1. PUBLICACIN DE TRABAJOS DEL TALLER Criterios para la determinacin de crecidas de diseo en sistemas climticos cambiantes JULIO, 2010 SANTA FE, ARGENTINA Editores: Carlos Ubaldo Paoli Guillermo Vctor Malinow

2. Editores: Carlos Ubaldo Paoli Guillermo Vctor Malinow Autores: Juan Carlos Bertoni Federico Bizzotto Lidia Ciabbattari Gustavo Devoto Oscar R. Dlling. Facundo Ganancias Marcelo Gavio Novillo Albertina Gonzlez Alfonso Gutirrez Lpez Rodolfo Iturraspe Carolina Lpez Guillermo Malinow Soledad Mndez Juan Bautista Millia Lucia Odicini Aldo Ivn Ramrez Orozco Carlos Guillermo Paoli Carlos Ubaldo Paoli Basile Pedro Norma Piccoli Raul Postiglione Gerardo Riccardi Carlos Scuderi Rafael Seoane Hernn Stenta Adriana Urciuolo. Alberto I. J. Vich Erik Zimmermann Diseo editorial: Ana Carina Palumbo Colaboracin especial de Rosana Hmmerly Criterios para la determinacin de crecidas de diseo en sistemas climticos cambiantes / Carlos Ubaldo Paoli ... [et.al.]. -1a ed.- Santa Fe: Universidad Nacional del Litoral, 2010. 172 p.; 29x21 cm. ISBN 978-987-657-371-9 1. Hidrologa. I. Paoli, Carlos Ubaldo CDD 551.48 Secretara de Extensin, Universidad Nacional del Litoral, Santa Fe, Argentina, 2010. Queda hecho el depsito que marca la Ley 11723. Reservados todos los derechos. 9 de julio 3563, cp. 3000, Santa Fe, Argentina. tel: 0342-4571194 editorial@unl.edu.ar www.unl.edu.ar/editorial Impreso en Argentina Printed in Argentina

3. Prlogo El taller Criterios para la determinacin de crecidas de diseo en sistemas climticos cambian- tes se realiz los das 11 y 12 de agosto de 2009 en dependencias de la Facultad de Ingenie- ra y Ciencias Hdricas, Universidad Nacional del Litoral, de la ciudad de Santa Fe, Provincia de Santa Fe, Argentina, para debatir sobre el tema en cuestin. Este encuentro de carcter tcnico, cont con la participacin de 65 profesionales argentinos y 3 extranjeros invitados (provenientes de Mxico, Panam y Uruguay), todos ellos especialistas e interesados en el dimensionamiento y operacin de obras hidrulicas. En sntesis, asistieron al Taller especialistas en Hidrologa que presentaron trabajos contenien- do tanto experiencias sobre casos concretos en los cuales se resolvieron situaciones de deter- minacin de crecidas de diseo o verificacin en el contexto expresado as como propuestas sobre cmo tratar metodolgicamente el tema; especialistas en Climatologa que presentaron trabajos conteniendo estudios y anlisis que permitieron verificar cambios en los sistemas cli- mticos en distintas regiones de la Repblica Argentina y profesionales asistentes a las expo- siciones y debates, que deseaban actualizarse en el tratamiento y adopcin de crecidas de diseo o verificacin de obras hidrulicas (planificacin, diseo, operacin y mantenimiento, y verificacin de la seguridad de las mismas). Cabe destacar que el ComitArgentino de Presas, la Facultad de Ingeniera y Ciencias Hdri- cas, Universidad Nacional del Litoral y el Centro Regional Litoral del Instituto Nacional del Agua fueron las instituciones organizadoras, contndose a su vez con el auspicio del Organismo Regulador de Seguridad de Presas, la Subsecretara de Recursos Hdricos de la Nacin, el Centro Argentino de Ingenieros, el Instituto Argentino de Recursos Hdricos, el Comit Nacional para el Programa Hidrolgico Internacional, el Consejo Hdrico Federal, la Asociacin Argentina de Ingeniera Sanitaria y Ambiental, la Facultad de Ingeniera de la Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco, el Centro Universitario Rosario de Investigaciones Hidroambien- tales y el Departamento de Hidrulica, ambos de la Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniera y Agrimensura de la Universidad Nacional de Rosario y el International Flood Initiative del Pro- grama Hidrolgico Internacional de la Organizacin de las Naciones Unidas para la Educacin, la Ciencia y la Cultura. El evento fue Coordinado por los Ingenieros Calos Ubaldo Paoli, en representacin de la Fa- cultad de Ingeniera y Ciencias Hdricas, Universidad Nacional del Litoral y del Centro Regional Litoral del Instituto Nacional del Agua y Guillermo Malinow, en representacin del ComitArgen- tino de Presas, contndose adems con la colaboracin de la Ingeniera Rosana Hmmerly para lo atinente a la difusin y logstica organizativa. Uno de los principales productos de esta convocatoria es esta publicacin que recopila catorce artculos seleccionados, presentados por representantes de universidades, centros de investi- gacin y consultores de distintas partes del pas y de otros pases latinoamericanos. Se incluye tambin la descripcin resumida de las actividades del taller y las conclusiones obtenidas, por- que los debates resultaron de un alto nivel intelectual y profesional y las conclusiones son de una gran riqueza y valor para las investigaciones a encarar en esta temtica. Un recorrido por estos textos ofrecer al lector una primera aproximacin a la situacin actual de la problemtica de estimacin de crecidas de diseo bajo diferentes condiciones y realidades geogrficas. Dado que esta publicacin no tiene un carcter solo cientfico sino documental, se presenta (salvo pequeos detalles para edicin) el lenguaje, estructura, organizacin y alcance original de cada artculo.

4. Comportamiento hidrolgico y criterios del diseo de obras hdricas en sistemas climticos cambiantes: reflexiones y anlisis de casos. Juan Carlos Bertoni y Facundo Ganancias. Indicador de riesgo y anlisis hidrolgico de la vulnerabilidad de presas ante escenarios del cambio climtico. Gustavo Devoto y Rafael Seoane. Estandarizacin del clculo de crecidas de diseo utilizando datos y modelos de libre disponibilidad en cuencas sin registro de caudales. Oscar R. Dlling y Patricia Oviedo. Consideraciones ecohidrolgicas para la evaluacin de crecidas. Marcelo Gavio Novillo. Eventos extremos en cuencas de montaa de rgimen pluvionival. Rodolfo Iturraspe y Adriana Urciuolo. Cambio Climtico Nuevo paradigma para estimar la crecida de una presa? Guillermo Malinow. Criterios para la seguridad hidrolgica de presas. Guillermo Malinow. La articulacin de competencias en el procedimiento de adopcin de una crecida de diseo en el mbito estatal. Carlos Guillermo Paoli y Juan Bautista Millia. Cambios en la serie de caudales mximos en ros de la regin litoral y su incidencia en parmetros de diseo. Carlos Ubaldo Paoli. Tratamiento de crecidas de diseo y adopcin de recurrencias en manuales de puentes y alcantarillas. Carlos Ubaldo Paoli y Norma Piccoli. Seguridad hidrolgica de presas: mtodo bivariado. Aldo Ramrez y lvaro Aldama. Iniciativa Internacional de Avenidas, IFI para Latinoamrica y el Caribe, LAC. Grupo de Trabajo, IFI-LAC. Crecidas de diseo en cuencas de la regin del Gran Rosario. Gerardo Riccardi, Erik Zimmermann, Basile Pedro, Hernn Stenta, Carlos Scuderi, Raul Postiglione, Carolina Lpez, Lucia Odicini, Albertina Gonzlez, Soledad Mndez y Lidia Ciabbattari. Tendencias y cambios abruptos en el escurrimiento de algunos ros con nacientes en la Cordillera Andina y serranas del oeste Argentino. Alberto Vich y Federico Bizzotto. Actividades, conclusiones y recomendaciones del taller Criterios para la determinacin de crecidas de diseo en sistemas climticos cambiantes 7 23 33 51 67 79 85 99 103 115 123 131 137 149 167 ndice

5. 7 RESUMEN La variabilidad climtica, el cambio climtico y la va- riabilidad hidrolgica son fenmenos diferenciados cuyos efectos sobre los recursos hdricos pueden significar, entre otras consecuencias, modificacio- nes en las condiciones originalmente supuestas en el proyecto (o diseo) hidrolgico de una obra h- drica. La variabilidad hidrolgica se verifica cuando ocurren alteraciones sobre las principales entradas y/o salidas de un sistema hidrolgico (precipitacin, evapotranspiracin, caudales). Puede derivar en el aumento de la incertidumbre asociada al normal funcionamiento de la obra y hasta en el aumento Comportamiento hidrolgico y criterios del diseo de obras hdricas en sistemas climticos cambiantes: reflexiones y anlisis de casos BERTONI, Juan Carlos (1) y GANANCIAS, Facundo (1,2) (1) Ctedra de Hidrologa y Procesos Hidrulicos. Departamento de Hidrulica. Facultad de Ciencias Exactas, Fsicas y Naturales. Universidad Nacional de Crdoba (UNC). (5000) Crdoba. (2) Becario del Consejo Nacional de Investigaciones Cientficas y Tcnicas (CONICET y MC&TCba.) E-mails: jcbertoni@arnet.com.ar; ingfacundoganancias@yahoo.com.ar del riesgo por daos potenciales y/o irreversibles de la estructura. Esto justifica la importancia que en los medios tcnicos se le asigna a la variabilidad hidrolgica. En este trabajo se presentan diversas consideraciones relativas al comportamiento de las cuencas hidrogrficas ante situaciones asociadas al cambio climtico, la variabilidad climtica y la va- riabilidad hidrolgica. Tambin se incluyen aspectos relativos a metodologas del diseo hidrolgico ante escenarios caracterizados por la variabilidad hidrol- gica. Varios anlisis de casos ilustran las reflexiones efectuadas. Introduccin El desarrollo econmico y social de una regin, o de un pas, est asociado a las caractersticas climticas imperantes y, en particular, a la disponi- bilidad de sus recursos hdricos. Por ende, la alte- racin de la disponibilidad de agua a corto, medio y largo plazo puede afectar, y comprometer, las estrategias de desarrollo asociadas a los diferen- tes sectores socio-econmicos. Aunque la variabilidad climtica, el cambio cli- mtico y la variabilidad hidrolgica son tres fe- nmenos diferenciados, e interrelacionados, el correcto tratamiento de ellos exige diferenciarlos claramente. La variabilidad climtica es entendi- da como las variaciones del clima en funcin de los condicionantes naturales del globo terrestre y de sus interacciones. El cambio climtico, por su parte, es entendido como las alteraciones de la variabilidad climtica producto de las acciones an- trpicas (hiptesis sustentada por algunos grupos cientficos), o debido a variaciones naturales entre las que se destaca la actividad solar (hiptesis al- ternativa sustentada por otros grupos cientficos). La variabilidad hidrolgica se efectiviza cuando ocurren alteraciones sobre las principales entra- das y/o salidas de un sistema hidrolgico, es de- cir, sobre la precipitacin, la evapotranspiracin y/o los caudales. Sus causas son variadas, desta- cndose entre ellas: (a) la variabilidad natural de los procesos climticos, (b) el impacto del cambio climtico y (c) los efectos del uso del suelo y otras alteraciones antrpicas de los sistemas hdricos. Cualquiera sean sus causas, estas alteraciones pueden significar, entre otros efectos, modificacio- nes en las condiciones originalmente supuestas en el proyecto (o diseo) hidrolgico de una obra hdrica. Ello puede derivar en el aumento de la incertidumbre asociada al normal funcionamiento de la obra y hasta en el incremento del riesgo por daos potenciales y/o irreversibles de la estructu- ra. Dicho escenario justifica la importancia que en los medios tcnicos se le asigna a la variabilidad hidrolgica. En este trabajo se presentan diversas considera- ciones relativas al comportamiento de las cuencas Criterios para la determinacin de crecidas de diseo en sistemas climticos cambiantes

6. 8 hidrogrficas ante situaciones asociadas al cam- bio climtico y la variabilidad climtica. Tambin se incluyen aspectos relativos a metodologas del diseo hidrolgico ante escenarios caracterizados por la variabilidad hidrolgica. Varios anlisis de casos ilustran las reflexiones efectuadas. Variabilidad hidrolgica: anlisis de entradas y salidas al sistema Amplificacin Hidrolgica de las Variaciones Climticas Habitualmente la relacin entre las variables hidro- lgicas de entrada y salida de una cuenca presen- tan un comportamiento no lineal. Por lo general la precipitacin, P, es la variable de entrada que presenta mayor variabilidad espacial; en trminos comparativos la evaporacin y la evapotranspira- cin suelen presentar valores ms uniformes, fun- damentalmente en regiones hmedas. Por lo tan- to, una alteracin en la precipitacin no se refleja del mismo modo en el caudal, Q. A partir de datos hidrolgicos es posible verificar que en los aos con valores extremos (inundaciones y sequas) la respuesta de la cuenca se amplifica con relacin a la variacin adimensional de P. Este fenmeno ocurre debido a las relaciones de proporcionalidad con que los valores de P se relacionan con los de Q (Tucci, 2002). En efecto, en los aos ms hmedos el aumento de P produce un aumento proporcionalmente mayor de Q ya que la infiltra- cin disminuye y la evapotranspiracin real suele disminuir en funcin del aumento de das de lluvia. Todo ello significa un aumento del escurrimiento, el que resulta de la conjuncin de todos estos pro- cesos. Por el contrario, en los aos secos, la re- duccin de P tiende a aumentar la evapotranspira- cin real (clima ms seco), por lo que el resultado es una disminucin proporcionalmente mayor de Q. Berbery y Barros (2002) destacan que en algu- nos casos cambios del 1% en P corresponden a cambios del 2% o ms en Q. Comportamientos como los antedichos se obser- van en las Figura 1 y Figura 2, correspondientes a registros de la cuenca del ro Quinto. Esta cuenca posee sus nacientes en las Sierras de San Luis (Argentina) y atraviesa la provincia de Crdoba en forma meandriforme. En ocasin de perodos muy hmedos sus aportes han llegado a influir en la regin Noroeste de la provincia de Buenos Aires, siendo ello el resultado de diversos factores, en- tre los cuales se destaca las acciones antrpicas. En la estacin Dique Vulpiani (provincia de San Luis), la cuenca encierra 5.000 Km2 . Para el pero- do 1971-1989 la precipitacin media areal fue de 678 mm y el escurrimiento promedio (total) anual de 43,4 [mm.ao]. En la Figura 1 se observa la relacin existente entre las variables de entrada y salida de esta cuenca. Se desprende cierto com- portamiento hidrolgico no lineal, en donde la ten- dencia lineal media puede ser interpretada como indicativa del comportamiento observado en aos medios, con discrepancias entre aos extremos. Por su parte, la Figura 2, que ilustra acerca de la variabilidad adimensional de la precipitacin (P/ Pm), el caudal (Q/Qm) y las prdidas (E/Em). La misma ejemplifica la tendencia antedicha, es de- cir, de amplificacin de la respuesta de la cuenca con relacin a la variacin adimensional de la pre- cipitacin. En sntesis, dentro de una visin a macro escala es interesante notar que la anomala de la precipi- tacin anual generalmente se amplifica en la res- puesta de la cuenca. Por lo tanto, los siguientes aspectos pueden ser considerados como tenden- cia general: existe una amplificacin natural de las anoma- las del caudal en funcin de las anomalas de precipitacin y de la evapotranspiracin real; la relacin no lineal entre P y Q depende del almacenamiento (el cual a su vez es funcin del tamao y caractersticas fisiogrficas de la cuenca), y de la evapotranspiracin, sien- do sta ms importante en regiones ridas y semiridas (Argentina posee 66% de su terri- Figura 1. Relacin adimensional entre escurrimiento y lminas precipitadas en la cuenca del ro Quinto, Argentina. Figura 2. Variabilidad adimensional de Precipitacin (P/Pm), Caudal (Q/Qm) y prdidas (E/Em) en la cuenca del ro Quinto, Argentina. Comportamiento hidrolgico y criterios del diseo de obras hdricas en sistemas climticos cambiantes: reflexiones y anlisis de casos. Juan Carlos Bertoni y Facundo Ganancias. 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 P/Pm Q/Qm 0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Aos Adimensional P/Pm Q/Qm E/Em Figura 1. Relacin adimensional entre escurrimiento y lminas precipitadas en la cuenca del ro Quinto, Argentina Figura 2. Variabilidad adimensional de Precipitacin (P/Pm), Caudal (Q/Qm) y prdidas (E/Em) en la cuenca del ro Quinto, Argentina En sntesis, dentro de una visin a macro escala es interesante notar que la anomala de la precipitacin anual generalmente se amplifica en la respuesta de la cuenca. Por lo tanto, los siguientes aspectos pueden ser considerados como tendencia general: 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 P/Pm Q/Qm 0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Aos Adimensional P/Pm Q/Qm E/Em Figura 1. Relacin adimensional entre escurrimiento y lminas precipitadas en la cuenca del ro Quinto, Argentina Figura 2. Variabilidad adimensional de Precipitacin (P/Pm), Caudal (Q/Qm) y prdidas (E/Em) en la cuenca del ro Quinto, Argentina En sntesis, dentro de una visin a macro escala es interesante notar que la anomala de la precipitacin anual generalmente se amplifica en la respuesta de la cuenca. Por lo tanto, los siguientes aspectos pueden ser considerados como tendencia general:

7. 9 torio con estas caractersticas, representando el mayor porcentaje en trminos relativos de Amrica del Sur). el coeficiente de escurrimiento anual (C = Q/P) se altera en funcin de las relaciones citadas. Estimacin Simplificada de la Variabilidad Hidrolgica Anual Por lo general, con el aumento de la precipitacin anual se observa un aumento del coeficiente de escurrimiento C a nivel anual. El impacto sobre la variabilidad hidrolgica provocado por una altera- cin en la precipitacin anual puede ser obteni- da a partir de la ecuacin del coeficiente de es- currimiento C considerada para dos situaciones: antes (1) y despus (2) de producido el cambio climtico. En este caso el coeficiente C puede ser evaluado a nivel anual o estacional. La ecuacin que relaciona el impacto climtico sobre la lluvia y la variabilidad hidrolgica, esta ltima sintetizada en la variacin del coeficiente de escurrimiento resulta (Tucci, 2002; Figura 3): donde: es la variacin del caudal producida a poste- riori de observado el cambio en la lluvia; Q es el caudal (o volumen) escurrido a nivel anual o estacional; es la variacin producida sobre la lluvia P (evaluada a nivel anual o mensual); C1 es el coeficiente de escurrimiento antes de producido el cambio en la precipitacin; C2 es el coeficiente de escurrimiento evaluado con posterioridad al cambio de la precipitacin. Las Figuras 4 y 5 ilustran acerca del comporta- miento a nivel anual de las principales variables hidrolgicas correspondientes a la cuenca del ro Grande, regin serrana de la alta cuenca del ro (1) Ctalamochita (o Tercero), en la provincia de Cr- doba, Argentina. La cuenca posee un rea de 598 Km2 . El balance hdrico incluye excesos hdricos de corta duracin y escasa magnitud (entre di- ciembre e inicio del otoo), y situaciones de dfi- cit durante el resto del ao. La Figura 4 refleja la variacin del coeficiente de escurrimiento, C, en funcin de la precipitacin media, P (ambas va- riables evaluadas a nivel anual), para el perodo 1993-2002. Los datos de caudales corresponden a la estacin Ume Pay (3213 LS; 6443 LW), la cual es operada en el contexto de la Red Hidro- lgica Nacional de la Subsecretara de Recursos Hdricos de la Nacin. En el anlisis fueron em- pleados datos correspondientes a 4 puestos plu- viomtricos (El Manzano, Pampichuela, La Puen- te y Yacanto). Deficiencias en los datos histricos impidieron realizar un anlisis sobre un perodo ms extenso. Con base en la tendencia media indicada en la Figura 4 y aplicando la ecuacin (1) fueron deduci- dos los porcentajes de variacin del caudal medio anual que se presentan en la Figura 5. Se observa la tendencia ya citada, consistente en una mayor Figura 3. Relaciones entre el coeficiente de escurrimiento y las variables climticas (Tucci, 2002). Figura 5. Variacin relativa del caudal medio anual en funcin de la variacin de la precipitacin anual. Estacin ro Grande (Crdoba, Argentina). Figura 4. Variacin del coeficiente C en funcin de la precipitacin anual. Estacin ro Grande (Crdoba, Argentina). Criterios para la determinacin de crecidas de diseo en sistemas climticos cambiantes

8. 10 variacin relativa del caudal en relacin a la varia- cin de la precipitacin. Consideraciones sobre la Evaluacin del Impacto del Cambio Climtico en la Hidrologa En la ltima dcada diversos estudios han inves- tigado los efectos del cambio climtico sobre el rgimen de caudales en diferentes regiones del mundo. La utilizacin de modelos hidrolgicos distribuidos con base fsica ha sido frecuentemen- te utilizada en este tipo de anlisis. De acuerdo a Meller et al. (2005), probablemente estos modelos ofrezcan los mejores resultados, especialmente por la posibilidad de correlacionar los parmetros del modelo con las caractersticas fsicas de la cuenca y considerar la variabilidad espacial y tem- poral de los procesos involucrados. Sin embargo, en la opinin de Le Lay y Galle (2005), su utiliza- cin frecuentemente se ve dificultada por la nece- sidad de informaciones de alta resolucin tempo- ral y espacial en una misma escala, las cuales no suelen encontrarse disponibles. Por lo general, los artculos presentados en la li- teratura especializada evalan la influencia de las modificaciones climticas sobre los caudales de una cuenca bajo estudio. De acuerdo a Meller et al. (2005), lamentablemente son muy pocos los que presentan estudios sobre cuencas semejan- tes, con regimenes hidrolgicos distintos, y ana- lizan el comportamiento comparativo frente a una misma modificacin climtica. Frecuentemente las estimaciones del cambio cli- mtico y/o la variabilidad climtica son sintetizadas en variaciones probables de la precipitacin. Un incremento del total anual precipitado puede ser significativo para grandes cuencas, ya que en s- tas dicho cambio pueden significar un aumento de la humedad del suelo y, por lo tanto, mayor chance de generacin de crecidas importantes. Ello puede resultar finalmente en un escenario de incremen- to de la amenaza por inundaciones (siendo stas de tipo ribereas). Contrariamente, tal cambio en la precipitacin anual no tendra un significado prctico sustancial en el caso de pequeas cuen- cas (como las consideradas en reas urbanas). En estas ltimas la caracterstica de precipitacin que reviste mayor inters prctico es el eventual aumento de la intensidad de lluvia, hecho que se asocia a duraciones cortas (y por lo general a reas pequeas). Eventuales modificaciones en la intensidad de lluvia, sin embargo, no tendran tras- cendencia en relacin con la severidad de las cre- cidas que se podran generar en una cuenca rural de gran tamao. Estas diferencias apuntadas en los impactos tambin se deberan reflejar en las medidas que se encararen para mitigar sus efec- tos. As, en el caso de grandes cuencas hidrogr- ficas el objetivo de la implementacin de medidas no estructurales podra centrarse, por ejemplo, en una mejora del pronstico climtico, basado en fe- nmenos globales. En la actualidad esta tarea ya se realiza para alcances de varios meses (de 3 a 6 meses). Por el contrario, en cuencas pequeas, particularmente las urbanas, el inters mayor de- bera centrarse en el pronstico del tiempo y, par- ticularmente en el pronstico de cortsimo plazo (nowcasting). En los ltimos aos autores como Collier y Krzyzystofowicz (2000) y Golding (2000), han propuesto metodologas para el pronstico del tiempo con sorprendentes alcances de hasta 2 semanas. El nowcasting se ha promocionado a partir de la mayor disponibilidad mundial de da- tos de radares meteorolgicos, tendencia que se est cristalizando tambin en varias regiones de Amrica Latina. Otros aspectos de la influencia de la escala es- pacial hidrolgica en el impacto de la variabilidad climtica se verifican en el campo de la planifica- cin y la gestin de los recursos hdricos. En estas reas existe una tendencia a la extrapolacin es- pacial de previsiones hidrolgicas que frecuente- mente deriva de la falencia de datos hidrolgicos. Cuando las extrapolaciones corresponden a cuen- cas de distintos tamaos es preciso contemplar la incertidumbre que genera el hecho de considerar escalas hidrolgicas diferentes. La variabilidad ob- servada por los procesos hidrolgicos en distintas escalas espaciales no debe ser asociada a aquella resultante del cambio y/o la variabilidad climtica. Por ejemplo, una prctica de manejo de suelo que tienda a reducir el escurrimiento superficial en una cuenca pequea, como la siembra directa, pue- de tener un efecto diferente a escalas mayores. La reduccin del escurrimiento superficial en las cuencas de cabecera (debido al aumento de la in- filtracin y del almacenamiento superficial), puede implicar un aumento del escurrimiento superficial concentrado en las cuencas de mayor tamao que se localicen aguas abajo de las anteriores (por el incremento del caudal base concentrado en los cursos de agua). La extrapolacin de caudales especficos correspondientes a diferentes escalas espaciales tambin puede dar lugar a estimacio- nes errneas, las que a veces son incorrectamen- te asociadas al cambio y/o la variabilidad climtica. En sntesis, la escala espacial hidrolgica resulta un importante elemento que debe ser considerado a la hora de establecer los posibles impactos que sobre la Hidrologa puede representar un eventual cambio climtico. Otros tpicos que revisten inters prctico en el anlisis de la relacin entre la variabilidad hidrol- gica y la variabilidad y el cambio climtico han sido identificados por Meller et al. (2005): Comportamiento hidrolgico y criterios del diseo de obras hdricas en sistemas climticos cambiantes: reflexiones y anlisis de casos. Juan Carlos Bertoni y Facundo Ganancias.

9. 11 Cul es la faja de caudales (por ejemplo, en la curva de permanencia) dentro de la cual cuencas con capacidad de almacenamien- to diferente presentan mayor sensibilidad al cambio climtico? Qu tipo de cuenca se recupera con mayor rapidez en los perodos de estiaje? Una de las funciones hidrolgicas ms emplea- das en la regionalizacin hidrolgica es la curva de permanencia de caudales. La misma relaciona los caudales con el porcentaje del tiempo durante el cual se observ un caudal igual o superior al analizado. En los perodos de sequa o estiaje el caudal de referencia de un curso de agua es re- presentado por el caudal con 95 % de probabilidad de excedencia de la curva de permanencia (Q95). Los autores citados consideraron que las cuencas que poseen gran capacidad de regulacin de cau- dales y una importante capacidad de almacena- miento en el acufero poseen mayor sensibilidad en el caudal Q95 a potenciales perturbaciones en la precipitacin. Ello es en relacin a aquellas cuencas con menor grado de regulacin. La inter- pretacin de este comportamiento est dada en el hecho de que en cuencas con gran capacidad de almacenamiento la entrada al acufero est limita- da por la precipitacin, mientras que en cuencas con pequea capacidad de regulacin la entrada de agua al acufero est limitada por las carac- tersticas de la cuenca (capacidad de infiltracin, pendiente, etc.). Analizando dos subcuencas del sector superior de la cuenca del ro Paraguay los autores confirmaron estas hiptesis, observando que la cuenca que posea mayor capacidad sub- terrnea demor ms para recuperarse luego de transcurrido un supuesto perodo de sequa. Los mismos autores indicaron que estudios llevados a cabo por Wilby y Le Lay y Galle (en 1994 y 2005 respectivamente) sobre curvas de permanencia, permitieron deducir que los caudales mximos, asociados a una probabilidad de excedencia del 10 %, Q10, mostraron mayor sensibilidad a la mo- dificacin climtica, representada en forma simpli- ficada por perturbaciones en la precipitacin. De los anlisis efectuados por distintos autores ci- tados se desprende que: Existira una tendencia de los caudales mxi- mos a ser ms sensibles a los cambios de la precipitacin en relacin a los caudales mni- mos; Aquellas cuencas con gran capacidad de regu- lacin natural, aunque poseen grandes venta- jas desde el punto de vista de la disponibilidad hdrica constante (y muchas veces abundan- te), son las ms vulnerables a los perodos de estiaje prolongados (interdecdicos); Estas ltimas cuencas deberan recibir una atencin especial por parte de los organismos de planificacin y gerenciamiento de los re- cursos hdricos, fundamentalmente en las ac- ciones de regulacin del uso del agua (abas- tecimiento humano, riego, etc.). Variabilidad Hidrolgica Provocada por Alteraciones en el Uso del Suelo Tal como citado previamente, la variabilidad hi- drolgica tambin se produce como resultado de diversas alteraciones antrpicas sobre los siste- mas hdricos. Por lo general los mayores cambios experimentados en el comportamiento de las va- riables hidrolgicas de salida (caudales, niveles, produccin de sedimentos, etc.) se deben a cam- bios en el uso del suelo. Aspectos referidos a cuencas urbanas: la im- permeabilizacin de las superficies y la reduccin de la vegetacin tienden a alterar los procesos hidrolgicos naturales de produccin y transferen- cia, provocando el aumento de los volmenes y de los caudales escurridos. Los principales parme- tros hidrolgicos para representar las condiciones de urbanizacin son: (a) el porcentaje de reas impermeables de la cuenca (entendido como la proporcin del rea superficial con la cual la pre- cipitacin ingresa directamente al sistema de dre- naje) y (b) el tiempo de concentracin, Tc. A con- tinuacin son analizados aspectos relacionados con ambos tpicos: a) alteracin del proceso de produccin superfi- cial: en el conocido algoritmo del SCS (1975) los valores del parmetro CN reflejan distintas condiciones para el escurrimiento en reas ru- rales y urbanas, distinguindose en cada una de ellas diversas situaciones posibles. Es im- portante destacar, sin embargo, que dichas re- laciones fueron establecidas para condiciones imperantes en EEUU, pudiendo no represen- tar adecuadamente situaciones tpicas de Ar- gentina. Por ejemplo, Luque (2008) demostr que las condiciones de humedad anteceden- te y los correspondientes valores tabulados de CN no se condicen con los volmenes de escurrimiento registrados en dos cuencas de la regin central de la provincia de Crdoba. En relacin con reas urbanas Bertoni (2001) desarroll una relacin entre el porcentaje de reas impermeables y la densidad poblacio- nal, til para efectos de planificacin (Figura 6). Los resultados permiten verificar que las ciudades brasileas poseen menor porcentaje de impermeabilizacin per cpita, hecho deri- vado de la mayor concentracin urbana que posee aquel pas. b) alteracin del proceso de transferencia super- ficial: importantes variaciones en Tc son cita- das en la literatura como ejemplo del efecto comprobado de diversas obras hidrulicas encaradas en reas urbanas, semiurbanas y Criterios para la determinacin de crecidas de diseo en sistemas climticos cambiantes

10. 12 rurales. En 1978, Meynink (citado por Singh, 1988) mostr que al variar Tc al doble o a la mitad de su valor, las estimaciones del cau- dal pico variaron de 0.48 veces a 1.64 veces. Singh (1988) consider que el rango de va- riacin de Tc indicado era consistente con la mayora de los estudios empricos llevados a cabo hasta ese momento. Desbordes (1989) describi que en algunas cuencas francesas, el proceso de urbanizacin produjo la divisin del lag-time por un factor de 5 a 15; sin em- bargo, la descarga especfica (caudal por uni- dad de rea) se multiplic por un factor entre 5 y 50. Aunque Tc difiere del lag-time, ambos representan las principales caractersticas temporales de la funcin de transferencia de una cuenca hdrica. Aspectos referidos a cuencas rurales: los des- montes tienden a producir disminucin de la eva- potranspiracin potencial, reduccin de la infiltra- cin y aumento de los caudales escurridos. Aoki (2002) efectu anlisis en una cuenca de 10 Has localizada sobre el rea central agrcola de Crdo- ba (Argentina), distante 20 km al sur de la ciudad capital. El autor demostr que los cambios en el coeficiente de escurrimiento superficial correspon- dientes a las situaciones de monte nativo y cultivo de soja superaron con creces el 10 %, observan- do reducciones de la infiltracin base del orden de 60 mm/h a 5 mm/h. Los cambios generalizados de cultivos en una regin (como, por ejemplo, la fuerte expansin de las superficies cultivadas con soja en la regin pampeana central de Argentina, Figura 7), pueden producir cambios que, a su vez, se relacionan con el mtodo de labranza. Aspectos referidos a obras de Infraestructura: las redes viales, ferroviarias y de canales por lo general afectan marcadamente al escurrimiento superficial, tanto aquel que se produce en forma distribuida (mantiforme) como concentrada (en cursos y canales artificiales). Los efectos tpicos se traducen en retardos, desvos y aceleraciones de los flujos del agua. Por lo general, los cana- les de drenaje son obras fuertemente requeridas por la poblacin (ya sea sta de carcter urbana o rural) en perodos hmedos. La legtima presin de la poblacin repercute en los tomadores de de- cisin, lo cual se traduce en cierta tendencia a la ejecucin sistemtica de este tipo de obras. Un anlisis ms detallado, tanto del problema de las inundaciones en reas rurales y urbanas, como de las consecuencias de las obras de canalizacin, Figura 6. Relacin entre la densidad poblacional y el % de impermeabilizacin (Bertoni, 2001). Comportamiento hidrolgico y criterios del diseo de obras hdricas en sistemas climticos cambiantes: reflexiones y anlisis de casos. Juan Carlos Bertoni y Facundo Ganancias. !" #$%&''()

11. 13 Figura 7. Superficie Sembrada con soja en la campaa 2006/07 (MAGyP, Argentina). indica que a menudo el problema de las canaliza- ciones no es abordado en toda su dimensin. Los canales ejecutados para conducir el agua exce- dente suelen provocar un desplazamiento de las inundaciones hacia aguas abajo. Este efecto es citado en diversos libros y documentos de carc- ter nacional e internacional. Un ejemplo lo constituye el documento prepara- do por el CAI-IARH (2004) referido al riesgo h- drico, inundaciones y catstrofes. Al referirse a los efectos que provocan indica: se soluciona el problema de cierta regin a costa de provocar un impacto negativo en otras, el que se caracteriza por ser de mayor intensidad que el que habitual- mente se hubiese registrado y por ocurrir en for- ma anticipada, reducindose el tiempo disponible para la adopcin de las medidas pertinentes. Ha- bitualmente al proyectarse un canal se verifican las condiciones topogrficas para su realizacin, pero rara vez son analizadas las consecuencias hidrolgicas que su realizacin implica sobre los sectores de aguas abajo. Por lo tanto, no siempre existe una visin generalizada del problema que permita discernir y cuantificar el impacto hidrol- gico de las canalizaciones. Calder (1993) cita que el drenaje de humedales es una de las actividades del hombre con importantes consecuencias sobre el ciclo del agua en una cuenca. Inicialmente las zonas de baados y lagunas naturales fueron sis- temticamente desconsideradas a nivel mundial, adjudicndoseles un valor relativamente bajo. Con el tiempo, el aprovechamiento de estas reas para el desarrollo de actividades diversas, tales como forestaciones, explotaciones agrcolas o industria- les, exigi un cierto nivel de inversiones tendiente a lograr el drenaje sistemtico de estas reas. Ms recientemente, la consideracin del valor de los humedales en relacin a su capacidad para pro- veer diversidad biolgica, pesca y otros productos de la vida silvestre, as como tambin aspectos estticos y de recreacin, ha motivado un fuerte mpetu por su conservacin y mantenimiento. Sistemas hidrolgicos de llanura: las caracte- rsticas fisiogrficas de las cuencas constituyen otro factor de comportamiento hidrolgico dife- renciado. En los sistemas hidrolgicos de llanura predominan los procesos hidrolgicos verticales (precipitacin, almacenamiento, evapotranspira- cin, infiltracin y percolacin). Estos sistemas se caracterizan por poseer sectores con divisorias de aguas superficiales difusas, en donde la ge- neracin del escurrimiento superficial se produce ms o menos lentamente, a partir de umbrales de acumulacin. Frecuentemente son denominados Sistemas Hidrolgicos No Tpicos (SHNT), a fin de diferenciarlos de aquellos tpicos (SHT), en los cuales el proceso de transformacin directa lluvia-caudal es predominante. Dada la relevan- cia del microrelieve, los SHNT se caracterizan por presentar, en trminos hidrolgicos, menor capa- cidad para absorber cambios producidos por el hombre. La cuenca inferior del ro Salado, en territorio san- tafesino, constituye un SHNT que se asemeja a un plano suavemente inclinado, con pendientes regionales variables entre 0,01% y 0,05%. En l la ejecucin de canales ha implicado un aumen- to sistemtico de la densidad de cursos capaces de drenar reas rurales y urbanas. Bertoni et al. (1998) estimaron que en las regiones centro y norte de la provincia de Santa Fe la longitud de canales artificiales constitua alrededor del 42 % de la longitud de la red de drenaje existente en dichas regiones. Este porcentaje se increment progresivamente hasta el presente. La relevancia de estas acciones deriva en que desde el punto de vista hidrolgico (dependiendo del incremento ar- tificial de la capacidad de drenaje superficial), los SHNT pueden llegar a responder como un SHT, especialmente durante la ocurrencia de eventos de humedad y pluviosidad extremas. En un estu- dio confinado al anlisis de las consecuencias del aumento sistemtico de la red de drenaje de la subcuenca del A Culul (identificada como la de mayor chance de influir sobre la ocurrencia de un pico sbito de crecida sobre la ciudad de Santa Fe), Bacchiega, Bertoni y Maza (2004) dedujeron aumentos en la magnitud de los caudales del or- den del 30% y reducciones del orden de 20% en los tiempos de llegada (12h de reduccin). Criterios para la determinacin de crecidas de diseo en sistemas climticos cambiantes !" #$%&''() *++, &'' -'*#./01%/) 3/454/!6#&''7)8% /9: ;6 % 1% 3#(% 8 #% % % ) % :+ 6 ? @8; :8;#+6@)% 5A%+6?@ %>% 8+%%+6?@ %'%'("'%'B"> $#( D?D !

33. 36 dependiendo del rea que recibe la precipitacin, la parte que se infiltra en el suelo y la parte que se evapora se puede calcular lo que realmente escu- rre superficialmente, la parte del flujo superficial que va a los cauces y finalmente el hidrograma de salida. Figura 4. Modelo Digital de Terreno de la cuenca del arroyo Boca del Ro (San Luis) Global Mapper 1.0 Figura 3. Modelo Digital de Terreno importado con Global Mapper 1.0 Un modelo digital de terreno, como el mostrado en la Figura 3 y 4 , es posible desarrollarlo con tecnologa Globe Mapper o similar, lo que permite al calculista delimitar la cuenca y las subcuencas de aporte. El MDT permite representar la red de drenaje de la cuenca de aporte, determinar los Estandarizacin del clculo de crecidas de diseo utilizando datos y modelos de libre disponibilidad en cuencas sin registro de caudales. Oscar Dlling y Patricia Oviedo. !" # $%! %& '%! ! ()!*+,- !" # $%! %& '%! ! ()!*+,- .'& &%& "%.&%&

34. 37 parmetros fsicos de la cuenca, subcuencas y tramos del arroyo como son el rea, la longitud de cauces, la curva hipsogrfica de cada cauce principal de la subcuenca y el permetro. Tambin es posible, con este tipo de herramien- tas, obtener los perfiles transversales y longitu- dinales de cada cauce principal y las curvas to- pogrficas para distintos niveles lo que permitir despus calcular la curva de rea cota volumen de los almacenamientos para distintas secciones del cauce (Figura 5). El modelo MDT de una cuenca debe ser siempre validado con una visita a campo con fotografas tomadas en la zona de estudio que coincidan con la imagen que entrega el MDT (Figura 6) Tambin se debe verificar por comparacin las curvas de nivel obtenidas del MDT con las cartas topogrficas de la Direccin Provincial de Catas- tro de la Provincia donde se localice la cuenca, es Figura 6. Validacin del MDT (fotografa de la zona de estudio y misma vista desde el MDT) Figura 5. Parmetros geomorfolgicos obtenidos con Modelo Digital de Terreno Global Mapper 1.0 posible tambin que la provincia posea cartas en proyeccin Gauss-Krger, con una equidistancia de 20 m, o es comn en algunos casos poder con- tar con un plano topogrfico elaborado en base a fotografas areas tomadas en el pasado. Es ne- cesario que los MDT sean validados, tanto con es- tas cartas como con topografa en base AutoCad realizadas a partir de relevamientos en campo con GPS para verificacin (Figura 7). Para calcular una crecida de diseo existen tanto mtodos Directos, que analizan los caudales de salida de la cuenca (anlisis de frecuencia de cau- dales, mtodos regionales y modelos de escala- miento) como Mtodos indirectos que basan el anlisis en las Tormentas de Diseo, calculadas a partir de curvas de Intensidad Duracin Frecuen- cia, impulso que luego es incorporado como varia- ble de entrada en modelos que calculan el hidro- grama de la crecida como respuesta de la cuenca como son el Mtodo Racional, los Mtodos de Criterios para la determinacin de crecidas de diseo en sistemas climticos cambiantes !! "#$$ %&'

35. 38 Figura 7. Validacin del MDT (comparacin de curvas de nivel con cartas topogrficas de terreno) Hidrograma Unitario, Modelos de propagacin de Crecidas y Modelos de Simulacin (Figura 8). En el caso de no contar con suficientes caudales observados a la salida de la cuenca, se debe se- leccionar un mtodo indirecto que utiliza valores de lluvia cada observada en distintos puntos de la cuenca o cuencas cercanas y luego lo transforma a caudal. En este caso surgirn inevitablemente varias preguntas al calculista y que deber anali- zar previo a calcular la crecida de diseo y son en- tre otras: Cmo definir las tormentas de diseo?, Figura 8. Validacin del MDT (comparacin de curvas de nivel con cartas topogrficas de terreno) Cules son sus principales caractersticas? Una tormenta de diseo puede caracterizarse a partir de las siguientes variables: Duracin, Magnitud, Intensidad, Variacin en el tiempo, Variacin en el espacio y Probabilidad de ocurrencia. Dado que la lluvia es un fenmeno aleatorio, su magnitud, dada la duracin, est asociada a una frecuencia o probabilidad, as es posible construir curvas de intensidad, duracin frecuencia IDF, sin embargo, son crticos para el diseo la Variacin espacial de la tormenta, es decir se debe incluir en el clculo en que lugar de la cuenca cay y tambin la forma Estandarizacin del clculo de crecidas de diseo utilizando datos y modelos de libre disponibilidad en cuencas sin registro de caudales. Oscar Dlling y Patricia Oviedo. !"#$ "! %!#& "' # (!)" !*+",% -./ .! 0&" &!#$1& %/0 4 5 & 4 ! 4 001 ! 4 1 4 6 /401 1%& 4 &% ( 4 !( !"#$ "! %!#& "' # (!)" !*+",% -./ .! 0&" &!#$1& %/0 &%#&$ %2, 3"2,13+ $&""'" "%&&/# """ 4 5 & 4 ! 4 001 ! 4 1 4 6 /401 1%& 4 &% ( 4 !(

36. 39 en que cay, es decir la distribucin en el tiempo, que nos indica si precipit mas al principio, al me- dio o al final de la tormenta. En este punto surgirn al calculista varios interro- gantes como ser: Cual es la duracin ms cr- tica para el diseo? Sabemos que la intensidad decrece con la duracin y que la duracin a usar en el diseo depende del clima de la zona y que la geomorfologa de la cuenca define el tiempo de concentracin, tambin otros factores que impac- tan en la respuesta de la cuenca son la altitud y el tamao de la cuenca que generan variaciones en los tipos de tormentas observadas en magnitud y distribucin temporal de la lluvia. Obtener estos datos significa realizar un exhaustivo anlisis de las tormentas observadas en la cuenca y cuen- cas vecinas, adems de un anlisis regional de tormentas necesario para validar las suposiciones de clculo. Si pudimos construir las curvas IDF que relacionan la intensidad con la duracin, dada una probabili- dad de ocurrencia, entonces podremos, a partir de estos datos, construir tormentas sintticas. Exis- ten varios mtodos para determinar la forma tpica de la tormenta (Figura 9), es decir su distribucin temporal, como son: lluvia constante o en bloque, tormenta triangular, la tormenta tipo Sifalda, las lluvias doble tringulo el mtodos de los bastones alternos, entre otros. Si bien estos mtodos son prcticos para dar una distribucin a la lluvia en aquellos casos que no se tienen datos, lo mejor es realizar una anlisis a partir del tipo de lluvia que se observa en la zona y por tanto debe apelarse a registros incluso a nivel regional. Figura 9. Mtodos para determinar la distribucin temporal de una tormenta sinttica Dado que las tormentas son de esencia aleato- rias la pregunta que nos cabe realizar ahora es Cmo asociar una probabilidad a una tormenta? Sabemos que no hay dos tormentas iguales, sus intensidades son variables y tambin presentan variacin espacial el problema entonces es Cmo relacionar la frecuencia de la tormenta de diseo con la probabilidad de la crecida? Entendiendo que el caudal tambin es una variable aleatoria. En los mtodos indirectos para poder determinar los hietogramas de diseo sintticos para distintos perodos de retorno, en el caso de no existir bue- nas bases de datos pluviomtricos de la misma cuenca, se deben analizar primero aquellos estu- dios existentes en la regin cercana que permitan caracterizar los eventos pluviomtricos mximos en el arroyo o ro a estudiar a partir de datos regio- nales de lluvia existentes. Es posible asociar las recurrencias de las crecidas mximas probables a la recurrencia de los eventos mximos probables que las originan, sin embargo esto no es un tema trivial dado que en ocasiones las probabilidades asociadas a las tormentas, no son las mismas asociadas a los volmenes de las crecidas, o a sus caudales mximas, es decir las mismas crecidas son tambin fenmenos multivariados al igual que las tormentas que las originan, cabe aqu enton- ces pensar en que los estudios mas completos de- ben incluir anlisis de probabilidades combinadas entre estas mltiples variables (volumen, caudal pico, intensidad de tormenta, magnitud, duracin, distribucin espacial y temporal, entre otras). Se pueden obtener relaciones entre las lminas de lluvia local en funcin de su recurrencia y cons- Criterios para la determinacin de crecidas de diseo en sistemas climticos cambiantes !"#$ %& ' (')* & !) +,-" & & . '' ,"/ '* #$%&*

37. 40 truir mapas de isohietas medias diarias para distintos perodos de retorno. Un mapa de isohie- tas diarias para un perodo de retorno de Tr = 10aos (Figura 10) podra indicarle al calculista, por ejemplo, que la zona en es- tudio alcanza valores de lmina acumulada diaria entre 80mm/ dia y 110 mm/dia por lo menos una vez cada 10 aos. Para validar el mapa se podran utilizar los datos de estaciones pluviomtricas, con datos de l- minas precipitadas acumuladas diarias, ubicadas en las cerca- nas a la cuenca de aporte del ro en estudio y obtener la frecuen- cia media de ocurrencia de pre- cipitaciones acumuladas diarias Figura 10. Mapa de isohietas para Tr: 10 aos Figura 11. Curva de frecuencia de lmina acumulada diaria ladera Oeste Sierra Comechingones. Figura 12. Grupos de tormentas para distintas distribuciones internas de tormentas de Huff. asociada a una magnitud determinada y a partir de este procedimiento verificar los datos regionales obtenidos. En el ejemplo de la Figura 10 las curvas de isohie- tas para Tr=10 aos muestran una notable diferencia en el comportamiento pluvial entre el lado oeste y el lado este de las Sierras de Comechingones, situacin meteorolgica con origen en la altura de las sierras que da origen a tormentas de tipo convectivo a su vez que la orientacin Norte Sur de las Sierras permite el avance de frentes de tormentas frontales del sur. Es posible obtener la precipitacin acumulada diaria vs. perodo de retorno para tormentas de distintas horas de duracin y ajustar una ecuacin de tendencia loga- rtmica como muestra la Figura 11: PP(mm/d) = A. Ln(Tr aos) + B. Finalmente para discretizar el hietograma de dise- o se debe adoptar un paso de tiempo (por ejemplo 15 minutos) y caracterizar la forma de la distribu- cin tpica zonal para tormentas de corta duracin. Tambin a partir de estudios regionales se pueden definir las horas de duracin tpicas de las tormen- tas (ejemplo 3 horas de duracin). A partir del anlisis exhaustivo de las tormentas observadas es posible realizar un anlisis de la frecuencia relativa de la posicin del pico de la tor- menta, clasificado segn su duracin, y dividiendo esta duracin por ejemplo en sextiles (un sextil es una sexta parte del tiempo de duracin total). Esto indica que un correcto diseo, para la tormenta ca- racterstica de la cuenca de un ro necesariamente debe contar con un estudio de la forma o sesgo (izquierdo, centrado, derecho) en cuanto a la po- sicin del pico en su distribucin interna de la pre- cipitacin. Este componente no es menor ya que es posible obtener picos de crecida de magnitudes Estandarizacin del clculo de crecidas de diseo utilizando datos y modelos de libre disponibilidad en cuencas sin registro de caudales. Oscar Dlling y Patricia Oviedo. ! " #"$%&'( )&'*+ ,'-&&'- &'( . )&'/0"$/&'( +)&'"$%&'( !1" Figura 12: Grupos de tormentas para distintas distribuciones inte Eduardo Varas (1985) analizando un total de 296 torm centro y sur de Chile determin curvas acumuladas de representativas de tormentas de tipo frontal. Las curva lluvia para distintas tormentas representan los interval las duraciones elegidas. El estudio concluy que la cla funcin del tiempo en que ocurre la mayor parte de la que la heterogeneidad espacial de las tormentas. En re los hietogramas sintticos de las tormentas de diseo s diarias asociadas a un perodo de retorno distribuidas s demostrase es tpica para la cuenca (Figura 13). GRUPO I 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % tiempo acumulado %lluviaacumulada PROB 10% PROB 25% PROB 50% PROB 75% PROB 90% GRUPO II 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 % tiempo acumulado %lluviaacumulada ! " " " " "! " # $ % ! & " !"#$% $&' $% ($" )* $+ ,$+#$ * *$"-.+ %% .++" $$- + $/$ +# # + +$+ #$#%012 334/#512(" %. -$# #$+' $/. *%6 $7+18

38. 41 simple a doble, de acuerdo a cual es la forma de distribucin asociada a la tormenta. La distribucin en el tiempo de la lluvia es un factor determinante de la forma, magnitud y volumen de la crecida re- sultante. Su conocimiento es esencial para estimar tormentas de diseo para proyectos de redes de aguas lluvias, sistemas de drenaje de carreteras, estudios de erosin, estimacin de arrastres y so- cavacin y otros problemas de ingeniera hidruli- ca. Varas (1985), utiliz el modelo RORB propues- to por Laurenson y Mein (1983) para cuantificar la influencia de la forma del hietograma sobre las caractersticas de la onda de crecida que genera una tormenta. El estudio consisti en calcular y comparar los hidrogramas de respuesta del modelo sometido a distintos hietogramas de tormentas de distinta distribucin temporal pero de igual magni- tud y duracin, suponiendo idnticas condiciones de infiltracin en la cuenca. Los resultados mostra- ron que el rango de los caudales mximos calcula- dos podan variar del simple al doble. Para estimar hietogramas representativos para las tormentas de diseo se han propuesto varios procedimientos para distribuir la magnitud total de la lluvia en fun- cin del tiempo (Huff, 1967; SCS - USDA, 1986 ; Varas, 1986). Huff (1967) clasific las tormentas en Illinois, dependiendo si la mayor precipitacin es observada en el primer, segundo, tercer o ltimo cuarto de la duracin total del temporal. Posterior- mente realiz un anlisis de frecuencia de todas las tormentas registradas con el fin de asociar a cada una de la curvas de distribucin acumulada una probabilidad de ocurrencia. Propuso curvas para distribuir una tormenta cuya duracin y magnitud total se conoce, en intervalos de tiempo menores, teniendo al mismo tiempo, una idea de la probabili- dad de ocurrencia de dicho hietograma. La Figura 12 muestra distribuciones internas de precipitacin tpicas elaboradas por Huff . Eduardo Varas (1985) analizando un total de 296 tormentas registradas en la zona centro y sur de Chile determin curvas acumuladas de lluvia en funcin del tiempo, representativas de tormentas de tipo frontal. Las curvas de distribucin acumu- lada de lluvia para distintas tormentas representan los intervalos ms lluviosos para cada una de las duraciones elegidas. El estudio concluy que la clasificacin de los temporales en funcin del tiem- po en que ocurre la mayor parte de la precipitacin era ms importante que la heterogeneidad espacial de las tormentas. En resumen, la distribucin inter- na de los hietogramas sintticos de las tormentas de diseo se calculan para lminas totales diarias asociadas a un perodo de retorno distribuidas se- gn una ley que debe demostrase es tpica para la cuenca (Figura 13). Existe software disponible que permite clasificar y generar tormentas sintticas, como el que desarro- Figura 13. Familias de tormentas definidas por Eduardo Varas para tormentas frontales en Chile. Criterios para la determinacin de crecidas de diseo en sistemas climticos cambiantes Figura 12: Grupos de tormentas para distintas distribuciones internas de tormentas de Huff. Eduardo Varas (1985) analizando un total de 296 tormentas registradas en la zona centro y sur de Chile determin curvas acumuladas de lluvia en funcin del tiempo, representativas de tormentas de tipo frontal. Las curvas de distribucin acumulada d lluvia para distintas tormentas representan los intervalos ms lluviosos para cada un las duraciones elegidas. El estudio concluy que la clasificacin de los temporales e funcin del tiempo en que ocurre la mayor parte de la precipitacin era ms importa que la heterogeneidad espacial de las tormentas. En resumen, la distribucin interna los hietogramas sintticos de las tormentas de diseo se calculan para lminas totale diarias asociadas a un perodo de retorno distribuidas segn una ley que debe demostrase es tpica para la cuenca (Figura 13). Figura 13: Familias de tormentas definidas por Eduardo Varas para tormentas frontales en Chile. Existe software disponible que permite clasificar y generar tormentas sintticas, com que desarrollaron O. Dlling y E. Varas (2005) que consiste en un modelo de red neuronal que interpola entre las curvas de distribucin interna de lluvias y Universa porque interpola tambin entre grupos de tormentas (figura 14, 15 y 16). GRUPO I 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % tiempo acumulado %lluviaacumulada PROB 10% PROB 25% PROB 50% PROB 75% PROB 90% GRUPO II 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % tiempo acumulado %lluviaacumulada PROB 10% PROB 25% PROB 50% PROB 75% PROB 90% GRUPO III 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % tiempo acumulado %lluviaacumulada PROB 10% PROB 25% PROB 50% PROB 75% PROB 90% GRUPO IV 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % tiempo acumulado %lluviaacumulada PROB 10% PROB 25% PROB 50% PROB 75% PROB 90%

39. 42 llaron O. Dlling y E. Varas (2005) que consiste en un modelo de red neuronal que interpola entre las curvas de distribucin interna de lluvias y Universal porque interpola tambin entre grupos de tormen- tas (figura 14, 15 y 16). El modelo puede entonces descubrir a que grupo de lluvia pertenece un determinado patrn de tor- menta en cualquier punto de una cuenca y luego generar tormentas sintticas de distintas magnitu- des y duraciones que correspondan a este grupo. Existen otros mtodos de clculo de hietogramas sintticos que permiten disear un hietograma de Figura 15. Generador de lluvias SARH2005 basado en redes neuronales artificiales. Figura 14. Clasificador de lluvias SARH2005 basado en redes neuronales artificiales para interpolar entre grupos y dentro de grupos de curvas de distribucin interna de tormentas. proyecto considerando que, por ejemplo, durante tormentas intensas en el 50% de la duracin total se acumula cerca del 80% de la precipitacin ca- da. Para la distribucin temporal de la precipitacin se debe elegir donde ubicar el mximo bastn del hietograma. Un criterio de distribucin temporal muy usado por hidrlogos es el de bastones alter- nados que es la versin discreta del denominado hietograma de Chicago lo que asegura una distri- bucin temporal muy severa desde el punto de vis- ta de la generacin de caudales pico, esta ltima aseveracin no es universal y puede ser que otro tipo de distribucin interna genere hidrogramas de respuesta mas empuntados, esto depende de la Estandarizacin del clculo de crecidas de diseo utilizando datos y modelos de libre disponibilidad en cuencas sin registro de caudales. Oscar Dlling y Patricia Oviedo. ! "# $"%" !"% " &" %# ! "# $"%" !"% " &" %# '#

40. 43 Figura 16. Interpolacin que realiza el sistema de red neuronal (ANN) SARH 2005. geomorfologa de la cuenca. La estimacin de pre- cipitaciones intensas para 1, 2 y 3 horas duracin permite elaborar una serie de ecuaciones potencia- les del tipo P= aD en la que P es la precipitacin acumulada en mm y D la duracin de la tormenta en minutos. A travs de cada una de estas ecuaciones - corres- pondiente cada una a un perodo de recurrencia determinado -se pueden calcular las precipitacio- nes acumuladas cada 15 minutos y luego siguien- do el criterio de los bastones alternados calcular en mm los hietogramas de, por ejemplo, 3 horas de duracin (Tabla 1). Sobre la base del anlisis anterior, se pueden determinar los hietogramas de diseo para eventos de 5, 10, 100, 1000 y 10000 aos de recurrencia. La validacin de un modelo de Imh (mm/h) vs Tr se puede realizar comparando las intensidades mxi- mas horarias de las lluvias de diseo obtenidas y las intensidades mximas horarias de las lluvias observadas realmente en la regin homognea. Es necesario contar con estaciones cercanas y conseguir la mayor cantidad de datos observados, mientras mayor es la longitud de los registros, mas precisos son los anlisis de frecuencia (Figura 17). Se puede realizar un anlisis de frecuencia de ocu- rrencia de intensidades mximas horarias, para to- das las tormentas observadas en el perodo de re- gistro, separando las tormentas cuando entre ellas existe, por ejemplo, 2 hs o ms sin precipitacin, se deben calcular la cantidad de picos que superan determinados valores de lmina cada en una hora, ordenar de menor a mayor Imh(mm/h) y calcular el Tr = (1/Nun tormentas/num aos). La presencia de cerros elevados obliga a incorporar un coeficiente de decaimiento por altitud de la precipitacin esti- mado a partir del mapa de isohietas de precitacin mxima acumulada diaria para el perodo de retor- no analizado. El coeficiente de decaimiento de pre- cipitacin por altitud se puede calcular como la dife- rencia de ishohietas para el Tr analizado entre valle y cima de la cuenca de aporte. Es posible que en general, las estaciones existentes se encuentren al pie de las sierras o en el valle de inundacin y por lo tanto corresponda aplicar una mayoracin de las Imh(mm/h) si queremos construir un histograma en la cuenca alta, para lo cual debemos dividir las Imh zonales promedio en el coeficiente de decaimiento por altura. Tambin es posible, depende del tamao de la cuenca, determinar el factor de abatimiento areal, para esto existen algunas frmulas empricas que dependen de la duracin del evento en horas y de la superficie de la cuenca en Km2 . Criterios para la determinacin de crecidas de diseo en sistemas climticos cambiantes !!"# $%&'(&) (*+,+ "!-.!-/#0 111'%1 (#21*( 3134(5( 1*44 +644* 1(+ 7/#8 + *9(1 0:;0*; # 4&$ $';/

44. 47 que permitan analizar si los volmenes escurridos obtenidos por generacin sinttica se correspon- den con los volmenes de agua cados, eliminando las prdidas y calcular los volmenes que se consi- deran retenidos o evaporados. (Tabla 2) Conclusiones a) Los estudios del pliego licitatorio de una obra hidrulica suelen adolecer de limitaciones tc- nicas que lo hacen no admisibles para diseo. b) Es necesario siempre un buen estudio geomor- folgico mucho mas detallado, que se puede hacer a partir de un modelo digital de terreno provistos libremente por la NASA. c) Es posible utilizar el sistema HEC-HMS 3.3 (Hydrologic Modeling System) para determinar hidrogramas de crecidas a partir de tormentas de diseo para distintos perodos de retorno (10, 100, 1000 y 10000 aos). d) Para el clculo de histogramas de diseo debe recurrirse a toda la informacin disponible y va- lidarla con estudios regionales. e) Los pasos necesarios para la estandarizacin de procedimientos de clculo deben incluir: 1- Especificacin de terminologa 2- Conceptuali- zacin y generacin de diagramas de flujo del proceso de clculo, 3- Simplificacin de mto- dos de clculos y uso de modelos de libre dis- ponibilidad y reconocidos internacionalmente, 4- Unificacin de criterios de clculo tendien- te a contribuir a la intercambiabilidad nacional e internacional de los estudios. 5- Mtodo de Figura 20. Modelo HEC-HMS (Hydrologic Engineering Center- US Army Corps of Engineers) Figura 21. Clculo de hidrograma de crecidas sintticas HEC-HMS para distintos perodos de retorno, cuenca Boca del Rio San Luis. evaluacin de errores y de soluciones en un proceso iterativo de mejora continua. f) Estandarizar permitir: homogeneizar estu- dios, ajustarse a patrones internacionales, fi- Criterios para la determinacin de crecidas de diseo en sistemas climticos cambiantes determinar a partir de un anlisis de caudales medios mensuales observado estimados). Figura 20: Modelo HEC-HMS (Hydrologic Engineering Center- US Army Corps of Engi Mdulo de precipitacin del HEC, permite seleccionar uno de los cuatro p precipitacin (tipos de hietogramas Tr10, Tr100, Tr1000 y Tr10000) de ac evento de tormenta que se est analizando, incluyendo la introduccin man datos de la lluvia de diseo. Existen muchos datos a incorporar a este tipo d finalmente, si uno puede conseguir datos de caudales observados, mucho m poder conseguirlos se concluye que la aplicacin ordenada, sistemtica y c anlisis de tormentas y posterior transformaciones de lluvia-escorrenta pue resultados confiables de hidrogramas de crecidas, con formas cercanas a la siempre que las simplificaciones incorporadas a los modelos sean hechas c adecuados (Figura 21). Crecidas de diseo Arroyo Boca del Ro 0 m3/s 100 m3/s 200 m3/s 300 m3/s 400 m3/s 500 m3/s 600 m3/s 700 m3/s 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 minutos Tr 10000 aos (659,5 m3/s) Tr 1000 aos (538 m3/s) Tr 100 aos (392 m3/s) Tr 10 aos (236,8 m3/s) Tr 5 aos (200 m3/s) Figura20:ModeloHEC-HMS(HydrologicEngineeringCenter-USArmyCorpsofEngineers) MdulodeprecipitacindelHEC,permiteseleccionarunodeloscuatropatronesde precipitacin(tiposdehietogramasTr10,Tr100,Tr1000yTr10000)deacuerdoal eventodetormentaqueseestanalizando,incluyendolaintroduccinmanualdelos datosdelalluviadediseo.Existenmuchosdatosaincorporaraestetipodemodelos, finalmente,siunopuedeconseguirdatosdecaudalesobservados,muchomejor,deno poderconseguirlosseconcluyequelaaplicacinordenada,sistemticayconcientede anlisisdetormentasyposteriortransformacionesdelluvia-escorrentapuedearrojar resultadosconfiablesdehidrogramasdecrecidas,conformascercanasalarealidad, siemprequelassimplificacionesincorporadasalosmodelosseanhechasconcriterios adecuados(Figura21). Crecidasdediseo ArroyoBocadelRo 0m3/s 100m3/s 200m3/s 300m3/s 400m3/s 500m3/s 600m3/s 700m3/s 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 minutos Tr10000aos(659,5m3/s) Tr1000aos(538m3/s) Tr100aos(392m3/s) Tr10aos(236,8m3/s) Tr5aos(200m3/s) Figura21:ClculodehidrogramadecrecidassintticasHEC-HMSparadistintos perodosderetorno,cuencaBocadelRioSanLuis.

45. 48 REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS CHOW V. et al. 1994. Hidrologa Aplicada. McGRAW HILL. 583 p. Bogot Colombia. Clark, C.O. (1945) - Storage and the Unit Hydrograph. Transactions of the American Society of Civil Engineers. COMISION FEDERAL DE ELECTRICIDAD. 1986. Manual de Diseo de Obras Civiles. Tomo I. Mxico D. F. Mxico. Dlling, O y Varas, E. (2006)Tormentas de Diseo usando redes neuronales artificiales, Ing. Hidrulica en Mxico, vol XXI, n4, pp103-113 DUQUE, R. 1978. Introduccin a la Hidrologa. Curso Nacional de Bolivia, Control de Inundaciones y Drenaje Superficial.1 Estudio 1: Pliego de Bases y condiciones LICITACIN OBRA PBLICA N /2007 DENOMINACIN: PRESA EN BOCA DEL RO SIERRAS DE LOS COMECHINGONES. Estudio 2: Informe Hidrolgico del Proyecto elaborado por la empresa Constructora San Luis SAPEM para la licitacin de la obra. CAPITULO V. Estudio 3, libro de Caamao Nelli y Clarita Mara Dasso Lluvias de Diseo. Criterios Tcnicas y Experiencias HEC-HMS (1998) Hydrology Modeling System. Hydrology Engineering Center, US Army Corps of Engineers.Davis, California. MUOZ E. 1998. Sistema de simulacin hidrolgica para el calculo de la crecida de proyecto. Convenio LHUMSS PROMIC. Serie Estudios Hidrolgicos, Publicacin n 17 p. Cochabamba Bolivia. Rapacioli, R. y M. Marizza, (1996) - Determinacin de un Modelo de Precipitaciones Intensas para la Regin del Alto Valle del Ro Negro y de Curvas Caudal Area - Frecuencia en Zona de Meseta al Norte de la Ciudad de Cipolletti - Facultad de Ingeniera, Universidad Nacional del Comahue. Neuqun. jar pautas mnimas de calidad a los estudios, contar con resultados comparables aceptados por todos (a nivel nacional e internacional), fi- jar las pautas que garanticen la mejora de los mtodos y la capacitacin continua y disear e implementar manuales de clculo confiables. Estandarizacin del clculo de crecidas de diseo utilizando datos y modelos de libre disponibilidad en cuencas sin registro de caudales. Oscar Dlling y Patricia Oviedo. Crecidas de Diseo Arroyo BOCA DEL RIO t min tr5 Tr10 Tr100 TR1000 Tr10000 Lamina Total diaria 76 mm/d 88 mm/d 131 mm/d 173 mm/d 216 mm/d 1,76 2,04 3,03 4,00 5,00 200,00 236,80 392,00 538,00 659,50 43,54 52,31 82,83 108,74 137,20 Vol. escurrido Hm3 1,42 1,71 2,72 3,59 4,54 Vol. retenido Hm3 0,34 0,33 0,31 0,41 0,46 Q base (m3/seg) 1 Volumen PP Hm3 Q max (m3/s/15min) Q media (m3/s/15min) Tromentas de Diseo de 3hs para distintos Perodos de retonro Tabla 2: Anlisis volumtrico de crecidas de diseo Es siempre til, como ltimo paso, construir tablas que permitan analizar si los volmenes escurridos obtenidos por generacin sinttica se corresponden con los volmenes de agua cados, eliminando las prdidas y calcular los volmenes que se consideran retenidos o evaporados. (Tabla 2) CONCLUSIONES Conclusiones principales: a- Los estudios del pliego licitatorio de una obra hidrulica suelen adolecer de limitaciones tcnicas que lo hacen no admisibles para diseo. b- Es necesario siempre un buen estudio geomorfolgico mucho mas detallado, que se puede hacer a partir de un modelo digital de terreno provistos libremente por la NASA. c- Es posible utilizar el sistema HEC-HMS 3.3 (Hydrologic Modeling System) para determinar hidrogramas de crecidas a partir de tormentas de diseo para distintos perodos de retorno (10, 100, 1000 y 10000 aos). d- Para el clculo de histogramas de diseo debe recurrirse a toda la informacin disponible y validarla con estudios regionales. e- Los pasos necesarios para la estandarizacin de procedimientos de clculo deben incluir: 1- Especificacin de terminologa 2- Conceptualizacin y generacin de diagramas de flujo del proceso de clculo, 3- Simplificacin de mtodos de clculos y uso de modelos de libre disponibilidad y reconocidos internacionalmente, 4- Unificacin de criterios de clculo tendiente a contribuir a la intercambiabilidad nacional e internacional de los estudios. 5- Mtodo de evaluacin de errores y de soluciones en un proceso iterativo de mejora continua. f- Estandarizar permitir: homogeneizar estudios, ajustarse a patrones internacionales, fijar pautas mnimas de calidad a los estudios, contar con resultados comparables aceptados por todos (a nivel nacional e internacional), fijar las pautas que garanticen la mejora de los mtodos y la capacitacin continua y disear e implementar manuales de clculo confiables. BIBLIOGRAFIA 1. CHOW V. ET AL. 1994. Hidrologa Aplicada. McGRAW HILL. 583 p. Bogot Colombia. Tabla 2.Anlisis volumtrico de crecidas de diseo

46. 49 Criterios para la determinacin de crecidas de diseo en sistemas climticos cambiantes Soil Conservation Service (1972) National Engineering Handbook, Section 4, U.S. Departament of Agriculture. Washington, D.C. Tmez, J.R. (1987) Clculo Hidrometeorolgico de Caudales Mximos en Pequeas Cuencas Naturales. Direccin General de Carreteras. MOPU. Madrid. US ARMY CORPS of ENGINEERING CENTER, 2000. Hydrologic Modeling System HEC-HMS. User Manual Versin 2. Trad. Del Ingles por M. Auza.186 p. Davis CA. USA. Varas, E. (1990) Modelacin de lluvias. Apuntes de Ingeniera, n38,43-60 (Chile) Varas, E. (1987) Tormentas de Diseo. Rev. Soc. Chilena Ing. Hidrulica, vol.2,n 1, 39-55. Varas, E. (1985) Influencia del hietograma de una tormenta en la crecida resultante. Anales U de Chile. Williams J.R. and Berndt H.D.. (1977) Sediment yield predictions based on watershed hydrology. Transaction of the ASAE, Michigan. Wischmeier W.H. and Smith D.D. (1978) Predicting rainfall erosion losses. USDAAgricultural Handbook N 537.

47. 51 RESUMEN La respuesta tradicional para mitigar las inundacio- nes hasta finales del Siglo XX se bas esencialmen- te en la construccin de infraestructura de protec- cin y control confiando en los niveles de proteccin establecidos en la mayor parte de los casos median- te anlisis estadsticos de variables hidrolgicas ais- ladas. En la actualidad se ha ampliado esta visin tradicional, reconociendo a su vez la importancia de otras amenazas concurrentes, de manifestacin lenta, y en consecuencia menos perceptibles, pero cuya sinergia con las inundaciones puede dar lugar Consideraciones ecohidrolgicas para la gestin integrada de las Inundaciones GAVIO NOVILLO, Marcelo Departamento de Hidrulica Facultad de Ingeniera - Universidad Nacional de La Plata. Calle 47 N 200 - La Plata - (1900) Argentina - e-mail: marcelo.g@ing.unlp.edu.ar Coordinador Regional del Programa Ecohidrologa para Amrica Latina y el Caribe, UNESCO/PHI a situaciones an ms crticas y perjudiciales a largo plazo. A fin de abordar la gestin de las inundacio- nes desde un enfoque integrado, se propone un es- quema metodolgico conceptual que es compatible con el propuesto en los nuevos marcos regulatorios vigentes a nivel global que incorpora una visin eco- hidrolgica y de largo plazo. Finalmente se presen- tan ejemplos de la aplicacin de la regulacin dual de los recursos hdricos mediante la aplicacin de los principios de la ecohidrologa. 1. Introduccin Si bien desde un punto de vista ecolgico las inun- daciones as como los terremotos, las sequas, o los huracanes son disturbios naturales que forman parte de la dinmica natural de la Tierra, para la sociedad se convierten en amenazas toda vez que afectan a un compuesto heterogneo conformado por la poblacin, los centros urbanos, las infraes- tructuras, los sistemas productivos, el patrimonio natural, los sistemas de transporte y la organiza- cin institucional, entre otros, que sufren cuantio- sos daos, en casos de manera irreparable. En particular, el riesgo de las inundaciones, en comparacin con otros riesgos, puede ser identifi- cado rpidamente, se conocen medidas de mitiga- cin probadas; y los beneficios logrados al reducir la vulnerabilidad son mayores que los costos de reparacin ambiental y social (OEA; 1991). No obstante esta ventaja relativa, las inundaciones (tanto rurales como urbanas) son un problema en aumento en todo el mundo, y su impacto y daos consecuentes son cada vez mayores como resul- tado de los estilos o modelos de desarrollo impe- rantes en la sociedad. Y si bien las inundaciones son vistas por algunos actores como eventos de naturaleza per se o castigos divinos, en reali- dad tienen lugar como resultado de la interaccin entre la dinmica asociada a los procesos natu- rales (como las crecidas o lluvias intensas) o in- ducidos (rotura de presas), y la organizacin y la estructura de la sociedad (Gavio Novillo & Saran- dn, 2001). La respuesta tradicional para mitigar las inunda- ciones hasta finales del Siglo XX se bas esen- cialmente en la construccin de infraestructura de proteccin y control (presas retardadoras de crecidas, embalses multipropsitos, defensas longitudinales), confiando en los niveles de pro- teccin establecidos en la mayor parte de los ca- sos mediante anlisis estadsticos de variables hidrolgicas aisladas. No obstante ello, han tenido lugar inundaciones extremas como resultado de las lluvias ocasionadas por huracanes en Centro- amrica, como el Mich (1998) o el Stan (2005), pese a que los eventos que les dieron origen te- Criterios para la determinacin de crecidas de diseo en sistemas climticos cambiantes

48. 52 nan bajos tiempos de recurrencia. Inclusive, cre- cidas de magnitud ordinaria producen severos da- os por no considerar el ordenamiento territorial y ambiental en el anlisis y diseo de las medidas de atenuacin (Sarandn & Gavio Novillo, 2004; Gavio Novillo, 2007; Bathurst et al, 2010). Debido a ello, en los ltimos aos se ha ampliado la visin tradicional de la gestin de las inundacio- nes, reconociendo la importancia de otras ame- nazas concurrentes, de manifestacin lenta, y en consecuencia menos perceptibles, pero cuya si- nergia con las inundaciones puede dar lugar a si- tuaciones an ms crticas y perjudiciales a largo plazo. Muchas de ellas, como la erosin, la salini- zacin, la contaminacin o la eutrofizacin, estn directamente vinculadas al deterioro ambiental, no obstante lo cual terminan afectando a los recursos hdricos, pese a que la mayora de la sociedad no reconoce a estos procesos como serias amena- zas. Por ejemplo, durante las crecidas los cursos de agua urbanos y sistemas de drenaje pluvial, generalmente entubados, conducen aguas fuer- temente contaminadas hacia los cuerpos recep- tores finales cuya degradacin ambiental es cre- ciente, lo cual es aceptado como una solucin a las inundaciones urbanas; sin comprender la verdadera dimensin del problema, lo cual tiene consecuencias en el largo plazo. Esta carencia de una visin integral de la gestin de las inundacio- nes y los recursos hdricos en general es sin duda un gran desafo para la sociedad, pero ya se han comenzado a tomar decisiones contundentes en este campo a partir del nuevo milenio, lo cual no deja de ser una oportunidad hacia el futuro. En este contexto, y a fin de apoyar el desarrollo de una visin integrada, en el presente trabajo se presentan una serie de conceptos que ayuden a los tomadores de decisin e interesados en ge- neral a incluir una visin ecosistmica y de largo plazo para la gestin de las inundaciones. Ello se complementa con un anlisis de algunas expe- riencias novedosas en materia de regulacin de la gestin de los recursos hdricos, para finalmente presentar algunos ejemplos e identificar oportuni- dades de incluir una visin ecohidrolgica e inte- grada en tanto un estilo alternativo para la gestin integrada de las inundaciones. 2. Crecidas, inundaciones y percepcin social Se define a una crecida como la presencia de ni- veles relativamente altos de agua en determina- dos lugares y circunstancias, cuyo origen pudo haberse debido un evento natural (lluvia intensa, derretimiento de nieves, mareas, otros) o a uno in- ducido por la sociedad (rotura de presas, creacin de embalses). Las inundaciones, por su parte, corresponden a un concepto relativo, mediante el cual los elevados niveles del agua como conse- cuencia de una crecida resultan una barrera para el desarrollo. (Paoli C. U., 2008). Cada sociedad percibe de manera diferente las consecuencias de la evolucin de una variable ambiental. Si se analiza la variacin de una va- riable Xi con relacin a la media y a lo largo del tiempo, seguramente tendremos fluctuaciones en su valor que en ciertas ocasiones alcanzan extre- mos. Ello representa la variable de impulso de un sistema. Pero si sumamos al anlisis la percep- cin de la sociedad frente a la fluctuacin de dicha variable, encontraremos que existen ciertas ban- das que definen umbrales por encima o debajo de los cuales se presentan daos. En consecuencia, existe una banda de toleracia y una de riesgo como combinacin de la fluctuacin de la variable y la percepcin de la sociedad (Ver Figura 1). Es importante destacar que el umbral de toleran- cia difiere en cada sociedad, e inclusive dentro de la misma, como consecuencia de las diver- sas asimetras existentes (sociales, econmicas, educativas, sanitarias). A su vez, dichos umbrales no son constantes en el tiempo y suelen volverse convergentes con el tiempo como resultado del desarrollo y la consecuente elevacin de la cali- dad de vida de la poblacin. Asumiendo que la variable ambiental es el nivel de agua de un curso de agua, podemos conside- rar que tienen lugares crecidas y estiajes gene- radores de daos o perjuicios. En particular los excesos (crecidas) dan lugar a inundaciones cuya gestin debe ser entendida como un proceso con- tinuo, de fuerte interaccin con los diversos acto- res sociales y cuya resolucin nunca ser defini- tiva, pese a que muchos tomadores de decisin intentan convencerse y convencer a otros de que ello es posible (Calvo, Gavio Novillo, Rohrman, 2009). Por otra parte, la definicin de umbrales ambiciosos de no inundabilidad (principalmente con infraestructura), se traduce en un incremento de los costos de proteccin que no siempre es po- sible pagar por parte de la sociedad. Si ello fuera posible, cabe establecer tambin claramente a los beneficiarios, a fin de distribuir equitativamente la responsabilidad del repago de las inversiones a fin de no amplificar an mas las brechas sociales y econmicas existentes. Existen diversos tipos de inundaciones de origen natural que se manifiestan en funcin del proce- so que les da origen, y tambin por otros factores condicionantes. Una rpida identificacin nos indi- ca los siguientes tipos dominantes: Consideraciones ecohidrolgicas para la gestin integrada de las Inundaciones. Marcelo Gavio Novillo.

49. 53 Figura 1. Percepcin social frente a la fluctuacin de una variable ambiental Fuente: Elaboracin propia a) Inundaciones debidos a procesos de remo- cin en masa: se producen por la ocurrencia de flujos densos en los cuales la fase slida puede llegar a superar el 30% del volumen transportado. Poseen una enorme energa y peligrosidad de corta duracin. Eventos de este tipo se suceden con frecuencia en el No- roeste argentino, en particular en la alta Cuen- ca del Ro Bermejo. Otras veces la remocin en masa o deslizamientos de laderas dan lu- gar a la formacin de presas naturales, y con- secuentemente a lagos y lagunas, que luego colapsan generando pulsos de inundacin de gran magnitud. Un claro ejemplo de ello fue el colapso de la Laguna Carri-Lauquen, formada en la cuenca del Ro Barrancas, afluente del Ro Colorado, cuya ruptura dio lugar en enero de 1915 a la crezca grande (Gavio Novillo et al, 2007) b) Inundaciones debido a procesos torrencia- les: se producen en los valles de las regiones montaosas con caudales que transportan importantes volmenes de sedimentos de fondo y en suspensin debido al tipo de rgi- men del escurrimiento. Poseen gran energa y a veces suelen trasportar detritos leosos de gran volumen resultantes de la erosin de las riberas y su incorporacin al curso de agua en cuencas con importante cobertura vegetal. Ejemplos de este tipo de inundaciones se dan a lo largo de la Cordillera de los Andes y otras reas de Argentina c). Inundaciones fluviales por desborde: se pro- ducen en todos los valles fluviales frente a la incapacidad de conduccin de los caudales mximos por el cauce principal de una cuen- ca, expandindose las aguas a la planicie de inundacin e inclusive superndola hasta alcanzar paleocauces. Si bien su energa es menor, la duracin de este tipo de inundacio- nes es muy grande y suele ocupar amplios sectores del territorio. Ejemplos de este tipo de inundaciones se dan con frecuencia en los grandes ros de la Cuenca del Plata, como el Paran y Paraguay. d) Inundaciones por falta de una red de drena- je: se producen en ambientes de llanura de baja pendiente en los cuales se manifiestan encharcamientos por carencia de una red de drenaje definida como consecuencia de la baja energa del paisaje para evacuar los excedentes. El movimiento de las masas de agua tiene lugar de manera mantiforme, con- dicionado por el escaso relieve, el nivel del agua subterrnea, el viento y la infraestructu- ra. Ejemplos de este tipo de inundaciones se dan en la zona de los Bajos Submeridionales y en el rea Pampeana entre otros, como el caso de la Cuenca del Ro Salado de la Pro- vincia de Buenos Aires. Criterios para la determinacin de crecidas de diseo en sistemas climticos cambiantes la variable y la percepcin de la sociedad (Ver Fig.1). Es importante destacar que el umbral de tolerancia difiere en cada sociedad, e inclusive dentro de la misma, como consecuencia de las diversas asimetras existentes (sociales, econmicas, educativas, sanitarias). A su vez, dichos umbrales no son constantes en el tiempo y suelen volverse convergentes con el tiempo como resultado del desarrollo y la consecuente elevacin de la calidad de vida de la poblacin. Figura 1. Percepcin social frente a la fluctuacin de una variable ambiental Fuente: Elaboracin propia Asumiendo que la variable ambiental es el nivel de agua de un curso de agua, podemos considerar que tienen lugares crecidas y estiajes generadores de daos o perjuicios. En particular los excesos (crecidas) dan lugar a inundaciones cuya gestin debe ser entendida como un proceso continuo, de fuerte interaccin con los diversos actores sociales y cuya resolucin nunca ser definitiva, pese a que muchos tomadores de decisin intentan convencerse y convencer a otros de que ello es posible (Calvo, Gavio Novillo, Rohrman, 2009). Por otra parte, la definicin de umbrales ambiciosos de no inundabilidad (principalmente con infraestructura), se traduce en un incremento de los costos de proteccin que no siempre es posible pagar por parte de la sociedad. Si ello fuera posible, cabe establecer tambin claramente a los beneficiarios, a fin de distribuir equitativamente la

50. 54 Como ejemplo de esta clasificacin aplicada al caso del Noroeste de Argentina y sobre un total de 337 eventos desde el ao 1900 hasta el ao 2000 se pudo obtener los porcentajes relativos de los mismos (BETA/ENEL, 2001). Algunos tipos de las inundaciones anteriores a su vez se ven condicionadas por otros procesos naturales como por ejemplo las mareas. La eleva- cin de los niveles de los cursos de agua en estos casos tiene lugar debido a una elevacin de los niveles de base del cuerpo receptor, condicionado a su vez por otros fenmenos como el viento (ma- reas meteorolgicas). Un ejemplo clsico de este tipo de inundaciones tiene lugar en los diversos cursos de agua que desembocan en el Ro de la Plata, sujeto a mareas tanto astronmicas como meteorolgicas (sudestadas). Las inundaciones a su vez pueden tener origen en procesos antrpicos o como una combinacin de factores naturales y antrpicos. Entre ellas pue- den identificarse las debidas al colapso de obras hidrulicas (presas, defensas, otros) o el inun- daciones por revenimiento (elevacin de la napa fretica) como consecuencia del trasvase de vol- menes de agua desde otras cuencas. Cuando tiene lugar cualquiera de estos tipos de inundaciones, su impacto recae principalmente en: la poblacin las reas urbanas la infraestructura los sistemas productivos los sistemas ambientales la dinmica econmica las instituciones. Estos impactos conllevan enormes consecuencias sociales, econmicas y ambientales directas e in- directas, que se ven agravadas por el desconoci- miento de las relaciones funcionales del rgimen de las inundaciones como por la carencia de una cultura del agua. Ello se hace evidente tanto en Figura 2. Clasificacin de inundaciones en el NOA de Argentina los procesos de toma de decisiones (que asignan inversiones dominantemente en infraestructura de proteccin), sin regular de manera acorde la ocu- pacin del territorio y los valles de inundacin. Uno de los impactos crticos durante las inundacio- nes surge de la evacuacin de las personas una vez que los sistemas de proteccin son superados por la magnitud de un evento. La relocalizacin temporaria de las personas requiere de un apoyo logstico y una capacidad de organizacin siempre subestimada, que genera innumerables conflictos entre la sociedad y los gobiernos locales; entre los diversos sectores de la sociedad; y entre los mis- mos miembros del grupo de personas relocaliza- das. La preeminencia de las costosas inversiones en infraestructura por lo general eclipsa las inver- siones para la preparacin frente a las emergen- cias, en parte porque ello implica un fuerte trabajo con las comunidades, largos plazos, el abordaje de situaciones complejas, todo ello en un contexto poltico-institucional determinado. A ttulo de ejemplo cabe citar la cantidad cercana a los 30.000 evacuados en la Ciudad de Santa Fe como consecuencia de las severas lluvias de fines de marzo de 2007 (Ver Figura 3), y la necesidad de brindarles abrigo, alimentacin, y un mnimo de seguridad. Y si bien se haban construido y acon- dicionado albergues como parte de las tareas de prevencin, durante la crisis hubo que improvisar nuevos albergues puesto que haban sido prc- ticamente destruidos y saqueados por algunos habitantes de esos sectores inundados (Calvo, Gavio Novillo, Rohrman). 3. El ciclo de gestin del riesgo de inundaciones La gestin del riesgo de las inundaciones debe ser entendida como un proceso continuo mediante el cual se logran atenuar los daos ocasionados por Consideraciones ecohidrolgicas para la gestin integrada de las Inundaciones. Marcelo Gavio No