Mapas de Vulnerabilidad a Inundaciones: Información y Metodologías

La gestión de desastres, especialmente aquellos relacionados con inundaciones, requiere una comprensión profunda y herramientas precisas para la evaluación del riesgo. La elaboración de mapas de vulnerabilidad a inundaciones es un componente crítico en este proceso, ya que permite identificar áreas susceptibles, estimar daños potenciales y desarrollar estrategias de mitigación efectivas.

Desde 2014, la base de datos de UN-SPIDER ha recopilado enlaces e información de más de 250 fuentes de datos relacionadas con la reducción del riesgo de desastre y la respuesta de emergencia basada en el espacio. Estos incluyen numerosos enlaces gratuitos a datos satelitales, así como productos finales como mapas de riesgo. Sin embargo, la vasta cantidad de datos de apoyo disponibles y las diversas necesidades de las autoridades, los primeros en responder o los investigadores, hacen que sea difícil estar al tanto de toda la información. Para obtener una visión general, se presentan varias fuentes de datos que se difunden sobre la gestión de los desastres de inundaciones desde diversas perspectivas.

Fuentes de Datos y Sistemas de Alerta Temprana Globales

La disponibilidad de información global en tiempo casi real es fundamental para la predicción y monitoreo de inundaciones. Diversas organizaciones y centros de investigación ofrecen plataformas y productos especializados:

Sistemas de Monitoreo de Inundaciones

• Sistema Global de Concientización sobre Inundaciones (GloFAS): Pertenece al Centro de Gestión de Emergencias Copérnico y fue desarrollado conjuntamente con la Comisión Europea y el Centro Europeo de Previsiones Meteorológicas a Mediano Plazo (ECMWF).
• Observatorio de Inundación Dartmouth (DFO): Fundado en 1993, se trasladó a la Universidad de Colorado en 2010. Con financiación de la NASA y la Comisión Europea (a través del proyecto GDACS), su misión es realizar mediciones y mapas globales de agua dulce basados en sensores remotos en "tiempo casi real", así como registrar dicha información en un archivo permanente. Los mapas de inundación del DFO se basan en imágenes de satélites ópticos (MODIS Terra y Aqua). Los mosaicos de mapas individuales se actualizan diariamente y están disponibles para mostrar las inundaciones observadas actualmente (en los últimos 14 días para eliminar la sombra producida por nubes). Se encuentran disponibles mapas y estadísticas adicionales, tales como:
  • Vigilancia de Ríos y Reservorios/Embalses (estadísticas y mapas actualizados diariamente de las mediciones de descarga de ríos basadas en satélite y del área del reservorio/embalse).
  • Inundaciones generadoras de agua y cuencas afectadas por la sequía.
  • Precipitación acumulada de 7 días (NOAA).
• Mapa global de inundación a tiempo casi real de la NASA: Al igual que los mapas de DFO, este producto se basa en imágenes de satélite óptico (MODIS Terra y Aqua). De hecho, el mapeo global de inundaciones NRT se basa en los esfuerzos de DFO para mapear en detalle la extensión de las inundaciones para inundaciones activas.

Bases de Datos Hidrológicas y de Elevación

• Base de datos para series de tiempo hidrológicas de aguas interiores o continentales: Analiza datos de los satélites Envisat, Jason-2 y Sentinel-3 para crear series de tiempo de aguas interiores. El TU Munich proporciona un mapa web interactivo que muestra los cuerpos de agua que están o fueron cubiertos por la órbita de los satélites mencionados. La mayoría de las series de tiempo comienza en 2008 y algunas continúan hasta 2018. El reciente cambio a Sentinel-3 significa que no todas las ubicaciones están disponibles aún, pero los investigadores están abiertos a requerimientos.
• Base de Datos Global de Elevación de Lagos y Reservorios/Embalses (G-REALM): Otro mapa web que presenta datos sobre alturas de reservorios/embalses. Los productos actualizados se entregan entre 7-10 días después del paso del satélite. La precisión para pequeños lagos o aquellos que experimentan condiciones más resguardadas del viento, puede ser superior a 20 cm.

Sistemas de Alerta Temprana Específicos

• Sistema Europeo de Alerta de Inundaciones (EFAS): Es el precursor de GloFAS y se ejecutan en paralelo. EFAS solo pone datos a disposición de las autoridades nacionales, regionales o locales que están legalmente obligadas a proporcionar servicios de pronóstico de inundaciones o que tienen un rol nacional en la gestión del riesgo de inundaciones dentro de su país. EFAS compara los pronósticos producidos por el flujo del río utilizando varios métodos. El mapa de EFAS visualiza flujos en puntos de interés en niveles de alerta excesivos. Con EFAS, el Nivel Severo de Alerta (SAL) correspondiente a un evento de inundación simulado para un período de retorno mayor a 20 años se indica en púrpura; en rojo los flujos que superan el Nivel Alto de Alerta (HAL) de EFAS y en amarillo los flujos que exceden el Nivel Medio de Alerta.
• Red de Sistemas de Alerta Temprana de Hambruna (FEWS NET): Respaldada por el portal de datos USGS y USAID, proporciona datos meteorológicos y productos de detección remota relacionados con inundaciones, sequías y necesidad de cultivos.
• Sistema Global de Coordinación de Alerta de Desastre (GDACS): Es un marco de cooperación entre las Naciones Unidas, la Comisión Europea y los administradores de desastre a nivel mundial. Su misión es mejorar las alertas, el intercambio de información y la coordinación en la primera fase después de grandes desastres repentinos. El mapa web permite el seguimiento de huracanes y se conecta a otros recursos, como los mapas UNOSAT o JRC.

Otras Plataformas y Herramientas

• Explorador del Sistema de Distribución de Datos de Riesgos (HDDS): Registra los eventos de desastres conocidos. Después de un evento de inundación, el sitio lista las imágenes satelitales disponibles para el área de interés. Serán propuestos varios satélites, incluidos aquellos que tienen costos (por ejemplo, WorldView 2). Estos “conjuntos de datos restringidos están disponibles sólo para fines oficiales y requieren aprobación de acceso”.
• Plataforma ITHACA: Aunque apunta principalmente a la sequía, contiene información útil para el monitoreo de inundaciones, ya que el mapa web proporciona un mapa temático del Índice de Precipitación estándar (SPI) de 3 meses. El Sistema de Detección de Precipitaciones Extremas ITHACA es un servicio para el monitoreo y pronóstico de eventos excepcionales de lluvia. Se pueden descargar cinco niveles de alerta diferentes, según los umbrales de lluvias especificados.
• Analizador de Inundaciones Globales AQUEDUCT: Plataforma interactiva basada en la web que mide los daños urbanos causados por los impactos de las inundaciones, el PIB afectado y la población afectada a escala nacional, estatal y de cuencas hidrográficas en todo el mundo, así como en 120 ciudades. Hace uso de una serie de modelos, pero no de teledetección.
• DesInventar de UNISRD: Forma parte del marco de referencia Sendai para la reducción del riesgo de desastres, es una base de datos conjunta que registra el número de muertes, daños y pérdidas económicas después de los desastres.
• DisasterAWARE: Plataforma integrada del Centro de Desastres del Pacífico, proporciona información consciente sobre la situación, soporte de decisiones e intercambio de información para la gestión de desastres.
• Productos de Observación de la Tierra de la FAO: Basados en índices agrícolas, ofrecen información relevante para la evaluación de impactos de inundaciones en la agricultura.
• Información global sobre el peligro de inundación y la distribución de riesgos (CHRR, CIESIN, Universidad de Columbia, Banco Mundial): Cuentan con información global sobre el peligro de inundación y la distribución de riesgos desde 1985 hasta 2003.
• Herramienta de Inundación para mapear mi riesgo: Una herramienta de aplicación personal para los residentes en los Estados Unidos.
• Software MI-SAFE y visor web: Desarrollados en el marco del proyecto FP7 FAST de la Unión Europea. El visor MI-SAFE está destinado a ilustrar cómo la vegetación costera puede atenuar la altura de las olas en lugares costeros, en cualquier parte del mundo.

Metodología para la Generación de Mapas de Riesgo por Inundación

En el presente artículo se expone una metodología para la generación de mapas de riesgo que articula los mapas de peligro y vulnerabilidad por inundación. Este procedimiento es adaptable a distintas zonas urbanas y sus mapas son utilizados para estimar los costos por daños estructurales y de menaje de las viviendas.

Definición de Inundaciones

El peligro de inundación se puede definir con base en ciertos criterios, que pueden ser el tirante y la velocidad del agua alcanzada en las calles, ríos o arroyos. Existen diferentes tipos de inundaciones:

• Inundación fluvial: Conocida como el desbordamiento del cauce natural de los ríos.
• Inundación pluvial: Se debe a un escurrimiento de lluvias dentro de una zona urbana y, después de saturarse el suelo, su agua excedente dura horas o días.
• Inundaciones costeras: Son provocadas por mareas altas que rebasan el nivel medio del mar.

Criterios para Establecer el Peligro de las Inundaciones

Se revisan distintos criterios para establecer el peligro de las inundaciones usados en varios países; estos consideran como base para su cálculo el tirante y la velocidad del agua alcanzados en las calles, arroyos y ríos. Asimismo, se plantean dos factores importantes: resistencia al vuelco y deslizamiento.

Criterio del Gobierno de Francia

La OFEE desarrolló un criterio para evaluar los peligros generados por las inundaciones basado en tres niveles: alto, medio y bajo (Loat & Petrascheck, 1997).

Criterio de la Agencia Federal para el Manejo de Emergencias de los Estados Unidos (FEMA)

FEMA (2009) desarrolló un criterio para la generación de mapas de peligro en el que relacionan el tirante máximo h (m) con la velocidad máxima del agua v (m/s). Con base en estas relaciones, establece tres rangos de peligro: zona de nivel bajo, amenaza moderada y alto nivel de amenaza. Para la zona de alto nivel de amenaza, la vida de las personas puede estar en peligro y las edificaciones pueden tener fallas estructurales.

Este criterio fue aplicado en la ciudad de Dórrigo, Australia, donde se generaron mapas de peligro con base en la profundidad y velocidad del agua, definiendo tres rangos de peligro (NSW, 2005).

Criterio del Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA)

Los mapas de peligro propuestos por el IMTA están fundados en investigaciones de Alcocer-Yamanaka et al. (2012), que definen como base para el manejo del agua de las aguas pluviales cuatro componentes:

1. Identificación de la problemática de las inundaciones: Derivada de diversos factores.
2. Análisis hidrológicos e hidrográficos: Identificación de las lluvias que ocasionan inundaciones y la generación de lluvias de diseño, así como la identificación de los usos de suelo, cuencas y microcuencas.
3. Utilización de diversas herramientas de cálculo: Permiten la construcción del modelo de simulación de microcuencas, colectores y drenes pluviales, y la construcción del modelo de escurrimiento en calles.

Generalizando lo descrito por Yamanaka et al. (2012), los mapas de peligro se obtienen a través de tres aspectos principales:

• Analizar la precipitación para establecer el comportamiento espacial y temporal de la lluvia (lluvia de proyecto), obteniendo lluvias de proyecto que corresponden a 2, 5, 10, 20, 50, 100 y 200 años de periodo de retorno.
• Considerar la infraestructura urbana de la región de estudio (configuración del terreno), determinada con la planimetría de la ciudad, el levantamiento topográfico (por ejemplo, topografía LIDAR) y los usos de suelo.

Con esta información es posible caracterizar y determinar la configuración de las subcuencas y microcuencas de toda la zona urbana analizada, y se construye el modelo de simulación hidráulico. Con base en las lluvias de proyecto se determinan para cada periodo de retorno los tirantes y velocidades a nivel calle. El mapa de peligro se genera para cada periodo de retorno, considerando los tirantes y velocidades calculados con el modelo numérico. Los valores de las variables se establecen con los siguientes criterios:

Estabilidad al Deslizamiento

Nanía (1999) realizó un modelo teórico experimental para la ciudad de Mendoza, Argentina, analizando el riesgo asociado con el escurrimiento pluvial en calles. El estudio tomó en cuenta la estabilidad al deslizamiento de las personas ante la fuerza de arrastre que ejerce el flujo sobre ellas cuando es necesario cruzar la calle. Obteniendo como resultado el valor de 1.23 m³/s² como límite para que una persona cruce sin problemas, considerando la velocidad y el tirante del flujo en conjunto.

Cálculo de la Vulnerabilidad

La vulnerabilidad es la medida de la susceptibilidad de un bien expuesto a la ocurrencia de un fenómeno perturbador (Cenapred, 2004). Para el cálculo de la vulnerabilidad de las edificaciones ante un evento de inundación, se plantea una metodología que permite, con base en información generada por el INEGI y contenida en las Áreas Geoestadísticas Básicas (AGEB), determinar los mapas de vulnerabilidad de toda una zona urbana.

Para la elaboración de los mapas se toman como punto de partida los avances en la construcción de mapas de vulnerabilidad desarrollados por el Cenapred (2007). De acuerdo con la clasificación de vulnerabilidad de Cenapred (2006), esta se hace en campo y se verifica casa por casa, lo que resulta en un trabajo oneroso y con tiempos de ejecución que pueden ser semanas, en función de la extensión de la zona en estudio. En la información contenida en los AGEB se puede consultar el número de viviendas particulares habitadas con uno, dos, tres cuartos y más, además de la población económicamente activa.

Generación de Mapas de Riesgo

De acuerdo con Cenapred (2004), el riesgo es la combinación de tres factores: valor de los bienes expuestos (C), vulnerabilidad (V) y probabilidad (P) de que se exceda la variable aleatoria que caracteriza un hecho potencialmente dañino. La estimación del riesgo puede hacerse a nivel de vivienda, y al sumarse con el de otras viviendas se obtiene una idea del riesgo en una localidad, municipio o región. Los mapas de riesgo o mapas de daños potenciales por inundación se pueden definir también como una situación susceptible de causar un daño, como consecuencia de un evento de lluvia que se presenta en un medio vulnerable, como el área de alguna colonia o zona de una ciudad. Los mapas de riesgo se generan a partir de una adaptación de la propuesta realizada por Ribera (2004).

Clasificación del Nivel de Riesgo

• Riesgo bajo: Zonas de la ciudad en que se presenta un peligro bajo y vulnerabilidad baja o media, o un peligro medio y una vulnerabilidad muy baja.
• Riesgo medio: Cuando el peligro es bajo y la vulnerabilidad alta; el peligro medio y las vulnerabilidades bajas o medias; el peligro alto y la vulnerabilidad muy baja.
• Riesgo alto: Cuando el peligro es medio y la vulnerabilidad alta, o el peligro alto y la vulnerabilidad es de baja a alta.

Caso de Estudio: Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, México

La metodología propuesta ha sido aplicada en la ciudad de Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, México. Este municipio, con una extensión territorial de 412.40 km², se encuentra entre las coordenadas 16° 38' y 16° 51' de latitud norte, 93° 02' y 94° 15' de longitud oeste, y tiene una altitud promedio de 552 msnm.

El sistema terrestre de la zona está caracterizado por valles, terrazas, montañas y pies de monte, destacando el paso del río Sabinal. Las acciones antropogénicas sobre la cuenca han provocado un aumento del volumen de escurrimiento, acrecentándose las magnitudes de los gastos pico de las avenidas y una reducción de los tiempos en que se presenta dicho gasto, originándose inundaciones severas y recurrentes; pérdida de suelos que incrementan el volumen de azolves; aumento del riesgo de deslaves dentro de la cuenca del río Sabinal; decremento de la vida útil de la infraestructura pluvial urbana existente; aumento de residuos sólidos; contaminación de las fuentes de agua; afectaciones a los bosques, etc.

Históricamente, la población y ciudad de Tuxtla Gutiérrez se han visto afectadas por inundaciones debido al río Sabinal, que cruza en una longitud de 6.5 km, y sus tributarios (arroyos) aumentan el problema.

Generación de Mapas de Peligro, Vulnerabilidad y Riesgo en Tuxtla Gutiérrez

Para la generación de mapas de riesgo, se generaron los mapas de peligro y vulnerabilidad. Se realizaron simulaciones hidráulicas, considerando lo planteado en la Figura 4. En la Figura 8 se muestra el mapa de peligro generado para un período de retorno de 20 años. En tono claro se marcan las zonas de peligro bajo; en color medio, las zonas de peligro medio; y en tono oscuro, las zonas de peligro alto.

El mapa de vulnerabilidad de las construcciones se calculó con base en la tabla de vulnerabilidad por tipo de vivienda obtenida del análisis de información contenida en el AGEB. Posteriormente, se generaron los mapas de riesgo por inundación a partir del modelo de simulación 1D-2D y de acuerdo con el criterio planteado en la tabla de clasificación del nivel de riesgo.

Planes de Contingencia y Rutas de Evacuación

Un resultado importante en la generación de mapas de peligro y riesgo es la creación de planes de contingencia, como rutas de evacuación seguras de personas hacia refugios ubicados en la zona urbana en estudio. En la ciudad de Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, se cuenta con 17 zonas de refugio distribuidas en toda el área del municipio, con el objetivo de proveer un lugar seguro a la población en caso de presentarse un desastre natural.

Para el establecimiento de la ruta de evacuación se toman en cuenta los refugios establecidos por Protección Civil del municipio. En el análisis de las rutas de evacuación se considera el número máximo de personas que es capaz de albergar en caso de un siniestro contra los habitantes circunvecinos a dicho albergue. A fin de decidir la ruta de evacuación de las personas hacia un refugio seleccionado, se determinó la vulnerabilidad de las viviendas cuya zona de inundación presenta un peligro alto de acuerdo con su mapa de peligro por inundaciones.

La ruta de evacuación considera ciertas restricciones de desplazamiento, como puentes que deben atravesar los peatones. Se indican aquellos que son seguros para pasar a pie o los que presentan un problema (señalados con rectángulos en tono oscuro cuando no son viables). Asimismo, se muestran las calles con problemas de encharcamiento o inundación no viable para los peatones (líneas en color oscuro). Además, se configura el nombre de las calles de la ciudad con sus distancias entre calles, con el fin de poder conocer las indicaciones para llegar al refugio, donde se especifica que la distancia a recorrer es de 1.3 km y el tiempo promedio de recorrido se establece con el factor de que una persona puede caminar 4 km por hora.

Los daños generados por los efectos de la inundación, expresados en costo, varían para diferentes períodos de retorno. Por ejemplo, para una lluvia con periodo de retorno de dos años, el daño estimado en costo a menaje de casa se eleva a $130.18 millones de pesos.

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