zonas muy vulnerables tanto por inundación como por deslizamiento de tierra. Cabe señalar que el problema aumenta rápidamente y sus consecuencias se manifiestan en pérdidas económicas, daños materiales y humanos.

Este tipo inundaciones tienen distintos efectos, y depende de a qué tipo de inundación nos referimos unos pueden ser más perjudiciales que otros. En este trabajo no tocaremos las inundaciones por maremotos, tifones, ciclones y otros, ya que este tema lo hemos tocado en trabajo anterior y por eso en este trabajo trataremos solamente lo relacionado los efectos de las lluvias.

Antes de comenzar a definir los conceptos de ríos y quebrada trataremos lo relacionado a las cuenca hidrográfica y el estudio hidrológico, que es donde comienza todo río o quebrada con su precipitación, para después entrar en forma resumida todo lo relacionado con las quebradas y ríos. En este trabajo no incluimos la toma de agua para abastecimiento ni tampoco lo relacionado con las descarga de aguas servidas. Es importante saber las características de los ríos, ya que ellos van a embalses de agua, y es necesario conocer sus características del volumen de agua como la sedimentación para lleva este río, para así calcular su capacidad de extracción y vida útil de la represa o embalse que dependiendo su uso (humano, agrícola, control de inundación y otros).

En este tema vamos a tratar los efectos de las lluvias en las comunidades en forma resumida y se divide en 3 volúmenes. En el primero tratemos el cálculo en forma resumida:

1. Cuenca hidrológicas.
2. Sedimentos.
3. Drenaje en quebradas y ríos.
4. Cálculo de volumen en quebrada y en ríos.
5. Criterio para la canalización de quebrada o río.
6. Inundaciones.

El segundo volumen va a tratar los problemas de la lluvia en las ciudades y sectores más importantes:

1. Drenaje Urbano.
2. Vialidad.
3. Derrumbes.
4. Aeropuertos.

El tercer volumen se va a tratar los peligros que representa la lluvia en algunas sectores y uso del agua en la población:

1. Basurero.
2. Radioactividad.
3. Lluvia ácida.
4. Uso del agua de lluvia.

Lluvias

En meteorología, la precipitación es cualquier forma de hidrometeoro que cae del cielo y llega a la superficie terrestre. Este fenómeno incluye lluvia, llovizna, nieve, aguanieve, granizo, pero no neblina, ni rocío, que son formas de condensación y no de precipitación. La cantidad de precipitación sobre un punto de la superficie terrestre es llamada pluviosidad, o monto pluviom.étrico

La generación de lluvia depende de tres factores específicos: la temperatura, la presión atmosférica y la humedad atmosférica, y, puede originarse en diferentes tipos de nubes, generalmente nimboestratos y cumulonimbos, cuando se elevan hacia regiones más frías, su vapor se condensa y por lo tanto cae, debido al incremento del peso.

Esta formación puede darse de tres modos:

1. Lluvias de convección.
2. Lluvias orográficas.
3. Lluvias frontales o cíclicas.

Tipos de lluvia:

1. Rocío. No es propiamente una lluvia, sino una forma de condensación de la humedad del ambiente en las noches frías y despejadas.
2. Llovizna (o garúa). Lluvia muy débil en la que a menudo las gotas son muy finas e incluso pulverizadas en el aire.
3. Chubasco (o chaparrón). Es una lluvia de corta duración, generalmente de intensidad moderada o fuerte.
4. Tormenta eléctrica. Es una lluvia acompañada por actividad eléctrica y, habitualmente, por viento moderado o fuerte, e, incluso, con granizo. Las tormentas pueden tener intensidades desde muy débiles hasta torrenciales, e, incluso, a veces son prácticamente secas.
5. Aguacero. Es una lluvia torrencial, generalmente de corta duración. Sinónimo de chubasco o chaparrón.
6. Monzón. Lluvia muy intensa y constante propia de determinadas zonas del planeta con clima estacional muy húmedo, especialmente en el océano Índico y el sur de Asia.
7. Manga de agua (o tromba). Es un fenómeno meteorológico de pequeñas dimensiones, pero muy intenso, que mezcla viento y lluvia en forma de remolinos o vórtices.

Parámetros que caracterizan la lluvia

• Intensidad.
  • Débil.
  • Moderada.
  • Fuerte.
  • Muy fuerte.
  • Torrencial.
• Duración.
  • 1. Altura o profundidad.
  • 2. Frecuencia.
• Medición de la lluvia
  • Pluviómetro manual.
  • Pluviómetros totalizadores:
    • Pluviógrafo de sifón.
    • Pluviógrafo de doble cubeta basculante.

Una vez vistas casi todas las propiedades de la lluvia en forma resumida, veremos a continuación donde caen estas precipitaciones y sus características, de igual forma que por donde corren estas aguas y sus consecuencias, para poder planificar y tomar las precauciones.

Hay que tener cuidado con los materiales que se descargan en los ríos a través de las tierras y ciudades, ya que estas traen material contaminante, tanto fertilizantes o aguas servidas, lo que al descargar al mar trae la contaminación de estos, como se puede observar en las zonas que existen corales que se están destruyendo y todo en su entorno. Esto se aplica igualmente a la descarga de las industrias si están una temperatura superior a la zona donde descargan.

Cuenca hidrográfica de un río o quebrada

Una cuenca hidrográfica es un territorio drenado por un único sistema de drenaje natural, es decir, que sus aguas dan al mar a través de un único río o que vierte sus aguas a un único lago endorreico. Una cuenca hidrográfica es delimitada por la línea de las cumbres, también llamada divisoria de aguas. El uso de los recursos naturales se regula administrativamente separando el territorio por cuencas hidrográficas, y con miras al futuro las cuencas hidrográficas se perfilan como una de las unidades de división funcionales con mucha más coherencia, permitiendo una verdadera integración social y territorial por medio del agua. También recibe los nombres de hoya hidrográfica, cuenca de drenaje, cuenca imbrífera, cuenca de exudación o cuenca fluvial.

Una cuenca hidrográfica y una cuenca hidrológica se diferencian en que la primera se refiere exclusivamente a las aguas superficiales, mientras que la cuenca hidrológica incluye las aguas subterráneas (acuíferos).

La divisoria de aguas o divortium aquarum es una línea que delimita la cuenca hidrográfica. Una divisoria de aguas marca el límite entre una cuenca hidrográfica y las cuencas vecinas. El agua precipitada a cada lado de la divisoria desemboca en ríos o afluentes distintos. Otro término utilizado para esta línea se denomina parteaguas.

El río principal suele ser definido como el curso con mayor caudal de agua (medio o máximo) o bien con mayor longitud o mayor área de drenaje.

Tipos de cuencas

Existen tres tipos de cuencas:

1. Exorreicas: drenan sus aguas al mar o al océano.
2. Endorreicas: desembocan en lagos, lagunas o salares que no tienen comunicación fluvial al mar.
3. Arreicas: las aguas se evaporan o se filtran en el terreno antes de encauzarse en una red de drenaje, También son frecuentes en áreas del desierto del Sahara.

Características geomorfológicas

Las características geomorfológicas de una cuenca hidrográfica dan una idea de las propiedades particulares de cada cuenca; estas propiedades o parámetros facilitan el empleo de fórmulas hidrológicas

Hay varios tipos de fórmula para su cálculo, también hay programa especializados que solicita ciertos valores y nos dan varios tipos de resultados, dependiendo de la información introducida para su cálculo tenemos que tener los siguientes parámetros, para ello tenemos normas y fórmulas que cada zona tiene las suyas

1. Área de la cuenca (km²) Para la determinación del área de la cuenca es necesario previamente delimitar la cuenca, trazando la línea divisoria, en este momento tenemos que con Google y dependiendo la formula tenemos que estudiar los siguientes puntos.
2. Debe seguir las altas cumbres.
3. Debe cortar ortogonalmente a las curvas de nivel.
4. No debe cortar ninguno de los cauces de la red de drenaje.
5. Perímetro de la cuenca (km): Es la longitud del contorno del área de la cuenca.
6. Longitud del río principal (km).
7. Longitud de los ríos (km) o de los afluentes del río principal.
8. Altura máxima y altura mínima (msnm): Elevación sobre el nivel del mar del punto más alto y más bajo de la cuenca hidrográfica.
9. Índice de compacidad: También denominado coeficiente de compacidad o de Graveliús, Cuando el valor de Kc de la formula tienda a uno, la cuenca tendrá una forma casi circular. Esto significa que las crecientes tendrán mayor coincidencia debido a que los tiempos de concentración de los diferentes puntos de la cuenca serán iguales. En cuencas muy alargadas, el valor de Kc sobrepasa a 2.
10. Curva hipsométrica.
11. Polígono frecuencias de altitudes.
12. Rectángulo equivalente: Es un rectángulo que tendría un comportamiento hidrológico semejante a la cuenca.
13. Factor de forma de la cuenca: Es la relación entre el ancho promedio (Ap) de la cuenca y la longitud del curso principal del río (L).
14. Orden el río principal de la cuenca y grado de ramificación: se determina el grado de ramificación de un curso de agua se considera el número de bifurcaciones que tienen sus tributarios, asignándole, un orden a cada uno de ellos en forma creciente desde el inicio de la divisoria hasta llegar al curso principal de manera que el orden atribuido a este indique en forma directa el grado de ramificación de la red de drenaje.
15. Densidad de drenaje Longitud promedio de cursos de agua (Dd): es la relación entre la longitud total de los cursos de agua y su superficie.

Otra de estudios que se tienen que hacer es lo relacionado con la retención superficial, esta retención puede ser por el tipo de vegetación, almacenamiento por depresiones y tipo de suelo, para estudio de aguaceros fuertes o de mucha duración. Estos estudios no influyen en el cálculo del volumen de agua de una cuenca.

Una vez calculado todos los valores de la cuenca hidrográfica en estudio, ya sea de forma manual o atreves de programas específicos, y aplicando las condiciones que más adelante nombraremos tendremos el volumen de agua de esa cuenca en un punto determinado.

Sedimentos

Los sedimentos son los materiales de los diferentes tipos de rocas sedimentarias, gracias a los procesos de erosión, transporte, deposición, diagénesis y litificación. Tienen varias características, y de ellos se puede obtener información acerca del tamaño de grano, textura, estructura, fábrica, composición, color, lo que ayuda a entender el ambiente de origen y formación de aquellos materiales sedimentarios y se dividen 4 cuatro tipos.

Tipos de sedimentos:

De manera general los sedimentos se dividen en:

1. Terrígenos, clásticos o detríticos.
2. Biogénicos.
3. Químicos.
4. Volcanogénicos o volcanoclásticos.

Sedimentos detríticos

Su origen es debido a la descomposición de cualquier tipo de roca (ígnea, sedimentaria o metamórfica).

Estos sedimentos se clasifican de acuerdo a su tamaño en: grava, arena, limo y arcilla. En la siguiente imagen se observa ordenado de mayor a menor tamaño, donde la grava es la de mayor tamaño y la arcilla es la más fina.

Importancia del sedimento:

El conocimiento del transporte de sedimentos en un río es útil para la determinación de el volumen de este material que entran al vaso de una presa, y para diseñar la vida útil y las medidas a tomar para reducir la llegada de sedimento a la presa o la forma de extraerlo para darle más vida útil.

Para el estudio de sedimentos en un río hay que considerar varias variables y para ello tenemos varios fórmulas diseñada por distintos estudios realizados y publicado, una de ellas la  tenemos en la página electrónica de Wikipedia.

Drenaje de Quebradas

Quebrada o arroyo. Es un paso estrecho entre elevaciones al arroyo o riachuelo que atraviesa una depresión o un valle estrecho producido por la erosión del agua con el tiempo y pequeños surcos en terrenos planos, ubicados en una zona baja del sector donde llegan las aguas, ya sea producida por lluvia o por deshielo. Dependiendo el tamaño también podemos decir en vez de quebrada riachuelo, todo depende del volumen de agua que lleva o puede llevar con un agua de gran intensidad. Normalmente los riachuelos son de pequeño caudal en comparación con otras corrientes de agua.

El peligro de este tipo quebrada es que normalmente la población no toma en cuenta la peligrosidad de ellas, y construyen viviendas sin la aprobación de las autoridades donde estas no contemplan en su planificación la habitabilidad de estas zonas por conocer los riesgos. Por falta de terreno las invaden las comunidades para construir sus viviendas, creando un problema por falta de los servicios, y cuando estas quebradas recogen lluvias de gran intensidad inundan grandes extensiones, con las pérdidas económicas o humanas que eso conlleva.

Riesgos en quebradas

Antes de comenzar la construcción de la vivienda, es prudente analizar su ubicación.

1. Nunca debemos edificar una casa sobre el cauce de una quebrada, en ninguna parte de su recorrido.
2. Nunca debemos edificar una casa sobre material de relleno (sanitario o desmonte), ya que, en el futuro, éste se asentará y producirá graves rajaduras e incluso el colapso de la vivienda.
3. Nunca debemos edificar una casa en zonas de derrumbes.
4. Debemos evitar construir en zonas inundables por crecidas de ríos o quebradas con o sin agua.
5. No debemos construir en zonas de antiguos lechos de río.
6. El lugar adecuado para construir una vivienda es sobre suelos firmes y resistentes, como las rocas o gravas, ya que permitirán un buen comportamiento de la cimentación.
7. Debemos evitar construir en laderas muy empinadas En caso contrario, se debe conformar plataformas horizontales y escalonadas, para tener la misma altura en todos los muros de la vivienda.
8. Cuando se construye una vivienda sobre una ladera, no es bueno cimentar una parte sobre la roca y otra sobre el relleno, ya que esto ocasionará que se produzcan rajaduras en la vivienda.
9. Las construcciones de vivienda deben de estar retiradas por lo menos a 50 mts del eje del cauce, si la zona por donde pasa la quebrada o río, es en zonas planas se debe de estudiar la zona de inundación para una determinada lluvia.
10. Recorrer agua abajo del punto a estudiar para ver si tiene estrangulamiento u obstrucciones lo que provocaría altura del nivel del agua, agua arriba de este punto.

Ríos

Las quebradas normalmente descarga en ríos estos se pueden clasificar en función de su actividad (con diferencia de caudal dependiendo del momento) y también en base a la composición de las aguas y en función de su geomorfología, teniendo en cuenta factores como la cantidad de curvas o meandros (sucesión de dos curvas en arco sucesivas) que hace en su recorrido o la cantidad de bifurcaciones y divisiones que presenta. Esta clasificación depende de la zona, características del cauce y sedimentos. Esta clasificación dependerá de la nación. En este trabajo nombraremos alguna de las clasificaciones que se le da a los ríos.

Geomorfología fluvial

Los ríos los podemos clasificarse de acuerdo a sus características como son:

1. Alóctonos: este tipo de río es cuando atraviesan zonas secas o desérticas, pero tiene su nacimiento en zonas lluviosas o húmedas el ejemplo típico es el río Nilo
2. Estacionales: son ríos que se encuentra en zonas con zonas climáticas un invierno húmedo y un verano secas y tienen un caudal muy variable y se encuentra en zona alta de la montaña.
3. Perennes: estos ríos se encuentran en regiones con abundantes precipitaciones y su caudal varias de acuerdo a la época del año de este tipo de río muchas veces nacen las variaciones de los ríos subterráneos
4. Transitorios: este tipo de ríos solamente se forma en zonas desérticas o en zonas muy secas, este tipo de ríos son muy peligrosos ya que tener una lluvia intensa pueden desplazarse con gran velocidad y violencia por un corto tiempo. Reciben el nombre de wadis o uadis, a los cauces casi siempre secos de las zonas desérticas.

Clasificación según geomorfología

Según la geometría que adopta la corriente, se pueden clasificar los ríos en tres tipos básicos: rectilíneo, meándrico, y anastomosado (braided en inglés). Los parámetros utilizados para esta clasificación son la sinuosidad y multiplicidad. Esta última depende del número de barras que divide la corriente en varios brazos.

1. Ríos rectilíneos: son aquellos que presentan un canal principal y a una multiplicidad baja (pocas bifurcaciones), pero tienen la cualidad de ser muy inestables y terminan por formar otros tipos de río. Debido a su configuración las aguas de los ríos rectilíneos poseen gran fuerza y son altamente erosivos allá por donde pasan. Tienen caudal de alta energía y gran capacidad erosiva.
2. Meándrico: Un río se puede definir como meándrico cuando su sinuosidad es mayor de 1.5, entendiendo la sinuosidad (S) como la relación existente entre la longitud del cauce principal (Lr) y la del valle que drena (Lv); entonces: S = Lr/Lv > 1.5.
3. Ríos meándricos: son de sinuosidad alta y de un único canal. Presentan una curva sobre el canal, lo que genera dos velocidades para el agua que son muy distintas en ambas orillas. Este tipo de río tiene sinuosidad alta (mayor a 1,5) y canal único. Su característica principal es la unidad geométrica llamada meandro, curva completa sobre el canal, compuesta por dos arcos sucesivos. En contraste con los dos tipos anteriores, las corrientes fluviales meandriformes combinan un carácter erosivo (generalmente, en la parte cóncava de la curva o meandro) y sedimentario (en la orilla convexa). Estas diferencias se deben, como es obvio, a la distinta velocidad de las aguas en las dos orillas.
4. Ríos anatomosados: este tipo de ríos presenta diferentes canales, y a pesar de tener menos capacidad erosiva que los rectilíneos son mucho más capaces de transportar materiales y sedimentos. Al poseer menos energía cuando estos ríos encuentran un obstáculo en su curso tienden a rodearlo en lugar de a erosionarlo, siempre que puedan adaptar su forma al relieve del terreno, estas corrientes presentan canales múltiples. tienden a modificar su trayectoria adecuándose al relieve y a los sedimentos en el fondo del cauce como son:

• Con islas: aquellos que, como su nombre lo indica, poseen islas dentro de sus aguas.
• En estuarios: aquellos que desembocan en el océano y que tienen influencia de las aguas del mar.
• En deltas: aquellos que llevan grandes cantidades de sedimento y desembocan en el mar, formando flechas paralelas al flujo.
• En pantanos o manglares: aquellos que tienen cauces amplios, de baja velocidad, y en los que crece la vegetación propia de manglares y pantanos.

Según su estabilidad, pueden clasificarse en:

1. Dinámica: cuando la pendiente es invariable y la corriente puede arrastrar sedimento y materiales de las orillas y la plantilla.
2. Estática: cuando su corriente no puede arrastrar materiales de las orillas.
3. Inestabilidad dinámica: aquellos que no logran estabilizar su pendiente.
4. Morfológica: aquellos que tienen una estabilidad que no depende de la acción humana.

Según su edad, pueden clasificarse en:

1. Jóvenes: aquellos que están en zonas montañosas y tienen pendientes altas.
2. Maduros: aquellos que están en amplios valles y que posee pocas pendientes.
3. Viejos: aquellos que están en planicies, con anchos mayores a los meandros, y que casi no tienen pendientes.

Según el material de los márgenes y fondo, pueden clasificarse en:

1. Cohesivo: cuando los materiales son principalmente arcillosos.
2. No cohesivo: cuando los materiales están disueltos en forma de partículas.
3. Acorazado: cuando el material arrastrado se encuentra disuelto en partículas tan finas que se crea una capa en la superficie.
4. Bien graduado: cuando los sedimentos presentes en el fondo poseen muchos tamaños de partícula.
5. Mal graduado: cuando el tamaño de las partículas está distribuido de forma logarítmica.

Según sus condiciones de transporte de sedimento, pueden clasificarse en:

1. Estable: cuando el depósito de sedimento sucede en los márgenes, siendo menor en el fondo.
2. Erosionable: cuando el depósito de sedimento es considerable tanto en el fondo como en los márgenes.
3. Depositante.

En el curso de un río se distinguen tres partes:

• Curso superior, ubicado en lo más elevado del relieve, en donde la erosión producida por las aguas del río es mayor, a pesar del menor caudal, debido a su mayor pendiente. Corresponde al término cuenca de recepción cuando se refiere a un torrente de montaña.
• Curso medio, en donde el río disminuye su pendiente, pero ensancha el valle, con lo que disminuye la velocidad del caudal y comienza a aumentar la sedimentación o formación de aluviones.
• Curso inferior, situado en las partes más bajas de la cuenca. Allí, el caudal del río pierde todavía más su fuerza erosiva (que prácticamente se anula) y los materiales sólidos que lleva se sedimentan, formando las llanuras aluviales.

El cálculo del volumen de agua que va por río es necesario para el cálculo de puente, embalses o canalizar el río si pasa por una población, y de igual forma en zonas urbanas se debe de calcular el área de inundación para que las autoridades no permitan vivienda para evitar desenlaces fatales. Para estos casos, el tiempo de frecuencia que se debe tomar es de50 años o 100, depende de la importancia del sector.

Cálculo del volumen de río o quebrada

Para estudiar que el cauce legal conveniente de un río o una quebrada tenemos que hacerle un pequeño recorrido donde debe de tomarse muy en cuenta si esta las orillas están ocupada y a que distancia del borde de la quebrada, lo que representan un peligro inminente en cauces de intensidades de lluvia muy alta. Para el cálculo de una quebrada o río se debe de tomar en cuenta primero una información básica del todo de todo el sector a estudiar, si debe de tener una topografía muy precisa del sector y además los siguientes puntos:

Geotecnia

Es la que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas, hidráulicas e ingenieriles de los materiales provenientes del medio geológico, aplicadas a las obras de Ingeniería Civil.

En el caso de una quebrada o río se debe de estudiar:

1. Un estudio, de la hidrología del sector de la hoya del sector a estudiar.
2. La geometría del cauce actual donde tomaremos secciones transversales.
3. Tipo de suelo que tenemos tanto superficiales como profundo.
4. Tipo de taludes el tipo de material.
5. Tipo de cauce.
6. La granulometría del de materia de fondo.

Estudio hidrológico

Se realizan los estudios de hidrología y los estudios de inundabilidad, que regulan las diferentes confederaciones hidrográficas. El estudio hidráulico, en definitiva, es un documento que define cuáles son las consecuencias hidráulicas que una obra o proyecto puede llegar a afectar el estado de una cuenca hidrológica que le corresponde.

El estudio hidrológico debe de incluir varios puntos como son:

1. Un estudio climático.
2. Un estudio topográfico de la zona.
3. Determinación del caudal hidrológico.
4. La preparación del modelo hidrológico por medios electrónicos.
5. La elaboración de la cartografía que analiza las secciones de una cuenca, etc.
6. En algunos casos, se incluye en el estudio la tramitación y el seguimiento con las confederaciones hidrográficas.

El software disponible en hidrología permite precisar, con un bajo margen de error, situaciones futuras de inundabilidad y anticipar soluciones en caso de que exista cualquier problema medio ambiental relacionado con la posibilidad futura de inundaciones. El programa informático más utilizado actualmente es HEC-RAS, desarrollado por el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EEUU y disponible gratuitamente.

El tiempo de concentración

El tiempo de concentración de una determinada cuenca hidrográfica es el tiempo necesario para que el caudal saliente se estabilice, cuando ocurra una precipitación con intensidad constante sobre toda la cuenca. Se calcula por diferentes autores dependiendo los datos solicitado para el cálculo como son Federal Aviation Administration (1970), Morgali y Linsley (1965), SCS (1975, 1986), CALIFORNIA, culvers, D. G. Carretera, federa aviat, vente chow. Igual que algunas naciones tienen sus propias formulas resultante de un trabajo de investigación, estas fórmulas nos darán el tiempo de concentración en un determinado sitio a estudiar.

Estimaciones de crecida

La formación de crecida es un fenómeno hidrológico muy complejo y entre sus variables tenemos la extensión de las cuencas receptoras en un área causa principal, existiendo por lo tanto una cierta correlación entre el área de la cuenca y la máxima crecida.

Las estimaciones de crecida la calculamos por lluvia caída en el sector del estudio o de forma empírica. La falta de datos y la necesidad de conjugar variables hacen que el problema sea complejo, por lo cual se deben de utilizar varios métodos como son: Método directo, métodos empíricos, método estadístico, método hidrométrico y correlación hidrológica. De igual forma existen programas específicos para este tipo de estudio.

Para este método existen una gran variedad de formas empíricas para determinar los caudales máximos de crecidas, algunas de sencilla aplicación y que pueden ser de gran utilidad para estudio preliminar. Estos son algunos de ellos: greager, fanning, Dickens, Quijano, heras ester y otros. Uno que toma algunas de las condiciones de la cuenca es el método DEN (scs-usdal), que calcula la curva de probabilidades pluviométrica más acertada a la condición en la cuenca.

Hidrograma unitario

El hidrograma es un gráfico que muestra la variación en el tiempo de alguna información. El método del hidrograma unitario es uno de los métodos utilizados en hidrología, para la determinación del caudal producido por una precipitación en una determinada cuenca hidrográfica, río y en cualquier obra hidráulica.

En algunos casos es necesario determinar el volumen total del escurrimiento superficial generado por una lluvia en un tiempo determinado un lugar determinado. Sin embargo, es más frecuente el caso en que se requiere conocer el caudal máximo instantáneo de una determinada avenida.

Se puede construir un hidrograma unitario a partir de los datos de precipitación y de caudales referentes a una lluvia de intensidad razonablemente uniforme y sin implicaciones resultantes de lluvias anteriores o posteriores. Otro de factores son los coeficientes de escorrentía que se utilizarán de acuerdo al tipo de material existente, a nivel de cerro, y en la de la zona urbana se tomarán como si estuviera urbanizada.

Se debe de estudiar el comportamiento individual entre las zonas urbanas y la quebrada, y ver su comportamiento individual cada uno de ellos y el comportamiento de las dos situaciones: zonas montañosas y urbanas unidas.

De igual forma se deben de tomar en cuenta las quebradas que llegan al cauce principal, y ver en qué condiciones llegan los dos volúmenes de agua a la misma intersección.

Existen varios tipos de hidrograma.

Inundaciones

Las inundaciones son ocupaciones parciales o totales de agua que ocurren en una superficie que usualmente está seca y que podrían generar daños materiales y/o humanos.

Las inundaciones son eventos producidos por fenómenos naturales como:

• Lluvias y aguaceros intensos y prolongados.
• Fusión de la nieve en regiones de llanura.
• Fusión de la nieve y glaciares en regiones montañosas.
• Almacenamiento y descongelación del hielo.
• Efecto combinado de la fusión de nieve y precipitaciones pluviales.
• Huracanes y maremotos.
• Producidos por la actividad humana.

Tipos de inundaciones

Existen varias clasificaciones de inundaciones según los diversos organismos oficiales de prevención de desastres. Esta es una recopilación de todas las categorías:

• Inundaciones súbitas (flash floods)

Las inundaciones súbitas se consideran una de las categorías más peligrosas, ya que por su naturaleza dificultan las tareas de prevención y desalojo de las poblaciones afectadas. Una de las características más resaltantes de los flash floods es que suelen generarse en terrenos con inclinaciones pronunciadas. Esto facilita el rápido descenso del agua y la anegación del terreno, con los daños estructurales y humanos que esto implica.

• Inundaciones lentas

Son generadas por lluvias persistentes que pueden ser intensas o moderadas, lo cual provoca una saturación progresiva del terreno. En estos casos, las precipitaciones pueden durar entre dos y cuatro días como mínimo. En este caso es posible activar protocolos de prevención y contención de daños porque el margen de tiempo es mayor.

• Inundaciones fluviales

El desbordamiento de los ríos es una de las causas más comunes de inundaciones recurrentes en regiones del tercer mundo. Son inundaciones ocasionadas por el desborde de los ríos, bien sea por problemas asociados a la calidad del terreno de sus riberas o por un aumento considerable del caudal. Este aumento en el nivel del agua puede producirse por lluvias intensas o prolongadas, o por el derretimiento de nieve en zonas cercanas al río.

• Inundaciones pluviales

​Es cualquier saturación de terreno causada por las lluvias. En algunos países, las inundaciones de origen pluvial son una constante en ciertos períodos del año, como en la India, cuyas lluvias provocadas por los vientos monzones generan grandes inundaciones durante el verano.

Vista satelital de la región de Ayatthaya antes y después de las inundaciones generadas por las lluvias monzónicas de Tailandia, en 2001.

• Otro tipo de inundaciones

Si las inundaciones de barrera sobrepasan un terreno inclinado, se puede producir un flash flood o inundación súbita. Pueden ser por eventos causados por la elevación del mar, que termina entrando a tierra firme, bien sea por el efecto de lluvias intensas, maremotos, tsunamis, tormentas o tifones.

Inundaciones por ríos o quebrada

Son un tipo de inundación que afecta a las ciudades y comunidades urbanizadas. Pueden tener un origen natural (precipitaciones o desbordamiento de ríos) o artificial (fallas en las obras hidráulicas, ruptura de diques, etc.).

Cambio del uso del terreno, La densidad poblacional, la erosión del terreno y el aumento en la producción de basura son solo algunos de los factores que causan las inundaciones urbanas.

Causas de las inundaciones

Las inundaciones pueden tener varias causas. Estos son los eventos o actividades que pueden producir inundaciones:

Causas naturales

Tienen que ver con eventos naturales que ocurren sin la intervención humana, tales como:

1. Lluvias: depende del tipo de lluvia puede generan una saturación de agua en el terreno que, al no drenar rápidamente, ocasionan inundaciones, o estar interrumpidos sus cauces, o existir en el sector puntos bajos sin ningún tipo de descarga, La acumulación de desechos es una de las causad de inundaciones en las zonas urbanas debido al obstrucción de los sistemas de drenaje, tenemos como ejemplo el bote de basura en quebrada, Modificación del uso de la tierra en zonas urbanas
2. Deshielo: la condensación del hielo hace que el agua llegue a los ríos y aumente su cauce, provocando su desbordamiento.
3. Tormentas, huracanes, tifones o tsunamis: generan olas de gran magnitud que pueden derribar barreras naturales o artificiales, facilitando la entrada de agua en tierra firme a gran velocidad, e inundado todo a su paso. Este tipo de inundación lo explicamos con más detalle en uno de mis trabajos publicados en la revista iAgua.

Causas no naturales

Son factores relacionados con actividades humanas que tienen un impacto directo en los cuerpos de agua o en la disminución de la calidad del terreno. Algunas de esas actividades son:

1. Fallas hidráulicas: Rupturas de presas o diques, que liberan gran cantidad de agua en muy poco tiempo, saturando el terreno o los cuerpos de agua cercanos y ocasionando inundaciones.
2. Erosión del terreno: las obras urbanísticas, el exceso de cultivos o la contaminación disminuyen la calidad del terreno, aumentando su permeabilidad, lo que lo hace susceptible a saturarse con mayor rapidez.

Consecuencias de las inundaciones

Las inundaciones generan un impacto en diversos tipos: humano, ambiental, económico y sanitario.

1. Consecuencia humana: las inundaciones traen como consecuencia de la destrucción de viviendas y la perdida humana por estar en zona de inundación, En los casos más graves, las inundaciones pueden generar eventos que puede inducir desplazamientos poblacionales forzados, como una forma de solucionar la pérdida de la vivienda o de la fuente de trabajo. Dependiendo del tipo de inundación también es posible que las autoridades ordenen la suspensión de actividades educativas, laborales o recreativas, lo cual impacta directamente en la calidad de vida de las personas.
2. Consecuencias ambientales: las inundaciones pueden generar modificaciones ligeras, moderadas o severas en la topografía afectada. Estos cambios en el terreno pueden ser parte de dinámicas naturales (como las lluvias monzónicas) o de la actividad humana, y pueden afectar los ecosistemas locales.
3. Consecuencias económicas: las inundaciones pueden causar daños estructurales considerables, afectando viviendas, locales comerciales, cultivos.
4. Consecuencias sanitarias: las inundaciones pueden generar focos de enfermedades como el dengue, enfermedades infecciosas, dermatológicas o trastornos digestivos, dependiendo del tipo de inundación, ya que puede afectar los sistemas del servicio de agua potable y agua servida.

Ejemplos de inundaciones en América

En América hay varios ejemplos que ilustran la magnitud que puede alcanzar una inundación, especialmente cuando no se toman las medidas de prevención o contención adecuadas.

Este tipo de situación es casi igual a las generada por tsunamis, pero la diferencia es de donde proviene el agua de inundación. En el escrito realizado por mí en la revista iAgua estamos detallando este fenómeno con el título “Manual de organización, procedimiento y funcionamiento en la Administración de acueductos (IV)”

Estos son solo algunos de los eventos más relevantes ocurridos en la historia reciente.

Tragedia de Vargas, 1999 (Venezuela)

Durante el mes de diciembre, las lluvias intensas y prolongadas ocurridas en todo el país generaron un deslave sin precedentes en el estado Vargas. Esta situación dejó un saldo de más de 300 mil damnificados, miles de fallecidos, heridos y desaparecidos, además de daños estructurales irreparables.

José Luis López, ingeniero hidráulico de la Universidad Central de Venezuela (UCV), es uno de los científicos que más ha estudiado la tragedia de Vargas.

"La catástrofe se produce debido a la incontrolada ocupación urbana de los abanicos aluviales, gargantas de las quebradas y laderas de los cerros circundantes, sin la presencia de obras de control ni sistemas de alerta temprana que hubiesen podido avisar a la población para evacuar las zonas de peligro"

• Inundación de Santa Fe, 2003 (Argentina)

Una lluvia persistente e intensa ocurrida a finales del mes de mayo en la ciudad de Santa Fe y poblados cercanos, generó una crecida del río Salado. El agua logró penetrar las defensas (que no estaban terminadas) y entró a la ciudad, causando pérdidas humanas y materiales.

• Huracán Katrina 2005 (USA)

Fue uno de los más destructivos y el que causó más víctimas mortales de la temporada de huracanes en el Atlántico de 2005. Se trata del huracán que ha provocado más daños económicos, así como uno de los cinco huracanes más mortíferos de la historia de Estados Unidos.

El mayor número de muertes se registró en Nueva Orleans, que quedó inundada porque su sistema de diques falló, donde varias zonas están por debajo del nivel del mar, el oleaje hizo colapsar los diques que debían contener el agua, lo cual provocó la inundación de gran parte de la ciudad y los suburbios de la zona este.

• Inundación de Tabasco, 2007 (México)

Una serie de precipitaciones continuas aceleraron la crecida de los ríos Usumacinta y Grijalva, inundando el 80% del estado de Tabasco. Los diques y barreras fueron sobrepasados por las aguas, lo que trajo consigo el colapso de los servicios de agua potable, electricidad y salud, así como pérdidas humanas y damnificados.

• Tragedia de Mariana, 2015 (Brasil)

Durante el mes de noviembre, una represa construida para retener desechos tóxicos en la ciudad de Mariana, en el estado de Minas Gerais presentó una fuga. Unas horas después, la represa cedió y expulsó lodos contaminados que llegaron al río Doce, que abastecía de agua potable a todo el estado. Esta situación ocasionó no solo el desbordamiento del río y la inundación de las poblaciones cercanas, también generó un daño irreparable en el sistema de agua potable, ya que ahora no es apta para el consumo.

Criterio de diseño para una canalización de una quebrada o río

1. Topografía de la quebrada tanto perfil longitudinal, como secciones transversales.
2. Topografía de la sub-cuenca: Catastro de la red pluvial existente, levantamiento del sistema de microdrenaje y macrodrenaje.
3. Definición de sub-cuencas de las ciudades.
4. Hidrología del sector a estudiar de acuerdo a información existente y recopilada.
5. Características geotécnicas del estudio. Incluirá entre datos, material del suelo y taludes, vegetación, cobertura vegetal, condiciones de humedad.
6. Uso de la tierra a cada lado de la quebrada o río.
7. Características de ocupación urbana actual y futura.
8. Riesgo de proyecto: tiempo de retorno elegido para el proyecto.
9. Características físicas de la cuenca.
10. Granularía del material del fondo.
11. DBO promedio del cauce.
12. Realizar isócronas tomando en cuenta el perfil longitudinal del cauce del río.
13. Calcular el tiempo de retardo de los datos existentes en sectores de control.
14. Realizar un análisis de precipitación para determinar total para la duración del hidrograma unitario.
15. Determinación de la curva de Intensidad-Duración-Frecuencia y eventos con precipitación y caudal para el ajuste de los modelos hidrológicos.
16. Dibujar la curva de I-D-F del sector a realizar el estudio.
17. Precipitación, estudio de las lluvias registradas en las estaciones dentro y fuera de la cuenca.
18. Hidrometría para la cuenca de la quebrada por lo métodos recomendados o usados regularmente en esa nación.
19. Investigar con los pobladores la crecida más grande existida y las zonas de inundación.
20. Simulación de las condiciones actual y futura de la red de drenaje pluvial, para los escenarios actuales y futuros.
21. Incrementa la figura de seguridad actual contra crecimiento dependiendo del estudio económico de la zona.
22. Adaptar el nuevo canal siempre que sea posible al curso natural de la quedara a fin de reducir la inversión y los sistemas de movimiento de tierra.
23. De incrementar la capacidad de conducción hidráulica accionada a fin de lograr un transporte de mayor el caudal, y en consecuencia reducir el actual nivel de riego de los ribereños.
24. Reducir la velocidad del flujo disminuyendo la pendiente longitudinal del cauce natural mediante ciertos números de caída convenientemente ubicadas.
25. Las caídas deben ubicarse en tramo recto del canal para evitar inconvenientes.
26. La profundidad crítica que se produce en la caída mejorará la capacidad de conducción del tramo y de aguas arriba.
27. Estudio el de los ríos tributarios o quebrada tributaria que reciben el canal principal, y de cuales deben incorporarse ya que estos deben aportar ciertos volúmenes de agua al canal principal.
28. Tramos que pueden ser ampliados y sus condicionantes.
29. Las estructuras previstas se deben de calcular para crecida de una frecuencia de 50 o 100 años.
30. La canalización de ríos o quebrada se debe de hacerse para una frecuencia de 50 o 100 años, dependiendo del sector. Este estudio dependerá de la altura de la zona a estudiar con respecto al cauce normal de las aguas.
31. Costo de construcción (reubicación de estructura, bienhechurías).
32. Costo de mantenimiento.
33. Reforestación de la cuenca.
34. Cálculo de gasto por distintos métodos (modelo del transport and road research laboraratory, illinois urban drainanage, Massachusetts, modelo de la dorsch consult, entre otros y cálculo por los distintos programas existentes).
35. Cálculo de gasto por el método de hidrograma unitario.
36. Estudios de campo:

• A. Señales de crecidas pueden ser: acumulaciones o amontonamiento. La más abundante, se refiere a restos de vegetación (hierbas, ramas secas, limo, arena o fango pegado a los troncos y a la vegetación, piedras).
• B. Erosionables (se observa frecuentemente después de la ocurrencia de grandes velocidades de la corriente), en este caso ocurre un desprendimiento fuerte en las orillas, se ven las raíces de árboles grandes en las riberas sin tierra, arranque de paredes de construcciones, partes de columnas de puentes, árboles arrancados y tirados sobre el cauce o la orilla.
• C. Marcas de corrosión, decoloración o color específico del perímetro mojado por la acción físico-química del agua que contiene sustancias en suspensión y disolubles. Esas marcas se observan en las orillas y en las paredes o columnas de edificaciones en las orillas del río.
• D. Botánicas: olores más verdosos de la vegetación en zonas donde ha llegado el agua, esto tiene lugar en regiones donde llueve poco, pero en cuencas grandes se registran fuertes precipitaciones en la parte alta y aguas abajo se eleva el nivel hasta alcanzar la vegetación en las márgenes sin que ocurran precipitaciones.
• E. Marcas dejadas por el agua en los pilares y muros de puentes, tuberías, alcantarillas, edificaciones, viviendas y otras construcciones.

Otros de los criterios que se deben de tomar en cuenta en el diseño son:

1. Adaptar la canalización del canal al cauce actual de la quebrada para reducir el costo de construcción, lo que lleva que algunos radios del canal sean muy ajustados.
2. Eliminar las inundaciones del sector por donde pasa la quebrada en la zona urbana.
3. Reducir la velocidad del flujo del canal atreves de saltos en su recorrido.
4. Se tomará en cuenta las vialidades principales que este sistema de drenaje cruza en todo su recorrido.
5. En el trazado del canal se cuidarán los cruces de cloacas y acueductos.
6. El radio en las curvas dependerá del caudal que tenga el canal y su velocidad.
7. Se preverá en las curvas una altura adicional dependiendo de la velocidad del flujo.
8. En los cambios de dirección se proyectaron curvas, cuyos radios se ajustarán de acuerdo a la geometría del cauce y velocidad del agua, y cuyos radios y curvatura no serán menores de 20 mts.
9. Se estudiarán las transiciones que se tengan que realizase ya sea de canal a canal o de canal a cajones.
10. Se estudiarán las estructuras a colocar en los pilares de los puentes para beneficios de la quebrada o río.
11. Se estudiará el comportamiento del río o quebrada en cuanto al socavamiento de las fundaciones.
12. Se dejará como protección en los bordes del canal calculado igual a un 1/3 de la altura.
13. Se estudiará en el cambio de pendiente de mayor a menor el comportamiento de las aguas.
14. Si construimos muro de protección contra inundaciones, se debe calcular tanto la fundación como su altura previendo situaciones especiales de inundaciones, tomando en cuenta un estudio económico del sector.

Al hacer el estudio del río o quebrada se tendrá en cuenta si será de concreto, roca, de grama o de tierra, para determinar la máxima velocidad permitida y de acuerdo a la formula a utilizar, la rugosidad que va a tener el canal, en el caso de canal de concreto. La calidad de este será de 210 Kg/Cm2 a los 28 días, y las paredes tendrán un espesor de 15 cm, reforzados con malla metálica de 100X100. Una vez estudiado el tipo terreno de apoyo que va estar las paredes del canal y su fondo para evitar lo máximo posible que se apoyen sobre terreno de arcilla expansiva, los cajones y muros serán de concreto, como mínimo 250 Kg/Cm2, a los 28 días y el refuerzo metálico será acero tipo A-42. Están condiciones dependerán del Ing., proyectista.

Como medir el caudal de río y quebradas

Desde hace mucho tiempo fue necesario medir el comportamiento físico del agua, para ello han inventado varios procedimientos dependiendo el volumen de agua a medir, estos equipos miden temperatura, velocidad y caudal dependiendo el modelo.

La determinación de la velocidad media de un cauce, se puede realizar de la siguiente formas Método de los puntos, Método de múltiples puntos, Método superficial, Método de integración, Curvas Isotáquicas, cada uno estos métodos varían su precisión y su método de cálculo, a este cálculo también llamada aforo, y también tenemos los siguientes métodos de medición:

1. Medición de caudal por el método volumétrico:
2. Por el método de la altura piezométrica.
3. Vertederos, canaletas Parsha.
4. Medición de caudal por el método área-velocidad o flotadores: este método consiste en medir las velocidades en varios niveles en un tramo del río donde el régimen sea laminar. se calcula la superficie transversal del río, y la sumatoria de los caudales calculados nos dará el caudal total.
5. Molinete.

Referencias

• Referencia Lluvia
• Referencia de cuenca hidrográfica de un río o quebrada:
  • WorldClim versión 2.0 para determinar el balance hídrico utilizando la fórmula de Thornthwaite.
  • Programa Hidrológico Internacional (PHI).
  • Con Google Earth podemos obtener con mucha precisión el área y perfiles del sector que nos interesa.
• Los 12 mejores softwares libres en recursos hídricos.
• Cuenca hidrográfica
• ¿Qué es una cuenca?
• Referencia de drenaje de Quebradas
• En la página electrónica acolita se tienen las instrucciones para el cálculo del polígono de la microcuenca y otros interesantes.
• Referencia sedimentos
• Sedimentos
• ¿Cómo se produce el proceso de transporte de sedimentos en los ríos?
• Referencia drenaje de Quebradas
• Referencias de ríos:
  • Wikipedia
  • Hidrografía ríos
• El tiempo de concentración
• Referencia Cálculo del volumen de río o quebrada
• Referencia Inundaciones