El Uso de Modelos Matemáticos en la Simulación de Inundaciones Pluviales. Su Aplicación en el Plan Maestro de la

Ciudad de Buenos Aires

Dr. Rodolfo Daniel Aradas Director Asociado – Halcrow Group Ltd.

Modelación matemática, Inundaciones, Plan Maestro. Resumen La ciudad de Buenos Aires, con una población de más de 2.7millones de habitantes y un área de 20,000ha, constituye un claro ejemplo del conflicto que puede generarse cuando la planificación de la ciudad, y su consecuente explosión demográfica, no se realiza en forma integrada con el desarrollo de su infraestructura de desagües, derivando en un modelo que puede potenciar y agravar las consecuencias de las inundaciones. Las inundaciones originan graves consecuencias en la ciudad, causando un frecuente y extenso daño a la infraestructura urbana, una fuerte disrupción a las actividades comerciales e industriales y a los servicios de transporte, un aumento del estrés social y, en muchos eventos, una seria amenaza de vida. Uno de los conceptos que ha sido utilizado con más énfasis en los últimos 20 años en el campo de la gestión de los sistemas de desagües pluviales es la importancia de maximizar el uso integrado de los sistemas “mayor” y “menor” en el manejo del excedente hídrico que se genera como consecuencia de un evento de tormenta. El sistema menor está formado por la red de conductos de la ciudad mientras que el sistema mayor incluye los elementos de conducción y almacenamiento de agua en superficie; en una ciudad como Buenos Aires, el sistema mayor está formado principalmente por el entramado de calles que cubre las vías antiguas naturales del escurrimiento de la ciudad. Como parte del Plan Maestro llevado a cabo para la ciudad se desarrolló un modelo matemático hidrodinámico que incluyó la simulación integrada y simultánea del escurrimiento del agua en superficie y en la red de conductos pluviales. Esta herramienta permitió, para toda la ciudad, brindar una caracterización espacial de todos los parámetros descriptores del peligro de la inundación: alcance del agua, profundidad de afectación, duración del la afectación y velocidad del escurrimiento. Los resultados obtenidos con el modelo matemático permitieron comprender cabalmente el por qué de las inundaciones en la Ciudad de Buenos Aires concluyendo que la causa principal radica en la gran falta de capacidad en las obras troncales de la red de desagües pluviales (que no acompañó el crecimiento de la ciudad), producto de la ausencia de grandes inversiones en este rubro desde la construcción de los primeros entubamientos en las décadas de 1930 y 1940. Esto aportó claridad sobre este tema y permitió guiar en forma correcta el plan de inversiones futuro del Gobierno de la Ciudad.

1 Introducción Las inundaciones en áreas urbanas constituyen una de las expresiones más graves del riesgo de inundación, sintetizando el impacto de la ocurrencia de fenómenos naturales (como es el caso de las precipitaciones intensas de características convectivas) en un escenario de elevada carga antrópica, producto de las sucesivas intervenciones del hombre en la ciudad que, entre otras cosas, modificaron notablemente los rasgos del sistema natural de escurrimiento. En un contexto de perspectiva histórica, las inundaciones urbanas sintetizan las diferentes percepciones de la sociedad (y por lo tanto de la visión política de cada momento) de los conceptos de progreso y desarrollo a través de décadas, materializados sucesivamente por cambios en la red de infraestructura vial, en la conformación de la trama urbana y en la provisión de servicios de alcantarillado. Es así como a mediados del siglo pasado, el concepto de desarrollo trajo aparejado el entubamiento de los arroyos de la ciudad, la paulatina pavimentación de las calles y la realización de rellenos de tierra en la zona sur, hechos que no contribuyeron a un manejo más eficiente de los excedentes pluviales. La ciudad de Buenos Aires, con una población de más de 2.7millones de habitantes y un área de 20,000ha, constituye un claro ejemplo del conflicto que puede generarse cuando la planificación de la ciudad, y su consecuente explosión demográfica, no se realiza en forma integrada con el desarrollo de su infraestructura de desagües, derivando en un modelo que potencia y agrava las consecuencias de las inundaciones, tal como se ilustra en la Figura 1 con el ciclo de inundaciones mitigación desarrollo más inundaciones.

Figura 1: El recurrente problema de las inundaciones y el desarrollo no

sustentable En la actualidad, la percepción de progreso cambió y el concepto de manejo integrado de cuenca se impone en la mayor parte de los ejercicios de planificación, ante el convencimiento de la necesidad de garantizar que todos los recursos naturales sean aprovechados de manera sostenible. Dicho convencimiento se basa en la mayor toma de conciencia acerca de la escasez de recursos hídricos, las evidencias sobre cambio climático y el aumento de la presión sobre la oferta de agua producto de un aumento de las tasas de crecimiento de población y aumento de la urbanización. Esto redundó en la necesidad de examinar las nuevas obras de infraestructura (en particular aquellas relacionadas con el manejo del agua) teniendo en cuenta consideraciones sociales y ambientales (Serageldin, 1995). La puesta en práctica de este nuevo concepto representa también un nuevo desafío (Mitchell, 1989) que consiste en el desarrollo de un Plan Maestro, es decir: la expresión en tiempo y en espacio de un conjunto equilibrado de medidas estructurales (obras) y no estructurales (modificaciones a los códigos de edificación y ocupación del suelo, implementación de una red de medición y alerta, planes de contingencia, etc) que permitan, en materia de inundaciones,

La inundación de 1930

La expansión de la ciudad en el siglo pasado

La construcción del sistema de desagües en 1940

La inundación de 1985

Buenos Aires en 1800

mitigar el impacto que las mismas causan en la población y su entorno físico y económico. La preparación de un Plan Maestro debe sustentarse de un estudio de diagnóstico que aborde en forma clara la identificación de los distintos mecanismos que generan inundación en la ciudad, seguida de una adecuada caracterización de su impacto a través de distintos parámetros tales como: alcance del agua, profundidad de afectación, permanencia y velocidad del escurrimiento del agua en las calles. En la ciudad de Buenos Aires, la complejidad y la magnitud de las inundaciones requirió del desarrollo de un modelo matemático de simulación del escurrimiento de los excedentes pluviales, tanto los que escurren en la red de calles de la ciudad como los que son conducidos por la red de conductos existentes. El contenido de esta publicación presenta el desarrollo de un modelo matemático de simulación del sistema de conducción de excedentes pluviales y su aplicación en el marco del Plan Maestro de Ordenamiento Hídrico de la Ciudad de Buenos Aires. 2 El Sistema de Desagües Pluviales de la Ciudad de Buenos Aires El desarrollo actual de la Ciudad de Buenos Aires posee un complejo sistema de desagües pluviales y cloacales que descargan al Río de la Plata y al Riachuelo en la zona sur. Estos desagües fueron proyectados y ejecutados en dos etapas; la primera de ellas, hacia el año 1869, estuvo destinada a resolver el drenaje del casco céntrico (Radio Antigüo), mientras que la segunda etapa correspondió a las obras del radio nuevo de la ciudad que se proyectaron a comienzos del siglo pasado y se terminaron de construir en la década de 1940 por Obras Sanitarias de la Nación. En este contexto cabe señalar que el sistema de drenaje pluvial de la ciudad mantiene la división en dichas dos grandes áreas: el Radio Antigüo y el Radio Nuevo. El primero, con una extensión de 3000ha, es un sistema pluviocloacal, mientras que en el Radio Nuevo la red cloacal funciona en forma separada del sistema de conducción de excedentes pluviales. El paisaje de la ciudad de Buenos Aires se caracteriza por la presencia de una serie de vías de escurrimiento natural que la atraviesan en dirección Suroeste-Noroeste descargando en el Río de la Plata: son los arroyos Medrano, Vega y Maldonado. El área sur de la ciudad también se caracteriza por la presencia de cursos cortos y de pendiente pronunciada que descargan en el Riachuelo, como es el caso de los arroyos Cildañez, Erézcano, Ochoa y Elía. En todos los casos, dichos cursos de agua, que escurrían naturalmente a principios del siglo pasado afectando una extensa y poblada zona de la ciudad, fueron posteriormente entubados, conformado en la actualidad, junto con la red de conductos secundarios, el sistema de conducción de desagües pluviales de la ciudad (ver Figura 2). La ciudad de Buenos Aires está subdivida en 11 subcuencas que varían en extensión de 190ha a 10,000ha; el sistema de conducción de los desagües consiste en 1400km de conductos con la particularidad de contar con tres

grandes conductos de aproximadamente 15m a 20m de ancho y 3m a 4m de altura en coincidencia con los tres grandes entubamientos de los arroyos de la ciudad: Medrano, Vega y Maldonado. Las dimensiones de las secciones de estos conductos cuentan con una estructura de soporte interno compuesta de vigas y columnas (en tresbolillo) que en general constituyen una interacción significativa con el flujo del agua. La gestión del sistema de desagües de la ciudad es también compleja. En 1993, Obras Sanitarias de la Nación deja de operar el sistema de desagües de la ciudad; los conductos pluviocloacales del Radio Antigüo pasan a manos de la empresa concesionaria de la red de provisión de agua potable y alcantarillado (Aguas Argentinas S.A.), mientras que la red del Radio Nuevo es transferida a la Municipalidad de la Ciudad de Buenos Aires. Figura 2: El sistema de desagües de la ciudad de Buenos Aires. 3 El Recurrente Problema de las Inundaciones en la Ciudad El hecho más saliente, en lo que respecta a la concepción y gestión de la red de desagües de la ciudad desde mediados del siglo pasado a la actualidad, es la falta de inversiones de envergadura destinadas a la ampliación y mantenimiento del sistema que no acompañó el significativo crecimiento de la urbanización y población de la ciudad. La puesta en servicio de las obras de saneamiento en las décadas de 1930 y 1940 (destinadas a servir originalmente a 800,000habitantes) propiciaron la rápida urbanización de las zonas bajas de

Izquierda: grandes entubamientos de la ciudad. Derecha arriba: estructura interna de la sección de conducción del Ao.Maldonado. Derecha abajo: vista en 3D del paisaje natural de la ciudad previo al entubamiento de los conductos.

la ciudad con el consecuente incremento de la densidad habitacional, por ejemplo en las zonas bajas de los barrios de Belgrano, Núñez, Palermo, Villa Crespo, Lugano y las urbanizaciones próximas al Riachuelo. La impermeabilización creciente debida al mayor porcentaje de áreas edificadas y pavimentadas con la consiguiente disminución de áreas de retención e infiltración, ha incidido en el aumento del coeficiente de escorrentía, lo que se traduce en el aporte de caudales superiores a los que pueden conducir los elementos de la red de desagües sin provocar inundaciones. Es así que la ciudad presenta desde hace décadas dos escenas contrastantes que impactan seriamente en la vida cotidiana de los habitantes de la ciudad, con la una alarmante periodicidad casi anual (Figura 3). Figura 3: Buenos Aires y las inundaciones: Una ciudad y dos realidades. El origen de las inundaciones en la ciudad se corresponde con la ocurrencia intensas tormentas convectivas, principalmente en la época estival. La precipitación total anual es de 1015 mm anuales (Fuente: Estación Pluviográfica de Villa Ortúzar), con el dato saliente que el total de lluvia asociado a días lluviosos (definidos como los que tienen una lámina de precipitación de más de 20mm en 24 horas) alcanza al 50% de dicho total, dando cuenta de la periodicidad de eventos de tormenta intensos en la ciudad. Por ejemplo vale citar que dicha proporción de días lluviosos sobre el total de precipitación anual duplica los valores encontrados en una ciudad europea que también tenga aproximadamente la misma cantidad de lluvia en un año.

Las inundaciones originan graves consecuencias en la ciudad, causando un frecuente y extenso daño a la infraestructura urbana, una fuerte disrupción a las actividades comerciales e industriales y a los servicios de transporte, un aumento del estrés social y, en muchos eventos, una seria amenaza de vida. En los 16 años que van de 1985 al 2001, se registraron accidentes fatales relacionados con las inundaciones en 12 oportunidades. El Cuadro 1 sintetiza la magnitud del impacto de las inundaciones en la ciudad.

Período de recurrencia del evento de tormenta (años)

2 10 100 Población (No) 330,000 660,000 1,100,000

Area (ha) 2260 5400 7600 Viviendas (No) 125000 250000 375000 Comercios (No) 6500 14000 22000 Industrias (No) 1700 3800 6000

Cuadro 1: Impacto social y físico de las inundaciones en la Ciudad de Buenos Aires

4 Enfoques metodológicos para el desarrollo de modelos

matemáticos En términos generales un modelo puede definirse como un procedimiento organizado para el análisis de un problema, debiendo reunir características adecuadas en lo que respecta a robustez teórica y representatividad física. Históricamente, el diseño y análisis de sistemas de desagües pluviales siempre se han apoyado en la utilización de modelos matemáticos en el sentido más amplio del término dado, es decir tratando de buscar distintas aproximaciones a la representación del fenómeno físico de transformación lluvia-caudal y su posterior conducción por la red de desagües. El Cuadro 2 describe distintos enfoque metodológicos utilizados para el análisis de sistemas de desagües pluviales.

Utilización de fórmulas del tipo:

Este enfoque se basa en la utilización de la fórmula racional que permite realizar una estimación hidrológica de los caudales ingresantes al sistema de desagües en función de la magnitud del evento de tormenta y de las características de la cuenca representadas por su área y por el tiempo de concentración. Su utilización es principalmente para fines de diseño y supone que el sistema proyectado podrá conducir la totalidad del excedente estimado con la fórmula. Una de las limitaciones principales es que el cálculo del caudal se realiza sin referencia alguna a las características físicas del sistema de desagüe.

Utilización de modelos de conducción en redes de conductos del tipo:

Este enfoque metodológico reúne a los distintos modelos que permiten realizar el traslado del hidrograma resultante del evento de tormenta a través de la red de conductos que componen el sistema de desagües. Este tipo de modelos permite verificar la capacidad de conducción de la red. Ante una situación de insuficiencia, el volumen de agua que no puede ser conducido es almacenado en superficie en forma puntual en un nodo del modelo. Este tipo de enfoque permite realizar una adecuada representación del funcionamiento de un sistema pluvial siempre que el impacto de la ocurrencia de la inundación esté limitado espacialmente y no ejerza una influencia significativa en la distribución de caudales y niveles aguas arriba y/o aguas abajo del punto inundado.

Utilización de modelos de conducción en redes de conductos del tipo:

Un desarrollo adicional del enfoque anterior consiste en realizar una representación simplificada de la interacción entre la red de conductos y el sistema de conducción de excedentes en superficie (una vez ocurrida una insuficiencia en la red de conductos), sobre la base de la capacidad de conducción de los conductos y de admisión de los sumideros. En este caso la limitación seria de este enfoque es que la transmisión de agua entre la red de conductos y la red de escurrimiento en superficie se hace en forma independiente de los niveles de agua del escurrimiento.

Cuadro 2: Descripción de distintos enfoques conceptuales para el análisis de

sistemas de desagües pluviales.

Q=CiA, donde Q es caudal (por ejemplo en m3/s), i es la intensidad media de la precipitación (por ejemplo en mm/hora) en el tiempo de concentración de la cuenca A es el área de la cuenca (por ejemplo en ha)

Almacenamiento y conducción en superficie

Almacenamiento en superficie

Uno de los conceptos que ha sido utilizado con más énfasis en los últimos 20 años en el campo de la gestión de los sistemas de desagües pluviales es la importancia de maximizar el uso integrado de los sistemas “mayor” y “menor” en el manejo del excedente hídrico que se genera como consecuencia de un evento de tormenta. El sistema menor está formado por la red de conductos de la ciudad mientras que el sistema mayor incluye los elementos de conducción y almacenamiento de agua en superficie; en una ciudad como Buenos Aires, el sistema mayor está formado principalmente por el entramado de calles que cubre las vías antiguas naturales del escurrimiento de la ciudad. El análisis integrado del proceso de manejo (conducción + almacenamiento) del excedente hídrico de un evento de tormenta y de los mecanismos responsables de generar inundación, requiere disponer de una herramienta que incluya una adecuada representación conceptual de los siguientes puntos, ilustrados en la Figura 4:

• capacidad insuficiente de los elementos de admisión de agua (sumideros) (Punto 1 en Figura 4),

• falta de capacidad de la red de conductos (Punto 2 en Figura 4), • obstrucciones y transferencias de agua al nivel de la superficie del

terreno (en la red de calles) (Punto 3 en Figura 4), y • sobre elevación del nivel de agua en los cuerpos de receptores (por

ejemplo el nivel en el Río de la Plata como consecuencia de eventos de sudestada) (Punto 4 en Figura 4).

Figura 4: Representación conceptual de los mecanismos que pueden

generar inundación como consecuencia de problemas en el sistema integrado de desagües pluviales.

5 El Modelo Matemático de la Ciudad de Buenos Aires El capítulo siguiente presenta una descripción del modelo matemático de la Ciudad de Buenos Aires, desarrollado con la premisa de representar en forma conceptual los posibles mecanismos responsables de generar inundación

4

3

12

señalados en el párrafo anterior. El desarrollo de este modelo se basó en un número de conceptos, los cuales son descriptos e ilustrados a continuación. Identificación de grandes trasvases de agua en superficie El modelo matemático de la ciudad se compone de cuatro grandes sub-modelos:

• el sub-modelo de los arroyos Medrano y White, • el sub-modelo del arroyo Vega, • el sub-modelo del Radio Antigüo y del arroyo Ugarteche, y • el sub-modelo de los arroyos Maldonado y Cildañez y de los arroyos de

la zona sur con descarga al Riachuelo. El agrupamiento de distintas cuencas en un mismo sub-modelo se realizó en función de los trasvases de agua en superficie que existen para eventos de importante magnitud. Este hecho es notorio en las cuencas de los arroyos de la zona sur donde ya para eventos de 5 años de recurrencia, la capacidad de la mayor parte de la red de conductos de una cuenca se ve excedida, el agua aparece en superficie y el recorrido de la misma incide en las cuencas adyacentes. En el Radio Antigüo, para eventos extraordinarios, la capacidad de los colectores con dirección Oeste-Este es superada y el excedente en superficie puede afectar zonas de la cuenca del arroyo Ugarteche (Figura 5). El concepto subyacente a esta descripción consiste en la importancia de tener en cuenta que las vías de escurrimiento del agua en superficie pueden en muchos casos no coincidir con la traza de los conductos subterráneos. Figura 5: Trasvases entre las cuencas de la ciudad (en rojo se indican los

trasvases en la red de conductos mientras que en azul se indican los trasvases a nivel superficial)

La representación de los mecanismos de conducción y almacenamiento en superficie La correcta representación de los mecanismos de conducción y almacenamiento de agua en superficie permite determinar los niveles de agua en calle una vez que la capacidad de los conductos es insuficiente para conducir el excedente hídrico de un evento de tormenta y que los niveles piezométricos resultantes superan el nivel del terreno. Esto permite estimar profundidades de inundación y, por ende, el daño causado por el agua en correspondencia con las viviendas de la ciudad. El primer paso para la representación de estos mecanismos consiste en la identificación de las vías de escurrimiento del agua en superficie las cuales se activan principalmente cuando el volumen de agua que no puede ser conducido por un conducto emerge en superficie. Es importante notar que, en numerosas circunstancias en la ciudad, la vía de escurrimiento en superficie no coincide con la traza del conducto pluvial; la Figura 6 ilustra la ocurrencia de este fenómeno en correspondencia con el ramal pluvial de Honorio Pueyrredón de la cuenca del arroyo Maldonado. En el modelo matemático, la simulación de la conducción de agua en superficie se llevó a cabo mediante la inclusión de un canal siguiendo la traza del escurrimiento y utilizando como sección de escurrimiento las dimensiones y forma de una calle típica de la ciudad. Figura 6: Ilustración del fenómeno de conducción de agua en superficie ante

un evento de inundación. El volumen de agua conducido en superficie se acumula finalmente en las zonas bajas de la cuenca; por ejemplo en la cuenda del arroyo Maldonado este fenómeno se produce principalmente a lo largo de la calle Juan B Justo por sobre la traza del entubamiento troncal del antiguo arroyo (Figura 7). Con el fin de determinar la altura del agua en las calles en estos sectores es necesario representar en forma correcta la totalidad del almacenamiento del agua en superficie; esto se llevó a cabo en el modelo mediante la inclusión de una red de canales que representó la totalidad de las calles que potencialmente podrían ser cubiertas por el agua ante un evento de inundación.

Troncal arroyo Maldonado

Escurrimiento en calle Escurrimiento en

conducto

Figura 7: Ilustración de la representación del fenómeno de almacenamiento

de agua en superficie ante un evento de inundación. Representación de la red de conductos La decisión de qué conductos incluir en la modelación de la red de desagües se realiza frecuentemente en función de su capacidad o, en forma más simple, de su tamaño. No obstante, independientemente de la capacidad de un conducto, en el modelo matemático de la ciudad se han incluido diversos conductos que, una vez que entran en carga, inducen la aparición de un volumen de agua en superficie que impacta en el funcionamiento de otro conducto de la cuenca. La Figura 8 ilustra un conducto con descarga en la cuenca del arroyo Morón que, cuando su capacidad se ve excedida, permite el paso de un volumen de agua hacia el entubamiento del arroyo Maldonado.

Red de calles incluidas para representar el almacenamiento en calle debido en el área inundada

Area afectada por las inundaciones

Figura 8: Representación de la interacción entre dos conductos de distintas

cuencas. El funcionamiento dual de los sumideros Los sumideros son los elementos de la red de desagüe que controlan el ingreso de agua de la calle hacia la red de conductos. Algunos enfoques conceptuales de modelación representan la capacidad de ingreso a la red de desagües mediante la capacidad nominal de los sumideros (por ejemplo aproximadamente 80 a 100 litros/segundo para un tirante de agua en calle al nivel del cordón de la vereda). No obstante, cuando el interés es la predicción de niveles de afectación en calle, el intercambio de agua entre el sistema de escurrimiento de agua en superficie (calles) y la red de conductos debe ser representado teniendo en cuenta el control hidráulico que opera en un sumidero para la totalidad del rango de caudales. En el inicio de la tormenta, el caudal de ingreso por un sumidero es controlado exclusivamente por su longitud, es decir por la cantidad de rejas horizontales o verticales. Una vez que el conducto pluvial receptor de la descarga del sumidero entra en carga y, ante una situación de anegamiento en calle, el caudal de ingreso es controlado por el diámetro del conducto de conexión entre el sumidero y el pluvial.

Conducto derivador al arroyo Morón

Conducto troncal del arroyo Maldonado

Exceso en superficie que no puede ser conducido por el conducto derivador al arroyo Morón e impacta en la cuenca del arroyo Maldonado.

Figura 9: Ilustración del funcionamiento del sumidero y su control hidráulico

para distintas situaciones. La herramienta de cálculo Para el desarrollo del modelo matemático se utilizó como herramienta de cálculo el programa Infoworks CS (desarrollado por Wallingford Software), que permitió albergar la representación numérica de los distintos conceptos descriptos anteriormente. La Figura 10 ilustra la esquematización llevada a cabo para representar la interacción entre el escurrimiento de agua en superficie y el escurrimiento en la red de conductos. La esquematización se basó en los siguientes elementos principales:

• elementos de conducción y para representar el funcionamiento de la red de conductos pluviales,

• elementos de conducción para representar el escurrimiento de agua en superficie, utilizando a las calles como sección de conducción, y

• unidades de relaciones altura-caudal que representan el funcionamiento de los sumideros y el intercambio de agua entre el sistema superficial y la red de conductos.

El alcance del modelo cubrió las 30,000ha que totalizan las cuencas de los arroyos de la ciudad con 1,400km de conductos, 7,000 subcuencas y 10,000 calles (Figura 11).

Nivel de agua donde el control hidráulico es de vertedero

Nivel hidráulico donde el control hidráulico está en el conducto de conexión

Conducto de conexión

Caja del sumidero

Cordón de vereda

Pluvial

Figura 10: Esquematización del modelo matemático.

Red de conductos simulados

Red de calles simuladas

Figura 11: Alcance del modelo matemático de la Ciudad de Buenos Aires.

Sección de conducto

Sección de calle

Escurrimiento superficial

Escurrimiento en conducto

Sumidero representado por una ley H-Q

Piezométrica en calle

Piezométrica en conducto

6 Resultados y Su Aplicación en el desarrollo del Plan Maestro El modelo matemático desarrollado constituyó una herramienta clave para asistir en las distintas etapas del estudio llevado a cabo como parte del Plan Maestro de desagües pluviales de la ciudad: diagnóstico, evaluación de alternativas y el diseño de las obras propuestas. Uno de los resultados de la fase de diagnóstico fue que la mayoría de los conductos troncales entran en carga para eventos de tormenta de 2 años de recurrencia, lo cual sugiere una severa falta de capacidad en la infraestructura de desagües de la ciudad. Dado que la tapada de los conductos pluviales rara vez excede los 2metros, la entrada en carga de los conductos implica la casi inmediata aparición de agua en superficie y la consecuente inundación. Una vez que ocurre una situación de inundación generalizada, la capacidad de conducción del conducto troncal es principalmente controlada por el gradiente hidráulico del agua en superficie, lo cual avala la importancia la necesidad de representar los mecanismos de conducción y almacenamiento de agua en superficie y el funcionamiento integrado con la red de conductos. La magnitud del almacenamiento de agua en superficie (muy superior a la capacidad de almacenamiento en la red de conductos) rápidamente equilibra los niveles piezométricos imponiendo un límite superior en el valor de los caudales erogados por los conductos troncales. Los enfoques de modelación más tradicionales, que no incluyen una representación tan detallada y explícita del almacenamiento de agua en superficie, pueden conducir a una severa sobreestimación del pico y una subestimación del tiempo de recesión del hidrograma resultante en un conducto, lo cual tiene un impacto directo en el diseño de obras de alivio (Figura 12) Figura 12: Ilustración conceptual de las diferencias en el hidrograma a la

salida de un conducto pluvial que surge de la aplicación de distintos enfoques de modelación.

Caudal

Tiempo

Modelo integrado red de conductos y escurrimiento en superficie

Modelos hidrológicos sin la inclusión detallada del almacenamiento en superficie

Asimismo, el modelo permite la identificación de puntos críticos en un conducto troncal, es decir aquellos puntos que controlan la primera aparición de agua en superficie. Una de las salidas más importantes del modelo es la envolvente de niveles piezométricos que permite, no sólo ubicar dichos puntos críticos, sino también tener una rápida apreciación de los problemas de inundación, hecho que ocurre cuando dicha envolvente supera los niveles del terreno. La Figura 13 ilustra la envolvente de niveles piezométricos a lo largo del conducto troncal del arroyo Maldonado para un evento de tormenta de 2 años de recurrencia. Figura 13: Envolvente de niveles piezométricos a lo largo del conducto

troncal del arroyo Maldonado para un evento de 2 años de recurrencia.

Finalmente el modelo permitió conducir un análisis integral del riesgo de inundación en la situación base, a través de la evaluación de ciertos parámetros claves que caracterizan el impacto de las inundaciones:

• el alcance de la inundación y la profundidad de afectación en calle (Figura 14), que permite estimar el daño causado en la infraestructura de la ciudad,

• la velocidad del escurrimiento del agua en calle y el producto de la velocidad por el tirante de agua (Figura 15), que permiten estimar el peligro para el deslizamiento de vehículos y personas y, en última instancia, inferir la amenaza de accidentes fatales ante una inundación.

• la permanencia del agua en superficie que permite estimar el tiempo de interrupción de las actividades y servicios de la ciudad, y el costo económico asociado a la disrupción que esto causa en la población.

Punto crítico de entrada en carga

Conducto aliviador al

arroyo Cildañez

Punto crítico de entrada en carga

Perfil del terreno

La utilización de los resultados del modelo matemático en un Sistema de Información Geográfica permitió cruzar las estimaciones de profundidad de afectación, obtenidos de las simulaciones, con la base de datos catastral de la ciudad que alberga información sobre las más de 300,000 parcelas de la ciudad. Esta aplicación permitió vincular los resultados del modelo matemático con cada una de las parcelas individualmente, dejando las puertas abiertas para el uso futuro de esta herramienta integrada (modelo-catastro) para la estimación del riesgo de inundación a nivel parcelario, su vinculación con cuestiones de valuación y uso de la tierra y la implementación de un sistema de alerta y emergencia. Figura 14: Arriba. Extensión de la inundación para un evento de tormenta de

10 años de recurrencia. Abajo. Distribución espacial del producto de la velocidad por la

profundidad de agua en superficie.

Figura 15: Salida del modelo matemático y del Sistema de Información

Geográfica ilustrando la afectación por inundación a nivel de parcela. La distinta coloración indica en cada punto (parcela) el período de retorno a partir del cual comienza a afectarse una propiedad.

7 Conclusiones

• Buenos Aires se ve afectada en forma periódica por causa de las inundaciones generando no sólo daño físico al interior de las viviendas sino también un importante estrés social y económico en casi un tercio de la población de la ciudad.

• La complejidad y magnitud del problema de las inundaciones en la

ciudad, asociado a la necesidad de realizar grandes obras de infraestructura (postergadas por décadas) que sean sustentables desde el punto de vista técnico y ambiental, sugirió la importancia de llevar a cabo un estudio integral de riesgos bien sustentado por el uso de herramientas analíticas de simulación matemática que permitiesen realizar un estudio de diagnóstico preciso y una posterior evaluación sistemática de las alternativas de obra propuestas.

• Como parte del Plan Maestro llevado a cabo para la ciudad se desarrolló

un modelo matemático hidrodinámica que incluyó la simulación integrada y simultánea del escurrimiento del agua en superficie y en la red de conductos pluviales. Esta herramienta permitió, para toda la ciudad, brindar una caracterización espacial de todos los parámetros

descriptores del peligro de la inundación: alcance del agua, profundidad de afectación, duración del la afectación y velocidad del escurrimiento.

• Asimismo, el desarrollo del modelo permitió formalizar una serie de

conceptos prácticos para su construcción, que permitirán guiar los emprendimientos futuros con relación al uso de modelos matemáticos dentro de un contexto de planificación de cuencas.

• La experiencia y los resultados obtenidos durante la ejecución del

modelo matemático permitieron probar que, manteniendo un equilibrio adecuado entre el nivel de detalle en la esquematización del modelo y el tipo de decisiones a tomar en cada etapa del proyecto (diagnóstico, evaluación de alternativas y proyecto), una herramienta de este tipo puede brindar un soporte invalorable para la identificación de áreas problemáticas, el establecimiento de prioridades y la evaluación de medidas alternativas.

• En particular, este modelo permitió proyectar medidas de alivio contra

las inundaciones sobre la base de criterios de tolerabilidad y admisibilidad de agua en calle para un evento de 10 años de recurrencia. Esto pudo hacerse por tener una herramienta capaz de predecir la profundidad, la velocidad y la duración de la afectación en calle, lo cual fue utilizado para estimar el impacto del agua en las personas y en la infraestructura de la ciudad y, de allí, derivar los criterios de tolerabilidad utilizados.

• Por último, los resultados obtenidos con el modelo matemático

permitieron comprender cabalmente el por qué de las inundaciones en la Ciudad de Buenos Aires concluyendo que la causa principal radica en la gran falta de capacidad en las obras troncales de la red de desagües pluviales (que no acompañó el crecimiento de la ciudad), producto de la ausencia de grandes inversiones en este rubro desde la construcción de los primeros entubamientos en las décadas de 1930 y 1940. Esto aportó claridad sobre este tema, permitió guiar en forma correcta el plan de inversiones futuro del Gobierno de la Ciudad y derrumbar algunos mitos arraigados en la sociedad acerca de la sobreestimada importancia otorgada a, por ejemplo: el efecto de la acumulación de basura en los sumideros y el efecto de la sudestada que, si bien importante en las zonas aledañas al río de la Plata, este fenómeno no es causa determinante de las inundaciones generalizadas en los barrios del interior la ciudad.

Referencias Halcrow, Harza, Iatasa y Latinoconsult (2005). Plan de Ordenamiento Hídrico de la Ciudad de Buenos Aires y Proyecto Ejecutivo de la Cuenca del Arroyo Maldonado. Informes Técnicos Varios. Serageldin, Ismael (1995). Making Development Sustainable. In: Making Development Sustainable, Serageldin and Steer (eds.). Environmentally Sustainable Development Series Titles. Ocassional paper Series No. 2, World Bank. Agradecimientos Si bien los estudios, conceptos y resultados vertidos en este trabajo fueron desarrollados a lo largo de numerosas reuniones y jornadas de trabajo compartidas con el numeroso equipo de trabajo que elaboró el Plan de Ordenamiento Hídrico de la Ciudad de Buenos Aires, proyecto financiado por el Banco Mundial y ejecutado por el consorcio de empresas Halcrow, Harza, Iatasa y Latinoconsult, las apreciaciones y conclusiones del estudio son opinión y responsabilidad exclusiva del autor. Finalmente quiero expresar mi mayor agradecimiento a todos los que han colaborado conmigo a lo largo del desarrollo de mi actividad en el proyecto.