Categoría: hidráulica

Gestión del riesgo de inundación en infraestructuras críticas: estrategias y medidas de resiliencia

Las inundaciones suponen una amenaza significativa para las infraestructuras críticas (IC), como el suministro de electricidad, las telecomunicaciones, el agua potable, el tratamiento de aguas residuales y el gas. La gestión del riesgo de inundación en las infraestructuras críticas cobra mayor importancia en un contexto de cambio climático, en el que los eventos extremos son más frecuentes e intensos. Este informe aborda la gestión del riesgo de inundación en las infraestructuras críticas y expone medidas específicas para incrementar su resiliencia, la aplicación de modelos para evaluar el impacto de estos eventos y la implementación de estrategias para mejorar la capacidad de recuperación.

Infraestructuras críticas y el riesgo de inundación: marco de referencia

Las infraestructuras críticas son sistemas esenciales para el funcionamiento de una sociedad, que incluyen sectores clave como la energía, las telecomunicaciones, el agua y los servicios de saneamiento. Estos sectores son interdependientes y se organizan en redes complejas, por lo que una interrupción en uno de ellos puede desencadenar efectos en cascada que afecten a múltiples sistemas, comprometiendo la seguridad y el bienestar de la población. La gestión del riesgo de inundación (GRI) en estas infraestructuras es fundamental, pues permite reducir la vulnerabilidad y mejorar la capacidad de recuperación ante eventos adversos.

Papel de las infraestructuras hidráulicas en la gestión del riesgo de inundación

Las infraestructuras hidráulicas, como las presas, los tanques de tormenta, las canalizaciones y los corredores verdes, desempeñan un papel crucial en la gestión de inundaciones y en la protección de las infraestructuras críticas (IC). Estas infraestructuras ayudan a gestionar el flujo de agua y evitan que las lluvias torrenciales y las crecidas de los ríos afecten directamente a las IC y a las áreas urbanas densamente pobladas.

  1. Presas y embalses: Estas estructuras permiten almacenar grandes volúmenes de agua y controlar el caudal de los ríos, además de regular el flujo hacia áreas vulnerables. Durante una tormenta, las presas pueden retener el exceso de agua y liberarla de forma gradual una vez que los niveles han disminuido, lo que reduce el riesgo de desbordamientos y minimiza el impacto aguas abajo.
  2. Tanques de tormenta: Son estructuras de almacenamiento subterráneo que recogen el agua de lluvia durante eventos intensos. Actúan como amortiguadores temporales, evitando que el sistema de alcantarillado se sature y se reduzca el riesgo de inundaciones en las áreas urbanas. Posteriormente, el agua acumulada puede liberarse de manera controlada hacia los sistemas de tratamiento o directamente a los cuerpos de agua cuando el caudal ha disminuido.
  3. Canalizaciones y sistemas de drenaje: Canalizar los ríos y desarrollar sistemas de drenaje bien planificados es esencial para redirigir el agua de inundación de manera segura, reduciendo la velocidad del flujo y mitigando el riesgo de erosión y daños estructurales en las áreas urbanas..
  4. Corredores verdes y zonas de retención natural: Estos espacios, a menudo ubicados en áreas urbanas o suburbanas, están diseñados para absorber y retener el exceso de agua de lluvia, y funcionan como «esponjas» naturales que reducen el caudal de agua que llega a los sistemas de alcantarillado. Además, estas zonas verdes actúan como amortiguadores, reteniendo el agua y liberándola lentamente, lo cual es particularmente útil para proteger infraestructuras sensibles a las inundaciones.
  5. Áreas de infiltración y pavimentos permeables: En las ciudades, los pavimentos permeables y las áreas de infiltración permiten que el agua de lluvia penetre en el suelo, recargando los acuíferos y reduciendo la escorrentía superficial. Esto alivia la presión sobre los sistemas de drenaje y evita que el agua llegue rápidamente a las áreas de IC, lo que disminuye el riesgo de inundación.

Ciclo de gestión de riesgos de desastres (GRD) en infraestructuras críticas

El proceso de GRI en IC suele estructurarse en cinco fases, que permiten implementar medidas específicas en cada etapa:

  1. Preparación: Incluye todas las acciones de planificación y recursos necesarios para reducir el impacto de las inundaciones, incluyendo la incorporación de infraestructuras hidráulicas y la capacitación del personal.
  2. Prevención y mitigación: Consiste en la implementación de infraestructuras hidráulicas, medidas de control y sistemas de drenaje para minimizar la vulnerabilidad de las IC frente a las inundaciones.
  3. Impacto: Se refiere a la capacidad de las infraestructuras para soportar los efectos de una inundación y a cómo estas protegen a las IC regulando el flujo de agua.
  4. Respuesta: Acciones de emergencia implementadas para reducir los daños y restaurar los servicios críticos.
  5. Recuperación y rehabilitación: Estrategias para devolver a las IC su estado funcional o mejorado, integrando lecciones aprendidas y mejorando la infraestructura para incrementar su resistencia a futuros eventos.

Impacto de las inundaciones en las infraestructuras críticas y la función de las infraestructuras hidráulicas

Las infraestructuras críticas, al depender de una red de servicios interconectados, son especialmente vulnerables a las inundaciones. Las infraestructuras hidráulicas desempeñan un papel esencial en la mitigación de estos efectos, ya que protegen los sistemas de IC de daños directos o indirectos:

  • Electricidad: El contacto con el agua puede provocar cortocircuitos, daños en estaciones de transformación y la interrupción del suministro a gran escala. Esto no solo afecta al servicio eléctrico, sino que también genera riesgos para la salud debido a la posibilidad de descargas eléctricas en áreas inundadas.
  • Telecomunicaciones: La infraestructura de telecomunicaciones incluye componentes activos (como nodos de red y antenas) que dependen de la electricidad y, por tanto, son altamente vulnerables a las interrupciones de suministro eléctrico. La interrupción de las comunicaciones complica la coordinación de emergencias y la respuesta rápida.
  • Suministro de agua: Las inundaciones pueden introducir contaminantes en el sistema de suministro de agua, especialmente en instalaciones de captación de agua cercanas a ríos u otras fuentes de agua superficial. Además, los sistemas de bombeo pueden verse interrumpidos, lo que afecta a la presión y la calidad del agua suministrada.
  • Tratamiento de aguas residuales: Este sector es especialmente vulnerable, ya que las inundaciones pueden dañar las plantas de tratamiento y provocar que las aguas residuales no tratadas se liberen al medio ambiente, con consecuencias ambientales y para la salud pública.
  • Gas: Aunque los sistemas de tuberías de gas suelen estar más protegidos, las estaciones de regulación y control pueden verse afectadas por las inundaciones, lo que interrumpiría el servicio y supondría posibles riesgos de seguridad.

Estrategias y medidas de resiliencia en la gestión del riesgo de inundación

Una estrategia integral de resiliencia frente a las inundaciones para infraestructuras críticas abarca una combinación de medidas estructurales y no estructurales. Estas medidas se estructuran de acuerdo con el ciclo de gestión del riesgo de desastre, como se detalla a continuación:

1. Preparación

La fase de preparación incluye la planificación y el equipamiento para mejorar la respuesta ante una emergencia. Algunas medidas clave son:

  • Planes de contingencia: Crear planes detallados para responder a situaciones de emergencia, incluyendo la designación de roles y responsabilidades para cada tipo de infraestructura.
  • Almacenamiento de equipos de emergencia: Disponer de generadores, bombas y otras unidades de repuesto listas para usar en caso de interrupciones.
  • Entrenamiento y simulacros: Capacitar al personal para que lleve a cabo los planes de emergencia y realizar simulacros periódicos de inundación.
  • Monitoreo y colaboración meteorológica: Establecer una estrecha colaboración con los servicios meteorológicos para monitorizar el riesgo de inundaciones en tiempo real, utilizando sistemas avanzados de alerta.

2. Prevención y mitigación

Las medidas de prevención y mitigación incluyen la infraestructura necesaria para controlar el flujo de agua y proteger las IC:

  • Construcción de infraestructuras resilientes: Elevar o construir instalaciones en áreas con menor riesgo de inundación, y utilizar materiales resistentes al agua en instalaciones críticas.
  • Barreras físicas: Instalar barreras móviles o permanentes alrededor de infraestructuras clave para protegerlas de las aguas de inundación.
  • Redundancia de sistemas: Desarrollar redundancias en la red para que, si un componente falla, otros puedan compensar la pérdida de servicio.
  • Planificación territorial y zonificación: Garantizar que las infraestructuras críticas se sitúen fuera de las zonas de alto riesgo de inundación, siempre que sea posible.

3. Impacto

La fase de impacto contempla la reducción de los efectos de una inundación mediante infraestructuras hidráulicas que controlen y disminuyan el caudal en zonas urbanas.

  • Gestión de flujos con presas y embalses: Control de la liberación de agua en embalses, asegurando que no se libere de manera repentina y que el flujo se distribuya para minimizar el impacto en las áreas críticas.
  • Desviación del flujo en canalizaciones: Redirigir el agua de inundación mediante canalizaciones y drenajes que la alejen de áreas vulnerables, como plantas de tratamiento y subestaciones eléctricas.
  • Evaluación de vulnerabilidad: Identificar los puntos más débiles en las infraestructuras para priorizar las medidas de protección y mitigación.
  • Medición y control de los niveles de agua: Implementar sensores para controlarlos en tiempo real, lo que permite respuestas más informadas y rápidas.

4. Respuesta

La respuesta es clave para minimizar el tiempo de interrupción de los servicios críticos y reducir los posibles daños adicionales. Las medidas que se deben tomar en esta etapa son:

  • Despliegue de unidades de reemplazo: Utilizar generadores móviles, bombas y sistemas de comunicación alternativos para restaurar  temporalmente los servicios mientras se repara la infraestructura dañada.
  • Prioridades en la restauración: Establecer listas de prioridades para el despliegue de recursos en las áreas de mayor impacto y donde se vean afectadas poblaciones vulnerables.
  • Comunicación pública: Informar a la comunidad sobre las interrupciones y los tiempos estimados de restauración, ofreciendo recomendaciones de seguridad.

5. Recuperación y rehabilitación

La fase de recuperación y rehabilitación se centra en restaurar los servicios de infraestructura de manera eficaz y reforzar su resiliencia futura. Las medidas en esta etapa incluyen:

  • Reparación y sustitución de componentes dañados: Restablecer los servicios lo antes posible mediante la reparación de las instalaciones dañadas y la sustitución de componentes.
  • Evaluación posterior al evento: Realizar un análisis detallado del impacto de la inundación y de la eficacia de las medidas implementadas, documentando lecciones aprendidas para mejorar los planes futuros.
  • Mejoras en la infraestructura: Donde sea posible, aplicar el principio de «reconstruir mejor», introduciendo mejoras en la infraestructura para aumentar su resistencia frente a futuros eventos.
  • Revisión y mantenimiento de las infraestructuras hidráulicas: Evaluar el estado de las presas, los tanques de tormenta y los sistemas de drenaje, y realizar mejoras en función de los eventos recientes.
  • Evaluación de la eficacia de las medidas implementadas: Análisis del impacto de las infraestructuras hidráulicas en la contención del flujo y ajuste del sistema de almacenamiento y drenaje según los datos recopilados.

Modelado del riesgo y evaluación de medidas hidráulicas

Para optimizar la planificación de la resiliencia, el modelado de redes de infraestructura crítica permite evaluar el impacto potencial de las inundaciones y probar diferentes medidas de mitigación. Este tipo de modelado incluye:

  • Análisis de impacto en redes: Representación de las interdependencias entre sectores críticos mediante modelos de red que simulan cómo los fallos en un sector pueden afectar a otros.
  • Evaluación de vulnerabilidades: Determinar los componentes más sensibles a las inundaciones dentro de cada red, como estaciones de bombeo o transformadores eléctricos, para priorizar su protección.
  • Simulación de medidas de resiliencia: Implementar simulaciones que muestran cómo diferentes medidas (como barreras de contención o sistemas de redundancia) pueden reducir los daños y acelerar la recuperación.
  • Cálculo de riesgo poblacional: Integrar datos de densidad poblacional para cuantificar el impacto de las interrupciones en términos de personas afectadas y tiempo de recuperación, lo que facilita la toma de decisiones informadas para la implementación de medidas.
  • Simulación de impacto y respuesta: Permite simular diferentes escenarios de inundación y evaluar la eficacia de las infraestructuras hidráulicas para proteger las IC, comparando opciones de almacenamiento, liberación controlada y desviación de agua.
  • Optimización del sistema de retención y almacenamiento: Determina la cantidad óptima de agua que debe almacenarse en embalses y tanques de tormenta para minimizar el riesgo de desbordamiento y daños a las IC.

Desafíos y recomendaciones para la resiliencia ante inundaciones

La gestión del riesgo de inundación en infraestructuras críticas plantea varios desafíos, entre los cuales se encuentran:

  • Interdependencias complejas: La dependencia mutua entre diferentes sectores hace que el fallo en uno de ellos pueda generar efectos en cascada que agraven el impacto global.
  • Cambio climático y eventos extremos: La mayor frecuencia e intensidad de las inundaciones requieren que las infraestructuras se diseñen y operen considerando escenarios extremos.
  • Disponibilidad de datos: La falta de datos integrados y fiables sobre las características de las infraestructuras y su vulnerabilidad ante las inundaciones limita la precisión de los modelos y la planificación de resiliencia.

Para enfrentar estos desafíos, se recomienda:

  1. Fortalecer la colaboración intersectorial: Establecer redes de cooperación entre operadores de infraestructura crítica para mejorar la planificación y la respuesta.
  2. Integrar herramientas de predicción y alerta temprana: Aprovechar tecnologías avanzadas de monitoreo y modelado climático para anticipar inundaciones y activar respuestas más eficaces.
  3. Aumentar la inversión en infraestructura resiliente: Priorizar la construcción y adaptación de infraestructuras críticas con materiales y diseños capaces de soportar inundaciones.
  4. Desarrollar políticas de zonificación y regulación más estrictas: Promover la construcción fuera de zonas de riesgo y fomentar diseños urbanos que integren espacios de absorción de agua.

Conclusión

La gestión del riesgo de inundación en infraestructuras críticas es fundamental para la resiliencia de las ciudades y la seguridad de la población. Al implementar un enfoque integral basado en el ciclo de gestión del riesgo de desastre (GRD), es posible identificar y aplicar medidas específicas en cada fase, desde la preparación hasta la recuperación. Los modelos de red permiten evaluar y mejorar la capacidad de respuesta de las infraestructuras ante las inundaciones, y ayudan a los operadores y a los gobiernos a tomar decisiones informadas que minimicen el impacto de estos eventos. Al integrar infraestructuras hidráulicas, como presas, tanques de tormenta y zonas de retención natural, en el ciclo de gestión del riesgo de desastres, es posible aumentar la protección de los servicios esenciales y reducir el impacto de las inundaciones. Además, combinar infraestructuras hidráulicas con medidas de resiliencia específicas para cada sector refuerza la capacidad de respuesta y recuperación, minimizando los efectos en cascada y garantizando la continuidad de los servicios esenciales y el bienestar de la población.

Os dejo un domuento denominado «Principios para la infraestructura resiliente», de Naciones Unidas. Espero que os resulte de interés.

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Este otro, del Ministerio para la Transición Ecológica, trata de la «Evaluación de la resiliencia de los núcleos urbanos frente al riesgo de inundación: redes, sistemas urbanos y otras infraestructuras».

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Presas y control de inundaciones: estrategias integradas para la reducción de riesgos hídricos

Presa de Forata, en el río Magro. Fuente: Confederación Hidrográfica del Júcar

Las presas son estructuras artificiales que, en todo o en parte, limitan el contorno de un recinto enclavado en el terreno y están destinadas al almacenamiento de agua. Se trata de infraestructuras esenciales para el control de las inundaciones, especialmente dentro del marco de la Gestión Integrada de Inundaciones (GII). Las inundaciones, que representan uno de los desastres naturales más recurrentes y devastadores, se han incrementado en frecuencia e intensidad en las últimas décadas, debido en gran medida al cambio climático, la deforestación y el aumento de la urbanización en zonas vulnerables. A continuación, resumiré un artículo escrito por Luis Berga que profundiza en el papel fundamental de las presas en la gestión de los riesgos de inundación. En él se abordan sus beneficios, su funcionamiento, sus limitaciones y algunos ejemplos de su aplicación en distintos lugares.

Importancia de las presas en el control de inundaciones

A nivel global, las inundaciones representan aproximadamente el 30 % de todos los desastres naturales y son responsables de un 20 % de las muertes y de un 30 % de los daños económicos generados por eventos naturales extremos. Según el análisis del Comité Internacional de Grandes Presas (ICOLD), en el periodo comprendido entre 1975 y 2001 se produjeron cada año unas 100 inundaciones significativas, que afectaron a 150 millones de personas y causaron una media anual de 11 000 muertes. En este contexto, las presas desempeñan un papel crucial, especialmente en regiones con grandes poblaciones y actividades económicas en zonas de riesgo.

Funcionamiento de las presas en la mitigación de inundaciones

Las presas regulan el flujo de agua, especialmente en casos de caudales extremos, mediante la laminación de avenidas. Este proceso consiste en retener temporalmente el agua de los ríos o torrentes en embalses y liberarla posteriormente de forma controlada para reducir el caudal pico y minimizar los daños aguas abajo. La laminación permite que las zonas de riesgo puedan soportar caudales menores y menos destructivos, lo que protege tanto a las comunidades como a los ecosistemas circundantes.

Dependiendo de su objetivo, las presas pueden clasificarse en varios tipos en relación con su papel en la laminación de avenidas:

  1. Presas de regulación general: Su objetivo principal es el abastecimiento de agua, la generación de energía o el riego, y tienen un impacto limitado en la reducción de crecidas.
  2. Presas de usos múltiples con laminación secundaria: Estas presas consideran la laminación de avenidas como un objetivo importante, pero secundario a otros usos, como el abastecimiento de agua o la producción de electricidad.
  3. Presas de usos múltiples con prioridad en laminación: En este tipo, la laminación de avenidas es el objetivo principal, combinado con otros fines menores.
  4. Presas dedicadas exclusivamente a la laminación de avenidas: Estas presas están diseñadas exclusivamente para reducir los caudales pico durante las inundaciones, proporcionando la mayor capacidad de mitigación posible.

Cada tipo de presa cumple su función de acuerdo con las características de la cuenca y la magnitud de las crecidas, así como con el tipo de infraestructura y las necesidades de la región.

Beneficios de las presas en la gestión de inundaciones.

El impacto positivo de las presas va más allá de la mitigación de los picos de caudal. Entre los beneficios adicionales se incluyen:

  • Reducción de las áreas inundadas: Al disminuir el caudal punta, se reducen significativamente las áreas que quedan bajo el agua, con lo que se minimizan los daños en zonas urbanas, agrícolas y ecosistemas importantes.
  • Protección de infraestructuras críticas: Las presas ayudan a evitar que el agua afecte infraestructuras estratégicas como carreteras, puentes y redes de transporte, lo que a su vez permite una respuesta de emergencia más rápida y eficiente.
  • Prevención de daños económicos: Al mitigar el impacto de las crecidas, se reducen las pérdidas en propiedades y cultivos, lo que beneficia a la economía local y regional. Por ejemplo, la presa de Oroville, en EE. UU., ha evitado daños económicos valorados en más de 1300 millones de dólares en las últimas décadas.
  • Reducción de la pérdida de vidas humanas y de las afecciones a la salud: Al controlar los caudales y evitar inundaciones masivas, se minimizan los riesgos para la vida humana y se evitan problemas de salud asociados con aguas estancadas e insalubres.

Sin embargo, es importante no promover una falsa sensación de seguridad total. Aunque las presas son altamente efectivas, siempre existe un riesgo residual, especialmente en eventos climáticos extremos que pueden superar la capacidad de almacenamiento del embalse.

Ejemplos de eficacia de las presas en el control de inundaciones

Diversos casos a nivel mundial evidencian la eficacia de las presas en la gestión de inundaciones:

  • El huracán Mitch y la Presa de El Cajón (Honduras): En 1998, el huracán Mitch provocó enormes crecidas en Centroamérica, pero la presa de El Cajón retuvo un caudal de entrada de 9800 m³/s, liberando solo 1200 m³/s. Esta reducción del 88 % en el caudal punta evitó daños catastróficos aguas abajo, protegiendo a las poblaciones ubicadas en las llanuras aluviales del país.
  • El tifón Rusa en Corea del Sur (2002): Las presas en Corea del Sur redujeron el caudal pico en el río Han en un 32 % y en el río Nakdong en un 51 %, protegiendo a las ciudades y zonas agrícolas de graves inundaciones. Los embalses principales retuvieron 1,4 km³ de agua, lo que mitigó el impacto de las lluvias torrenciales.
  • Presa de Danjiangkou (China): Desde su construcción en 1968, esta presa ha evitado graves inundaciones en el río Yangtsé, reduciendo el caudal punta en un promedio del 64 % y protegiendo a la ciudad de Wuhan. La laminación de avenidas en este embalse ha transformado crecidas importantes en eventos menores, salvaguardando la vida y los bienes de millones de personas.

Limitaciones y consideraciones en el uso de presas

Pese a sus múltiples beneficios, las presas también presentan limitaciones que deben tenerse en cuenta. Algunas de las más relevantes son:

  • Riesgo de eventos extremos: En situaciones de lluvias extremadamente intensas o prolongadas, una presa puede llegar a su capacidad máxima de almacenamiento, lo que obliga a verter agua sin laminación adicional, lo que podría generar inundaciones aguas abajo.
  • Impactos ambientales: Las presas alteran el flujo natural de los ríos y afectan a los ecosistemas acuáticos y terrestres. Además, pueden bloquear la migración de especies acuáticas y modificar la calidad del agua debido a la sedimentación en el embalse.
  • Costo económico y social: La construcción y el mantenimiento de una presa suponen una inversión elevada, que debe justificarse con los beneficios obtenidos en términos de mitigación de riesgos y otros usos complementarios, como la generación de energía o el abastecimiento de agua.
  • Gestión y coordinación de zonas aguas abajo: Las zonas cercanas a la presa deben contar con planes de emergencia, así como con sistemas de alerta temprana y zonificación adecuada para evitar asentamientos en áreas de riesgo.

Para maximizar los beneficios de las presas, es fundamental complementarlas con otras medidas de gestión de inundaciones, tanto estructurales (como diques y canales) como no estructurales (zonificación de uso del suelo, creación de zonas de almacenamiento controladas y sistemas de alerta temprana).

La gestión integrada de inundaciones y el papel complementario de las presas

La Gestión Integrada de Inundaciones considera tanto medidas estructurales como no estructurales para ofrecer una respuesta holística al riesgo de inundación. Dentro de este enfoque, las presas juegan un papel esencial, pero necesitan ser complementadas por:

  • Zonificación de áreas de riesgo: Al restringir los asentamientos en zonas propensas a inundaciones y promover el uso agrícola o recreativo en estas áreas, se reduce la exposición de las personas y propiedades al riesgo.
  • Planes de emergencia y sistemas de alerta temprana: Las presas pueden incluir sistemas de monitoreo que, junto con datos climáticos, permiten anticipar crecidas y alertar a la población.
  • Medidas de conservación del suelo y reforestación: La conservación del suelo y la vegetación en las cuencas contribuyen a disminuir la escorrentía superficial, reduciendo así la cantidad de agua que llega al embalse en eventos de lluvias intensas.

Conclusión

Las presas constituyen una solución efectiva y probada para mitigar los riesgos de inundación, ya que permiten controlar los caudales en momentos críticos y reducir así el impacto sobre las áreas vulnerables. La laminación de avenidas y la capacidad de almacenamiento controlado son fundamentales para la protección de las comunidades y los ecosistemas. Sin embargo, para una gestión del riesgo completa y sostenible, es necesario considerar un enfoque integral que combine el uso de presas con otras estrategias de gestión, a fin de proteger la vida humana, el bienestar social y la preservación del entorno natural.

Las presas no deben verse como infraestructuras aisladas, sino como elementos clave de un sistema coordinado de gestión de cuencas y respuesta a emergencias, de manera que se maximicen sus beneficios y se minimicen los posibles impactos adversos. Este enfoque integral permite hacer frente a los crecientes desafíos que plantean las inundaciones en un contexto de cambio climático y urbanización acelerada, y construir resiliencia y promover la seguridad a largo plazo para las generaciones futuras.

Referencia:

BERGA, L. (2006). El papel de las presas en la mitigación de las inundaciones. Ingeniería Civil, 144: 7-13.

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Defensa integral contra inundaciones: un esbozo de las estrategias para la gestión de riesgos

Introducción: el problema de las inundaciones y la necesidad de estrategias integrales

Los eventos naturales de inundación, que pueden ser resultado de lluvias intensas o crecidas de ríos, pueden tener efectos devastadores en las comunidades y los ecosistemas. En las últimas décadas, se ha incrementado tanto la frecuencia como la gravedad de las inundaciones en muchas regiones del mundo. En este contexto, es fundamental implementar un conjunto de estrategias integradas que combinen medidas estructurales y no estructurales para minimizar los daños materiales, ambientales y humanos.

 

Criterios de actuación para la gestión del riesgo de inundaciones

Antes de elegir o diseñar medidas de defensa, es necesario establecer criterios de actuación para maximizar su efectividad:

  1. Coordinación: Las administraciones deben actuar de forma conjunta, definiendo claramente objetivos y responsabilidades para asegurar que las medidas se apliquen de forma eficiente.
  2. Descentralización: Los riesgos se gestionan mejor a nivel local en zonas no críticas, mientras que la administración central debe asumir la protección de las áreas de primer orden. Este aspecto se refleja en la legislación
  3. Separación de daños: Los programas deben diferenciar entre tipos de riesgos y áreas, priorizando la seguridad humana en zonas habitadas y protegiendo bienes agrícolas a través de seguros.
  4. Realismo y transparencia: Es fundamental aceptar un riesgo residual dado que ninguna medida puede ofrecer protección total. Asimismo, se debe comunicar de forma clara el alcance de cada intervención, tanto a nivel técnico como a los ciudadanos, incluyendo la divulgación de mapas de riesgo.
  5. Respeto al medio ambiente y prevención: Siempre que sea posible, las medidas deben procurar la mínima intervención posible en los ecosistemas fluviales, priorizando la ordenación territorial y evitando la ocupación de zonas inundables​.

Medidas estructurales: infraestructura para el control de las inundaciones.

Las medidas estructurales buscan alterar el flujo y la acumulación del agua mediante infraestructuras diseñadas específicamente para reducir la magnitud de las crecidas y proteger áreas críticas. Estas medidas se dividen en tres categorías principales:

  • Reducción de caudales punta: Este tipo de medidas tienen como objetivo reducir los picos de caudal durante una crecida:
    • Presas de laminación: Al almacenar temporalmente el exceso de agua, las presas de laminación liberan caudales regulados hacia aguas abajo, lo que disminuye la presión en las zonas vulnerables.
    • Zonas de almacenamiento controladas y cauces de emergencia: Estas áreas de almacenamiento pueden recibir el agua excedente en momentos críticos, lo que reduce la probabilidad de inundación en áreas habitadas. Pueden ser tanques de tormentas o parques inundables, entre otros.
    • Reforestación y conservación de suelos: Aunque no son medidas de infraestructura pesada, también ayudan a reducir el flujo de agua y el transporte de sedimentos hacia las llanuras de inundación.
  • Reducción de los niveles de inundación: Estas medidas se centran en mantener el nivel de las aguas bajo control durante una crecida:
    • Encauzamientos: Modificar el cauce de ríos y arroyos ayuda a dirigir el flujo y evita desbordamientos en áreas específicas. Sin embargo, debe manejarse con cuidado para no incrementar el riesgo aguas abajo.
    • Reducción de remansos y limpieza de cauces: Permiten un flujo continuo del agua y reducen la acumulación de niveles altos en puntos críticos.
  • Reducción de la duración de la inundación: Algunas infraestructuras, como las viales, se diseñan para facilitar el drenaje rápido en zonas anegadas, ya que las carreteras y las vías de transporte pueden actuar como barreras. Por ello, es crucial incluir obras de drenaje adecuadas para evitar que el agua se acumule y prolongue la duración de la inundación en las áreas circundantes.

Medidas no estructurales: estrategias de prevención y gestión del territorio

Las medidas no estructurales complementan a las estructurales, ya que se centran en la reducción de la vulnerabilidad y la exposición de las personas y sus bienes ante posibles inundaciones. Son especialmente útiles para gestionar el riesgo en áreas con niveles de protección más bajos o cuando el coste de las infraestructuras no justifica su instalación.

  • Cartografía de riesgo: proporciona una base esencial para la gestión del territorio y la toma de decisiones. Los mapas de riesgo identifican las áreas con mayor probabilidad de inundación, así como su gravedad, lo que permite a las autoridades y a la población planificar y adoptar medidas adecuadas. Además, constituyen una herramienta clave para los planes de emergencia, ya que ayudan a establecer zonas de evacuación y puntos de seguridad.
  • Ordenación de las zonas inundables: es fundamental en la planificación territorial para evitar el desarrollo de infraestructuras en áreas de alto riesgo. Las estrategias de ordenación incluyen la zonificación de la llanura de inundación, que establece límites claros para el desarrollo urbano y protege tanto la infraestructura como la población, así como restricciones de uso del suelo, donde la legislación define los usos permitidos en áreas inundables, como parques y terrenos agrícolas. Esto disminuye la exposición al riesgo de los asentamientos humanos y minimiza los daños materiales en caso de inundación.
  • Los sistemas de alerta temprana: son esenciales para la gestión eficaz de las emergencias por inundación. En España, el Sistema Automático de Información Hidrológica (SAIH) ofrece datos en tiempo real sobre precipitaciones y niveles de agua en diferentes puntos de control. Esto permite anticipar la magnitud de la crecida y alertar a la población a tiempo, lo que reduce significativamente el riesgo de pérdidas humanas y materiales. Estos sistemas utilizan modelos hidrológicos avanzados para predecir el comportamiento de las cuencas.
  • Seguros contra inundaciones: son un mecanismo efectivo para proteger las propiedades agrícolas y los bienes en zonas de riesgo moderado a alto, en especial cuando el coste de una infraestructura de protección supera el valor del área. En España, el Consorcio de Compensación de Seguros cubre los siniestros ocasionados por inundaciones en casos extraordinarios, lo que permite a los agricultores y otros propietarios recibir compensación sin tener que asumir por completo el coste de los daños.
  • La planificación de protección civil: es fundamental para responder de manera organizada y eficaz a situaciones de emergencia, estableciendo una estructura organizativa que define las responsabilidades de cada administración según la gravedad de la emergencia y delineando fases de actuación que en España se dividen en tres: preemergencia, que comienza con alertas meteorológicas; emergencia, que se activa ante riesgos inminentes; y normalización, que inicia tras la emergencia para restaurar servicios y realizar las primeras reparaciones, además de enfatizar la operatividad y formación del personal involucrado mediante capacitación y simulacros periódicos para garantizar la ejecución eficiente de los planes.

Conclusión: la importancia de una gestión integral del riesgo de inundación.

La combinación de medidas estructurales y no estructurales es clave para mitigar el riesgo de inundaciones de forma efectiva. Mientras que las medidas estructurales actúan directamente sobre el comportamiento de las aguas, las no estructurales permiten gestionar el uso del territorio y mejorar la resiliencia de las comunidades. Esta estrategia integral no solo minimiza los daños materiales y humanos, sino que también contribuye a la sostenibilidad y a la convivencia armoniosa con los ecosistemas fluviales. La gestión de riesgos de inundación debe ser una prioridad para las administraciones, que deben coordinar sus esfuerzos y garantizar que la población esté informada y preparada para hacer frente a estos fenómenos.

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Introducción a las crecidas en ingeniería hidráulica

Las crecidas son fenómenos hidrológicos complejos que tienen un impacto significativo en las áreas naturales y urbanas. Comprender los factores que influyen en las crecidas y saber cómo predecirlas es crucial para el diseño de infraestructuras hidráulicas y para la planificación de la gestión de los recursos hídricos. En este artículo se explica en detalle qué son las crecidas, cómo se caracterizan mediante el hidrograma de crecida, las fases del proceso y los métodos avanzados de cálculo y modelización.

1. Definición y clasificación de las crecidas

Una crecida es el aumento brusco del caudal de un río o arroyo, generalmente debido a una gran cantidad de agua que llega al cauce en un periodo de tiempo corto, provocada por lluvias intensas o el deshielo de grandes acumulaciones de nieve. Este incremento del caudal puede provocar el desbordamiento del río y causar inundaciones en las áreas aledañas.

Clasificación de las crecidas

Las crecidas se pueden clasificar según diversos criterios:

  1. Crecidas fluviales: Son aquellas que se producen en grandes ríos y se deben a la acumulación de agua de precipitación en toda la cuenca. Suelen ser eventos de larga duración.
  2. Crecidas urbanas: Son más comunes en áreas urbanizadas, donde la impermeabilización del suelo limita la infiltración y aumenta la escorrentía superficial. Las crecidas urbanas tienden a ocurrir con rapidez y pueden provocar graves inundaciones.
  3. Crecidas repentinas: Conocidas también como flash floods, ocurren con rapidez en zonas de cuencas pequeñas y de gran pendiente. Se producen cuando una lluvia intensa y breve genera una escorrentía rápida hacia el cauce.
  4. Crecidas por deshielo: Frecuentes en zonas montañosas y frías, son causadas por el derretimiento acelerado de la nieve y el hielo, que aportan grandes volúmenes de agua a los ríos.

 

2. Factores que determinan una crecida

Las crecidas dependen de una combinación de factores físicos y meteorológicos que determinan el volumen y la velocidad del flujo de agua. Los factores más importantes son los siguientes:

  • Intensidad y duración de la precipitación: La cantidad de agua caída y su duración son determinantes. Una precipitación de alta intensidad y corta duración puede ser suficiente para causar una crecida repentina.
  • Área de la cuenca: Las cuencas grandes tienden a acumular agua lentamente, mientras que en las cuencas pequeñas el tiempo de respuesta es más rápido y las crecidas ocurren con mayor rapidez.
  • Pendiente de la cuenca: La pendiente influye en la velocidad de desplazamiento del agua. Las cuencas de alta pendiente generan crecidas rápidas, mientras que en las pendientes suaves el agua fluye más despacio.
  • Cobertura del suelo y tipo de vegetación: La vegetación ayuda a interceptar la lluvia, lo que aumenta la infiltración y reduce la escorrentía. En zonas deforestadas o urbanizadas, la escorrentía es mayor, lo que incrementa la posibilidad de crecidas.

3. El hidrograma de crecida: análisis y componentes

El hidrograma de crecida es una representación gráfica que muestra la variación del caudal de un río o corriente a lo largo del tiempo durante una crecida. Este gráfico permite analizar el comportamiento de la crecida desde el inicio de la precipitación hasta el retorno del caudal a niveles normales.

Componentes del hidrograma

  1. Crecida: La fase de ascenso en el hidrograma, en la que el caudal aumenta rápidamente debido al aporte de la escorrentía superficial.
  2. Caudal pico: El punto máximo de caudal en el hidrograma, que indica el momento de mayor flujo de agua en el cauce.
  3. Descenso: La fase de reducción del caudal después de alcanzar el pico, en la que el flujo disminuye gradualmente.
  4. Tiempo al pico (tp): El tiempo que transcurre desde el inicio de la crecida hasta alcanzar el caudal máximo. Este parámetro es clave para dimensionar estructuras de protección y prever los tiempos de reacción.
De FerranTatachan – Trabajo propio, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4480943

Parámetros característicos del hidrograma

Además de los componentes, existen parámetros característicos que ayudan a comprender mejor el comportamiento de la crecida:

  • Tiempo de concentración (tc): Es el tiempo máximo que tarda el agua en llegar desde el punto más lejano de la cuenca hasta el cauce principal. Este tiempo es esencial para estimar el caudal máximo.
  • Tiempo de base (tb): Es el intervalo total que dura la crecida, desde el inicio de la subida del caudal hasta que regresa a su nivel base.

4. Fases de la crecida: procesos hidrológicos

Las crecidas pasan por varias fases, cada una con características hidrológicas distintas.

  • Producción de escorrentía: La fase inicial de una crecida se produce cuando la precipitación supera la capacidad de infiltración del suelo, lo que genera escorrentía superficial. Las abstracciones iniciales son mínimas en eventos extremos, por lo que casi toda la lluvia contribuye al flujo hacia el cauce.
  • Traslación y propagación en laderas: Una vez generada, el agua se desplaza por las laderas hasta alcanzar los canales de drenaje o el río. Este proceso de traslado es más importante en cuencas pequeñas, donde el agua fluye directamente por el terreno inclinado y puede llegar con rapidez al cauce.
  • Fase fluvial y almacenamiento: En la fase fluvial, el agua se desplaza por el cauce del río. En esta fase, el caudal puede atenuarse al encontrar embalses o zonas de almacenamiento temporal. Este amortiguamiento suaviza el hidrograma, reduciendo el pico de caudal y extendiendo la duración de la crecida.

5. Modelos de propagación de crecidas

Los modelos de propagación de crecidas permiten predecir cómo se desplazará el caudal de un río o cuenca después de una lluvia intensa. Existen diferentes tipos de modelos en función del nivel de detalle en la simulación:

  • Modelos agregados: Consideran la cuenca como una sola unidad y simplifican los procesos hidrológicos, aplicando valores promedio para la infiltración, la escorrentía y otros factores.
  • Modelos pseudo-distribuidos: Dividen la cuenca en subcuencas y simulan cada una de ellas de manera independiente, lo que permite una mejor aproximación de la variabilidad espacial.
  • Modelos distribuidos: Dividen la cuenca en celdas de análisis que representan zonas pequeñas. Este tipo de modelo simula los procesos hidrológicos en cada celda, lo que resulta en una mayor precisión.
Fuente: Eduardo Albentosa, Departamento de Ingeniería Hidráulica y Medioambiente, UPV.

Modelos matemáticos de propagación

Los modelos matemáticos se utilizan para resolver ecuaciones que describen el movimiento del flujo de agua en la cuenca. Algunos de los modelos más comunes son:

  • Ecuaciones de Saint-Venant: Se emplean en la fase fluvial de la propagación y son aplicables en cauces con flujo permanente. Estas ecuaciones describen la variación del caudal y de la altura del agua en función del tiempo y de la distancia en el cauce.
  • Teoría de la Onda Cinética: Se utiliza en la fase de escorrentía superficial en laderas inclinadas. Este modelo calcula la velocidad del flujo en función de la pendiente y la intensidad de la lluvia.

6. Métodos de cálculo de caudales en crecidas

Para el cálculo del caudal máximo en crecidas, se emplean métodos específicos que simplifican el comportamiento de la escorrentía en cuencas pequeñas o medianas. Los métodos más comunes son:

6.1. Método Racional

El Método Racional es uno de los métodos más usados en ingeniería para estimar el caudal máximo de crecida en cuencas pequeñas. Este método utiliza la siguiente ecuación:

Q = C · I · A

donde:

  • Q: Caudal pico (m³/s),
  • C: Coeficiente de escorrentía, que depende del tipo de suelo y la cobertura vegetal,
  • I: Intensidad de la lluvia (mm/h) obtenida de curvas IDF,
  • A: Área de la cuenca (km²).

6.2. Método de Témez

El Método de Témez es una adaptación del método racional que incluye factores adicionales, como el coeficiente de reducción areal y el tiempo de concentración de la cuenca. Este método se usa en cuencas pequeñas y medianas, y su aplicación es especialmente frecuente en España.

El Método de Témez incluye correcciones en la intensidad de la lluvia y en el coeficiente de escorrentía, lo que mejora la precisión en cuencas donde la variabilidad espacial es moderada. Además, permite incorporar el coeficiente de uniformidad temporal, que ajusta la intensidad de la lluvia para reflejar mejor la distribución temporal de la precipitación.

Las limitaciones del método racional (MR) incluyen una simplificación en la consideración de la variabilidad temporal y espacial de la lluvia, lo que puede afectar a la precisión en ciertas aplicaciones. Este método no permite la desagregación espacial de la cuenca, por lo que es adecuado para cuencas pequeñas. Además, solo proporciona el caudal pico, por lo que es útil únicamente cuando no se requiere un hidrograma completo de crecida. También utiliza la curva IDF de Témez, aplicable exclusivamente a cuencas con tiempos de concentración entre 15 minutos y 24 horas.

7. Aplicaciones prácticas del análisis de crecidas

El análisis de crecidas es fundamental para el diseño y construcción de infraestructuras hidráulicas, como:

  • Presas y embalses: Dimensionadas para contener caudales de crecida sin desbordar.
  • Sistemas de drenaje urbano: Para evacuar el agua de lluvia y evitar inundaciones.
  • Caminos y puentes: Diseñados para resistir la presión y el volumen de agua en eventos de crecida.

Conclusión

La gestión de crecidas es crucial en ingeniería hidráulica para prevenir daños y proteger vidas y bienes. La labor de los ingenieros pasa por comprender los procesos hidrológicos que provocan las crecidas y aplicar modelos de propagación y métodos de cálculo adecuados para diseñar infraestructuras seguras y resistentes a eventos extremos.

 

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Precipitación en ingeniería hidráulica: conceptos, medición y análisis

El cambio climático está transformando los patrones de precipitación en todo el mundo y aumentando tanto la frecuencia como la intensidad de los eventos extremos. Esto supone un gran desafío para la ingeniería y la gestión de los recursos hídricos, ya que las estructuras e infraestructuras se diseñan, por lo general, en función de periodos de retorno determinados, que son intervalos estimados de recurrencia de eventos como tormentas intensas o inundaciones. Estos periodos de retorno se calculan a partir de registros históricos, asumiendo que el clima permanece constante. Sin embargo, el cambio climático altera esa estabilidad histórica, lo que implica que las proyecciones de precipitaciones basadas en periodos de retorno tradicionales podrían resultar insuficientes o imprecisas.

Es importante recordar que el periodo de retorno no es una predicción exacta de cuándo ocurrirá un evento, sino una probabilidad de ocurrencia. Un evento con un periodo de retorno de 100 años no significa que ocurrirá exactamente cada 100 años, sino que tiene una probabilidad del 1 % de ocurrir en cualquier año dado. En un clima cambiante, esta probabilidad podría aumentar si los eventos extremos se vuelven más frecuentes y desafían los márgenes de seguridad para los que están diseñadas muchas infraestructuras.

Todo esto nos plantea la necesidad de adaptar los métodos de cálculo y planificación de periodos de retorno, incorporando datos actualizados y modelos que contemplen escenarios futuros, en lugar de depender únicamente de registros históricos. Veamos, a continuación, qué es la precipitación en ingeniería hidráulica: conceptos, medición y análisis.

La precipitación es un fenómeno meteorológico esencial que alimenta los recursos hídricos y afecta directamente al diseño de obras civiles, especialmente a las relacionadas con el drenaje y el control de inundaciones. El objetivo de este artículo es explicar detalladamente qué es la precipitación, cómo se mide y se analiza, y cómo se utiliza el concepto de periodo de retorno para planificar y mitigar los riesgos en las infraestructuras.

1. ¿Qué es la precipitación?

La precipitación se define como cualquier tipo de agua que cae desde la atmósfera hasta la superficie terrestre, incluyendo la lluvia, la nieve, el granizo y la llovizna. La medida de precipitación suele expresarse en milímetros (mm), lo que indica la altura de agua que se acumularía si no hubiera escorrentía ni infiltración en el suelo. Un valor de 1 mm de precipitación equivale a un litro de agua por metro cuadrado de superficie.

La precipitación es crucial para el ciclo hidrológico y afecta a numerosos sistemas naturales y humanos, incluidos el abastecimiento de agua potable, la agricultura y el diseño de infraestructuras de transporte y drenaje.

2. Métodos de medición de la precipitación

2.1. Pluviómetros

El pluviómetro es un dispositivo común para medir la cantidad de lluvia en un lugar específico. Se instala en el exterior y captura el agua de lluvia, midiendo su cantidad en milímetros. Los pluviómetros son esenciales para generar registros continuos de precipitación y permiten estimar los patrones anuales y mensuales, entre otros datos útiles para el análisis de lluvias extremas.

2.2. Pluviogramas y hietogramas

  • Pluviograma: Es un gráfico que muestra la acumulación de precipitaciones en función del tiempo. El eje vertical representa la altura de la precipitación acumulada, mientras que el eje horizontal muestra el tiempo. Esto permite visualizar cómo se acumula la lluvia durante un evento específico, como una tormenta.
Fuente: Eduardo Albentosa, Departamento de Ingeniería Hidráulica y Medioambiente, UPV.
  • Hietograma: Es un gráfico que representa la intensidad de la precipitación en un intervalo de tiempo determinado. A diferencia del pluviograma, el hietograma se centra en la tasa de precipitación (en mm/h). Esta información es crucial en ingeniería para analizar eventos de precipitación intensos y de corta duración, como las tormentas, que pueden provocar inundaciones y desbordamientos.
Fuente: Eduardo Albentosa, Departamento de Ingeniería Hidráulica y Medioambiente, UPV.

2.3. Redes de pluviometría y densidad de medición

Una red de estaciones pluviométricas permite recoger datos de precipitación en múltiples puntos de una región. La densidad de esta red es importante para obtener una representación precisa de la distribución espacial de la precipitación. Cuantas más estaciones pluviométricas haya, mayor será la precisión en la interpolación de datos y en el análisis de la variabilidad de la precipitación en áreas amplias.

3. Análisis de la distribución temporal de la precipitación

La distribución temporal de la precipitación se refiere a cómo varía la intensidad de la lluvia a lo largo del tiempo. Para comprender estos cambios, en ingeniería se utilizan herramientas y modelos que ayudan a prever el comportamiento de la lluvia y su potencial impacto en las infraestructuras.

3.1. Curvas IDF: Intensidad-Duración-Frecuencia

Las curvas IDF (Intensidad-Duración-Frecuencia) son representaciones estadísticas que relacionan tres factores clave de la precipitación:

  • Intensidad (I): Cantidad de lluvia por unidad de tiempo (mm/h).
  • Duración (D): Tiempo durante el cual se mide la precipitación.
  • Frecuencia (F): Probabilidad de que se repita un evento en un intervalo de tiempo determinado.
Fuente: Eduardo Albentosa, Departamento de Ingeniería Hidráulica y Medioambiente, UPV.

Estas curvas se desarrollan a partir del análisis estadístico de eventos históricos de lluvia. En general, la probabilidad de que ocurra un evento de alta intensidad disminuye conforme aumentan la duración y el intervalo de retorno. Por ejemplo, una lluvia de alta intensidad con un periodo de retorno de 100 años es mucho menos frecuente que una lluvia moderada en el mismo intervalo.

3.2. Hietogramas de diseño

Los hietogramas de diseño son modelos simplificados que representan la distribución de la intensidad de la precipitación durante un evento de diseño. En ingeniería, estos diagramas permiten estimar el volumen total de precipitación en un evento y prever el comportamiento de los sistemas de drenaje y de almacenamiento de agua.

Algunos tipos de hietogramas de diseño son:

  • Hietograma rectangular: Representa una intensidad de precipitación constante durante toda la duración del evento.
  • Hietograma triangular: Muestra una distribución con un pico de intensidad en un momento específico, lo cual es más realista para muchas tormentas naturales.
  • Hietograma de bloques alternos: Descompone el evento en bloques de intensidad variable, alternando entre períodos de alta y baja intensidad, lo que proporciona una representación más detallada.

3.3. Importancia de las curvas IDF en el diseño de infraestructuras

Las curvas IDF son fundamentales para el diseño de infraestructuras de drenaje, canales y presas. Permiten calcular la capacidad de estas obras para gestionar los caudales generados por eventos de lluvia extremos. Si no se realiza un análisis adecuado de estas curvas, las infraestructuras pueden resultar vulnerables a desbordamientos y fallos durante eventos de precipitación intensa.

4. Análisis de la distribución espacial de la precipitación

La precipitación varía de un lugar a otro, especialmente en regiones con condiciones topográficas complejas, como montañas y valles. Para representar adecuadamente esta variabilidad en proyectos de ingeniería, se emplean métodos de interpolación espacial para estimar la precipitación en puntos sin mediciones directas.

4.1. Métodos de interpolación y promediación

  • Método de Thiessen: Divide el área de estudio en polígonos de influencia basados en la proximidad de las estaciones pluviométricas. Este método permite asignar una estimación de la precipitación a cualquier punto dentro de un polígono en función de los valores registrados en la estación más cercana.
  • Inverso de la Distancia: Calcula la precipitación en puntos no medidos asignando mayor peso a las estaciones más cercanas. Este método es especialmente útil cuando la densidad de estaciones es baja, aunque no considera las variaciones topográficas.

4.2. Factor de reducción areal

En grandes áreas, como cuencas hidrográficas, es improbable que las precipitaciones se distribuyan uniformemente en toda la región. Por esta razón, se emplea un factor de reducción areal que disminuye la intensidad de la precipitación puntual al extrapolarla a áreas más grandes. Este factor depende del tamaño de la cuenca y de las condiciones meteorológicas de la región.

5. El periodo de retorno y su importancia en hidrología e ingeniería

El periodo de retorno es un concepto estadístico que define el tiempo promedio entre eventos extremos de una magnitud específica. En hidrología, este concepto es fundamental para evaluar la frecuencia y la probabilidad de eventos como tormentas intensas o inundaciones.

5.1. Definición y cálculo del periodo de retorno

El periodo de retorno se define como:

donde P[X>x] es la probabilidad anual de que un evento de precipitación exceda un valor umbral x. Por ejemplo, si una tormenta tiene un periodo de retorno de 50 años, esto significa que hay un 2% de probabilidad de que ocurra en cualquier año específico.

5.2. Uso del periodo de retorno en el diseño de infraestructuras

En la práctica, los ingenieros diseñan infraestructuras de drenaje y de almacenamiento de agua basándose en periodos de retorno específicos. Por ejemplo, una presa de retención puede construirse para soportar eventos de 100 años, lo que implica una probabilidad de fallo del 1 % cada año.

Este cálculo se ajusta a los requisitos de seguridad y de tolerancia al riesgo de cada infraestructura, con el fin de minimizar las probabilidades de fallo, especialmente en áreas densamente pobladas o con activos económicos significativos.

5.3. Riesgo a largo plazo y el periodo de retorno

Aunque un periodo de retorno largo (como 100 años) sugiere una baja probabilidad de ocurrencia anual, es importante entender que, en periodos de tiempo prolongados, la probabilidad acumulada de que el evento ocurra aumenta. Para calcular el riesgo acumulado durante un periodo de N años, se usa la siguiente fórmula:

donde p=1/T  es la probabilidad anual del evento y es el periodo en años. Esto permite estimar la probabilidad de que un evento supere la capacidad de una infraestructura durante un número de años especificado. Por ejemplo, el riesgo de que una estructura diseñada para un periodo de retorno de 100 años falle al menos una vez en un periodo de 50 años es de aproximadamente 40 %. En la gráfica que dejo a continuación tenéis la probabilidad de que ocurra un evento en función del número de años y del periodo de retorno.

Riesgo y periodo de retorno. Elaboración propia.

Nota importante: Una infraestructura no falla exactamente a los 100 años si está diseñada para un periodo de retorno de 100 años. De hecho, su probabilidad es del 63 %. Incluso existe una probabilidad del 10 % de que falle a los 10 años de su construcción. Que te toque la lotería de Navidad tiene una probabilidad del 0,001 %, pero de hecho, hay gente a la que le ha tocado la lotería varias veces seguidas. Por tanto, hay que ser cautos con la estadística.

6. Aplicación de la precipitación en el contexto del cambio climático

El cambio climático está afectando a los patrones de precipitación en todo el mundo, incrementando la frecuencia e intensidad de los eventos extremos. Este fenómeno plantea nuevos retos a los ingenieros, ya que las estructuras diseñadas en condiciones climáticas históricas pueden no ser adecuadas para las condiciones futuras.

Adaptar las infraestructuras al cambio climático implica revisar los periodos de retorno y los valores de las curvas IDF para considerar eventos más intensos o frecuentes. En este contexto, es fundamental contar con bases de datos a largo plazo y modelos predictivos que permitan simular condiciones futuras.

Conclusión

El análisis de la precipitación es crucial en la ingeniería hidráulica para prevenir y mitigar riesgos. Desde los métodos de medición y los análisis temporales y espaciales hasta el uso del periodo de retorno, estos conceptos permiten a los ingenieros diseñar infraestructuras resilientes. Dado el impacto creciente del cambio climático, la actualización y adaptación de estos métodos serán cada vez más importantes para garantizar la seguridad y la sostenibilidad de las infraestructuras.

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Efectos de las inundaciones en las estructuras de las edificaciones

Figura 1. Efectos de la DANA en Valencia. https://www.diariodesevilla.es/sociedad/catastrofe-inundaciones-valencia-directo_10_2002684877.html

Para comprender los efectos de las inundaciones en las estructuras de las edificaciones y cómo responder ante ellas, es fundamental entender tanto los factores que incrementan la vulnerabilidad de los edificios como las acciones preventivas y correctivas necesarias. Las inundaciones pueden afectar seriamente a las estructuras, dependiendo de la magnitud de las aguas, su salinidad, la saturación del suelo y la calidad de los materiales y de las prácticas constructivas empleados. La identificación de estos daños requiere evaluaciones técnicas detalladas y precisas. Este conocimiento es útil tanto para los propietarios como para los técnicos y el personal de emergencias que deben tomar decisiones rápidas y bien fundamentadas en situaciones críticas.

1. Efectos de las inundaciones en la estructura de las edificaciones

Las inundaciones representan una amenaza significativa para la integridad de los edificios y pueden afectar la estructura de diversas maneras. Estos no siempre son visibles de inmediato y pueden empeorar con el tiempo si no se toman medidas correctivas. En las zonas propensas a las inundaciones, los edificios pueden sufrir diversos daños estructurales, como:

  • Socavación y fallos en la cimentación: La erosión causada por la corriente de agua disminuye la estabilidad de los cimientos. Cuando una inundación causa socavones cerca de una edificación, esto afecta directamente a la capacidad portante de los cimientos, ya que se pierde el soporte horizontal y lateral del suelo. Esto puede provocar inclinaciones en las estructuras, grietas en los muros y, en casos extremos, el colapso parcial o total del edificio.
  • Erosión del suelo y pérdida de capacidad portante: La capacidad del suelo para soportar cargas se reduce debido a la erosión, lo que puede conducir al fallo de la cimentación.
  • Saturación del suelo: La acumulación de agua provoca saturación, lo que aumenta el riesgo de deslizamientos, derrumbes y avalanchas y afecta a la estabilidad del conjunto de cimentación y estructura. El suelo que rodea los cimientos de una edificación, al saturarse de agua, pierde densidad y estabilidad. Este fenómeno es especialmente crítico en áreas cercanas a cuerpos de agua (ríos, lagos o mares), donde el agua puede provocar que el suelo pierda su capacidad de soporte. Esto puede provocar fenómenos como deslizamientos, derrumbes y licuefacción. En casos graves, el terreno bajo la edificación se comporta casi como un líquido, perdiendo su capacidad de soportar el peso de la estructura y poniendo en riesgo su estabilidad.
  • Pérdida de soporte lateral y horizontal: Al disminuir la capacidad portante del suelo, la estructura pierde los soportes laterales y horizontales, lo que compromete su estabilidad y su capacidad de carga.
  • Deterioro de los muros exteriores: Cuando el nivel de las inundaciones supera el metro de altura, la descompensación de presiones puede provocar fallos en los muros exteriores..
  • Inestabilidad estructural por impacto de escombros: Los escombros arrastrados por el agua, combinados con la presión hidrostática o hidrodinámica, pueden impactar en los elementos estructurales y provocar inestabilidad.
  • Aparición de grietas en muros, losas y columnas: Dependerá de la magnitud de la inundación y podría ocasionar daños que van desde reparables hasta irreparables.
  • Daños por capilaridad y humedad en las paredes: El fenómeno de capilaridad permite que el agua suba a través de los materiales porosos de los muros, debilitándolos progresivamente. Este problema es más frecuente en estructuras construidas directamente sobre el suelo, sin barreras de impermeabilización ni sobrecimientos. El agua absorbida por capilaridad puede afectar a la durabilidad y la resistencia de los materiales, provocando grietas y desprendimientos del revestimiento.
  • Deterioro de materiales de construcción: La exposición al agua contaminada o salina provoca corrosión en los materiales, especialmente en elementos metálicos no protegidos, galvanizados o inoxidables.
Figura 2. Presión hidrostática.

Para reducir estos riesgos, las nuevas construcciones en zonas de inundación deben diseñarse y construirse con especificaciones a prueba de inundaciones. Estas mejoras en la resistencia estructural no solo reducen el riesgo de fallos, sino que también disminuyen significativamente la probabilidad de víctimas en escenarios de inundación.

2. Problemática: daños y consecuencias

  • Daños estructurales: Las inundaciones generan múltiples efectos en la estabilidad de los edificios, afectando su integridad estructural. Entre estos daños destacan:
    • Presión hidrostática: La acumulación de agua en el perímetro de la edificación ejerce una presión horizontal sobre los muros, proporcional al calado de la inundación. Este tipo de presión puede levantar los suelos o la cimentación cuando el agua se acumula de un lado del edificio. En casos en que el agua ingresa al edificio, esta presión se neutraliza, pero introduce una carga gravitatoria que afecta elementos horizontales como forjados y soleras, lo que puede conducir al colapso de la estructura.
    • Presión hidrodinámica: El flujo de agua de un río desbordado puede alcanzar velocidades considerables y generar impactos en los muros, que deben diseñarse para soportar estas cargas dinámicas.
    • Impactos de objetos arrastrados: El agua arrastra escombros, vehículos y mobiliario urbano que impactan contra la edificación, generando daños considerables en sus elementos​.
    • Durabilidad y corrosión: El agua, especialmente si contiene minerales y sales, puede corroer el acero de refuerzo de las estructuras de hormigón, debilitando su capacidad de carga. En materiales como la madera, la humedad reduce significativamente su resistencia estructural. Estos daños son más difíciles de detectar cuando los elementos están cubiertos o enterrados.
    • Erosión del material y del terreno: La exposición prolongada al agua, especialmente si el flujo es constante, puede erosionar materiales como ladrillo y bloque, deteriorando el mortero de unión y comprometiendo la estabilidad del edificio. El terreno también se ve afectado, sobre todo en su capacidad de soporte, lo que agrava el riesgo de asentamientos diferenciales en la cimentación​.
  • Daños constructivos y estéticos: Las inundaciones afectan no solo a los elementos estructurales, sino también a los acabados y componentes funcionales de los edificios:
    • Daños en cerramientos y tabiques: Los paramentos exteriores e interiores pueden experimentar corrosión en elementos metálicos, pérdida de adhesión en revestimientos y daños en los aplacados​.
    • Pérdida de estabilidad en fachadas y tabiques: Los impactos de objetos arrastrados por el agua o la reducción de las propiedades de los materiales debido a la humedad pueden hacer que las fachadas o los tabiques colapsen .
    • Daños en pavimentos: La prolongada presencia de agua produce abombamientos y deformaciones en los suelos, especialmente en los pavimentos de madera, causando el levantamiento de los materiales de agarre​.
    • Desperfectos estéticos: La humedad genera manchas y decoloración en las superficies, mientras que los impactos pueden provocar la rotura de elementos ornamentales​.
    • Disfunción de instalaciones: Las instalaciones eléctricas, redes de saneamiento, sistemas de agua potable y equipos de ventilación y climatización pueden colapsar o fallar debido a la exposición a la humedad y a la obstrucción por residuos, lo cual compromete la funcionalidad del edificio​.
  • Daños al contenido: El ingreso de agua en el interior de un edificio provoca, inevitablemente, daños en su contenido, desde pérdidas materiales como aparatos electrónicos, mobiliario y documentos, hasta daños económicos significativos en edificaciones comerciales e industriales. Además, los edificios que almacenan bienes sensibles, como bibliotecas o museos, pueden sufrir daños irreparables en sus colecciones culturales o documentales.
  • Daños funcionales: Las inundaciones pueden afectar gravemente al funcionamiento de los edificios, especialmente en instalaciones críticas como hospitales o estaciones de bomberos, donde cualquier interrupción implica riesgos adicionales. Esto incluye la interrupción de servicios esenciales que comprometen la capacidad de respuesta en situaciones de crisis, la inactividad prolongada en edificaciones comerciales o industriales, que ocasiona pérdidas económicas, y la obstrucción de vías de acceso y evacuación, lo que dificulta las operaciones de emergencia y la seguridad de los ocupantes.
  • Daños relacionados con el entorno: Además de los daños directos a la estructura, las inundaciones pueden afectar a la parcela circundante y a los elementos del entorno inmediato, provocando erosión y desgaste en áreas sin edificación, como jardines o zonas comunes, donde se acumulan sedimentos y residuos que deterioran el terreno, el mobiliario y la vegetación. Asimismo, elementos del entorno, como vehículos o vegetación arrastrada, pueden afectar la edificación y provocar asientos diferenciales debido a los desplazamientos del terreno. Finalmente, los residuos y contaminantes de instalaciones industriales o agrícolas arrastrados por el agua pueden afectar tanto al entorno natural como a la propia edificación.
  • Daños a largo plazo: Además de los daños inmediatos, las inundaciones pueden causar problemas que se manifiestan con el tiempo, como la corrosión en elementos estructurales debido a la humedad residual en materiales como el hormigón, lo que debilita las armaduras de acero y compromete la estructura gradualmente; también pueden surgir problemas de humedad persistente en áreas de difícil acceso, como los forjados sanitarios, donde el agua estancada crea condiciones favorables para el crecimiento de hongos y otros problemas fitosanitarios.

Estos puntos resaltan la complejidad de los efectos de una inundación en las edificaciones y su entorno, y subrayan la importancia de contar con medidas preventivas y de rehabilitación efectivas para mitigar sus consecuencias.

3. Identificación de los posibles daños en edificaciones debido a inundaciones

Este capítulo detalla los daños que pueden producirse en una edificación durante una inundación. Abarca la identificación de puntos vulnerables, la inspección de elementos de valor y la evaluación de los daños en función del nivel de agua.

  • Identificación e inventario de puntos débiles: La ubicación y el riesgo del edificio son determinantes para identificar sus puntos débiles y reducir la vulnerabilidad ante las inundaciones. Los principales puntos de entrada del agua en las construcciones son los defectos en el mortero de ladrillo o mampostería, que facilitan la infiltración; las grietas en fachadas y juntas estructurales, especialmente en las uniones entre materiales diferentes, como paredes y losas; las ventanas y puertas, donde las fallas en el sellado y el contacto de los marcos permiten filtraciones; y las escaleras y entradas a sótanos, que al estar en niveles inferiores favorecen la acumulación de agua.
  • Comprobación de estabilidad estructural: Es crucial evaluar la capacidad de resistencia de los elementos estructurales frente a las fuerzas del agua, ya que las presiones desiguales pueden dañar paredes y pisos. La diferencia en la rapidez de entrada y salida del agua entre el exterior y el interior del edificio puede generar presión adicional, ocasionando daños estructurales importantes en muros y suelos.
  • Inspección de los elementos de valor del edificio: Realizar un inventario de los elementos clave del edificio permite diagnosticar posibles daños y planificar su aseguramiento. Estos elementos se clasifican en: seres vivos (personas, mascotas y animales en actividades agropecuarias), continente (estructura y equipamiento, como cimientos, muros, sistemas de electricidad, agua y ventilación) y contenido (que varía según el uso del edificio e incluye mobiliario, documentos y materiales peligrosos).
  • Diagnóstico de daños en función de la altura del agua: El nivel del agua en el edificio influye directamente en el grado de daño. Ejemplos de daños según el nivel son:
    • 0 a 0,3 m (debajo del nivel de la planta baja): posibles erosiones en los cimientos, corrosión de elementos metálicos, acumulación de limo y formación de moho.
    • 0,3 a 0,5 m: saturación de revestimientos de paredes y suelos, problemas de humedad y daños en puertas internas y externas.
    • Más de 0,5 m: daños estructurales graves debido a la presión del agua, la corrosión y a fallos generalizados en los sistemas eléctricos y sanitarios.

Estos daños evidencian la importancia de realizar un diagnóstico exhaustivo para implementar medidas de mitigación eficaces que garanticen la seguridad estructural del edificio y la protección de sus ocupantes y su contenido.

Figura 3. Inventario de puntos de entrada del agua de inundación. Fuente: Preparing for Flood, Interim guidance for improving the flood resistance of domestic and small business properties. Office of the Deputy Prime Minister. 2003. Environment Agency – UK.

4. Factores de vulnerabilidad que agravan los daños por inundaciones

Las características constructivas y de mantenimiento de una edificación influyen en su vulnerabilidad frente a las inundaciones. Algunos factores clave incluyen:

  • Ausencia de sobrecimiento e impermeabilización: El sobrecimiento es una barrera de 30-50 cm de altura que se coloca en la base de los muros y cuya función es proteger contra la humedad que asciende del suelo. La ausencia de este elemento en una construcción permite que el agua entre en contacto directo con las paredes, lo que facilita la absorción de agua por capilaridad. Además del sobrecimiento, la impermeabilización de los cimientos y los muros de la planta baja es vital para prevenir que el agua dañe las estructuras.
  • Calidad de los materiales: Cada material de construcción reacciona de manera distinta ante la exposición prolongada al agua. La calidad del cemento, la arena y otros materiales utilizados en la construcción de los bloques y los cimientos influye en la resistencia de la edificación frente a las inundaciones. Los materiales de baja calidad se desintegran más rápidamente al entrar en contacto con el agua. En áreas con edificaciones antiguas de tapial, por ejemplo, estas tienden a disolverse tras un contacto prolongado con el agua, lo que provoca la descomposición de la estructura. El bahareque, compuesto tradicionalmente por madera, cañas y barro, presenta baja resistencia a la humedad y se deteriora rápidamente, con desprendimientos del revestimiento y deformaciones en la estructura de madera o de caña, lo que puede causar inclinaciones o incluso el desplome de las viviendas. En el caso de la mampostería, aunque aparenta ser resistente, los bloques de cemento, debido a su porosidad y a la falta de cocción de algunos materiales, son vulnerables al agua. La humedad puede deteriorar las primeras hiladas, debilitar la base y provocar el desplome parcial o total de la estructura, especialmente en zonas donde los bloques son de baja calidad o presentan una proporción insuficiente de cemento.
  • Errores en la construcción: En algunas construcciones, se cometen errores técnicos que comprometen la estabilidad de la estructura, especialmente en zonas inundables. Por ejemplo, el uso incorrecto de aparejos en mampostería o la falta de conocimientos técnicos en la ejecución de los cimientos puede resultar en problemas estructurales graves cuando la edificación enfrenta una inundación.

5. Medidas preventivas para minimizar daños en situaciones de inundación

La implementación de medidas preventivas ayuda a minimizar el impacto de las inundaciones en las edificaciones. Estas son algunas acciones recomendadas:

  • Inspección y mantenimiento regulares: Es crucial que las edificaciones en zonas propensas a inundaciones reciban mantenimiento constante y revisiones estructurales periódicas. Las inspecciones técnicas pueden identificar signos de desgaste o debilidades estructurales antes de que se conviertan en problemas graves. Esto incluye revisar los cimientos, las paredes y los elementos de soporte clave.
  • Empleo de materiales resistentes al agua: Al construir o rehabilitar una vivienda en una zona propensa a las inundaciones, se recomienda emplear materiales menos porosos y resistentes al agua. Asimismo, en áreas vulnerables, se recomienda aplicar revestimientos y pinturas impermeables en paredes y cimientos para evitar la absorción de humedad.
  • Adecuación del terreno y del sistema de drenaje: El sistema de drenaje del terreno circundante a una edificación es fundamental para evitar que el agua se acumule y afecte a los cimientos. En zonas propensas a las inundaciones, es importante crear canales de drenaje y pendientes que faciliten la salida del agua hacia áreas de menor riesgo.

6. Recomendaciones de emergencia para responder a inundaciones en edificaciones

En caso de inundación, estas son algunas recomendaciones prácticas para garantizar la seguridad de las personas y proteger, en la medida de lo posible, la estructura del edificio:

  • Inspección inmediata de daños: Una vez que el nivel del agua haya descendido, es fundamental realizar una inspección detallada del edificio para identificar daños visibles y ocultos. Los técnicos deben evaluar los cimientos y la estabilidad de las paredes para identificar signos de debilitamiento estructural que puedan suponer un riesgo.
  • Secado y limpieza de estructuras: Es crucial eliminar el agua acumulada y permitir que las estructuras afectadas se sequen. El secado evita que la humedad siga dañando los materiales de construcción. Además, se debe limpiar la suciedad y los restos dejados por la inundación, ya que estos pueden acelerar el deterioro de los materiales.
  • Refuerzo y reparación de cimientos y paredes: Si las inspecciones revelan daños en los cimientos o en las paredes, es necesario realizar refuerzos inmediatos para evitar colapsos. Los cimientos debilitados pueden reforzarse con elementos estructurales adicionales y las paredes pueden requerir tratamientos impermeabilizantes o refuerzos de mampostería.

Conclusión

Entender los efectos de las inundaciones en las edificaciones es fundamental para aplicar medidas de prevención y reparación eficaces. Estos eventos pueden causar daños severos en la estructura, la estabilidad y el contenido de los edificios, lo que subraya la necesidad de realizar un diagnóstico preciso y de implementar acciones correctivas. La identificación de las áreas vulnerables, junto con el uso de materiales adecuados y sistemas de drenaje eficientes, es esencial para reducir los riesgos. Asimismo, el mantenimiento regular y una respuesta rápida ante las inundaciones son cruciales para proteger tanto la seguridad de los ocupantes como la integridad del edificio. La implementación de técnicas constructivas apropiadas mejora la resistencia de las estructuras frente a estos desastres.

A continuación, dejo algunos documentos que creo que podrían ser de interés.

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Valencia frente a la amenaza de una nueva inundación: análisis, antecedentes y estrategias para mitigar el riesgo

https://www.rtve.es/noticias/20241030/catastrofico-temporal-valencia-lluvia-dana/16310046.shtml

Ante los acontecimientos catastróficos que estamos viviendo en Valencia como consecuencia de la DANA, he querido publicar un resumen de un informe de 2014 titulado «Actualización del Plan Sur de Valencia. Estudio informativo acerca de los riesgos de que Valencia experimente una nueva inundación catastrófica«. Este resumen resalta los riesgos de que Valencia experimente una nueva inundación catastrófica basándose en el análisis del «Plan Sur de Valencia» y en las características geográficas, climáticas e históricas de la ciudad y su entorno. Aunque es de 2014, creo que no ha perdido vigencia; además, estoy convencido de que en los últimos 10 años se ha mejorado la información al respecto. El conocimiento se tiene y está claro qué hay que hacer. Falta la voluntad de priorizar las actuaciones públicas.

Introducción y antecedentes

Valencia ha sido históricamente vulnerable a las inundaciones debido a su ubicación geográfica y la morfología de su entorno. Desde su fundación en el año 138 a. C., en una terraza del río Turia, cerca de su desembocadura en el Mediterráneo, la ciudad ha soportado las crecidas de su principal cauce fluvial. Este asentamiento, que ofrecía ventajas en términos de acceso al agua y a tierras cultivables, también expuso a la ciudad al riesgo de avenidas debido al régimen torrencial del Turia. Las crecidas y la sedimentación del río han modelado la región, elevando el suelo de Valencia en más de cinco metros y configurando un entorno altamente vulnerable.

Las primeras crónicas detalladas de inundaciones en Valencia datan del siglo XIV, cuando los registros empezaron a documentar las crecidas del Turia y sus efectos devastadores en la ciudad y en las áreas circundantes. En estos registros se identifican 24 episodios de inundaciones graves entre 1321 y 1957, con un periodo de recurrencia aproximado de 27 años. Este historial de avenidas sugiere que, en ausencia de intervenciones significativas, la probabilidad de nuevas inundaciones se mantiene elevada.

Tras la gran riada de 1957, que causó cientos de muertes y pérdidas materiales significativas, las autoridades emprendieron la construcción de un nuevo cauce del río Turia para desviar el flujo de agua y reducir los riesgos de inundación en la ciudad. Sin embargo, estudios recientes del grupo «Impulso a Valencia» indican que las medidas adoptadas, aunque efectivas en parte, podrían resultar insuficientes ante una avenida similar o superior a la de 1957.

Climatología y fenómeno de la gota fría

La Comunidad Valenciana posee un clima mediterráneo con marcada variabilidad en las precipitaciones, influido tanto por la orografía de la región como por las condiciones atmosféricas del Mediterráneo. La disposición de las montañas en la franja litoral y prelitoral intensifica el efecto de convección y precipitación en ciertos episodios. Así, Valencia se ve expuesta a lluvias torrenciales, que se concentran principalmente en otoño.

Una característica fundamental del clima valenciano son los episodios de «gota fría» o DANA (Depresión Aislada en Niveles Altos). Este fenómeno se produce cuando masas de aire frío en altura interactúan con aire cálido y húmedo del Mediterráneo, lo que genera precipitaciones intensas en cortos intervalos de tiempo. La situación se agrava cuando las lluvias coinciden con fuertes temporales marinos, que elevan el nivel del mar y dificultan la evacuación del caudal fluvial en la desembocadura del Turia.

Durante el periodo 1971-2000, la región registró más de 300 días con lluvias superiores a 100 mm y 16 episodios con precipitaciones superiores a 300 mm en 24 horas. Estas intensas precipitaciones pueden desbordar el cauce del Turia, cuya capacidad máxima actual se estima en 3700 m³/segundo. Estos episodios de lluvias extremas, junto con el cambio climático, que eleva las temperaturas del mar, aumentan la frecuencia y la gravedad potencial de estos eventos.

Además, Valencia ocupa el tercer puesto a nivel mundial en exposición a lluvias torrenciales, después de dos áreas tropicales. Esta situación climática particular exige una infraestructura adecuada para mitigar los riesgos de inundación y proteger a la población frente a un impacto de una avenida extrema.

Hechos históricos de inundación en Valencia

Desde tiempos romanos, las crecidas del Turia han sido un elemento constante en la vida de la ciudad. Ya en la época medieval, la distribución espacial del agua desbordada afectaba a zonas como Campanar, Marxalenes y el centro urbano. A lo largo de la historia, las murallas y defensas de la ciudad se construyeron tanto para proteger Valencia de los ataques como para contener las aguas del Turia. Durante la época de Pedro el Ceremonioso, se levantó una muralla septentrional con el propósito de evitar la entrada de las aguas en la ciudad, pero las grandes crecidas, como la de 1589, mostraron que incluso estas defensas resultaban insuficientes.

Entre 1321 y 1957 se documentaron 24 grandes avenidas que devastaron el entorno urbano y las poblaciones cercanas. La riada de 1957 se recuerda como la peor, cuyo caudal inundó ampliamente el área urbana y dejó Valencia sin un abastecimiento adecuado durante días. Este suceso marcó un punto de inflexión en la gestión del riesgo de inundación, lo que dio lugar a la construcción del «Nuevo Cauce» en 1969.

Sin embargo, el Plan Sur y el nuevo trazado del cauce, aunque eficaces en parte, no garantizan la protección completa. El informe estima que el cauce actual del Turia podría no soportar una riada de la magnitud de la de 1957, lo que vuelve crítica la necesidad de fortalecer las defensas fluviales y estudiar a fondo la capacidad de avenamiento actual.

Análisis de la Riada de 1957

La riada de 1957 es un evento de referencia para comprender la magnitud del riesgo al que Valencia está expuesta. En un día de octubre, las intensas lluvias descargaron precipitaciones sin precedentes sobre la cuenca del Turia, y el caudal del río alcanzó los 3700 m³/segundo, según cálculos de la época, aunque se estima que pudo haber sido incluso mayor. Las inundaciones resultantes cubrieron grandes extensiones de la ciudad, causando la pérdida de vidas, el desplazamiento de miles de personas y la destrucción de infraestructuras básicas.

El «Nuevo Cauce» se diseñó para un caudal de 5000 m³/segundo; sin embargo, su capacidad actual se ha recalculado en 3700 m³/segundo, lo que iguala el caudal de la riada del 57, según los registros de la Confederación Hidrográfica del Júcar. Así, si una avenida semejante o mayor ocurriera, el cauce del Turia se desbordaría, lo cual podría provocar una inundación a gran escala en la zona urbana y poner en riesgo nuevamente a miles de personas y una vasta área de la ciudad.

Propuestas de actuación para la mitigación de riesgos

El informe sugiere una serie de propuestas para mitigar los riesgos de inundación y aumentar la resiliencia de Valencia ante avenidas extremas:

  1. Reevaluación del cauce y mejoras estructurales: el primer paso consiste en analizar la capacidad real de drenaje del Turia desde Loriguilla hasta su desembocadura. Esto requiere actualizar la infraestructura, con un énfasis especial en el tramo de Quart de Poblet, donde comienza el nuevo cauce. Además, sería necesario reforzar la mota que separa el viejo cauce del nuevo, pues si esta barrera fuera sobrepasada o se rompiera, Valencia quedaría gravemente expuesta a una nueva riada.
  2. Laminación de avenidas y protección ambiental: en la cuenca baja del Turia, se propone un plan de reforestación y mantenimiento de barrancos que ayude a regular las avenidas y reducir la velocidad de escorrentía. Una infraestructura de laminación, como un lago fluvial o un embalse en Vilamarxant, permitiría controlar el caudal y reducir los picos de crecida que llegan a Valencia. Este enfoque, que combina obras de infraestructura con medidas de protección ambiental, busca no solo proteger la ciudad, sino también minimizar el impacto en los ecosistemas y en la zona agrícola de la cuenca baja.
  3. Mejoras en la desembocadura y mitigación del efecto dique: es necesario rediseñar la desembocadura del Turia para reducir el «efecto dique» que ocurre cuando el temporal marino obstruye la evacuación del agua hacia el mar. Este fenómeno, en el que las olas del Mediterráneo superan los cinco metros de altura, impide que el cauce fluya libremente y aumenta el riesgo de inundación en las zonas bajas de la ciudad. Un rediseño adecuado de la desembocadura permitiría una evacuación más eficiente del caudal fluvial incluso en condiciones de temporal.
  4. Red de monitorización y sistema de alerta temprana: dada la velocidad y fuerza de las avenidas en Valencia, es crucial establecer una red de estaciones pluviohidrológicas en toda la cuenca del Turia que permita un monitoreo constante y en tiempo real. Este sistema debería estar integrado con un mecanismo de alerta temprana, de modo que las autoridades y la población puedan tomar medidas de protección antes de que ocurra un evento catastrófico. La experiencia de la riada del 57 mostró que muchas víctimas fueron sorprendidas sin tiempo de reacción, de ahí la importancia de la preparación y la comunicación.
  5. Actualización de los planes de protección civil y simulacros de emergencia: los planes de emergencia y de protección civil deben ser revisados y adaptados a la realidad climática actual y a las capacidades de la infraestructura del río. Estos planes incluyen rutas de evacuación, centros de acogida y protocolos de comunicación, que son fundamentales para reducir el riesgo de pérdidas humanas y materiales en caso de una avenida.
  6. Evaluación y recurrencia admisible de crecidas: finalmente, el informe recomienda determinar los intervalos de recurrencia aceptables para futuras crecidas, considerando distintos escenarios de magnitud. Esta evaluación permitirá a las autoridades decidir sobre el diseño y las inversiones necesarias en infraestructura según el nivel de riesgo que la ciudadanía de Valencia está dispuesta a asumir.

Conclusión

La ciudad de Valencia se enfrenta a un riesgo significativo de sufrir otra inundación catastrófica, debido a sus condiciones climáticas, al cambio climático y a la infraestructura fluvial actual. Los sucesos catastróficos se evidencian en el actual desastre de finales de octubre de 2024. Las propuestas del informe «Impulso a Valencia» subrayan la importancia de adoptar medidas preventivas y estructurales, así como de adaptar las capacidades de la ciudad para responder a episodios extremos. Sin embargo, es fundamental que la ciudadanía sea consciente de este riesgo y participe activamente en los sistemas de alerta y planes de emergencia para reducir las posibles pérdidas en el futuro.

Referencia:

VV.AA. (2014). Actualización del Plan Sur de Valencia. Estudio informativo acerca de los riesgos de que Valencia experimente una nueva inundación catastrófica. Ateneo Mercantil de Valencia, Grupo de Análisis «Impulso a Valencia», 52 pp.

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Fausto Elío Torres y el embalse de Beniarrés (Alicante)

Figura 1. Presa de Beniarrés. Imagen: V. Yepes (2024)

El embalse de Beniarrés está ubicado entre el municipio homónimo y el de Planes de la Baronía, predominando en este último en términos de extensión. Se encuentra en la provincia de Alicante, España.

Abarca una superficie de 268 hectáreas, con una capacidad máxima de almacenamiento útil de 30 hm³. Su presa de gravedad tiene una altura de 53 m y cuenta con un aliviadero de compuertas con capacidad para 1000 m³/s. Se permite en este embalse la práctica de la pesca, donde se pueden encontrar especies como la carpa y el black bass, y también se permite la navegación.

Este embalse es gestionado por la Confederación Hidrográfica del Júcar y sus aguas se utilizan principalmente para el riego de la huerta de la Safor.

La cuenca de drenaje abarca una superficie total de 752,11 km². Su principal río es el Serpis, que tiene un caudal medio de 0,95 m³/s. Este río nace en las estribaciones del Parque Natural del Carrascal de la Font Roja, con altitudes superiores a los 700 m, y después de recorrer aproximadamente 63 km, desemboca en el mar Mediterráneo en el término municipal de Gandía, en la comarca de La Safor.

Carlos Dicenta, ingeniero de la División Hidráulica, redactó el Anteproyecto del Pantano de Beniarrés en el río Serpis (1925), que fue aprobado dos años después. El proyectista de la primera fase fue F. Elío, y R. Donat de la segunda fase.

Figura 2. Construcción de la presa de Beniarrés. http://www.alicantevivo.org/2007/12/beniarrs-un-documento-histrico.html

La construcción del embalse de Beniarrés comenzó en el año 1945; sin embargo, no fue hasta 1958, trece años después, que se consolidó definitivamente como una infraestructura operativa y entró en funcionamiento. La presa fue recrecida en 1970. En el año 2002 se destinaron aproximadamente 1,50 millones de euros para llevar a cabo la consolidación de la infraestructura. Este proyecto incluyó una serie de trabajos, entre los que se destacan la consolidación e impermeabilización de la presa para prevenir posibles fugas, así como la implementación de un nuevo sistema de drenaje para aumentar su capacidad en un 40%. Estas labores se completaron en el año 2010, con un presupuesto total que superó los 17 millones. Desde principios de 2005, los equipos de la Confederación Hidrográfica del Júcar han realizado obras menores en el embalse para prevenir y mantener la infraestructura. En este sentido, se llevó a cabo la consolidación de los cimientos de la presa del embalse mediante inyecciones de cemento (540 toneladas) a través de un sistema de galerías. Durante el año, se detectó una fuga en una de las laderas del embalse, la cual fue sellada de inmediato; además, se delimitó y consolidó toda la zona afectada. Estas tareas de mantenimiento fueron financiadas tanto por el Ministerio de Medio Ambiente como por la propia Confederación. En 2009, la Confederación adjudicó las obras de dragado del embalse con el objetivo de aumentar ligeramente su capacidad, así como realizar reparaciones en el desagüe de fondo de la presa y mejorar sus accesos.

Figura 3. Presa de Beniarrés. https://www.iagua.es/data/infraestructuras/presas/beniarres
Figura 4. Embalse de Beniarrés. Imagen: V. Yepes (2024)
Figura 5. Fausto Elío Torres. https://www.chj.es/es-es/ciudadano/publicaciones/

Aprovechamos este artículo para resaltar la figura de Fausto Elío Torres (Madrid, 1878-1958), redactor de la primera fase del proyecto de la presa de Beniarrés, aunque no sea esta la obra más importante de este ingeniero. Proyectó (1911) y ejecutó obras de mejora en el embalse de Almansa, redactó el anteproyecto de la presa de Benagéber (1920), embalse de Domeño (1928). En 1930 concluía el proyecto de la presa de Benagéber, del cual el ingeniero se sentía singularmente satisfecho. Era, sin duda, uno de los proyectos sobre el que más había reflexionado durante los años vividos al frente de la zona 2ª de la División. La actividad de Fausto Elío está bien documentada entre 1906 y 1931 en Alzira, Albalat, Polinyà, Riola, Sueca y Carcaixent, con varias decenas de proyectos, obras y liquidaciones.

Fausto Elío Torres pertenecía a una familia de ingenieros de Caminos. Después de una breve experiencia como ingeniero subalterno en las Jefaturas Provinciales de Obras Públicas de Tarragona y Valencia, el 1 de febrero de 1906 asumió la responsabilidad de la 2ª zona (cuencas del Turia y Júcar) en la División de Trabajos Hidráulicos del Júcar, posición que ocupó hasta finales de 1931. El 21 de noviembre de 1932 fue designado ingeniero-director de las obras de regulación del Júcar y del Turia. Para fines de 1934, ocupaba el cargo de ingeniero-director de la Confederación Hidrográfica del Júcar. Tras la Guerra Civil en Valencia, el 29 de marzo de 1940 fue designado como Jefe de Aguas de la Delegación de Servicios Hidráulicos del Júcar. Finalmente, concluyó su carrera profesional en Madrid como consejero (marzo de 1942) y presidente (marzo de 1948) del Consejo de Obras Públicas.

Formaba parte de la generación de ingenieros que ingresaron en las Divisiones Hidráulicas a principios del siglo XX y se dedicaron a ellas durante dos o tres décadas. Esta generación, personificada por Manuel Lorenzo Pardo en la cuenca del Ebro, dirigió la política hidráulica del regeneracionismo y, especialmente, contribuyó con su experiencia a las bases técnicas del Plan Nacional de Obras Hidráulicas (1933). Al evaluar las trayectorias profesionales de los ingenieros que se unieron a las Confederaciones en la primera década del siglo XX, se comprende mejor el Plan de 1933 como un proyecto hidráulico que incorpora valiosas contribuciones técnicas de algunos de ellos.

Os dejo a continuación el proyecto de TYPSA de adecuación de la presa de Beniarrés (2023). Tras más de seis décadas de servicio, necesita mejoras de seguridad hidrológica. Se propone un aliviadero de emergencia para afrontar caudales extremos, dado que el actual resulta insuficiente según criterios actuales.

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Severino Bello y la Presa de La Peña (Huesca)

Figura 1. Presa de La Peña. Imagen: V. Yepes (2024)

La presa de La Peña fue proyectada por el ingeniero Severino Bello Poëyusan, habiéndose terminado las obras el 24 de julio de 1913. Su tipología es de arco gravedad, con una altura de 61 m desde cimientos, con una longitud de coronación de 111,70 m, siendo la capacidad de las aguas embalsadas de 15 hm³. La presa, que recoge las aguas del río Gállego, se sitúa en la Hoya de Huesca, dentro del término municipal de Las Peñas de Riglos. Este río, después de recoger las aguas del Pirineo en el extenso Valle de Tena, atraviesa el estrecho de Biescas (donde, sesenta años después, se construiría la presa de Búbal) y fluye hacia Sabiñánigo. El vaso del embalse está situado sobre las margas blandas e impermeables. Los cimientos de la presa se anclan en las calizas, que aunque son resistentes, presentan el problema de la karstificación. La presa se encuentra en explotación, siendo su titular el Sindicato de Riegos Pantano La Peña.

Severino Bello (1866 – 1940), nacido en Madrid, fue un destacado ingeniero español. Realizó su bachillerato en las Escuelas Pías de San Fernando y se graduó como Ingeniero de Caminos en 1889. Trabajó en Huesca, donde diseñó un salto hidroeléctrico en el río Gállego, y luego dirigió las obras de la presa de La Peña. En 1913 organizó el Primer Congreso Nacional de Riegos en Zaragoza, recibiendo la Gran Cruz del Mérito Agrícola. Más tarde, en 1915, supervisó los Riegos del Alto Aragón. Se destacó por su labor en el Canal de Isabel II y en proyectos de abastecimiento de agua en Bilbao. Fue presidente del Consejo Nacional de la Energía en 1928. Se casó en 1900 y tuvo siete hijos, uno de ellos Pepín Bello, conocido por su relación con Buñuel, Lorca y Dalí. Jubilado en 1933, su legado técnico y familiar perdura.

Figura 2.
Figura 2. Presa de la Peña, de arco gravedad. Imagen: V. Yepes (2024)

Para mitigar caudales estimados en 2900 m³/s, que elevaban el nivel del río hasta 20 m por encima del nivel normal, Bello implementó medidas adicionales, además de la tradicional galería inferior de limpieza, hoy en desuso. Dispuso dos desagües de fondo, cada uno con capacidad para 16 m³/s, en ambas orillas, junto con cuatro tomas superiores de 4 m³/s cada una, ubicadas en la margen izquierda y agrupadas. Estas últimas se canalizan a través de un túnel hasta un conducto de desagüe escarpado excavado en la roca, que lo dirige hacia la presa, donde el agua cae muy cerca de su base.

Siguiendo las normativas vigentes en ese entonces, se decidió separar el aliviadero del muro principal y ubicarlo en un túnel apartado de la estructura principal. Este sistema consta de diez túneles paralelos, cada uno controlado por compuertas basculantes automáticas de alzas móviles, dispuestas en línea. Cada compuerta tiene la capacidad de desaguar 30 m³/s y se activa conforme sea necesario. En aquel tiempo, la construcción de nueve túneles más pequeños se consideraba más manejable que la de uno o dos de mayor tamaño. La presión del agua, al alcanzar un nivel predefinido, supera la resistencia de los contrapesos, provocando el movimiento de las compuertas. Cada compuerta está equilibrada con contrapesos a ambos lados, conectados mediante bielas de acero, que se distribuyen simétricamente a lo largo de la línea, creando una estructura similar a un rastrillo plateado que se adhiere a la ladera.

Figura 3. Túnel del embalse de La Peña. Imagen: V. Yepes (2024)

La construcción de la presa se llevó a cabo utilizando mampostería revestida de grandes sillares meticulosamente labrados, salvo en áreas críticas como los cierres de las galerías, que se realizaron en hormigón armado recubierto de fundición. Las compuertas, fabricadas en fundición con todas sus partes mecánicas de bronce, aún están en uso, salvo los elementos motrices que fueron reemplazados alrededor de 1998, así como las compuertas automáticas del aliviadero. Las sólidas barandillas de tubo de hierro son un ejemplo representativo de la calidad de los materiales utilizados en la presa, la cual fue diseñada para una operación y mantenimiento cómodos, siguiendo el estilo de las obras hidráulicas realizadas durante esa época en el Canal de Isabel II.

En esta ubicación, destaca el túnel del embalse de La Peña, con una longitud de 47 m, excavado en caliza y datado a principios del siglo XX, siendo construido simultáneamente con el embalse de La Peña, que se inauguró en 1913. Durante gran parte del siglo pasado, este túnel formaba parte de la antigua carretera de Tarragona a San Sebastián (N-240), la vía principal de acceso al Pirineo central aragonés. Al norte del túnel, comienza un puente de celosía metálica que atraviesa el cuerpo del embalse, mientras que al sur se encuentra un pequeño apartadero que permite estacionar y visitar la imponente y antigua presa de tipo arco-gravedad construida con sillares de piedra caliza. Además, al oeste del túnel se sitúan otros diez túneles sobredimensionados, con longitudes entre 220,5 y 244 m, que funcionan como aliviaderos del embalse, con una capacidad sorprendente de 2900 m³/s. Es importante mencionar que el puente, el túnel y el embalse fueron construidos simultáneamente. En la actualidad, estas dos infraestructuras de comunicación se han vuelto estrechas y presentan algunos problemas de circulación.

Figura 4. Puente de celosía metálica del embalse de La Peña. Imagen: V. Yepes (2024)

Referencias:

  • Aguiló, Miguel; 2002. La enjundia de las presas españolas. ACS, Madrid, p.200-202.
  • Bello Poeyusan, Severino; 1914. Coste de las obras hidráulicas en España. En: I Congreso Nacional de Riegos, Zaragoza. 2 al 6 de octubre de 1913. G. Casañal, Zaragoza, 1914: tomo II, L1-L126, p.57L.
  • Noticiero; 1908. Pantano de la Peña: fundación de las ataguías por aire comprimido. Revista de Obras Públicas, 1908, 56, tomo I (1730): 553-555.
  • Noticiero; 1910. Un triunfo de la ingeniería: el pantano de la Peña y Severino Bello. Revista de Obras Públicas, 1910, 58, tomo I (1821): 389-395.

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Revisión de estado del conocimiento en infraestructuras hídricas usando técnicas de aprendizaje automático

Acabamos de recibir la noticia de la publicación de nuestro artículo en la revista Applied Sciences, la cual está indexada en el JCR. Este estudio explora las diversas aplicaciones del aprendizaje automático (Machine Learning, ML) en relación con la integridad y calidad de las infraestructuras hidráulicas, identificando cuatro áreas clave donde se ha implementado con éxito. Estas áreas abarcan desde la detección de contaminantes en el agua y la erosión del suelo, hasta la predicción de niveles hídricos, la identificación de fugas en redes de agua y la evaluación de la calidad y potabilidad del agua.

Cabe destacar que esta investigación se llevó a cabo en el marco de una colaboración fructífera entre nuestro grupo de investigación e investigadores chilenos, liderados por el profesor José Antonio García Conejeros. El proyecto en sí, denominado HYDELIFE, forma parte de las iniciativas que superviso como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

Se realizó un análisis bibliográfico de artículos científicos a partir de 2015, que arrojó un total de 1087 artículos, para explorar las aplicaciones de las técnicas de aprendizaje automático en la integridad y la calidad de la infraestructura hídrica. Entre las contribuciones realizadas por el trabajo, caben destacar las siguientes:

  • Se identificaron cuatro áreas clave en las que el aprendizaje automático se ha aplicado a la gestión del agua: los avances en la detección de contaminantes del agua y la erosión del suelo, la previsión de los niveles del agua, las técnicas avanzadas para la detección de fugas en las redes de agua y la evaluación de la calidad y potabilidad del agua.
  • Destacó el potencial de las técnicas de aprendizaje automático (Random Forest, Support Vector Regresion, Convolutional Neural Networks y Gradient Boosting) combinadas con sistemas de monitoreo de vanguardia en múltiples aspectos de la infraestructura y la calidad del agua.
  • Proporcionó información sobre el impacto transformador del aprendizaje automático en la infraestructura hídrica y sugirió caminos prometedores para continuar con la investigación.
  • Empleó un enfoque semiautomático para realizar análisis bibliográficos, aprovechando las representaciones codificadas bidireccionales de Transformers (BERTopic), para abordar las limitaciones y garantizar una representación precisa de los documentos.
  • Las técnicas de aprendizaje automático ofrecen una alta precisión, un tiempo de procesamiento reducido y datos valiosos para la toma de decisiones en materia de gestión sostenible de los recursos y sistemas de alerta temprana.
  • La colaboración interdisciplinaria, los marcos integrados y las tecnologías avanzadas, como la teledetección y la IoT, son esenciales para avanzar en la investigación sobre la integridad y la calidad de la infraestructura hídrica.

Abstract:

Water infrastructure integrity, quality, and distribution are fundamental for public health, environmental sustainability, economic development, and climate change resilience. Ensuring the robustness and quality of water infrastructure is pivotal for sectors like agriculture, industry, and energy production. Machine learning (ML) offers the potential for bolstering water infrastructure integrity and quality by analyzing extensive data from sensors and other sources, optimizing treatment protocols, minimizing water losses, and improving distribution methods. This study delves into ML applications in water infrastructure integrity and quality by analyzing English-language articles from 2015 onward, compiling 1087 articles. A natural language processing approach centered on topic modeling was initially adopted to classify salient topics. From each identified topic, key terms were extracted and utilized in a semi-automatic selection process, pinpointing the most relevant articles for further scrutiny. At the same time, unsupervised ML algorithms can assist in extracting themes from the documents, generating meaningful topics often requires intricate hyperparameter adjustments. Leveraging the Bidirectional Encoder Representations from Transformers (BERTopic) enhanced the study’s contextual comprehension in topic modeling. This semi-automatic methodology for bibliographic exploration begins with broad categorizing topics, advancing to an exhaustive analysis. The insights drawn underscore ML’s instrumental role in enhancing water infrastructure’s integrity and quality, suggesting promising future research directions. Specifically, the study has identified four key areas where ML has been applied to water management: (1) advancements in the detection of water contaminants and soil erosion; (2) forecasting of water levels; (3) advanced techniques for leak detection in water networks; and (4) evaluation of water quality and potability. These findings underscore the transformative impact of ML on water infrastructure and suggest promising paths for continued investigation.

Keywords:

Water infrastructure integrity; machine learning; environmental sustainability; natural language processing; BERTopic

Reference:

GARCÍA, J.; LEIVA-ARAOS, A.; DÍAZ-SAAVEDRA, E.; MORAGA, P.; PINTO, H.; YEPES, V. (2023). Relevance of Machine Learning Techniques in Water Infrastructure Integrity and Quality: A Review Powered by Natural Language Processing. Applied Sciences, 13(22):12497. DOI:10.3390/app132212497

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