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Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas 5-1 Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas Reseña Las crecidas repentinas representan retos en cuanto a pronóstico y detección porque no siempre son causadas simplemente por fenómenos meteorológicos. Las crecidas repentinas ocurren cuando se conjugan ciertas condiciones meteorológicas e hidrológicas. Aunque las lluvias fuertes generalmente son uno de los factores, lluvias en una dada cantidad y duración podrían o no resultar en una crecida repentina, dependiendo de las características hidrológicas de la cuenca hidrográfica en donde esté ocurriendo la lluvia. Según se indicó en el Capítulo 2, estas variables incluyen: 4 Magnitud, eficiencia y dirección de la escorrentía 4 Condiciones antecedentes de la cuenca y del caudal 4 Tamaño de la cuenca de drenaje 4 Intensidad de la precipitación 4 Duración de la precipitación 4 Ubicación, movimiento y evolución de la tormenta con respecto a la cuenca 4 Tipo de suelo, profundidad del suelo y condiciones antecedentes de humedad del suelo 4 Cantidad y tipo de vegetación cubriendo el suelo 4 Características del uso de suelo incluyendo urbanización y deforestación 4 Topografía general y pendiente de la tierra 4 Época del año (estación) Aunque las crecidas repentinas pueden ser causadas o potenciadas por muchos diferentes factores, los eventos inducidos por lluvia tienen algunas cosas en común. Estas son: 4 Tormentas convectivas, por las cuales pueden caer con rapidez grandes cantidades de lluvia 4 Cantidades anómalas de humedad, a menudo a través de una capa profunda de la atmósfera Capítulo 5

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Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas 5-1

Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

ReseñaLas crecidas repentinas representan retos en cuanto a pronóstico y detección porque no siempre son causadas simplemente por fenómenos meteorológicos. Las crecidas repentinas ocurren cuando se conjugan ciertas condiciones meteorológicas e hidrológicas. Aunque las lluvias fuertes generalmente son uno de los factores, lluvias en una dada cantidad y duración podrían o no resultar en una crecida repentina, dependiendo de las características hidrológicas de la cuenca hidrográfica en donde esté ocurriendo la lluvia. Según se indicó en el Capítulo 2, estas variables incluyen:

4 Magnitud, eficiencia y dirección de la escorrentía

4Condiciones antecedentes de la cuenca y del caudal

4Tamaño de la cuenca de drenaje

4Intensidad de la precipitación

4Duración de la precipitación

4Ubicación, movimiento y evolución de la tormenta con respecto a la cuenca

4Tipo de suelo, profundidad del suelo y condiciones antecedentes de humedad del suelo

4Cantidad y tipo de vegetación cubriendo el suelo

4Características del uso de suelo incluyendo urbanización y deforestación

4Topografía general y pendiente de la tierra

4Época del año (estación)

Aunque las crecidas repentinas pueden ser causadas o potenciadas por muchos diferentes factores, los eventos inducidos por lluvia tienen algunas cosas en común. Estas son:

4 Tormentas convectivas, por las cuales pueden caer con rapidez grandes cantidades de lluvia

4Cantidades anómalas de humedad, a menudo a través de una capa profunda de la atmósfera

Capítulo 5

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Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

5-2 Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas

4Flujo húmedo de bajo nivel que rápidamente reabastece la humedad que alimenta la tormenta

4Condiciones de flujo atmosférico que hacen que las células de tormenta maduren o se muevan en secuencia a lo largo de la misma región en general

Las crecidas repentinas también pueden ser detonadas por fenómenos diferentes a una precipitación intensa. Otras causas incluyen fallas en diques y represas, deshielo rápido, barreras de hielo y lluvia sobre cuencas hidrográficas recientemente quemadas o deforestadas. La literatura contiene muchos ejemplos de procedimientos para la alerta exitosa de fallas en represas y diques (ver capítulo de referencias). Los procedimientos para lidiar con cuencas hidrográficas deforestadas también han sido documentados ampliamente, especialmente en el sur de California, y no serán tratados aquí. Las barreras de hielo, las barreras de escombros y los eventos de rápido derretimiento de la nieve, a menos que ocurran en sitios conocidos (preferidos), no se prestan mucho para desarrollar a priori sistemas de alerta específicos para sitios. Aunque no es imposible, actualmente no es posible cubrir toda un área de pronóstico con suficientes sensores como para detectar estos eventos de ocurrencia aleatoria. Este capítulo se centrará en sistemas que pronostiquen crecidas repentinas causadas por eventos de precipitación.

Una vez que cuenta con los datos provenientes de subsistemas de observación (ver Capítulo 3), ¿cómo determina la agencia responsable cuándo emitir una alerta? Las herramientas disponibles para analizar los datos varían desde sistemas manuales muy básicos hasta sistemas de cómputo totalmente automatizados. Los sistemas manuales podrían consistir de tablas, gráficos y cuadros derivados de índices promedio de inundación y lluvia. Los sistemas de cómputo pueden incluir la gestión sofisticada de datos, modelos, pronósticos y la diseminación automatizada de alertas. Los componentes individuales, desde los más básicos hasta los más complejos, pueden ser combinados para responder a las necesidades y restricciones de un sistema de alerta de crecidas en particular y muchos componentes pueden ser modificados para mejorar la eficiencia, fiabilidad y el plazo de anticipación provisto por el sistema. Algunos de estos componentes incluyen:

4 Control de calidad de los datos de entrada

4Despliegue de datos de entrada de precipitación observada, en formato tabular o de mapa

4Despliegue de datos de nivel de agua observados, en formato tabular o gráfico

4Despliegue de datos de sensores meteorológicos (por ejemplo temperatura, viento), en formato tabular o gráfico

4Alarmas visuales o audibles basadas en la intensidad de la lluvia, altura o tasa de elevación en un sensor de nivel de agua, umbral de velocidad del viento, etc.

4Modelos hidrológicos que utilizan las condiciones meteorológicas pronosticadas u observadas en tiempo real como insumo, incluyendo lluvia observada y/o pronosticada, y/o información de caudal

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Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas 5-3

4Registros de textos y gráficos de eventos pasados en sitios específicos de aforo

4Un enlace electrónico entre la oficina de manejo de emergencias y la oficina de pronostico más cercana para intercambiar información sobre pronósticos, alertas y condiciones actuales

4Productos satelitales y de radar

4Observadores meteorológicos y del caudal

La Figura 1.3 (Capítulo 1) muestra que los pronósticos son específicos a peligros, de manera que la elaboración de un SAT de crecidas repentinas integral puede considerarse una adición a la capacidad de pronóstico de crecidas repentinas dentro de un SAT multi-peligro existente. Este capítulo se centra en el proceso de detección y predicción de crecidas repentinas por medio de dos subsistemas distintos. El primero, a menudo llamado un Sistema Local de Alerta de Inundaciones (SLAI), consiste de pluviómetros hidrometoeorológicos manuales y/o automatizados además de algún método para recopilar y procesar sus lecturas en un sitio central. La segunda metodología utiliza la Guía de Crecidas Repentinas (Flash Flood Guidance, FFG). Usado por el Servicio Meteorológico Nacional de los Estados Unidos y varios otros países del mundo, este proceso compara la relación entre la lluvia y la escorrentía para determinar la amenaza de una crecida repentina, dada la humedad del suelo y el grado de saturación. Recientes desarrollos han llevado a una FFG que también puede representar las influencias del terreno local, el uso de las tierras, las condiciones del suelo y otros factores. Aunque existen varios otros enfoques, el SLAI y la FFG son dos subsistemas robustos, sofisticados y bien probados para el pronóstico de crecidas repentinas causadas por eventos de precipitación. El capítulo también presentará información sobre un sistema ampliado de FFG Global (Global FFG System, GFFGS).

Incertidumbre en la generación de pronósticos de crecidas repentinasEl principal objetivo de un sistema de pronóstico de crecidas repentinas es generar alertas con suficiente anticipación y exactitud para que los usuarios y encargados de emergencias tomen las medidas apropiadas para mitigar la pérdida de vidas, de propiedades y de comercio. Si la única base para generar alertas son los datos hidrometeorológicos, entonces los tiempos de anticipación podrían ser tan cortos que el pronóstico sería de poco valor para los usuarios (no olvidemos que se requiere tiempo para divulgar las alertas a los usuarios – ver Capítulo 6). Al unir los pronósticos meteorológicos (provenientes de modelos de predicción meteorológica globales y regionales) con modelos hidrológicos, los pronósticos de crecidas repentinas pueden ser extendidos varias horas hacia el futuro en forma de avisos en vez de alertas, según se discute en el Capítulo 6. Esta combinación de modelos de predicción extiende el período de anticipación para los usuarios pero también aumenta bastante más la incertidumbre en el pronóstico. Esto se debe a que la escasez de datos observados y los errores potenciales en datos, las parametrizaciones (aproximaciones) de modelos hidrológicos/de crecidas repentinas de procesos físicos y los mecanismos de los modelos (limitaciones en resolución espacial y temporal, etc.) todos contribuyen a errores (es decir, a incertidumbre) en la exactitud de los pronósticos.

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Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

5-4 Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas

Según se indicó anteriormente, las crecidas repentinas son fenómenos hidrometeorológicos. Debido a la importancia de los pronósticos y datos meteorológicos para producir pronósticos de crecidas repentinas, es muy importante que exista colaboración estrecha entre los Servicios Meteorológicos e Hidrológicos Nacionales. Ya sea que se utilice un enfoque de SLAI o de FFG, la integración de conocimientos y datos meteorológicos con datos, modelos y conocimientos hidrológicos llevará a aprovechar al máximo el período de anticipación y a reducir al mínimo la incertidumbre en las alertas y los pronósticos generados.

¿Qué contiene este capítulo?Este capítulo hace un repaso general de varios subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas actualmente en uso en todo el mundo. Debe ser leído por personas que requieran un entendimiento básico de las varias opciones disponibles para desarrollar un nuevo subsistema de pronóstico de crecidas repentinas como parte de un sistema de alerta temprana para todo peligro o como un programa independiente. El capítulo contiene secciones sobre:

4 Los Subsistemas Locales de Alertas de Inundaciones, incluyendo sistemas manuales, automatizados (ALERT, IFLOWS) y de alarma

4El Subsistema de la Guía de Crecidas Repentinas (FFG) y el método para determinar la FFG

4El Programa de Monitorización de Crecidas Repentinas (FFMP) usado por el USNWS

4La Determinación Potencial de Crecidas Repentinas a través del Índice de Potencial de Crecidas Repentinas (Flash Flood Potential Index, FFPI)

4La Guía Global de Crecidas Repentinas (Global Flash Flood Guidance, GFFG) desarrollado por el US Hydrologic Research Center

4Breves Ejemplos de Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas, incluyendo un sistema manual en las Filipinas, sistemas ALERT en los Estados Unidos, un sistema en Polonia, el subsistema de la Guía de Crecidas Repentinas para Centro América (Central American Flash Flood Guidance, CAFFG) y el Sistema Global de Alerta de Inundaciones (Global Flood Alert System, GFAS) desarrollado en Japón. Otros ejemplos más amplios, que muestran subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas empotrados en SAT integrales, se presentan en el Capítulo 8.

Subsistemas locales de alertas de inundaciones (SLAI)Los SLAI pueden ser divididos en dos categorías básicas dependiendo de cómo se recogen los datos de pluviómetros, ya sea de forma manual (SLAI Manual) o automática (SLAIA). En ambos casos la meta es la misma: detectar los eventos de precipitación que excedan los umbrales con suficiente anticipación y con preparación previa para reducir al mínimo los efectos de la crecida repentina resultante. Es bastante complicado determinar el tipo más eficaz de SLAI para una comunidad. El tipo de sistema usado dependerá de qué tan familiarizados estén y qué tan

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Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas 5-5

cómodos se sientan los funcionarios de la comunidad con las opciones tecnológicas. Quizás su confianza en las presentaciones hechas por proveedores o en recomendaciones de comunidades vecinas que cuentan con un SLAI exitoso sea suficiente información para escoger un sistema. Muy a menudo, sin embargo, las comunidades no saben que tienen opciones.

SLAI manualesMuchos de los SLAI en funcionamiento hoy día son sistemas manuales de autoayuda (instalados, mantenidos y utilizados por un grupo local) poco costosos y simples de operar. El sistema manual de autoayuda consiste en un sistema local de recopilación de datos, un coordinador comunitario de inundaciones, un procedimiento de pronóstico de inundaciones fácil de usar, una red de comunicaciones para distribuir alertas y un plan de respuesta.

El método más sencillo y menos costoso para recolectar datos es reclutar a observadores voluntarios para que recaben datos de lluvia y nivel de ríos/arroyos. Pluviómetros plásticos baratos pueden ser suministrados a los observadores voluntarios, quienes reportan las cantidades de lluvia a un coordinador comunitario de inundaciones vía teléfono fijo, teléfono celular, radio, internet u otro canal de comunicación. El coordinador de inundaciones mantiene la red o las redes de voluntarios.

Pluviómetros automatizados más sofisticados podrían ser necesarios en áreas remotas o en otros casos donde no se cuente con suficientes observadores fiables. Las estaciones de aforo también varían en sofisticación, desde limnímetros hasta sistemas de Recolección Remota Automática Limitada (Limited Automatic Remote Collection, LARC), radios, etc.

Un centro de SMHN ocasionalmente puede dar un procedimiento de pronóstico simple y fácil de usar a un coordinador de inundaciones del SLAI. Este procedimiento normalmente consiste de tablas, gráficos o cuadros que utilizan lluvias observadas y/o pronosticadas y un índice de potencial de inundación para estimar un pronóstico de inundación. Estos índices de potencial de inundación (conocidos como Guía de Advertencia de Cabeceras) son determinados por el SMHN y son provistos a los coordinadores. Los pronósticos de inundaciones varían, desde un pronóstico categórico sencillo de inundación o no inundación hasta esquemas de pronóstico que producen un valor numérico de cresta. Los pronósticos también podrían incluir el tiempo restante antes de que se alcance la altura de inundación o la hora a la cual se alcanzará la cresta.

Aunque los reportes de pluviómetros manuales son menos propensos a errores, también son menos capaces de proveer una alta resolución temporal en situaciones de lluvias de gran intensidad. Típicamente es más sencillo obtener la información de intensidad de lluvia o de acumulación de corta duración de pluviómetros automatizados.

SLAI automatizadosEn las últimas dos décadas, el gran crecimiento en tecnología y la reducción en el costo de los sistemas de microcomputadoras han resultado en la elaboración de sistemas automatizados de alerta de inundaciones. Tres de los SLAI automatizados más sobresalientes son los sistemas de alarma de crecidas repentinas, los ALERT y los IFLOWS.

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Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

5-6 Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas

Un SLAI automatizado está compuesto por sensores que reportan las condiciones ambientales a una computadora en la estación base utilizando un protocolo de comunicación con plataforma de observación y un segundo protocolo de comunicación para enviar información entre la estación base y algún otro sistema de cómputo.

Un SLAI automatizado tiene ya sea una configuración independiente o una configuración en red y puede consistir del siguiente equipo:

4 Pluviómetros y estaciones de aforo de reporte automático

4Sistema de comunicación

4Equipo automatizado de recolección y procesamiento de datos

4Microprocesador

4Software de pronóstico y análisis.

Según se discutió en el Capítulo 3, los pluviómetros automáticos reportan datos de lluvia a intervalos de tiempo regulares, cuando se exceden ciertos criterios o cada vez que se vuelca una cubeta de oscilación. Estos dos últimos casos son conocidos como muestreo de lluvia tipo evento. De manera similar, para el nivel de río, un limnímetro puede reportar a intervalos regulares o cada vez que se mide un cambio de nivel en un cierto incremento preseleccionado.

Los SLAI automatizados han sido diseñados, desarrollados e implantados por los SMHN y otras agencias gubernamentales, incluyendo gobiernos estatales y locales, y por proveedores privados; y varían en cuanto a diseño, capacidad y operación. La comunidad deberá evaluar sus necesidades para determinar el nivel de sofisticación (y los costos asociados de adquisición y mantenimiento del sistema) requerido. La operación de un sistema automatizado puede variar desde un simple manómetro de alarma de crecidas repentinas que anuncia de manera audible una inundación inminente hasta un análisis computarizado continuo de precipitación y caudal observados acoplado a un modelo hidrológico para pronosticar niveles de inundación.

Sistema de alarma de crecidas repentinasUn sistema de alarma de crecidas repentinas consiste de uno o varios sensores de nivel de agua conectados a un dispositivo de alarma audible y/o visible ubicado en una agencia de la comunidad, operando las 24 horas. Los niveles de agua que excedan uno o más niveles predeterminados detonan la alarma. Si el sistema está configurado para detectar dos niveles predeterminados, se puede determinar el ritmo de ascenso. El sensor de nivel de agua se fija a un nivel de agua crítico predeterminado y se ubica a una distancia suficiente aguas arriba de una comunidad como para brindar un tiempo de anticipación adecuado para emitir una alerta. Los pluviómetros también pueden ser ubicados aguas arriba de una comunidad; cada pluviómetro está prefijado con alarmas que suenan cuando se excede una cantidad de lluvia predeterminada que causa inundaciones. Si la amenaza de una crecida repentina está relacionada con la urbanización, como es frecuente, los pluviómetros deberían estar ubicados tanto dentro del área propensa a inundaciones así como aguas arriba. Muchas crecidas repentinas urbanas son creadas por precipitación que cae dentro del entorno urbano. La comunicación entre el o los sensores y la estación base puede ser vía radio o teléfono.

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Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas 5-7

Evaluación local automatizada en tiempo real (Automated Local Evaluation in Real Time, ALERT)El sistema ALERT fue primeramente desarrollado en la década de 1970 por el Centro de Pronósticos Fluviales de California-Nevada en Sacramento, California (Departamento de Comercio de los Estados Unidos. 1997a) y consiste de sensores meteorológicos e hidrológicos automatizados de reporte de eventos, equipo de comunicación así como software y hardware de cómputo. En su forma más sencilla, los sensores de ALERT transmiten señales codificadas, generalmente a través de radios de frecuencia muy alta (VHF) y de frecuencia ultra alta (UHF), a una estación base, a menudo por medio de uno o más sitios de relevo o de repetidoras de radio. La estación base, que consiste en equipo receptor de radio y un microprocesador que corre software ALERT, recopila estas señales codificadas y las procesa convirtiéndolas en información hidrometeorológica significativa. La información procesada puede ser mostrada en una pantalla de computadora según varios criterios preestablecidos, con alarmas tanto visuales como audibles que se activan al alcanzar estos criterios. Algunos sistemas tienen la capacidad de notificar automáticamente a individuos o iniciar otras acciones programadas cuando se exceden los criterios preestablecidos. También, los datos observados pueden alimentar un modelo de lluvia-escorrentía para producir pronósticos. El grupo de Usuarios de ALERT es una excelente fuente de aprendizaje sobre la tecnología ALERT (http://www.alertsystems.org).

Las redes de ALERT generalmente son sistemas independientes financiados y respaldados localmente. Muchos sistemas ALERT son propiedad de o son mantenidos por más de una organización participante, donde cada participante posee o mantiene una pequeña porción de todo el sistema. Estos sistemas son relativamente costo-eficientes. Un nuevo sitio de sensores puede ser instalado por unos pocos miles de dólares estadounidenses. Los únicos costos recurrentes son para el mantenimiento del sitio y de los sensores (ignorado con mucha frecuencia). El Apéndice C ofrece un panorama integral de ALERT, incluyendo sus fortalezas y debilidades.

Sistema integrado de observación y alerta de inundaciones (Integrated Flood Observing and Warning System, IFLOWS)Según han señalado Gayl (1999) y el U.S. Weather Service Hydrology Handbook No. 2 (1997b), el NWS de los Estados Unidos apoya una aplicación de redes y software de cómputo diseñada para ayudar a los servicios de emergencia estatales y locales así como a las oficinas del NWS a detectar y manejar los eventos de crecidas repentinas. El software recibe y disemina datos desde una red de sensores en tiempo real, mayormente pluviómetros, que cubre parte de la región este de los Estados Unidos y es capaz de mostrar datos de pluviómetros, fijar alarmas e intercambiar mensajes de texto con otros usuarios de la red. El sistema como un todo es conocido como el Sistema Integrado de Observación y Alerta de Inundaciones (IFLOWS). El sistema es bastante anticuado, pero es útil aquí como ejemplo de un enfoque que ha sido exitoso.

IFLOWS es una alianza de costo compartido entre agencias gubernamentales federales, estatales y locales. Las redes de IFLOWS actualmente recopilan datos de más de 1000 pluviómetros en todo el noreste de los Estados Unidos. El sitio web de IFLOWS es http://www.afws.net. IFLOWS puede ser visto como una red a nivel de toda el área de sistemas

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Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

5-8 Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas

tipo ALERT con capacidad mejorada e integral de comunicación de doble vía (voz, datos y texto). Si se quisiera, IFLOWS puede ser configurado como un sistema independiente para una comunidad local puesto que la tecnología de sensores para las redes IFLOWS y ALERT es básicamente la misma. Pero los sistemas ALERT normalmente son preferidos como un sistema independiente. El desarrollador potencial de un SLAI, durante la fase de diseño, debería considerar la configuración de la red junto con sus costos y capacidades asociadas en toda el área así como la configuración independiente junto con sus capacidades locales.

El Apéndice C también hace un repaso integral de IFLOWS, incluyendo sus fortalezas y debilidades.

Puntos importantes a recordar sobre los sistemas locales de alerta de inundaciones (SLAI)

4Los SLAI manuales y los automatizados tienen la misma meta: detectar los eventos de precipitación que excedan umbrales con suficiente anticipación y con preparación previa para reducir al mínimo los efectos de la crecida repentina resultante por medio de alertas oportunas.

4Los sistemas manuales de autoayuda (compuestos por un sistema local de recopilación de datos, un coordinador comunitario de inundaciones, un procedimiento de pronóstico de inundaciones, una red de comunicaciones para distribuir alertas y un plan de respuesta) son poco costosos y simples de operar pero podrían no tener la mejor resolución temporal requerida para intensidades de lluvia y acumulaciones de corta duración.

4Un sistema de alarma de crecidas repentinas consiste de uno o más sensores de nivel de agua conectados a un dispositivo de alarma audible y/o visible ubicado en la agencia de la comunidad, operando las 24 horas.

4Un SLAI automatizado (sistemas de alarma de crecidas repentinas, ALERT o IFLOWS) tiene una configuración ya sea independiente o en red y puede consistir del siguiente equipo: pluviómetros y estaciones de aforo de reporte automático, un sistema de comunicaciones, equipo automatizado de recolección y procesamiento de datos, un microprocesador (la estación base) y software de análisis y pronóstico.

4IFLOWS es una red a nivel de área de sistemas tipo ALERT con capacidad mejorada e integral de comunicaciones de doble vía (voz, datos y texto).

Subsistema de la guía de crecidas repentinasLa Guía de Crecidas Repentinas (FFG) es definida como una estimación numérica de la lluvia promedio sobre un área específica y una duración de tiempo necesaria para iniciar inundaciones de pequeños arroyos. La Guía de Crecidas Repentinas en los Estados Unidos es

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Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas 5-9

expresada en unidades de pulgadas por duraciones de 1, 3 y 6 horas. Para esta definición, el término “pequeños arroyos” se refiere a aquellos arroyos que drenan áreas de pequeñas cuencas. Generalmente las crecidas repentinas ocurren en cuencas de menos de 30 millas cuadradas de área (menos de 77 km2) y a menudo en cuencas considerablemente más pequeñas. Como ejemplo, si la Guía de Crecidas Repentinas de 3 horas es de 1,50 pulgadas (38 mm), entonces una inundación debe comenzar en pequeños arroyos si la precipitación supera esa cantidad en un período de 3 horas.

Método para determinar la FFGLa FFG es una cantidad estimada de lluvia controlada por el estado actual de la humedad del suelo y el umbral de escorrentía. El umbral de escorrentía o ThreshR es la escorrentía necesaria para iniciar una inundación. Es un valor fijo basado en características geográficas e hidrológicas de la cuenca o del canal del arroyo.

El estado de humedad del suelo cambia continuamente dependiendo de procesos de pérdidas y ganancias. Las ganancias en humedad provienen de la precipitación y el deshielo mientras que las pérdidas resultan de evapotranspiración, escorrentía y percolación hacia suelos profundos o un acuífero. Una estimación del estado de humedad del suelo es usada en los modelos de pronóstico de ríos que se corren en los Centros de Pronósticos Fluviales (River Forecast Centers, RFC) del NWS de los Estados Unidos. Al utilizar el modelo lluvia-escorrentía, la lluvia y el estado de la humedad del suelo son los aportes para calcular la escorrentía. El cálculo de la guía de crecidas repentinas funciona en dirección contraria. El umbral de escorrentía y el estado actual de la humedad del suelo son los aportes para calcular la cantidad de lluvia necesaria para iniciar una inundación. Esta cantidad de lluvia calculada es la guía de crecida repentina. La Figura 5.1 ilustra una relación típica entre lluvia y escorrentía para tres duraciones de tiempo.

En los Estados Unidos, los RFC regularmente producen curvas de lluvia-escorrentía para cada cuenca modelada. Los cambios en la humedad del suelo debido a una lluvia o deshielo reciente

Figura 5.1 Curvas de lluvia (profundidad) vs. escorrentía (tasa de descarga)

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Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

5-10 Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas

son incluidos en los modelos que producen estas curvas. Cuando cambian las condiciones del suelo, cambiará la relación lluvia-escorrentía.

El umbral de escorrentía para una cabecera es el caudal a la altura de inundación dividido entre el pico del hidrograma unitario para una duración especificada. El hidrograma unitario relaciona una pulgada de escorrentía sobre una cuenca especificada con un volumen de escorrentía a intervalos de tiempo especificados según se muestra en la Figura 5.2. El caudal a la altura de inundación es determinado a partir de la curva de gastos proveniente de la estación de aforo. La curva de gastos relaciona la profundidad vertical del agua en el arroyo con el caudal (volumen por unidad de tiempo).

El cálculo del umbral de escorrentía para áreas es menos directo. Puesto que típicamente estos no son arroyos aforados, no hay alturas de inundación y no hay curvas de gastos para simplemente determinar los caudales a las alturas de inundación. En vez de altura de inundación, el nivel de cauce lleno puede ser determinado a partir de levantamientos de campo de varios arroyos no aforados.

El nivel de cauce lleno es la profundidad del agua en el canal a la cual comienza una inundación. La Figura 5.3 muestra la altura de inundación/cauce lleno y el umbral de escorrentía con agua en el arroyo. El pico del hidrograma unitario debe ser determinado empíricamente utilizando características físicas de la cuenca no aforada.

Una vez calculado el valor de ThreshR, y utilizando curvas de lluvia/escorrentía, es posible calcular cuánta lluvia producirá este umbral de escorrentía. Esta cantidad de lluvia es la Guía de Crecidas Repentinas (FFG). Note que tanto

Figura 5.2 Hidrograma unitario hipotético con altura de inundación

Figura 5.3 Umbral de escorrentía (ThreshR)

©The COMET Program

Inundación/Nivel de cauce lleno

Nivel de agua actual

Umbral de escorrentía

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Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas 5-11

los valores de ThreshR como las curvas de lluvia-escorrentía son derivados de parámetros promediados en la cuenca. Por lo tanto, la resultante Guía de Crecidas Repentinas también reflejará valores a nivel de la cuenca.

Por ejemplo, la Figura 5.4 indica al lector que si el valor ThreshR de 1 hora es de 0,50 pulgadas (13 mm), entonces el valor de 0,50 pulgadas resultará de una lluvia de cerca de 1,80 pulgadas (46 mm). Esta cantidad de 1,80 pulgadas es la Guía de Crecidas Repentinas de 1 hora para la cuenca.

Como las curvas ThreshR y de lluvia-escorrentía son producidas para cada cuenca, la guía de cabecera es la Guía de Crecidas Repentinas que aplica a cada cuenca entera. Es válida a la salida de la cuenca y es expresada como una profundidad de lluvia por tiempo, por ejemplo, 2,50 pulgadas (64 mm) en 3 horas. Es deseable tener una representación cuadriculada de FFG para usar en modelos, herramientas de software y para comparar con estimaciones de precipitación cuadriculadas derivadas del radar. Técnicas recién desarrolladas para derivar la FFG cuadriculada ahora incluyen una mejor representación de las propiedades físicas de las variables y las características de escorrentía de cada celda individual de la malla.

El Sistema de la Guía de Crecidas Repentinas (FFG) fue diseñado para ser independiente de cualquier modelo de lluvia-escorrentía. La FFG obtiene todas las condiciones de humedad del suelo como curvas de lluvia-escorrentía generadas en el sistema de pronóstico de los RFC donde residen los modelos de lluvia-escorrentía. Dependiendo de la disponibilidad de datos de precipitación, el sistema de pronóstico puede actualizar las condiciones de humedad del suelo cada seis horas y, así mismo, el sistema de la FFG puede computar la guía de crecidas repentinas cada seis horas.

Figura 5.4 Utilización de ThreshR para determinar la FFG

Curvas de Lluvia vs. Escorrentía del Modelo de Escorrentía

Esco

rren

tía

Lluvia

pdas.

FFG de 1 h

©The COMET Program

RecuerdePara utilizar de manera efectiva

las estimaciones de lluvia de

radares, se requiere una FFG en

la misma escala de malla espa-

cial que los datos del radar.

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Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

5-12 Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas

Existen tres formas de computar y mostrar la Guía de Crecidas Repentinas usadas actualmente por el Servicio Meteorológico Nacional de NOAA. Éstas son:

4 Guía de cabecera

4Guía sobre malla

4Guía de condado

La Guía de cabecera, mostrada en la Figura 5.5, es la Guía de Crecidas Repentinas para un punto a la salida de la cuenca. En otras palabras, es la lluvia promediada por cuenca necesaria para producir una inundación a la salida de la cuenca. Típicamente es mostrada en forma tabular.

La Guía sobre malla es la Guía de Crecidas Repentinas presentada en un sistema de celda-malla. Representa la lluvia requerida en cada celda de la malla para producir una inundación. La malla usada actualmente por el National Weather Service es HRAP (Hydrologic Rainfall Analysis Project) con un tamaño de celda-malla de aproximadamente 4x4 kilómetros, igual que las estimaciones en malla de la lluvia de radar. La Figura 5.6 muestra los valores en malla de la Guía de Crecidas Repentinas para la cuenca del Missouri. Aunque este es un producto “cuadriculado”, cada cuadrícula en una cuenca tiene el mismo valor de la “cuenca”.

La Guía de condado es el promedio de la Guía de Crecidas Repentinas dentro de un condado o unidad político-administrativa similar. Puesto que se deriva del promedio de la Guía de Crecidas Repentinas en malla dentro de esa unidad, su valor podría incluir regiones del condado que tienen valores de Guía de Crecidas Repentinas en malla diferentes. Desde la perspectiva hidrológica, esto podría no ser deseable ya que los valores promediados por condado

Figura 5.5 Guía de crecidas repentinas de cabeceras para períodos de 1, 3 y 6 horas

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Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas 5-13

podrían uniformar detalles de pequeña escala en la Guía de Crecidas Repentinas en malla. Así, aunque sea un formato conveniente para comprender la Guía de Crecidas Repentinas, las fronteras del condado se basan en fronteras políticas y no en propiedades hidrológicas y por lo tanto pueden ser engañosas.

Modelos distribuidos: ¿el futuro?La disponibilidad de estimaciones operativas de precipitación con una alta resolución espacial y temporal provenientes de radares meteorológicos corregidos por pluviómetros y los aumentos sustanciales en la potencia de las computadoras permiten ahora modelar la escorrentía en muchísimo mayor detalle. Un modelo de cómputo debe poder representar la interacción entre la lluvia intensa y las propiedades de la cuenca que influyen en la escorrentía. Como las crecidas repentinas son de pequeña escala, para modelar los procesos físicos se requiere de una alta resolución tanto en espacio como en tiempo. Los modelos de escorrentía distribuidos capturan los detalles de la lluvia, las características del suelo y el uso de la tierra a una escala sumamente fina. En el modelado distribuido, las características de la escorrentía son modeladas con base en una celda de la malla o una cuenca hidrográfica, dando una descripción mucho más detallada del caudal fluvial con el paso del tiempo que la que puede proporcionar la FFG. La Guía de Crecidas Repentinas es una buena herramienta para alertar sobre una inminente crecida repentina pero no transmite la magnitud de la crecida repentina. Un modelo distribuido, si está bien calibrado y con buenas ECP de radar de alta resolución y de alta calidad, potencialmente podría predecir exitosamente el caudal y el nivel máximo específico para una cuenca de 100 km2, o sea, se puede modelar la escorrentía en la misma escala que una tormenta convectiva, lo cual es muy importante para pronosticar crecidas repentinas.

Figura 5.6 Guía de crecidas repentinas en malla para la cuenca del Río Missouri

Guía de Crecidas Repentinas en malla de 3 horas para la cuenca del Missouripdas

NOAA

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Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

5-14 Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas

Se han estado formulando varios modelos distribuidos como resultado de la llegada de las bases de datos distribuidas de SIG sobre las características del suelo y de la superficie terrestre. Carpenter y otros (2001), Ogden y otros (2001), Beven (2002) y Smith y otros (2004a) brindan reseñas recientes sobre el modelado hidrológico distribuido y temas que rodean su posible uso en pronósticos operativos. La importante influencia de las incertidumbres de las ECP y los errores de los modelos en la ocurrencia a pequeña escala de crecidas repentinas han obstaculizado la utilización de modelos distribuidos para los pronósticos operativos hasta ahora. No obstante, los modelos distribuidos prometen brindar información y visión adicional sobre las condiciones hidrológicas en sitios con insuficientes observaciones de caudales fluviales. Conforme avanza la ciencia del modelado distribuido y mejora la calidad del insumo de datos, el enfoque del modelado distribuido probablemente reemplazará a la FFG.

Puntos importantes a recordar sobre la guía de crecidas repentinas

4La Guía de Crecidas Repentinas (FFG) es definida como una estimación numérica de la lluvia promedio sobre un área específica y una duración de tiempo requerida para iniciar la inundación de pequeños arroyos.

4La FFG es controlada por la condición de la humedad del suelo y el umbral de escorrentía (ThreshR) y por lo tanto el impacto de la pendiente, la textura del suelo y el uso de la tierra podrían no estar representados adecuadamente.

4El valor de ThreshR representa la cantidad de escorrentía requerida para inducir la inundación en pequeños arroyos.

4Las curvas de lluvia-escorrentía son computadas por modelos regularmente para cada cuenca porque los cambios en la humedad del suelo causados por la reciente lluvia o deshielo afectarán estas curvas.

4Existen tres formas de computar y mostrar la Guía de Crecidas Repentinas que actualmente utiliza el NWS de NOAA. Estas son:

– Guía de cabecera – Guía sobre malla – Guía de condado 4Conforme avance la ciencia del modelado distribuido, el enfoque del modelado

distribuido probablemente reemplazará a la Guía de Crecidas Repentinas.

Monitorización y predicción de crecidas repentinas (Flash Flood Monioring and Prediction, FFMP)

El Sistema de Monitorización y Predicción de Crecidas Repentinas (FFMP) del NWS de los Estados Unidos es una gama integrada de aplicaciones multi-sensor que detecta, analiza y vigila la precipitación y genera una guía de alerta de corto plazo en apoyo de las operaciones de pronóstico de crecidas repentinas. La meta del FFMP es dar a los pronosticadores una guía precisa, oportuna y consistente y complementar la vigilancia de eventos por el pronosticador

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Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas 5-15

con la vigilancia automatizada de eventos y con múltiples sensores. Su exactitud depende de insumos precisos de lluvia y de la FFG. Los beneficios pretendidos son:

4 Mayor tiempo de anticipación para eventos alertados

4Menos eventos fallidos

4Alertas más específicas

4Mayor sensibilización de la situación por el pronosticador

4Menor fatiga del pronosticador durante situaciones de alerta

El software de Monitorización y Predicción de Crecidas Repentinas (FFMP) desplegado a nivel nacional por el National Weather Service brinda una guía para emitir alertas de crecidas repentinas. La Lluvia Promedio de la Cuenca (Average Basin Rainfall, ABR), basada en estimaciones de lluvia del Radar Meteorológico Doppler 1988 (WSR-88D), es comparada con la Guía de Crecidas Repentinas (FFG) para determinar el riesgo y la severidad de las crecidas repentinas.

La FFMP realiza sus análisis de la precipitación en un “mundo de cuencas”, o sea que todos los cálculos son para áreas de pequeñas cuencas. Al integrar perfectamente la información sobre crecidas repentinas, los pronosticadores del NWS pueden interpretar la amenaza hidrológica dentro del contexto del caso meteorológico en evolución. Por ejemplo, un pronosticador de alertas puede vigilar el inicio y el movimiento de tormentas eléctricas con mucha precipitación (según se detectan en observaciones de radar, satélite y rayos) en y alrededor de cuencas fluviales de pequeña escala. Esta información, combinada con estimaciones cuantitativas de la precipitación de corto plazo (también representadas en mapas de cuencas fluviales), puede aumentar los tiempos de anticipación y puede identificar de manera más precisa las áreas amenazadas por las crecidas repentinas (Davis 1998).

La FFMP presenta tres herramientas básicas para detectar crecidas repentinas en desarrollo. La primera herramienta es una “capa base” en SIG de cuencas hidrográficas de crecidas repentinas delineadas por todas las oficinas del National Weather Service estadounidense, incluyendo aquellas en Alaska, Hawaii, Guam y Puerto Rico. Esta capa base de cuencas hidrográficas fue creada por el proyecto National Basin Delineation (NBD) en el Laboratorio Nacional de Tormentas Severas de EEUU (Cox y otros, 2001). La segunda herramienta son los datos de ABR computados cada cinco minutos para cada cuenca hidrográfica en la capa base utilizando estimaciones de lluvia provenientes de los WSR-88D. La tercera herramienta es la Tasa de ABR, la cual es una tasa horaria basada en la estimación más actualizada de ABR de 5 minutos. Ambas herramientas, ABR y la Tasa de ABR, fueron desarrolladas en la oficina del NWS en Pittsburgh, Pennsylvania en el proyecto de Lluvia Media Areal Estimada para Cuencas (Areal Mean Basin Estimated Rainfall, AMBER) (Davis y Jendrowski 1996).

Determinación del potencial de crecidas repentinasLas crecidas repentinas típicamente están asociadas a una alta intensidad de lluvias en cuencas hidrológicamente sensibles. Incluso en condiciones de suelos secos, las características

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Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

5-16 Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas

hidrológicas de la cuenca pueden ser las condiciones más importantes. La sensibilidad hidrológica de una cuenca es influenciada por características del terreno, cobertura del suelo, tipo de suelo, geología y uso del suelo. Varios programas y herramientas en uso en el NWS de EEUU ayudan a los pronosticadores a evaluar el potencial de una crecida repentina y a alterar la FFG para que sea más representativa de las condiciones locales. Estos son:

4 El Índice del Potencial de Crecidas Repentinas (Flash Flood Potential Index, FFPI), utilizado mayormente en la parte oeste semiárida de los Estados Unidos

4La Guía de Crecidas Repentinas en Malla Mejorada (Gridded Flash Flood Guidance, GFFG), utilizada operativamente en todos los RFC de la región sur del NWS

4La Guía de Crecidas Repentinas Inducidas, que permite al usuario de la FFMP alterar los valores de la FFG para cuencas específicas.

Por ejemplo, en el oeste de los Estados Unidos, las crecidas repentinas frecuentemente ocurren en áreas de cañones con cuencas de drenaje muy pequeñas y son producto de tormentas aisladas. En distancias cortas, las características del suelo cambian significativamente entre áreas donde las crecidas repentinas son poco probables y áreas donde siempre existe la amenaza de crecidas repentinas sin importar el historial reciente de lluvias. Los esfuerzos por determinar con precisión la amenaza de crecidas repentinas para cada cuenca (y celda de la malla) se ven actualmente dificultados por el estado de desarrollo de los modelos distribuidos según se indicó anteriormente y también por valores no representativos de FFG para áreas con características geográficas bastante variables. Un enfoque para derivar una amenaza significativa de crecidas repentinas para cuencas con parámetros geográficos altamente variables es el Índice del Potencial de Crecidas Repentinas (FFPI) desarrollado por la Región Oeste del National Weather Service. Un FFPI estático fue derivado para cada cuenca en el oeste de EEUU para complementar la FFG incorporando información sobre el potencial relativo de crecidas repentinas para cada una de las cuencas de la FFMP. La FFG modificada asociada puede llevar a mejores productos provenientes de la FFMP. Una descripción completa del FFPI se presenta en el Apéndice D.

Puntos importantes a recordar sobre FFMP y FFPI

4El software de Monitorización y Predicción de Crecidas Repentinas (FFMP) desplegado a nivel nacional por el National Weather Service de EEUU brinda a los pronosticadores una guía para emitir alertas de crecidas repentinas. La Lluvia Promedio de la Cuenca (ABR), basada en estimaciones de lluvia derivadas de radares, es comparada con la Guía de Crecidas Repentinas (FFG) para determinar el riesgo y la severidad de las crecidas repentinas.

4La FFG a menudo no captura las características localizadas y altamente variables de la cuenca, que son importantes para evaluar la amenaza de una crecida repentina. Los programas y herramientas tales como FFPI, GFFG y FFG Inducida pueden ayudar a complementar y modificar la FFG.

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Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas 5-17

Sistema global de guía de crecidas repentinas (Global Flash Flood Guidance System, GFFGS)

El Hydrologic Research Center (HRC), una corporación de beneficio público sin fines de lucro ubicada en San Diego, California, ha desarrollado un concepto para la implantación de un Sistema de Guía de Crecidas Repentinas con Cobertura Global (GFFGS) que puede ser usado como una herramienta de diagnóstico por los servicios meteorológicos e hidrológicos nacionales (SMHN) y por agencias de manejo de desastres en todo el mundo para generar alertas de crecidas repentinas (OMM 2007). El propósito tras esta iniciativa es mejorar la respuesta a nivel mundial por parte de gobiernos federales, estatales y locales, organizaciones internacionales, organizaciones no gubernamentales, el sector privado y el público en general ante la ocurrencia de crecidas repentinas. Los asociados al HRC en esta iniciativa incluyen a la OMM, NOAA y USAID/OFDA. Este sistema está diseñado para ser incorporado a las operaciones de un SMHN y usado junto con otros datos, sistemas, herramientas y conocimiento local existentes para ayudar a determinar el riesgo a corto plazo de una crecida repentina en pequeños arroyos y cuencas. El sistema puede ser usado en modo de tiempo real o en modo de pronóstico cuando se utilizan sus productos de salida junto con los pronósticos de precipitación de la Predicción Numérica del Tiempo, o PNT (Numerical Weather Prediction, NWP).

El sistema está disponible a los SMHN como una herramienta de diagnóstico para analizar eventos relacionados con el tiempo que pueden iniciar crecidas repentinas (por ejemplo, lluvias fuertes, lluvia en suelos saturados) y entonces hacer una rápida evaluación del potencial de una crecida repentina en un sitio. El sistema está diseñado para permitir al pronosticador agregar su experiencia con las condiciones locales e incorporar otros datos e información (por ej., productos de salida de la PNT) y cualquier observación local de último minuto (por ej., datos de medición no tradicional) para evaluar la amenaza de una crecida repentina local. Las evaluaciones de la amenaza de crecidas repentinas son determinadas con base en estimaciones de precipitación de una y de seis horas para cuencas de 100-300 km2 en tamaño. Las estimaciones de precipitación satelitales son usadas junto con datos disponibles de pluviómetros in situ en la región para obtener estimaciones corregidas por sesgo del volumen actual de lluvia (ECP) sobre la región. Estos datos de precipitación también son usados para actualizar las estimaciones de humedad del suelo.

Los elementos técnicos importantes del sistema de la Guía de Crecidas Repentinas son:

4 Desarrollo y uso del campo de estimación de precipitación satelital corregida por sesgo

4 Uso del modelado hidrológico de base física para determinar la Guía de Crecidas Repentinas y la amenaza de una crecida repentina

Los elementos del sistema pueden ser aplicados en cualquier parte del mundo, según ha sido demostrado exitosamente con el sistema de la Guía de Crecidas Repentinas para Centro América, o CAFFG (Central America Flash Flood Guidance), actualmente en operación para cada uno de los siete países en la región centroamericana: Panamá, Costa Rica, Nicaragua, El Salvador, Honduras, Guatemala y Belize. El sistema también está en operación en el Sureste de Asia (llamado MRCFFG) para los países de Camboya, RDP Lao, Tailandia y Vietnam. Su

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Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

5-18 Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas

implantación avanza en el sur de África para los países de Botswana, Malawi, Mozambique, Namibia, República de Sudáfrica, Zambia y Zimbabue.

Las estimaciones en tiempo real de datos de precipitación de alta resolución provenientes de satélites ahora están a disposición de manera rutinaria en todo el mundo. El GFFGS usa el HidroEstimador Global de NESDIS/NOAA para la lluvia de satélite debido a su disponibilidad y sus demoras relativamente menores. El sistema debe ser alimentado con datos de pluviómetros in situ para poder ajustar sesgos de las estimaciones de precipitación basadas en datos satelitales. Puesto que la densidad de estas redes de pluviómetros varía en todo el mundo, el sistema integra incertidumbre de datos como parte de las computaciones para fines de confiabilidad. Así, entre menor la densidad de los datos, mayor la incertidumbre en las cantidades de precipitación estimada y en los valores de la Guía de Crecidas Repentinas. De manera que los valores de la Guía de Crecidas Repentinas tendrán una alta incertidumbre donde la densidad sea baja y una baja incertidumbre cuando la densidad sea alta. Sin embargo, el pronosticador/operador del sistema evalúa sólo la probabilidad de ocurrencia de una crecida repentina, no una cantidad determinista. Para mantener al mínimo las diferencias por sesgo, el enfoque de precipitación basado en datos satelitales utiliza métodos modernos de filtrado adaptativo que rastrean cambios de sesgo en tiempo real.

Las bases de datos globales digitales de elevación de terrenos y los sistemas de información geográfica pueden ser utilizados para delinear pequeñas cuencas y su topología de redes de arroyos en cualquier parte del mundo. Además, existen bases de datos espaciales globales de suelos y cobertura de suelos para apoyar la elaboración de modelos de contabilidad de humedad del suelo de base física.

Es posible establecer uno o más Centros de Datos, Comunicaciones y Análisis de Datos globales que procesen los datos e información existente histórica y en tiempo casi real para producir estimaciones de la Guía de Crecidas Repentinas, un parámetro que puede ser utilizado para desarrollar alertas de crecidas repentinas. Estos centros pueden estar enlazados a una red de centros regionales en todo el mundo a través de redes globales de comunicaciones que a su vez pueden diseminar la información a los SMHN en países sin o con poca capacidad local en alerta de crecidas repentinas. Estos servicios nacionales producirían entonces alertas de crecidas repentinas utilizando los datos e información divulgados desde los centros y cualquier otro dato o información local a su disposición.

Puntos importantes a recordar sobre el sistema global de guía de crecidas repentinas (GFFGS)

4El Hydrologic Research Center (HRC), ubicado en San Diego, California en los Estados Unidos, ha desarrollado un Sistema de Guía de Crecidas Repentinas con Cobertura Global (GFFGS) que puede ser utilizado como una herramienta de diagnóstico por los SMHN y las agencias de manejo de desastres a nivel mundial para producir alertas sobre crecidas repentinas.

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Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas 5-19

4Las evaluaciones de amenazas de crecidas repentinas son realizadas en escalas de tiempo de una y seis horas para cuencas de 100-300 km2 en tamaño.

4Las estimaciones de precipitación con datos de satélites son usadas junto con datos disponibles de pluviómetros in situ en la región para obtener estimaciones corregidas por sesgo del volumen de lluvia actual sobre la región.

4Los datos de precipitación también son usados para actualizar estimaciones de humedad del suelo.

4El sistema está diseñado para permitir al pronosticador local agregar su experiencia con las condiciones locales e incorporar otros datos e información (por ej., productos de salida de la PNT) y cualquier observación local de último minuto (por ej., datos de medición no tradicional) para evaluar la amenaza de una crecida repentina local.

4El GFFGS puede ser aplicado en cualquier parte del mundo, según ha sido demostrado exitosamente con el sistema de la Guía de Crecidas Repentinas para Centro América, o CAFFG, actualmente en operación para cada uno de los siete países en la región centroamericana y el sistema MRCFFG en el Sureste de Asia.

Ejemplos del subsistema de pronóstico de crecidas repentinas

Según se señaló con anterioridad, los subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas pueden ser divididos en dos categorías amplias según la forma de detectar y pronosticar crecidas repentinas. La primera categoría son los sistemas locales de alerta de inundaciones (SLAI), basados principalmente en pluviómetros y estaciones de aforo estratégicamente instalados. El segundo enfoque, los sistemas de Guía de Crecidas Repentinas (FFG), se basan en una combinación de pluviómetros in situ, datos de percepción remota (tales como estimaciones satelitales de lluvia y estimaciones de precipitación de radares) y a veces en modelos hidrológicos y pronósticos de lluvia provenientes de modelos atmosféricos. Los siguientes pocos ejemplos breves son representativos pero de ninguna manera son una compilación integral de los muchos subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas en uso actualmente. Algunos ejemplos que describen en mayor detalle los subsistemas de pronóstico, junto con sus asociados Sistemas de Alerta Temprana integrales, se presentan en el Capítulo 8.

Sistemas manuales de alerta local de crecidas repentinasDinalupihan y Hermosa, FilipinasUn esquema de alertas de inundaciones/crecidas repentinas fue establecido en los municipios de Dinalupihan y Hermosa en la Provincia de Bataan para ayudar a mitigar los efectos desastrosos de las inundaciones, mayormente debidas a tifones. El sistema es una medida de mitigación de desastres por inundaciones no estructurada (no hay represas ni diques involucrados) que incluye la vigilancia hidrológica (observación de niveles de ríos), recolección de información, alertas de inundaciones basadas en el nivel de ríos y la tasa de elevación y las fases de preparación y

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Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

5-20 Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas

respuesta a desastres según aplican a una localidad o a un área de sub-cuenca dentro de ambos pueblos.

El sistema está compuesto por un conjunto de limnímetros (medidores de nivel de agua o nivel de río) instalados estratégicamente dentro del área meta. Los instrumentos son usados como marcadores de referencia para que la comunidad vigile durante épocas de tiempo inclemente. Los niveles de evaluación en el área transversal del río donde se encuentran los limnímetros son usados como niveles para que la comunidad responda y tome las acciones apropiadas cuando exista una posibilidad de inundación/crecida repentina. Los niveles fueron arbitrarios al inicio pero ahora son ajustados con base en las evaluaciones realizadas después de cada evento de inundación para considerar los posibles cambios debido a los efectos de la sedimentación y el enlodamiento (agradaciones) o degradaciones del lecho de los ríos.

Personal de la comunidad (Barangay) u observadores voluntarios leen los limnímetros a lo largo de un evento de precipitación. Equipos de radiocomunicación dedicados o teléfonos celulares son utilizados para intercambiar datos e información durante este tiempo. El pronóstico de una próxima perturbación meteorológica puede ser provisto por la Administración Filipina de Servicios Atmosféricos, Geofísicos y Astronómicos (Phillipine Atmospheric , Geophysical and Astronomical Services Administration, PAGASA) como insumo inicial, pero la comunidad aún así realiza la vigilancia del sistema. El personal de la comunidad o los voluntarios emiten una alerta de inundación localizada (por medio de una campana o alarma) cuando la sección del río bajo vigilancia haya alcanzado el nivel de río designado.

Aunque es una instalación bastante sencilla, el sistema es una forma de enfrentar los efectos de las inundaciones en el área usando un medio de mitigación no estructurado que involucra la participación de la comunidad. 

Red de estacionesUn total de 9 sitios de vigilancia de nivel de río fueron establecidos en el área meta, en los municipios de Dinalupihan y Hermosa. Los sitios fueron determinados y los instrumentos fueron instalados por personal de la Autoridad de Desarrollo y Conversión de Bases (Bases Conversion and Development Authority, BCDA) en coordinación con las Unidades de Gobierno Locales (Local Government Units, LGU) de ambos pueblos. Para simplificar los requisitos estructurales, los limnímetros fueron instalados en las pilas de puentes o en diques en ríos según se muestra en la Figura 5.7.

Sistemas automatizados de evaluación local en tiempo real (ALERT)Las redes de ALERT abundan en los Estados Unidos y en varios otros países. En los EEUU existe un grupo organizado de usuarios de ALERT que se esfuerza por conectar muchas de las redes locales de ALERT intercambiando ideas y tecnologías. ALERT comenzó en los EEUU, pero también se utiliza a nivel internacional. Algunos otros países incluyen:

4 Argentina

4 Australia

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Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas 5-21

Figura 5.8 Red del Sistema de Alerta de Inundaciones (ALERT) del condado de San Diego, California

4 China

4 España

4 India

4 Indonesia

4 Jamaica

Como ya se mencionó, un grupo de ALERT generalmente vigila los pronósticos provenientes de la oficina local de pronóstico del servicio meteorológico además de datos de su red de pluviómetros y estaciones de aforo. Cuando las cantidades o intensidades específicas de lluvia son recibidas, alertas son emitidas para su jurisdicción. El sitio web del Condado de Maricopa, Arizona: http://www.fcd.maricopa.gov/Rainfall/links.aspx contiene enlaces a muchos de los sistemas de ALERT en los Estados Unidos. A continuación se presentan discusiones breves de dos sistemas.

Sistema de notificación y representación cartográfica de inundaciones en tiempo real de Fort Collins, ColoradoEste sistema integra el modelado de la escorrentía hidrológica e hidráulica con las operaciones de emergencia en un sistema amigable al usuario y de orientación gráfica. Se basa en una red local telemétrica de vigilancia de inundaciones y opera en el formato ALERT del National Weather Service. Los datos son recopilados de 38 pluviómetros, 35 medidores de nivel de agua y cinco estaciones meteorológicas en 54 sitios

Figura 5.7 Típico limnímetro manual en el SLAI de Filipinas

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Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

5-22 Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas

de medición. Los modelos numéricos hidrológicos producen estimaciones de escorrentía en tiempo real con base en los datos recibidos de pluviómetros y radares. Los modelos hidráulicos pronostican áreas de inundación con base en los mapas topográficos disponibles en la base de datos del sistema y en las estimaciones de escorrentía del modelado hidrológico. Toda información de salida es mostrada en un formato gráfico utilizando un Sistema de Información Geográfica (SIG). Además del modelado en tiempo real, es posible realizar análisis de escenarios para determinar las implicaciones de varias cantidades de lluvia basadas en datos pluviométricos recibidos en tiempo real y en información ingresada que presume lluvia continua en tiempo real o patrones de lluvia proyectados (usando un pronóstico del tiempo del National Weather Service). Este pronóstico de inundaciones de corto plazo brinda un mayor tiempo de anticipación para responder a un evento. El sistema recomienda acciones y áreas de notificación para las partes afectadas de la comunidad con base en los resultados del modelado de predicción y en tiempo real. Los residentes del área potencialmente afectada pueden ser alertados sobre el evento que se espera o que esté ocurriendo utilizando varios medios de notificación (autodiscado de emergencia, transmisiones por radioemisoras comerciales, avisos sobre-escritos en televisión de cable que incluyen texto y mapas de las áreas impactadas, el sistema Radio NOAA del NWS e internet).

Condado de San DiegoEn el Condado de San Diego ha evolucionado una alianza entre el Distrito de Control de Inundaciones (Flood Control District, FCD), el NWS y la Oficina de Servicios de Emergencia (Office of Emergency Services, OES) del condado. El FCD es responsable del mantenimiento y operación del Sistema de Alerta de Inundaciones de ALERT. Los cambios en totales de lluvia, niveles de caudal, condiciones meteorológicas (temperatura, viento, humedad) y niveles de lagos en todo el Condado de San Diego son transmitidos a repetidoras en cimas de montañas, las cuales a su vez retransmiten a la Oficina de Alerta de Inundaciones del Distrito (District Flood Warning Office, DFWO). En la DFWO, las señales de radio son interceptadas y también retransmitidas por repetidoras de radio independientes al National Weather Service (NWS) en San Diego. Cuando se generan condiciones de inundación, el FCD evalúa el potencial de inundación presentado por los datos de ALERT y advierte al NWS y a la OES sobre posibles inundaciones en el Condado. El NWS completa la evaluación de potencial de inundación usando sus recursos y emite una actualización del pronóstico, una declaración meteorológica especial, un aviso de crecida repentina o una alerta de crecida repentina. La OES pasa estas alertas y avisos del NWS a las agencias pertinentes dentro del Condado de San Diego y coordina las Operaciones de Ayuda Humanitaria en Desastres cuando es necesario.

Red local de vigilancia de inundaciones en PoloniaComo resultado tanto de iniciativas nacionales como de actividades de gobiernos locales, Polonia comenzó a crear redes locales de vigilancia luego de experimentar inundaciones severas en 1997. Estas redes locales son independientes de las redes nacionales y no existe una norma uniforme para su construcción o entrega de datos, aunque sí está bajo construcción un ejemplo de una red local de vigilancia que se encuentra integrada a la red nacional (Condado de Staszowski). Las redes locales comúnmente se basan en estaciones de observación automáticas que realizan mediciones continuamente, mientras que la transmisión de datos se basa en la

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Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas 5-23

infraestructura de los proveedores de telefonía GSM o en redes privadas de radio. Por ejemplo, el sistema local de vigilancia de inundaciones para el Condado de Klodzko (área ~1500 km2 en el suroeste de Polonia) es un sistema completamente automático compuesto por 19 puntos de estaciones de aforo y 20 puntos de medición de precipitación. Las plataformas de observación son operadas por electricidad, con respaldo de generadores a batería. La transmisión de datos se realiza a través de radio.

Concepto para construir sistemas locales de alerta de inundaciones en la república EslovacaEl servicio hidrometeorológico eslovaco ha tomado la iniciativa de construir SLAI en regiones con niveles altos de riesgo de crecidas repentinas, de acuerdo con la siguiente fórmula. Un SLAI es prestado a un municipio por 5 años (el mantenimiento y la operación son financiados por el SMHN). Después de estos 5 años, el sistema se convierte en propiedad del municipio y su operación subsiguiente debe ser financiada por el municipio. Hasta el momento, dos sistemas locales para áreas de un tamaño modesto (una pocas decenas de km2) han sido construidos por la Unidad Hidrometeorológica Eslovaca (Slovak Hydro_Meteorology Unit, SHMU) y son operados por las comunidades locales (Slovak Hydro-Meteorological Institute, 2006).

Subsistemas de pronóstico de la guía de crecidas repentinas (FFG)Según se indicó anteriormente en este capítulo, la Guía de Crecidas Repentinas (FFG) es definida como una estimación numérica de la lluvia promedio sobre un área específica y con una duración de tiempo requerida para iniciar una inundación en pequeños arroyos. Dos productos cuantitativos son necesarios para computar la Guía de Crecidas Repentinas (curvas de ThreshR y lluvia-escorrentía). Una vez determinados estos valores de FFG para las cuencas de una jurisdicción, es asunto de compararlos con la lluvia observada o pronosticada (volumen, intensidad y ubicación) para determinar la amenaza de una crecida repentina y si se deben emitir alertas.

Un ejemplo de un Pronóstico de la Guía de Crecidas Repentinas es la metodología antes esbozada de la FFG de EEUU junto con el procesamiento por computadora de las estimaciones de lluvia de radar por medio del software de Monitorización y Predicción de Crecidas Repentinas (FFMP). Las indicaciones provenientes del FFMP pueden ser modificadas además por enfoques tales como el Índice del Potencial de Crecidas Repentinas (FFPI) en terrenos semiáridos y montañosos. Existen varios otros sistemas de FFG en funcionamiento o que estarán entrando en funcionamiento en el futuro cercano. Estos incluyen:

Sistema de la Guía de Crecidas Repentinas de Centro América (Central American Flash Flood Guidance, CAFFG CAFFG, el primer sistema de Guía de Crecidas Repentinas regional completamente automatizado, en tiempo real, ha estado en operación para siete países en Centro América (ver Fig. 5.9) desde 2004. El software central del sistema de FFG fue diseñado por el Hydrologic Research Center (HRC) a través de sus actividades a lo largo de los últimos 10 años. El sistema CAFFG es una implementación del software de FFG por el HRC en colaboración con el NWS

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Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

5-24 Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas

y con financiamiento de la Agencia Internacional para el Desarrollo de los Estados Unidos/Oficina de los Estados Unidos de Asistencia para Desastres en el Extranjero (USAID/OFDA). El sistema CAFFG es el modelo del sistema propuesto de Guía de Crecidas Repentinas con Cobertura Global mencionado anteriormente en este capítulo (GFFGS).

El sistema CAFFG está disponible como herramienta de diagnóstico para analizar eventos meteorológicos que pudieran iniciar crecidas repentinas (tales como lluvias fuertes o lluvia sobre suelos saturados). El sistema está diseñado para permitir al pronosticador agregar su experiencia con las condiciones locales e incorporar otros datos e información (tales como productos de salida de la predicción numérica del tiempo) y cualquier observación local de último minuto (tal como datos de medición no tradicional) para evaluar la amenaza de una crecida repentina local. Las evaluaciones de la amenaza de crecidas repentinas son elaboradas en escalas temporales de una a seis horas para cuencas de 100-300 km2 en tamaño.

El sistema CAFFG tiene la capacidad de indicar la probabilidad de inundación de pequeños arroyos sobre grandes regiones utilizando el GOES 13. Específicamente, las estimaciones de lluvia del canal de 10,7 micrones usando el algoritmo del HidroEstimador de NOAA/NESDIS, corregidas por sesgo con datos de pluviómetros automatizados de registro continuo de PRD y estimaciones de humedad del suelo en tiempo real, pueden ser utilizadas para producir la guía de crecidas repentinas y la amenaza de crecidas repentinas (la cantidad de lluvia de una duración dada en exceso con respecto al correspondiente valor de la guía de crecidas repentinas). Ver Figura 5.10 para ejemplos.

A la misma vez, el sistema permite que los SMHN utilicen cualquier método local de pronóstico inmediato/de corto plazo que deseen para emitir las alertas, incluyendo (y esto es recomendado) ajustes por el pronosticador local. Este diseño del sistema permite este acople con los enfoques existentes o bajo desarrollo de los SMHN a escala nacional e incluso local.

Cuando se utiliza junto con pronósticos meteorológicos y predicciones inmediatas de lluvia de la misma duración sobre estas cuencas, la Guía de Crecidas Repentinas lleva a estimar la amenaza de crecidas repentinas para estas pequeñas cuencas.

Figure 5.9 Países centroamericanos servidos por el sistema CAFFG

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Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas 5-25

Sistema global de alerta de inundaciones de la red internacional de inundacionesEl Instituto de Desarrollo de Infraestructura (IDI) de Japón ha lanzado la Red Internacional de Inundaciones (http://www.internationalfloodnetwork.org/), un programa para educar al público sobre los peligros de las inundaciones, para ayudar a comunidades a desarrollar mapas de inundaciones por crecidas y para utilizar datos satelitales en tiempo real para informar a los participantes en todo el mundo sobre la probabilidad de inundación a través de un programa llamado Sistema Global de Alerta de Inundaciones (Global Flood Alert System, GFAS).

Utilizando datos satelitales obtenidos por múltiples satélites globales de observación, GFAS envía boletines informativos vía IFNet (correo electrónico y sitio web) a los miembros. Estos boletines contienen información de advertencia, como las cantidades de lluvia en las cuencas hidrográficas del mundo, y reportes que indican la probabilidad de lluvia, que son usados para pronosticar si van a ocurrir inundaciones. Se espera que este servicio se convierta en una valiosa fuente de información para emitir alertas de inundaciones, particularmente en regiones a lo largo de grandes ríos donde el agua proveniente de la precipitación en las regiones superiores de las cuencas hidrográficas llega aguas abajo varios días después, en áreas que no estén equipadas con telémetros, y en sistemas de ríos internacionales donde es difícil comunicar la información de aguas arriba a otras partes aguas abajo.

El GFAS es promovido tanto por el Ministerio de Tierras, Infraestructura y Transporte de Japón (Ministry of Land, Infrastructure and Transport, MLIT) como por la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (Japan Aerospace eXploration Agency, JAXA), bajo la cual el Instituto de Desarrollo de Infraestructura (IDI) de Japón ha desarrollado este sistema de información basado en internet. El GFAS toma las estimaciones de precipitación satelitales que la Administración Nacional de Aeronáutica y el Espacio (National Aeronautics and Space Administration, NASA) de los Estados Unidos divulga al público en su sitio web y las convierte en información útil para el pronóstico y alerta de inundaciones. Esa información puede incluir

Figura 5.10 Guía de crecidas repentinas y productos de amenaza de crecidas repentinas para NicaraguaHydrologic Research CenterHydrologic Research Center

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mapas globales y regionales de lluvias, datos de texto y estimaciones de probabilidades de precipitación. Este sistema está actualmente corriendo en estado de prueba, en el sitio web de la International Flood Network (IFNet), para permitir que usuarios internacionales verifiquen las estimaciones de precipitación satelital comparándolas con observaciones basadas en la superficie.

La estimación de precipitación satelital que utiliza GFAS es 3B42RT, un producto del Análisis de Precipitación Multisatelital de la Misión de Medición de Lluvia Tropical (Tropical Rainfall Measuring Mission, TRMM) computada en Tiempo Real (TRMM Multi-satellite Precipitation Analysis computed in Real Time, TMPA-RT). Estas estimaciones son desarrolladas y computadas en tiempo casi real en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA como una contribución a la TRMM, un proyecto conjunto entre la NASA y JAXA, y están públicamente disponibles, sujetas a la política de acceso a datos de la NASA.

La 3B42RT es una combinación de satélites de percepción de precipitación de la constelación internacional, utilizando calibración por TRMM (Huffman y otros, 2006) y una malla con las siguientes características:

4 Tamaño de malla: 0,25 x 0,25 grados de latitud/longitud (27,8 km x 27,8 km en el ecuador)

4 Cobertura: global dentro de las latitudes 60N-60S

4 Intervalo de entrega de datos: 3 horas

Como el TMPA-RT (3B42RT) consiste por completo de estimaciones satelitales sin insumo rutinario de estimaciones de precipitación basadas en la superficie, el producto tiene el potencial de mostrar diferencias sistemáticas (predecibles) con respecto a las observaciones basadas en la superficie. Sin embargo, su combinación de datos de múltiples productos satelitales, la mayoría de los cuales brindan estimaciones intermitentes en cualquier sitio dado, también hace que la calidad y la precisión de las estimaciones varíen según el tiempo y la ubicación. Además, el TMPA-RT brinda estimaciones promediadas intrínsecamente por área, las cuales tienen importantes diferencias estadísticas con las estimaciones puntuales provistas por pluviómetros individuales.

Las diferencias de la raíz cuadrática media de cerca del 30% son típicas para la precipitación promedio diaria de una cuenca en comparación con análisis de pluviómetros. Las diferencias de tres días típicamente oscilan alrededor del 10%, con base en un estudio de caso de lluvia por tifón en la cuenca del río Tonegawa en Japón. Las estimaciones en regiones de terrenos complejos con nieve y/o hielo son menos fiables.

Las instrucciones para descargar mapas, datos y para inscribirse para recibir alertas por correo electrónico están disponibles en http://gfas.internationalfloodnetwork.org/gfas-web/

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Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas 5-27

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Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

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Capítulo 5: Subsistemas de pronóstico de crecidas repentinas

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