Modelización del flujo superficial por desbordamiento de una presa. caso de estudio: Presa de la Olla, Guanajuato, Gto.

Abstract

Las inundaciones son un evento que se produce debido a la precipitación extraordinaria o falla de una estructura hidráulica provocando que haya agua en sitios donde usualmente no hay y causando pérdidas económicas y sociales a la población. En todo el mundo han aumentado las inundaciones en los últimos años. A pesar de que las precipitaciones extremas que causan inundaciones sean consideradas un desastre natural, éstos también pueden intensificar sus efectos debido a procesos como el cambio climático provocado por la deforestación, el aumento de la población y de los gases de efecto invernadero. Esto ha contribuido a la desertificación, aumento del nivel del mar y fenómenos meteorológicos extremos. El proceso de urbanización implica un cambio de uso de suelo que en Guanajuato se ha dado en las partes altas de la cuenca del río Guanajuato. Esto implica que las zonas que permitían la infiltración se han reducido provocando un mayor escurrimiento y erosión del suelo, factores que favorecen mayores escurrimientos en la zona centro de la ciudad. El municipio de Guanajuato tiene una amplia historia en inundaciones dada su ubicación y sus características topográficas (la cuenca presenta diferencias de elevaciones de 900 metros). Desde su fundación hasta 2017 se sabe de por lo menos 20 inundaciones significativas en el municipio. La más reciente se presentó los días 13 y 14 de junio de 2018 y fue provocada por el desbordamiento de la Presa de la Olla debido a una precipitación extraordinaria de 117 mm en un tiempo de 26 horas y 40 minutos. La caracterización de la zona de estudio incluye información sobre la presa de la Olla, la cuenca de aportación y la zona urbana de Guanajuato. La presa de la Olla tiene un volumen de almacenamiento de 70,000 m3 y terminó de construirse en el año 1749, su uso es recreativo. La cuenca de aportación tiene un área de 3.84 km2 su forma es ovalada y se encuentra en su fase de madurez por lo que el cauce es estable y amplio, la elevación media de la cuenca es de 2,327.77 m s.n.m. y la pendiente media de 15.44%. La cuenca es de orden 4 con una densidad de corrientes de 16.93 c/km2, su cauce principal tiene una longitud de 2.79 km y el tiempo de concentración de la cuenca es de 20 minutos. Respecto a las características generales de la zona de estudio se establecieron 9 tipos de áreas para la definición del coeficiente de Manning para la rugosidad; se ajustó el Modelo Digital de Elevaciones para que incluyera las elevaciones de las manzanas de la zona urbana, las batimetrías de las presas y se realizó un análisis para lluvias de diseño dados ciertos periodos de retorno (2, 5, 10, 25, 50, 100, 200 y 500 años) y del evento de junio 2018. Una vez que se cuenta con las características de la zona de estudio, se realizaron 4 escenarios (rotura de presa, desbordamiento de junio de 2018 y lluvias de diseño) con el software “Iber®” que es una herramienta para simulación hidrológica-hidráulica. Los resultados muestran tirantes, velocidades y caudales máximos, hidrogramas y análisis en lugares específicos. El modelo que simula la lluvia de junio 2018 presenta diferencias con los datos históricos (obtenidos de evidencia fotográfica) de 14.54%, por lo que el modelo se encuentra correctamente calibrado. El modelo de rompimiento de la presa se realizó considerando que, dada su antigüedad, nivel de azolve, edad de la infraestructura, mantenimiento y el incremento de las tormentas, la presa podría ser susceptible a una falla por rompimiento de la cortina. La simulación señala 5 minutos y 20 segundos como el tiempo disponible para evacuar las zonas aguas abajo de la presa, el alcance espacial del flujo superficial se limita a las calles Paseo de la Presa, Paseo Madero y Embajadoras donde se presentan velocidades de hasta 10.03 m/s. Las simulaciones con las lluvias de diseño se realizaron tomando en cuenta una precipitación de 240 minutos de duración pues, tras el análisis de los datos hidrometeorológicos se estableció como la duración más frecuente en la ciudad. Para cada periodo de retorno se presentan mapas de tirantes, velocidades y gastos máximos, y se comparan los hidrogramas de cada periodo de retorno. Además, se realizaron mapas de peligro que consideran los tirantes en las calles y el volcamiento, señalando en cada calle si el peligro es nulo, medio, bajo o alto.