PROYECTO:

“ESTUDIO HIDROLÓGICO PARA EL PRONÓSTICO EN RÍOS EN CUENCAS DEL ORGANISMO DE CUENCA PACÍFICO SUR”

INFORME FINAL Octubre de 2014

SUBCOORDINACIÓN DE PLANEACIÓN HÍDRICA COORDINACIÓN DE HIDROLOGÍA INSTITUTO MEXICANO DE TECNOLOGÍA DEL AGUA

PARTICIPANTES: Marco Antonio Salas Salinas Jesús López de la Cruz Vladimir Contreras González Iván Zazueta Acosta Indalecio Mendoza Uribe René Lobato Sánchez

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CONTENIDO

1

2

3

INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 15 1.1

Introducción ________________________________________________________ 17

1.2

Antecedentes ________________________________________________________ 19

1.3

Situación actual de los sistemas de pronóstico hidrológico ____________________ 21

1.4

Objetivo General _____________________________________________________ 22

1.5

Objetivos Específicos _________________________________________________ 22

DEFINICIÓN DE LOS SITIOS DE PRONÓSTICO .......................................................................... 23 2.1

Zona de estudio ______________________________________________________ 24

2.2

Criterios de selección de los sitios de pronóstico ____________________________ 25

2.3

Sitios propuestos de pronóstico __________________________________________ 28

2.4

Sitios de pronóstico ___________________________________________________ 29

RECOPILACIÓN DE LA INFORMACIÓN..................................................................................... 33 3.1

Información Geográfica _______________________________________________ 34

3.2 Información Climatológica _____________________________________________ 35 3.2.1 Recopilación de la información de precipitación ...................................................... 35 3.2.2 Análisis de la precipitación ....................................................................................... 41 3.3 4

Información Hidrométrica ______________________________________________ 51

METODOLOGÍA....................................................................................................................... 53 4.1 Características fisiográficas_____________________________________________ 54 4.1.1 Área de las Cuencas .................................................................................................. 54 4.1.2 Longitud y pendiente del cauce principal ................................................................. 55 4.1.3 Tiempo de concentración .......................................................................................... 55 4.2 Relación lluvia escurrimiento ___________________________________________ 56 4.2.1 Métodos Hidrológicos ............................................................................................... 56 4.2.2 Método del Hidrograma Unitario .............................................................................. 58 4.2.3 Hidrograma Unitario Triangular (HUT) ................................................................... 62 4.2.4 Estimación de las Pérdidas ........................................................................................ 63 4.2.5 Caracterización del escurrimiento (gasto) base ......................................................... 66 4.3 Tránsito de Avenidas __________________________________________________ 67 4.3.1 Introducción .............................................................................................................. 67 4.3.2 Diagrama de flujo ...................................................................................................... 69 3

4.3.3 Bases teóricas del modelo HEC-RAS 4.1 ................................................................. 70 4.3.4 Ecuaciones generales................................................................................................. 70 4.3.5 Información topográfica disponible .......................................................................... 74 5

CONSTRUCCIÓN DE LOS MODELOS PARA LOS SITIOS DE PRONÓSTICO................................... 77 5.1 Estado de Oaxaca ____________________________________________________ 78 5.1.1 Sitio 1 (Río Los Perros) - Juchitán de Zaragoza ...................................................... 78 5.1.2 Sitio 2 (Río San Felipe) - Oaxaca de Juárez............................................................. 86 5.1.3 Sitio 3 (Río Salado) - San Antonio de la Cal ........................................................... 94 5.1.4 Sitio 4 (Río Atoyac) - San Agustín de las Juntas .................................................... 102 5.1.5 Sitio 5 (Río Colotepec) - Puerto Escondido (Brisas de Zicatela) ............................ 110 5.2 Estado de Guerrero __________________________________________________ 114 5.2.1 Sitio 6 (Río La Sabana) - Acapulco ........................................................................ 114 5.2.2 Sitio 7 (Río Coyuca) - Coyuca de Benítez .............................................................. 122 5.2.3 Sitio 8 (Río Atoyac) - Atoyac de Álvarez ............................................................... 126 5.2.4 Sitio 9 (Río Ixtapa) - San José Ixtapa ...................................................................... 131 5.2.5 Sitio 10 (Río Huacapa) - Chilpancingo ................................................................... 136

6

5.3

Resumen de los resultados ____________________________________________ 140

5.4

Elaboración de los modelos de datos ____________________________________ 141

5.5

Condiciones de flujo _________________________________________________ 144

5.6

Resultados de simulación _____________________________________________ 145

5.7

Definición de los umbrales para la alerta en los sitios de pronóstico ____________ 149

PRONÓSTICO DE PRECIPITACIÓN CON LOS MODELOS NUMÉRICOS ..................................... 153 6.1 Modelo de numérico para pronóstico meteorológico ________________________ 154 6.1.1 Modelo GFS ............................................................................................................ 154 6.1.2 Modelo NAM .......................................................................................................... 154 6.1.3 Modelo MM5 .......................................................................................................... 154 6.1.4 Modelo WRF ........................................................................................................... 154

7

6.2

Descarga de datos ___________________________________________________ 155

6.3

Preparación de los datos ______________________________________________ 155

6.4

Implementación del sistema automatizado de pronóstico meteorológico _________ 157

ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LOS PRONÓSTICOS...................................................................... 159 7.1

8

Métodos para la verificación del pronóstico de variables continuas _____________ 160

RECOMENDACIONES PARA LA IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE PRONÓSTICO EN RÍOS .... 163

8.1

Información Geográfica en formato Shapefile _____________________________ 165

8.2

Servidor de Mapas web Geoserver ______________________________________ 165

4

8.3

Librería OpenLayers _________________________________________________ 166

8.4

HTML5, CSS3 y JavaScript ___________________________________________ 166

8.5

Automatización de Procesos ___________________________________________ 166

9

CONCLUSIONES .................................................................................................................... 169

10

Bibliografía ......................................................................................................................... 173

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ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1-1. Desastres Meteorológicos en México de 1980 a 1999 ................................................ 18 Tabla 2-1. Localidades urbanas identificadas en el primer análisis de los posibles sitios de pronóstico .............................................................................................................................. 26 Tabla 2-2. Ejemplo de declaratoria de desastre para el municipio de Coyuca de Benítez por los eventos ocurridos el 23 de septiembre de 2013..................................................................... 27 Tabla 2-3. Propuesta inicial de los 12 sitios de pronóstico ........................................................... 28 Tabla 2-4. Poblaciones asociadas con los sitios propuestos de pronóstico ................................... 29 Tabla 2-5. Sitios de pronóstico ...................................................................................................... 30 Tabla 2-6. Características poblacionales de los sitios de alertamiento ......................................... 30 Tabla 3-1. Estaciones climatológicas convencionales .................................................................. 35 Tabla 3-2. Dependencias que administran las estaciones meteorológicas automáticas ................ 39 Tabla 3-3. Estaciones automáticas en el OCPS............................................................................. 40 Tabla 3-4. Estaciones Periodo de información de las estaciones climatológicas convencionales 41 Tabla 3-5. Estaciones Precipitación media mensual, media anual y máxima anual en 24 horas. . 44 Tabla 3-6. Relación de las EMAS con los valores máximos de precipitación mensual y máxima anual en 24 horas. .................................................................................................................. 48 Tabla 3-7. Dependencias que administran las estaciones automáticas ......................................... 51 Tabla 4-1. Descripción de los cuatro grupos de suelo................................................................... 66 Tabla 4-2. Listado de sitios donde se ha elaborado un modelo hidráulico ................................... 74 Tabla 4-3. Características de los productos del C.E.M. versión 3.0 ............................................. 76 Tabla 5-1. Características fisiográficas del Sitio 1 (Juchitán de Zaragoza) .................................. 78 Tabla 5-2. Ordenadas de los HUI para el sitio 1 ........................................................................... 83 Tabla 5-3. Gasto base para el sitio de pronóstico 1 ....................................................................... 84 Tabla 5-4. Características fisiográficas del Sitio 2 (Oaxaca de Juárez) ........................................ 86 Tabla 5-5. Ordenadas de los HUI para el sitio 2 ........................................................................... 91 Tabla 5-6. Gasto base para el sitio de pronóstico 2 ....................................................................... 92 Tabla 5-7. Características fisiográficas del Sitio 3 (San Antonio de la Cal) ................................. 94 Tabla 5-8. Ordenadas de los HUI para el sitio 3 ........................................................................... 99 Tabla 5-9. Gasto base para el sitio de pronóstico 3 ..................................................................... 100 Tabla 5-10. Características principales de las cuencas de aportación al sitio de pronóstico río Salado .................................................................................................................................. 101 Tabla 5-11. Características fisiográficas del Sitio 4 (Oaxaca de Juárez) .................................... 102 Tabla 5-12. Ordenadas de los HUI para el sitio 4 ....................................................................... 107 Tabla 5-13. Gasto base para el sitio de pronóstico 4 ................................................................... 108 Tabla 5-14. Características principales de las cuencas de aportación al sitio de pronóstico río Atoyac ................................................................................................................................. 108 Tabla 5-15. Características fisiográficas del Sitio 5 (Puerto Escondido - Brisas de Zicatela) .... 110 Tabla 5-16. Resultados del hidrograma unitario sintético en el sitio 5 ....................................... 112 Tabla 5-17. Características fisiográficas del Sitio 6 (Acapulco) ................................................. 114

Tabla 5-18. Ordenadas de los HUI para el sitio 6 ....................................................................... 118 Tabla 5-19. Gasto base para el sitio de pronóstico 6 ................................................................... 120 Tabla 5-20. Características fisiográficas del Sitio 7 (Coyuca de Benítez) .................................. 122 Tabla 5-21. Resultados del hidrograma unitario sintético en el sitio 7 ....................................... 124 Tabla 5-22. Gasto base para el sitio de pronóstico 7 ................................................................... 124 Tabla 5-23. Características fisiográficas del Sitio 8 (Atoyac de Álvarez) .................................. 126 Tabla 5-24. Resultados del hidrograma unitario sintético en el sitio 8 ....................................... 128 Tabla 5-25. Gasto base para el sitio de pronóstico 8 ................................................................... 128 Tabla 5-26. Características fisiográficas del Sitio 9 (San José Ixtapa) ....................................... 131 Tabla 5-27. Resultados del hidrograma unitario sintético en el sitio 9 ....................................... 133 Tabla 5-28. Gasto base para el sitio de pronóstico 9 ................................................................... 134 Tabla 5-29. Características fisiográficas del Sitio 2 (Oaxaca de Juárez) .................................... 136 Tabla 5-30. Resultados del hidrograma unitario sintético en el sitio 10 ..................................... 138 Tabla 5-31. Resumen de los resultados de las características fitográficas y el modelo lluviaescurrimiento en los sitios de pronóstico ............................................................................ 140 Tabla 5-32. Resumen de los resultados de las características fitográficas y el modelo lluviaescurrimiento en los sitios de pronóstico ............................................................................ 140 Tabla 5-33. Puntos de control en los modelos hidráulicos .......................................................... 150 Tabla 5-34. Umbrales para los criterios de alerta en los sitios de pronóstico ............................. 151 Tabla 6-1. Hora de ejecución para cada proceso ......................................................................... 158

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ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1-1.Cuencas con sistema de pronóstico hidrológico (Fuente: Conagua) ........................... 21 Figura 2-1. Organismo de Cuenca Pacífico Sur ............................................................................ 24 Figura 2-2. Cuencas con sistema de pronóstico hidrológico ......................................................... 24 Figura 2-3. Localidades urbanas dentro del OCPS ....................................................................... 26 Figura 2-4. Distribución espacial de las localidades urbanas identificadas en el primer análisis de los posibles sitios de pronóstico ............................................................................................ 27 Figura 2-5. Zonas de peligro de inundación (Fuente: CENAPRED) ............................................ 27 Figura 2-6. Sitios de pronóstico de la propuesta inicial ................................................................ 29 Figura 2-7. Sitios de pronóstico para el OCPS.............................................................................. 31 Figura 3-1. Continuo de Elevaciones Mexicano 3.0 ..................................................................... 34 Figura 3-2. Estaciones climatológicas convencionales que tienen influencia en los sitios de pronóstico correspondientes al estado de Guerrero............................................................... 37 Figura 3-3. Estaciones climatológicas convencionales que tienen influencia en los sitios de pronóstico correspondientes al estado de Oaxaca ................................................................. 38 Figura 3-4. Red de estaciones automáticas en el OCPS ................................................................ 39 Figura 3-5. Isoyetas generadas para el OCPS para el 2 de Julio del 2014 .................................... 40 Figura 3-6. Red de estaciones hidrométricas en el OCPS ............................................................. 51 Figura 4-1. Esquema para la construcción de los modelos ........................................................... 54 Figura 4-2. Aplicación del concepto de sistema a la relación lluvia -escurrimiento .................... 57 Figura 4-3. Hidrograma unitario para una tormenta compleja (Fuente: Viessman et al 1977)..... 59 Figura 4-4. Hidrograma unitario sintético adimensional .............................................................. 62 Figura 4-5. Hidrograma unitario sintético triangular .................................................................... 62 Figura 4-6. Diagrama de flujo de los procesos de HEC-RAS ....................................................... 70 Figura 4-7. Representación de los términos de la ecuación de la energía ..................................... 71 Figura 4-8. Volumen de control en la representación de las ecuaciones de continuidad y momentum ............................................................................................................................. 72 Figura 4-9. Esquema de Preissmann de los cuatro puntos. Fuente (HEC, 2010) .......................... 74 Figura 5-1. Red de drenaje y cauce principal para el Sitio 1 (Juchitán de Zaragoza) ................... 78 Figura 5-2. Perfil del cauce principal para el Sitio 1 (Juchitán de Zaragoza) ............................... 79 Figura 5-3. Esquema hidrológico del Sitio 1................................................................................. 79 Figura 5-4. Localización de la estación hidrométrica y automática para el cálculo del HUI en el Sitio 1 .................................................................................................................................... 80 Figura 5-5. Hidrograma y hietograma para el Sitio 1 ................................................................... 81 Figura 5-6. Eventos históricos de inundación en el río Los Perros ............................................... 81 Figura 5-7. Hidrograma de escurrimiento directo en el sitio 1 ..................................................... 81 Figura 5-8. Hietogramas de precipitación efectiva para el sitio 1 ................................................. 82 Figura 5-9. HUI para el Sitio 1(derecha: coeficiente de escurrimiento e izquierda: índice de infiltración media) ................................................................................................................. 83 Figura 5-10. Hidrogramas original y calculado en el sitio 1 ......................................................... 84 Figura 5-11. Modelo numérico del río Los Perros, en HEC-RAS 4.1 .......................................... 85 Figura 5-12. Avenida registrada en la estación hidrométrica Ixtepec (22017) ............................. 85 Figura 5-13. Red de drenaje y cauce principal para el Sitio 2 (Oaxaca de Juárez) ....................... 86 9

Figura 5-14. Perfil del cauce principal para el Sitio 2 (Oaxaca de Juárez) ................................... 87 Figura 5-15. Esquema hidrológico del Sitio 2............................................................................... 87 Figura 5-16. Estación hidrométrica automática en el río San Felipe ............................................ 88 Figura 5-17. Registros de nivel del agua y precipitación en la estación hidrométrica San Felipe 88 Figura 5-18. Hidrograma y hietograma para el Sitio 2 ................................................................. 89 Figura 5-19. Hidrograma de escurrimiento directo en el sitio 2 ................................................... 89 Figura 5-20. Hietogramas de precipitación efectiva en el sitio 2 .................................................. 90 Figura 5-21. HUI para el Sitio 2 (derecha: coeficiente de escurrimiento e izquierda: índice de infiltración media) ................................................................................................................. 91 Figura 5-22. Hidrogramas original y calculado en el sitio 2 ......................................................... 92 Figura 5-23. Modelo numérico del río San Felipe, en HEC-RAS 4.1 .......................................... 93 Figura 5-24. Hidrograma para el modelo del río San Felipe ......................................................... 93 Figura 5-25. Red de drenaje y cauce principal para el Sitio 3 (San Antonio de la Cal) ............... 94 Figura 5-26. Perfil del cauce principal para el Sitio 3 (San Antonio de la Cal) ............................ 95 Figura 5-27. Esquema hidrológico del Sitio 3............................................................................... 95 Figura 5-28. Estación hidrométrica automática en el río Salado .................................................. 96 Figura 5-29. Registros de nivel del agua y precipitación en la estación hidrométrica río Salado 96 Figura 5-30. Hidrograma y hietograma para el Sitio 3 ................................................................. 97 Figura 5-31. Hidrograma de escurrimiento directo en el sitio 3 ................................................... 97 Figura 5-32. Hietogramas de precipitación efectiva en el sitio 2 .................................................. 98 Figura 5-33. HUI para el Sitio 3 (derecha: coeficiente de escurrimiento e izquierda: índice de infiltración media) ................................................................................................................. 99 Figura 5-34. Hidrogramas original y calculado en el sitio 3 ....................................................... 100 Figura 5-35. Modelo numérico del río Salado, en HEC-RAS 4.1 .............................................. 101 Figura 5-36. Hidrogramas para el modelo del río Salado ........................................................... 101 Figura 5-37. Red de drenaje y cauce principal para el Sitio 4 (San Agustín de la Juntas) ......... 102 Figura 5-38. Perfil del cauce principal para el Sitio 4 (San Agustín de la Juntas) ...................... 103 Figura 5-39.Esquema hidrológico del Sitio 4.............................................................................. 103 Figura 5-40. Estación hidrométrica automática en el río Atoyac ................................................ 104 Figura 5-41. Registros de nivel del agua y precipitación en la estación hidrométrica río Atoyac ............................................................................................................................................. 104 Figura 5-42. Hidrograma y hietograma para el Sitio 4 ............................................................... 105 Figura 5-43. Hidrograma de escurrimiento directo en el sitio 3 ................................................. 105 Figura 5-44. Hietogramas de precipitación efectiva en el sitio 4 ................................................ 106 Figura 5-45. HUI para el Sitio 4 (derecha: coeficiente de escurrimiento e izquierda: índice de infiltración media) ............................................................................................................... 107 Figura 5-46. Hidrogramas original y calculado en el sitio 4 ....................................................... 108 Figura 5-47. Modelo numérico del río Atoyac, en HEC-RAS 4.1 .............................................. 109 Figura 5-48. Hidrogramas para el modelo del río Atoyac........................................................... 109 Figura 5-49. Red de drenaje y cauce principal para el Sitio 5 (Brisas de Zicatela) .................... 110 Figura 5-50. Perfil del cauce principal para el Sitio 5 (Brisas de Zicatela) ................................ 111 Figura 5-51. Esquema hidrológico del Sitio 5............................................................................. 111 Figura 5-52. Hidrogramas unitarios triangular (panel izquierdo) y curvilíneo (panel derecho) . 112 Figura 5-53. Modelo numérico del río Colotepec, en HEC-RAS 4.1 ......................................... 113

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Figura 5-54. Hidrograma sintético utilizado para simular en el modelo del río Colotepec, que corresponde a una precipitación efectiva igual a 133 mm .................................................. 113 Figura 5-55. Red de drenaje y cauce principal para el Sitio 6 (Acapulco) ................................. 114 Figura 5-56. Perfil del cauce principal para el Sitio 6 (Acapulco) .............................................. 115 Figura 5-57. Esquema hidrológico del Sitio 6............................................................................. 115 Figura 5-58. Localización de la estación hidrométrica y automática para el cálculo del HUI en el Sitio 6 .................................................................................................................................. 116 Figura 5-59. Hidrograma y hietograma para el Sitio 6 ............................................................... 117 Figura 5-60. Hidrograma de escurrimiento directo en el sitio 6 ................................................. 117 Figura 5-61. Hietogramas de precipitación efectiva en el sitio 6 ................................................ 118 Figura 5-62. HUI para el Sitio 6 (derecha: coeficiente de escurrimiento e izquierda: índice de infiltración media) ............................................................................................................... 119 Figura 5-63. Hidrogramas original y calculado en el sitio 6 ....................................................... 119 Figura 5-64. Modelo numérico del río La Sabana, en HEC-RAS 4.1......................................... 120 Figura 5-65 .Hidrograma registrado en la estación hidrométrica KM 21+000 (19008) ............. 121 Figura 5-66. Red de drenaje y cauce principal para el Sitio 7 (Coyuca de Benítez)................... 122 Figura 5-67. Perfil del cauce principal para el Sitio 7 (Coyuca de Benítez) ............................... 123 Figura 5-68. Esquema hidrológico del Sitio 7............................................................................. 123 Figura 5-69. Hidrogramas unitarios triangular (panel izquierdo) y curvilíneo (panel derecho) . 124 Figura 5-70. Modelo numérico del río Coyuca, en HEC-RAS 4.1 ............................................. 125 Figura 5-71. Hidrograma registrado en la estación hidrométrica Coyuca de Benítez (19002) ... 125 Figura 5-72. Red de drenaje y cauce principal para el Sitio 8 (Atoyac de Álvarez) ................... 126 Figura 5-73. Perfil del cauce principal para el Sitio 8 (Atoyac de Álvarez) ............................... 127 Figura 5-74. Esquema hidrológico del Sitio 8............................................................................. 127 Figura 5-75. Hidrogramas unitarios triangular (panel izquierdo) y curvilíneo (panel derecho) . 128 Figura 5-76. Modelo numérico del río Atoyac, en HEC-RAS 4.1 .............................................. 129 Figura 5-77. Modelo en perspectiva tridimensional del río Atoyac, Guerrero ........................... 129 Figura 5-78. Hidrograma registrado en la estación hidrométrica San Jerónimo (19013) ........... 130 Figura 5-79. Red de drenaje y cauce principal para el Sitio 9 (San José Ixtapa) ........................ 131 Figura 5-80. Perfil del cauce principal para el Sitio 9 (San José Ixtapa) .................................... 132 Figura 5-81. Esquema hidrológico del Sitio 9............................................................................. 132 Figura 5-82. Hidrogramas unitarios triangular (panel izquierdo) y curvilíneo (panel derecho) . 133 Figura 5-83. Modelo numérico del río Ixtapa a partir de un levantamiento terrestre, en HEC-RAS 4.1 ........................................................................................................................................ 134 Figura 5-84. Modelo en perspectiva tridimensional del río Ixtapa ............................................. 135 Figura 5-85. Hidrograma registrado en la estación hidrométrica La Salitrera (19022) .............. 135 Figura 5-86. Red de drenaje y cauce principal para el Sitio 10 (Chilpancingo) ......................... 136 Figura 5-87. Perfil del cauce principal para el Sitio 10 (Chilpancingo) ..................................... 137 Figura 5-88. Esquema hidrológico del Sitio 12........................................................................... 137 Figura 5-89. Hidrogramas unitarios triangular (panel izquierdo) y curvilíneo (panel derecho) . 138 Figura 5-90. Modelo numérico del río Huacapa, en HEC-RAS 4.1 ........................................... 139 Figura 5-91. Hidrograma sintético utilizado para simular en el modelo del río Huacapa .......... 139 Figura 5-92. Topografía del río Ixtapa y red irregular triangulada en ArcMap .......................... 142 Figura 5-93. Pre-proceso de la geometría del río Ixtapa con el uso de la herramienta HECGeoRAS .............................................................................................................................. 143

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Figura 5-94. Mapa de profundidad máxima kilómetro: 2+800 al 3+650, Bario Nuevo; Gro. .... 145 Figura 5-95. Mapa de profundidad máxima kilómetro: 0+900 al 2+100,fraccionamiento Playa Linda.................................................................................................................................... 146 Figura 5-96. Mapa de velocidad máxima kilómetro: 2+800 al 3+650, Bario Nuevo; Gro. ........ 147 Figura 5-97. Mapa de velocidad máxima kilómetro: 0+900 al 2+100, fraccionamiento Playa Linda.................................................................................................................................... 148 Figura 5-98. Velocidades medias en cada sección del río Ixtapa................................................ 149 Figura 5-99. Esquema ilustrativo del gráfico de niveles para los sitios de pronóstico ............... 150 Figura 6-1. Preparación de los datos de entrada del MM5.......................................................... 156 Figura 6-2. Preparación de los datos de entrada del WRF .......................................................... 156 Figura 6-3. Interacción de los servidores involucrados en el sistema automatizado de modelación numérica .............................................................................................................................. 157

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RESUMEN EJECUTIVO Para la modelación hidrológica se definieron los sitios de pronóstico, considerando ciudades zonas productivas o industriales importantes, lugares con problemas de inundación recurrentes, o bien, algún sitio que sea de interés particular de la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA). En dichos sitios, no necesariamente existe información hidrométrica. Se definieron diez (10) sitios de pronóstico para el Organismo de Cuenca Pacífico Sur, de manera consensuada con la Gerencia de Aguas Superficiales e Ingeniería de Ríos (GASIR) y con el personal técnico del Organismo de Cuenca. Se recopiló la información que permitió caracterizar las cuencas que fueron modeladas, la red de drenaje y los ríos donde se realiza el pronóstico. Entre la información colectactada están los modelos digitales de elevación, la batimetría de los cauces de los ríos, así como información de contexto. Dado que no toda la información es de una sola fuente, fue necesario acudir a diferentes dependencias para su acopio.. Partiendo de los mapa de isoyetas y/o archivos tabulares generados en el Sistema de Información Hidrológica (SIH) de la CONAGUA, se realizó el cálculo de la precipitación media de la cuenca de aportación, en tiempo real o dependiendo del intervalo de actualización del SIH, en las cuencas de aportación de cada uno de los sitios de pronóstico. Se realizó la simulación hidrológica en las cuencas, tomando en cuenta los modelos lluviaescurrimiento adecuados a las características de las mismas y se aplicaron metodologías para obtener el hidrograma unitario (instantáneo, adimensional o triangular, según sea el caso), una sola vez en cada cuenca, verificando que la información requerida esté disponible. Se construyeron los modelos para el tránsito de avenidas en el cauce y se ligaron a los modelos lluvia – escurrimiento para cada río simulado y, para cada uno de los sitios de pronóstico, mostrando los valores tanto de elevación del agua como el del gasto, en salidas gráficas y tabulares y posibilitando la exportación de sus valores para análisis posteriores. En los sitios de pronóstico, y para los valores estimados (pronósticos) se obtuvieron intervalos de confianza, lo cual permitió tener una idea de la incertidumbre del pronóstico con un horizonte de 24, 48 y 72 hr..

Con este estudio se sentaron las bases para que en un tiempo relativamenmte corto y apoyado en un sistema que se ejecute en tiempo real, en cada sitio de pronóstico se emita un mensaje indicando dónde, cuándo y la magnitud del evento pronosticado.

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Capítulo 1 1 INTRODUCCIÓN

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1.2 Introducción Sin duda, el agua es el recurso natural más importante de cualquier país debido los beneficios que ofrece en los ámbitos social, ambiental y económico; sin embargo, junto con sus ventajas también existen las desventajas, como cuando su exceso origina inundaciones. Una inundación se produce cuando alguna zona queda momentáneamente cubierta por agua. Ello se debe al almacenamiento de agua de lluvia en zonas con escaso drenaje (inundaciones pluviales), al desbordamiento de arroyos o ríos (inundaciones fluviales), a mareas de tormenta (inundaciones costeras), a la descarga de obras de excedencias de presas o bien a la falla de una estructura hidráulica. A lo largo de la historia, el hombre, tratando de obtener los beneficios de lagos y ríos, se ha establecido a la orilla de los mismos. Haciendo uso de ellos como medio de transporte y fuente de abastecimiento para consumo y riego. No obstante, en las últimas décadas producto del rápido crecimiento de la población, la alteración del ciclo hidrológico, el inadecuado manejo de los recurso hídricos y la invasión de los cauces, los beneficios percibidos se han visto ampliamente superados por los daños. Los daños asociados a la inundaciones impactan en una gran variedad de sectores económicos (p. ej. agricultura, ganadería), así como en la infraestructura urbana e incluso ocasionar la pérdida de vidas. La República Mexicana se encuentra ubicada en un área meteorológicamente compleja; se encuentra rodeada de dos grandes masas de agua y es atravesada por 6 sistemas montañosos. Por ello, el territorio se ve sujeto a una gran variedad de fenómenos meteorológicos que pueden causar desastres, como frentes, fríos, ciclones tropicales y precipitaciones convectivas, las cuales se pueden generar tanto en el Océano Atlántico como en el Pacífico. De acuerdo con los registros de desastres hidrometeorológicos en los últimos 30 años, han ocurrido inundaciones que se presentan en cuencas que tienen asentamientos humanos en su parte baja, por lo que han sufrido la pérdida de vidas humanas y cuantiosos daños materiales, dentro de las cuales podemos mencionar a: Acapulco, Guerrero (huracán Paulina, 1997 y huracán Manuel, 2013), Tijuana, Baja California (lluvias torrenciales, 1998), Motozintla y Tapachula, Chiapas (lluvias torrenciales, 1998), Villahermosa, Tabasco (lluvias intensas, 1999), Álamo, Gutiérrez Zamora, Martínez de la Torre, Misantla, Poza Rica y Tecolutla, Veracruz (inundaciones, 1999), Monterrey, Nuevo León (huracán Keith, 2000) y Chalco, Iztapaluca y Los Reyes La paz, México (fuertes precipitaciones) y Baja California sur (huracán Odil, 2014). Según las cifras reportadas por el Centro Nacional de Prevención de Desastres (CENAPRED), durante las últimas 3 décadas, alrededor de 60 huracanes y un número similar de tormentas tropicales causaron graves daños en 7 estados de la república. Siendo los estados más afectados los localizados en el Pacifico Sur: Chiapas, Guerrero y Oaxaca. En la costa Atlántica se tiene un promedio anual de 8 huracanes, de los cuales, al menos 2 entran a tierra firme; en tanto que por el Océano Pacífico el promedio anual se eleva a 13, de los cuales 4 entran a tierra.

17

En cuanto los daños directos e indirectos generados por desastres meteorológicos (Tabla 1-1), el CENAPRED ha reportado que estos ascienden anualmente, en promedio, a unos 230 millones de dólares. Por lo que respecta a la pérdida de vidas humanas, estas alcanzan un promedio de 230 anuales. Tabla 1-1. Desastres Meteorológicos en México de 1980 a 1999 Fuente: CENAPRED

Huracán Gilbert 1988

225

Daños Directos (millones 76 de dólares)

Huracán Diana 1990

139

90.7

90.7

Heladas 1996

224

5.3

5.3

Inundaciones en Chihuahua 1990

200

2.5

2.5

Huracán Paulina 1990

228

447.8

447.8

Lluvias torrenciales en Tijuana 1998

92

65.6

65.6

Lluvias torrenciales en Chiapas 1998

229

602.7

602.7

Inundaciones en Veracruz 1999

124

216

77.4

293.4

Inundaciones en Puebla 1999

263

235.3

9.5

244.8

Otros

1243

2662.9

58

2720.9

2767

4402.3

144.9

4547.2

Evento

Total

Muertos

Daños indirectos

Total daños 76

Enfocándonos en lo que respecta a las acciones necesarias para prevenir y mitigar futuros desastres, éstas se pueden dividir en dos tipos: estructurales y no estructurales. El objetivo de las primeras yace en reducir los daños provocados por las inundaciones mediante la construcción de obras, mientras que en el caso de las no estructurales, éstas se basan en sistemas de alerta que permitan prevenir a las poblaciones de la ocurrencia de una avenida de importancia. Teniendo ambas acciones como objetivos principal el prevenir que no haya decesos de personas y se reduzcan los daños materiales. En la actualidad, existe un consenso a nivel mundial en cuanto a que las acciones de tipo preventivo son las que se deben impulsar para reducir los daños provocados por inundaciones. Para ello, no sólo es necesario contar con políticas dirigidas en generar una cultura de prevención, es necesario también el implementar sistemas y modelos que nos permitan obtener parámetros de juicio que coadyuven en la toma de decisiones. Es en el marco de este tipo de acciones es que se desarrolla este proyecto, el cual tiene como objetivo realizar un estudio hidrológico a través del cual se definirán la metodología, los criterios, las variables y los productos a emplear para el adecuado y oportuno pronóstico de los gastos y los niveles en los ríos, con tres intervalos a futuro, para el Organismo de Cuenca Pacífico Sur.

18

1.3 Antecedentes Durante los años 2002-2010 las inundaciones y lluvias severas en México, relacionadas con fenómenos hidrometeorológicos, ocasionaron 812 fallecimientos y afectaron aproximadamente 14 millones de habitantes, 970000 viviendas, 18400 escuelas, 2.8 millones de hectáreas de cultivos y 64 mil km de caminos. Mientras que durante el mismo periodo, los daños originados por los huracanes ascendieron a $ 103 mil millones, destacando las inundaciones en Tabasco durante el 2007 y el Huracán Alex, en 2010, que afectó los estados de Nuevo León, Tamaulipas y Coahuila. La Conagua formuló en enero de 2013 el Programa Nacional de Prevención contra Contingencias Hidráulicas (PRONACCH). El Programa comprende tres elementos principales: (1) El monitoreo, la vigilancia, el pronóstico hidrológico y el alertamiento, (2) Los programas de ordenamiento territorial entre ellos la delimitación de zonas federales y la elaboración del Atlas Nacional de Riesgos por Inundación (ANRI) y, (3) la formulación de políticas para la operación de presas. Para poner en marcha el PRONACH el 14 de enero de 2013, en la Ciudad de Villahermosa, Tabasco, el Lic. Enrique Peña Nieto, Presidente Constitucional de los Estados Unidos Mexicanos, giró las siguientes instrucciones: Primera A la Comisión Nacional del Agua para que firme un convenio de competencias con el gobierno de Tabasco y con los municipios de esta entidad, para realizar obras y acciones bajo esta óptica de actuar bajo una visión integral. Segunda Le instruyó al director de Conagua para que recorra personalmente, junto con las autoridades locales, las obras de control y de inundaciones que se han realizado y las que están en proceso, para tener una clara evaluación del avance que se tiene de las mismas, y se concluyan satisfactoriamente en los plazos que están claramente determinados. Tercera Que se elabore el Proyecto Hidrológico para proteger a la población de inundaciones. De igual forma, instruyó a otras dependencias del Gobierno de la República, para sumarse a este plan contra las inundaciones. Cuarta Construir la nueva red climatológica e hidrométrica, instalar sistemas de alerta en los cauces y modernizar los Servicios de Alertamiento.

19

Quinta A la Secretaría de Gobernación, para que Protección Civil se coordine con el Sistema Meteorológico Nacional, a fin de contar con sistemas eficaces de alertamiento temprano, algo en lo que se ha puesto especial énfasis, porque será la mejor manera de actuar de manera rápida ante señales claras que con tiempo se tengan, de eventuales inundaciones que vayan a presentarse en alguna parte del país. Sexta Instruyó a la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales para que inicie una intensiva campaña de reforestación, lo cual resulta fundamental para realmente atender el problema de las inundaciones. Séptima A la nueva Secretaría de Desarrollo Agrario, Territorial y Urbano, la SEDATU, para que, en coordinación con las autoridades locales, elabore el Plan de Ordenamiento Territorial para la cuenca de la Frontera Sur, bajo una premisa básica: Evitar la construcción de vivienda o de cualquier otro tipo, en zonas susceptibles de inundación. Será fundamental que las tres órdenes de Gobierno, en alcance a la responsabilidad que cada uno tiene, trabajen de manera muy coordinada y evitar construcciones en las zonas de posible inundación. Octava Instruyó a la Secretaría de Comunicaciones y Transportes del Gobierno de la República para que la infraestructura que se ha prometido realizar y llevar a cabo en beneficio de todos los mexicanos, no obstaculice los cauces de agua. Que la infraestructura que el país necesita para lograr un mayor crecimiento económico, no vaya a ser razón de poner en riesgo la vida de mexicanos, por obstaculizar u obstruir cauces de agua, o el diseño que tenga la Conagua de lo que debe ser el mapa de riesgos, y de evitar la construcción en zonas de posibles inundaciones, debe ser plenamente consensado y concertado con la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, para que la infraestructura se desarrolle, teniendo muy presente dónde hay zonas de riesgo o de posibles futuras inundaciones. Novena Y en alcance, precisamente, a este mismo objetivo, de que la infraestructura no obstaculice o pueda ser causa de riesgos mayores por inundaciones, en este mismo objetivo instruyó a Petróleos Mexicanos y a la Comisión Federal de Electricidad, para que retiren toda aquella infraestructura que han construido o desarrollado que ponga en riesgo a la población, por futuras inundaciones. Que tenga un plan de acción para ir retirando toda aquella infraestructura que obstaculiza y que entorpece el cauce de agua por cauces naturales, teniendo presente que primero está la vida de la gente.

20

1.4 Situación actual de los sistemas de pronóstico hidrológico Actualmente se encuentran en operación 19 sistemas de pronóstico en ríos en las cuencas del Norte, este y sur de México (ver Figura 1-1), entre las que se incluyen las cuencas del río Bravo, Sonora, Yaqui, Mayo, Fuerte, Sinaloa, Culiacán, San Lorenzo, San Pedro, Acaponeta, Nazas, Aguanaval, San Fernando, Soto La Marina y Pánuco. La información diaria de los pronósticos hidrológicos en las cuencas mencionadas se puede consultar en el siguiente enlace: http://www.conagua.gob.mx/spr/.

Figura 1-1.Cuencas con sistema de pronóstico hidrológico (Fuente: Conagua)

Considerando que en algunas partes de la República Mexicana, como es el caso de la Península de Yucatán, las corrientes son intermitentes y erráticas, por lo que sus cauces no se encuentran bien definidos o bien, su magnitud no representa un riesgo hidrológico potencial; aunado a que en Chiapas se tienen en operación dos proyectos piloto: el Sistema Guía de Crecientes Repentinas México-Mozotal (MMFFGS), que cubre las cuencas de la Costa de Chiapas, además de una porción de la cuenca del Grijalva, y el Sistema de Alerta Temprana en el río El Sabinal, que protege la Ciudad de Tuxtla Gutiérrez. Actualmente, de acuerdo con los sistemas en operación, aproximadamente el 40% de las principales cuencas del país cuentan con un Sistema de Pronóstico en Ríos, el cual, aunque opera de forma continua, en algunas de las cuencas con mayor riesgo de inundación no cuentan con un modelo de pronóstico operativo que basado en la precipitación registrada ya través de un modelo lluvia-escurrimiento, sea posible estimar la ocurrencia de crecientes en los ríos cercanos o que 21

cruzan las principales ciudades. Entre las regiones hidrológicas que carecen de un sistema de pronóstico en ríos se encuentran Costa Grande de Guerrero, Costa Chica de Guerrero, Costa de Oaxaca y Tehuantepec. Debido a lo anterior, es de particular interés contar con herramientas hidrológicas que permitan detectar crecidas que afecten alguna de las mencionadas regiones. De acuerdo con el párrafo anterior y a la cuarta instrucción del PRONACCH (monitoreo, vigilancia, pronóstico hidrológico y alertamiento) es necesario contar con sistemas de pronóstico hidrológico en los ríos del país, con la finalidad de tener herramientas que permitan prever la ocurrencia de crecientes que ocasionen afectaciones a los centros de población, zonas productivas o industriales.

1.5 Objetivo General Realizar un estudio hidrológico a través del cual se definan la metodología, los criterios, las variables y los productos a emplear para el adecuado y oportuno pronóstico de los gastos y los niveles en los ríos, con tres intervalos a futuro, para el Organismo de Cuenca Pacífico Sur.

1.6 Objetivos Específicos 

Identificar de los sitios de pronóstico dentro del Organismo de Cuenca Pacífico Sur



Calcular las características fisiográficas de las cuencas de aportación a los sitios de pronóstico



Construir los modelos lluvia-escurrimiento para los sitios de pronóstico con base en el concepto del hidrograma unitario



Construir los modelos hidráulicos para el tránsito de avenidas



Calcular la precipitación media de las cuencas de aportación a los sitios de estudio, partiendo de la información de las estaciones registradas en el Sistema de Información Hidrológica (SIH) de la Conagua, así como de modelos de pronóstico meteorológico (por ejemplo el GFS o el WRF).



Obtener valores de series de tiempo de gastos y niveles en ríos en sitios previamente definidos.



Definir y proponer las bases del modelo para la posterior implementación del sistema de pronóstico en ríos para las regiones hidrológicasNo.19, Costa Grande de Guerrero, No.20, Costa Chica de Guerrero, No. 21, Costa de Oaxaca y No. 22, Tehuantepec.

22

Capítulo 2 2 DEFINICIÓN DE LOS SITIOS DE PRONÓSTICO

23

2.1 Zona de estudio La zona de estudio es el Organismo de Cuenca Pacífico Sur (OCPS) (Figura 2-1), el cual comprende las regiones hidrológicas Costa Grande de Guerrero, Costa Chica de Guerrero, Costa de Oaxaca y Tehuantepec (Figura 2-2) y que ocupa aproximadamente el 5% del territorio nacional. Dentro de los ríos más importantes en la zona de estudio, se pueden mencionar el río Verde, río los Perros, río Tehuantepec, río Quetzala y río la Sabana. Por su ubicación, la zona es altamente susceptible a los fenómenos meteorológicos con origen en el océano Pacífico.

Figura 2-1. Organismo de Cuenca Pacífico Sur

Figura 2-2. Cuencas con sistema de pronóstico hidrológico

24

2.2 Criterios de selección de los sitios de pronóstico Un punto de vital importancia es la selección de los sitios de pronóstico, para lo cual fue necesario el abordar y revisar diferentes fuentes de información. Se definieron, en conjunto con la CONAGUA, un total de 10 sitios de pronóstico sobre los que se trabajó en el presente estudio. A continuación se enlistan los principales criterios considerados en la selección de los sitios:  Localidades urbanas en las riveras de ríos  Selección de localidades urbanas con poblaciones mayores a 15,000 habitantes  Cobertura espacial de la información topográfica de las cuencas de aportación a los sitios de pronóstico en el OCPS  Localidades con problemas recurrentes de lluvias severas o inundaciones  Identificación de sitios de aforo en las corrientes seleccionadas Es importante destacar que los criterios establecidos se utilizaron como parámetros que coadyuven en la elaboración de la propuesta de los posibles sitios de pronóstico, más no se establecieron como parámetros rígidos que deberían cumplir para poder integrarlos como posibles sitios. Aunado a los criterios establecidos anteriormente, y una vez definida la propuesta de los posibles sitios de pronóstico, se convocaron reuniones con personal del OCPS, así como de la Gerencia de Aguas Superficiales de la Conagua, donde con base en la propuesta se fueron filtrando los sitios de mayor interés. Para ello, se no hizo saber de la problemáticas que presentaban en las diferentes localidades y cuales consideraban sitios de alertamiento estratégicos. Con base en los sistemas de información geográfica y los geodatabase del Sistema Nacional del agua (SINA), se llevó a cabo el análisis y filtrado de la información de las localidades urbanas (Figura 2-3). Utilizando los campos de atributo de la población registrada por el INEGI en el censo del 2010 y la capa de ríos, se obtuvo las poblaciones que se consideraban cumplían con los dos primeros criterios establecidos (Tabla 2-1). Una vez definidas las localidades factibles de ser consideradas como sitios de pronóstico, siguiendo los criterios poblacionales y analizada su distribución espacial en el OCPS (Figura 2-4), se procedió a revisar las declaratorias de emergencia por ocurrencia de lluvias severa. Dicha revisión se llevó a cabo con base en las publicaciones del Diario Oficial de la Federación, en los cuales se enlistan por estado el fenómeno causante de la declaratoria de desastre, la fecha de publicación y los municipios afectados (Tabla 2-2). La revisión se emprendió solo para los registros posteriores al 2010.

25

Figura 2-3. Localidades urbanas dentro del OCPS Tabla 2-1. Localidades urbanas identificadas en el primer análisis de los posibles sitios de pronóstico No

Localidad

Población

Estado

No

Localidad

Población

Estado

1

Acapulco de Juárez

673479

Guerrero

25

Ocotlán de Morelos

15016

Oaxaca

2

Oaxaca de Juárez

255029

Oaxaca

26

Villa de Zachila

13959

Oaxaca

3

Chilpancingo de los Bravo

187251

Guerrero

27

San Jacinto Amilpas

13860

Oaxaca

4

Salina Cruz

76596

Oaxaca

28

Tlacolula de Matamoros

13821

Oaxaca

5

74,825

Guerrero

29

Vicente Guerrero

13794

Oaxaca

6

Heroica Ciudad de Juchitán de Zaragoza Zihuatanejo

67408

Guerrero

30

Unión Hidalgo

13683

Oaxaca

7

Santa Cruz Xoxocotlán

67086

Oaxaca

31

Coyuca de Benítez

13566

Guerrero

8

Heroica Ciudad de Huajuapan de León Santa Lucía del Camino

53043

Oaxaca

32

Asunción Nochixtlán

13284

Oaxaca

44023

Oaxaca

33

San Marcos

13282

Guerrero

42082

Oaxaca

34

Cuilápam de Guerrero

12360

Oaxaca

11

Santo Domingo Tehuantepec Chilapa de Álvarez

31157

Guerrero

35

San Blas Atempa

11959

Oaxaca

12

Santiago Pinotepa Nacional

29604

Oaxaca

36

El Rosario

11707

Oaxaca

13

Puerto Escondido

25902

Oaxaca

37

Zimatlán de Álvarez

10986

Oaxaca

14

Ciudad Ixtepec

25381

Oaxaca

38

Putla Villa de Guerrero

10925

Oaxaca

Guerrero

39

10618

Oaxaca

9 10

15

Ometepec

24120

16

Miahuatlán de Porfirio Díaz

23940

Oaxaca

40

San Francisco Telixtlahuaca Cuajinicuilapa

10282

Guerrero

17

Tixtla de Guerrero

22826

Guerrero

41

Santa Cruz Amilpas

10120

Oaxaca

18

Santa María Atzompa

21788

Oaxaca

42

Petaquillas

9801

Guerrero

19

Petatlán

21659

Guerrero

43

Brisas de Zicatela

9771

Oaxaca

Heroica Ciudad de Ejutla de Crespo Tlalixtac de Cabrera

9748

Oaxaca

8881

Oaxaca

20

Atoyac de Álvarez

21407

Guerrero

44

21

San Antonio de la Cal

20198

Oaxaca

45

22

Ayutla de los Libres

15370

Guerrero

46

San Pablo Huixtepec

8786

Oaxaca

23

Crucecita

15130

Oaxaca

47

8698

Guerrero

24

Técpan de Galeana

15119

Guerrero

48

San José Ixtapa (Barrio Nuevo) San Agustín de las Juntas

8089

Oaxaca

26

Figura 2-4. Distribución espacial de las localidades urbanas identificadas en el primer análisis de los posibles sitios de pronóstico Tabla 2-2. Ejemplo de declaratoria de desastre para el municipio de Coyuca de Benítez por los eventos ocurridos el 23 de septiembre de 2013 DECLARATORIA DE DESASTRE

Declaratoria de Desastre Natural por la ocurrencia de lluvia severa del 14 de septiembre de 2013, en 56 municipios del Estado de Guerrero.

FECHA DE PUBLICACIÓN EN EL DOF

MUNICIPIOS AFECTADOS

Coyuca de Benítez 23 de septiembre de 2013

Históricamente, los estados de Guerrero y Oaxaca y de forma particular sus costas, se han visto afectados por fenómenos hidrometeorológicos, los cuales han derivado en devastadores efectos en las poblaciones ubicadas por los sitios donde discurren las avenidas. La revisión de las declaratorias de emergencia evidenció que las localidades ubicadas en la planicie de inundación (parte baja de las cuencas) tienden a presentar un mayor peligro de inundación (Figura 2-5).

Figura 2-5. Zonas de peligro de inundación (Fuente: CENAPRED)

27

Como último paso en la identificación de los posibles sitios de pronóstico, se intentó dar prioridad a aquellos sitios donde se pudiera contar con registros de aforos. Esto ante la necesidad de poder contar con información para la calibración del modelo lluvia escurrimiento, lo que proporciona un mayor soporte a los pronósticos, sin embargo, se enfrentó con la problemática de que se cuenta en las cuencas del OCPS con una red muy pobre de monitoreo de escurrimientos.

2.3 Sitios propuestos de pronóstico La propuesta inicial presentada al personal del OCPS de los sitios de pronóstico, contenía 12 posibles sitios factibles de incorporar al estudio (Tabla 2-3). Los cuales se distribuían espacialmente de la siguiente forma: 5 en el estado de Oaxaca y 7 en el estado de Guerrero (Figura 2-6). En la Tabla 2-4 se enlistan las localidades asociadas a los 12 sitios propuestos de pronóstico, donde se pueden observar también las poblaciones de las localidades. Solo en el caso de los ríos Quetzala y Papagayo, estos sitios se incorporaron más considerando la importancia de los ríos en la zona de estudio que por el peso de los criterios establecidos para la selección de los sitios. La revisión de estaciones de aforo sobre las corrientes de los sitios propuestos, permitió identificar aquellos sitios en los que aunque la estación hidrométrica se encuentra suspendida se podría contar con registros históricos que permitieran poder tener una análisis más completo. Un total de 15 estaciones fueron las identificadas en las corrientes de los sitios propuestos, ubicándose en un alto porcentaje aguas arriba de los mismos. No obstante, sólo ocho estaciones se encuentran en operación y siete se encuentran suspendidas. Por otro lado, de acuerdo con esta información en tres sitios no se cuenta con ningún tipo de registro de aforo, seis cuentan con registros históricos suspendidos en su mayoría a partir del 2009 y sólo 3 sitios contarían con información actualizada. Tabla 2-3. Propuesta inicial de los 12 sitios de pronóstico

No

Sitio

Corriente

1

Juchitán de Zaragoza

Río Los Perros

2

Sto. Domingo Tehuantepec

Río Tehuantepec

3

Puerto Escondido (Brisas de Zicatela)

Río Colotepec

4

Zimatlán de Álvarez

Río Atoyac (Río Verde)

5

Localidades Cuajinicuilapa

Río Quetzala

6

Acapulco

Río La Sabana

7

Coyuca de Benítez

Río Coyuca

8

Atoyac de Álvarez

Río Atoyac

9

Petatlán

Río Petatlán

10

San José Ixtapa

Río Ixtapa

11

Papagayo

Río Papagayo

12

Chilpancingo

RíoHuacapa

28

Figura 2-6. Sitios de pronóstico de la propuesta inicial Tabla 2-4. Poblaciones asociadas con los sitios propuestos de pronóstico

Sitio

Corriente

Localidad

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Río Los Perros Río Tehuantepec Río Colotepec Río Atoyac Río Quetzala Río La Sabana Río Coyuca Río Atoyac Río Petatlán Río Ixtapa Río Papagayo Río Huacapa

Juchitán de Zaragoza Sto. Domingo Tehuantepec Puerto Escondido (Brisas de Zicatela) Zimatlán de Álvarez Localidades de Cuajinicuilapa Acapulco Coyuca de Benitéz Atoyac de Álvarez Petatlán San José Ixtapa (Barrio Nuevo) --Chilpancingo

Población (habitantes*) 74,825 42,082 9,771 10,986 --673,479 13,566 21,407 21,659 8,698 --142,746

* Información correspondiente al censo de INEGI del 2010

Lo anterior sin duda colocaba ante la disyuntiva de no poder contar con información que permitiera el poder calibrar el modelo lluvia escurrimiento, así como en un futuro con la implementación del sistema, poder tener una calibración de los resultados del pronóstico emitido en los sitios de pronóstico. Por lo que de acuerdo con la información que se cuenta en lo que respecta a la de tipo hidrométrica, el pronóstico obtenido en la mayoría de los sitios sería puramente climatológico.

2.4 Sitios de pronóstico Producto de las reuniones con el personal del OCPS, planteada la problemática en los sitios presentados en la propuesta inicial y considerando las necesidades mismas de las contingencias que enfrentan en su área de jurisdicción. Se replantearon los sitios de pronóstico con base a su propuesta, en la cual se dio prioridad a la problemática que enfrenta la ciudad de Oaxaca y su zona conurbada de eventualidades por ocurrencia de inundaciones. Por ello, tres sitios fueron replanteados, los cuales se ubicaron de acuerdo con la información disponible de aforos en la zona.

29

La Tabla 2-5 muestra los sitios de pronóstico definidos para el estudio, donde respecto de la propuesta inicial fueron retirados los sitios en los ríos Papagayo, Petatlán, Quetzala y Tehuantepec, mientras que el sitio en el río Atoyac a la altura de la localidad Cienega de Zimatlán fue reubicado aguas arriba. Así mismo, en la Tabla 2-6 se enlistan las características poblacionales de las localidades asociadas a los sitios donde se llevará a cabo el pronóstico de gasto y elevación para poder emitir las alertas que coadyuven en la mitigación de los impactos de las inundaciones producto de la ocurrencia de fenómenos meteorológicos. En la Figura 2-7 se puede observar la distribución en el entorno del OCPS de los sitios de pronóstico finales consensuados. Con base en ellos, se desarrolló el presente estudio hidrológico estableciendo las bases para su futura sistematización dentro de un Sistema de Predicción en Ríos. Tabla 2-5. Sitios de pronóstico

No

Sitio

Corriente

1

Juchitán de Zaragoza

Río Los Perros

2

Oaxaca de Juárez

Río San Felipe

3

San Antonio de la Cal

Río Salado

4

San Agustín de las Juntas

Río Atoyac

5

Puerto Escondido (Brisas de Zicatela)

Río Colotepec

6

Acapulco

Río La Sabana

7

Coyuca de Benítez

Río Coyuca

8

Atoyac de Álvarez

Río Atoyac

9

San José Ixtapa

Río Ixtapa

10

Chilpancingo

RíoHuacapa

Tabla 2-6. Características poblacionales de los sitios de alertamiento

No

Corriente

Localidad

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Río Los Perros Río San Felipe Río Salado Río Atoyac Río Colotepec Río La Sabana Río Coyuca Río Atoyac Río Ixtapa Río Huacapa

Juchitán de Zaragoza Oaxaca de Juárez San Antonio de la Cal San Agustín de las Juntas Puerto Escondido (Brisas de Zicatela) Acapulco Coyuca de Benítez Atoyac de Álvarez San José Ixtapa (Barrio Nuevo) Chilpancingo

Población (habitantes*) 74,825 255,029 20,198 8,089 9,771 673,479 13,566 21,407 8,698 142,746

* Información correspondiente al censo de INEGI del 2010

30

Figura 2-7. Sitios de pronóstico para el OCPS

31

32

Capítulo 3 3 RECOPILACIÓN DE LA INFORMACIÓN

33

3.1 Información Geográfica Se denomina información geográfica a aquellos datos espaciales georeferenciados, cuyos datos son utilizados actualmente en estudios que abarcan prácticamente la totalidad de las ciencias. En este estudio se recopiló información geográfica tanto en formato vectorial como formato raster, la cual se manipulo en el entorno del sistema de información geográfica ArcGIS en su versión 10.2. La información vectorial recopilada consistió en la red de ríos en escala 1:50,000 obtenida del INEGI, localidades urbanas, cuerpos de agua, presas de almacenamiento, delimitación estatal, organismos de cuenca, red de estaciones hidrométricas, estaciones meteorológicas automáticas, entre otras. Esta información fue recopilada del Sistema de Información del Agua (SINA), la cual tiene acceso libre para su descarga en el siguiente enlace (http://www.conagua.gob.mx/sina/). En lo que respecta a la información tipo ráster, se recopiló la información del Continuo de Elevaciones Mexicano (CEM) en su versión 3.0, el cual se encuentra libre para su descarga y(o consulta en el sitio del Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI) (http://www.inegi.org.mx/geo/contenidos/datosrelieve/continental/descarga.aspx). El ráster tiene una resolución espacial de 15 metros y una resolución en la vertical al metro (Figura 3-1).

Figura 3-1. Continuo de Elevaciones Mexicano 3.0

34

3.2 Información Climatológica Una vez definidos los sitios finales de pronóstico, es necesario recopilar climatológica e hidrométrica, así junto con las características fisiográficas de aportación a los Sitios de Pronóstico (SP) determinar los Hidrogramas posteriormente realizar la modelación del proceso lluvia –escurrimiento, y por pronóstico de avenidas.

la información las cuencas de unitarios para consiguiente el

3.2.1 Recopilación de la información de precipitación Estaciones convencionales El Servicio Meteorológico Nacional (SMN) de la Comisión Nacional del Agua, administra una base de datos llamada CLICOM (CLImate COMputing Project). Esta base de datos contiene la información del orden de 5340 estaciones climatológicas Convencionales. Estas estaciones tienen como característica que solo cuentan con información a cada 24 horas. En esta base de daros se puede encontrar información desde 1902. De acuerdo con los 10 (SP) definidos en el subcapítulo 2.4, se ubicaron 97 estaciones climatológicas, las cuales están dentro de las cuencas de aportación a los SP o bien a una distancia máxima de 10 km de las cuencas, de las 97 estaciones 45 se localizan en el estado de Guerrero y 52 en el estado de Oaxaca. En la siguiente tabla se muestra la relación de las 97 estaciones climatológicas Tabla 3-1. Estaciones climatológicas convencionales Clave de la estación 12003 12011 12016 12024 12027 12031 12035 12041 12069 12075 12079 12086 12094 12095 12099 12105 12111 12120 12127

Nombre AGUA SALADA (CFE) ATOYAC (SMN) CARRERA LARGA COYUCA DE BENITEZ CUNDANCITO CHICHIHUALCO EL COATEPIN (CFE) CACALUTLA SAN JUAN DE LAS FLORES COAPANGO A. SAN VICENTE (CFE) SANTO DOMINGO TEPETIXTLA VALLECITOS XALTIANGUIS (CFE) SAN JERONIMO ZUMPANGO DEL RIO CHILPANCINGO LOS BRAVOS (CFE) SAN CRISTOBAL ZIHUATANEJO (DGE)

Municipio

233 240 20 7 1,050 1,100 1,700 20 630 2,150

Año inicial 1971 1922 1953 1945 1962 1961 1961 1983 1965 1961

Año final 2000 1988 2013 1988 2014 2014 1977 2014 2014 1979

17.3353 17.2167 17.9181 17.0953 17.1333 17.6550 17.5450

650 250 550 306 20 1,080 1,250

1961 1962 1961 1961 1960 1961 1969

2014 2013 2014 2000 2014 2014 2000

17.2756 17.6444

900 20

1966 1964

2003 2014

Longitud

Latitud

ACAPULCO DE JUAREZ ATOYAC DE ALVAREZ COYUCA DE BENITEZ COYUCA DE BENITEZ COYUCA DE CATALAN LEONARDO BRAVO CHILPANCINGO DE LOS BRAVO ATOYAC DE ALVAREZ ATOYAC DE ALVAREZ CHILPANCINGO DE LOS BRAVO

-99.6311 -100.4500 -100.1167 -100.0522 -101.1372 -99.7011 -99.9667 -100.3519 -100.3981 -99.6667

17.1786 17.2167 17.0417 17.0333 18.0167 17.6722 17.3833 17.1250 17.3167 17.5000

ATOYAC DE ALVAREZ COYUCA DE BENITEZ ZIHUATANEJO DE AZUETA ACAPULCO DE JUAREZ BENITO JUAREZ EDUARDO NERI CHILPANCINGO DE LOS BRAVO

-100.3533 -100.1122 -101.3503 -99.7150 -100.5194 -99.5253 -99.4967

CHILPANCINGO DE LOS BRAVO ZIHUATANEJO DE AZUETA

-99.9411 -101.5511

Latitud

35

Clave de la estación 12134 12137 12142 12148 12150 12153 12157 12158 12161 12172 12181 12183 12189 12190 12192 12197 12201 12202 12203 12218 12219 12223 12229 12233 12241 12262 20022 20023 20034 20039 20044 20046

Nombre

20048

CHILPANCINGO (DGE) ACAPULCO DE JUAREZ (DGE) ACAPULCO DE JUAREZ (SMN) LAGUNA DE TRES PALOS OMILTEMI ZIHUATANEJO (SMN) E.T.A. 153 LA SABANA RIO SANTIAGO ATOYAC (DGE) ACAPULCO KM. 21 TUNCINGO LA SABANA PALMA ZOLA UNO PALMA ZOLA DOS COAPANGO (CFE) LA LAJA COSTA AZUL LA GARITA HOGAR MODERNO IXTAPA ZIHUATANEJO LAGUNA DE COYUCA LAGUNA TRES PALOS CHILPANCINGO (SMN) TECPAN LA SALITRERA HACIENDA LA CABAﾑA COYOTEPEC CUAJIMOLOYAS ETLA IXTEPEC JALAPA DEL VALLE SAN JUAN BAUTISTA JAYACATLAN JUCHITAN DE ZARAGOZA

20051

JUXTLAHUACA

20052 20053 20058 20060 20079 20080 20087

ASUNCION IXTALTEPEC KM. 33 JUCHITAN DE ZARAGOZA KM. 51+74 LA POBREZA LAS CUEVAS OAXACA OCOTLAN DE MORELOS PILOTO UNO

20091

PORVENIR

20120 20123 20134 20150 20151

SAN MIGUEL SUCHIXTEPEC SAN PEDRO MIXTEPEC SANTIAGO CHIVELA TEJOCOTES SAN FRANCISCO TELIXTLAHUACA TLACOLULA DE MATAMOROS VIVERO BENITO JUAREZ SAN MARTIN MEXICAPAN COMITANCILLO PRESA MATIAS ROMERO E.T.A. 050 ZAACHILA LA CEIBA

20165 20180 20211 20220 20230 20243 20246

Municipio CHILPANCINGO DE LOS BRAVO ACAPULCO DE JUAREZ ACAPULCO DE JUAREZ ACAPULCO DE JUAREZ CHILPANCINGO DE LOS BRAVO ZIHUATANEJO DE AZUETA ACAPULCO DE JUAREZ ATOYAC DE ALVAREZ ATOYAC DE ALVAREZ ACAPULCO DE JUAREZ ACAPULCO DE JUAREZ ACAPULCO DE JUAREZ ACAPULCO DE JUAREZ ACAPULCO DE JUAREZ CHILPANCINGO DE LOS BRAVO ACAPULCO DE JUAREZ ACAPULCO DE JUAREZ ACAPULCO DE JUAREZ ACAPULCO DE JUAREZ ZIHUATANEJO DE AZUETA COYUCA DE BENITEZ ACAPULCO DE JUAREZ CHILPANCINGO DE LOS BRAVO TECPAN DE GALEANA ZIHUATANEJO DE AZUETA BENITO JUAREZ SAN BARTOLO COYOTEPEC SAN MIGUEL AMATLAN VILLA DE ETLA CIUDAD IXTEPEC SAN FELIPE TEJALAPAM SAN JUAN BAUTISTA JAYACATLAN HEROICA CIUDAD DE JUCHITAN DE SANTA MARIA JALAPA DEL MARQUES ASUNCION IXTALTEPEC HEROICA CIUDAD DE JUCHITAN DE SAN PEDRO EL ALTO SANTA MARIA MIXTEQUILLA OAXACA DE JUAREZ OCOTLAN DE MORELOS SANTO DOMINGO TEHUANTEPEC HEROICA CIUDAD DE JUCHITAN DE SAN MIGUEL SUCHIXTEPEC SAN PEDRO MIXTEPEC DIST 22 ASUNCION IXTALTEPEC SANTIAGO TENANGO SAN FRANCISCO TELIXTLAHUACA TLACOLULA DE MATAMOROS OAXACA DE JUAREZ OAXACA DE JUAREZ SAN PEDRO COMITANCILLO SAN PABLO HUITZO VILLA DE ZAACHILA SANTA MARIA COLOTEPEC

1,360 30 20 60 2,140 5 40 680 220 90 20 340 159 85 2,160 43 900 45 45 5 40 24 1,250 25 80 5 1,533 2,853 1,671 69 1,742 1,629

Año inicial 1953 1995 1972 1961 1980 1941 1973 1972 1975 1971 1988 1978 1977 1980 1979 1977 1977 1977 1977 1982 1981 1981 1982 1982 1985 2003 1961 1955 1923 1948 1963 1955

Año final 1992 2008 2014 1969 2014 1969 1976 2014 2014 2014 2004 2014 1994 1994 2000 1994 1994 1994 1994 2001 2014 2014 2014 2014 2014 2010 2007 2014 2014 2011 2014 1980

16.4492

30

1937

2013

-95.3431

16.5000

594

1963

1992

-95.0267 -95.0167

16.5667 16.4167

48 18

1965 1966

1982 1983

-96.5031 -95.3267 -96.7097 -96.6667 -95.2031

16.0267 16.4500 17.0831 16.8000 16.4167

1,682 152 1,594 1,522 42

1963 1948 1930 1923 1964

1978 1983 2011 2004 1984

-94.9797

16.4889

22

1965

1984

-96.4650 -97.0997 -95.0000 -97.0022 -96.9000

16.0914 15.9831 16.7167 17.2322 17.3000

2,453 227 217 2,287 2,260

1961 1969 1949 1953 1961

2014 1990 2010 2009 2013

-96.4831 -96.7331 -96.7047 -95.1667 -96.9000 -96.8167 -97.0000

16.9500 17.0667 17.0567 16.4831 17.2697 16.9667 15.8667

1,618 1,568 1,540 75 1,739 1,518 23

1950 1970 1954 1987 1974 2003 1975

1988 1978 1969 1991 1981 2004 1992

Longitud

Latitud

-99.5000 -99.8825 -99.9056 -99.7500 -99.6875 -101.5833 -99.7167 -100.3169 -100.4167 -99.6833 -99.7889 -99.8619 -99.8842 -99.8836 -99.6369 -99.8000 -99.8833 -99.7833 -99.8833 -101.5931 -100.0875 -99.7783 -99.5008 -100.5686 -101.6667 -100.4714 -96.7006 -96.4167 -96.7997 -95.0844 -96.8783 -96.8331

17.5333 16.8636 16.8664 16.7833 17.5569 17.6500 16.8833 17.2539 17.2103 16.9500 16.8511 16.8881 16.8728 16.8700 17.5053 16.9167 16.8667 16.9333 16.8667 17.6569 17.0072 16.8297 17.5514 17.2500 17.8008 17.0975 16.9567 17.1250 17.2072 16.5519 17.0658 17.4167

-95.0242

Latitud

36

Clave de la estación 20249 20258

Nombre C.A.E. DEL ITSMO

20269 20271

SANTO DOMINGO BARRIO BAJO CUAUHTEMOC LA CARBONERA

20277 20284 20289 20308 20313 20318 20329 20330 20335 20342 20354 20360 20363 20364 20366 20367 20383 20451 20505 20507

RIO HONDO VIVERO FORESTAL TLACOLULA GUEVEA DE HUMBOLDT SAN MATEO RIO HONDO TLAZOYALTEPEC ALMOLOYA FORTIN GUICHIXU JALATENGO SAN JOSE DEL PACIFICO ZAACHILA LA CUMBRE GUIGOVELAGA HUITZO MITLA PRESA EL ESTUDIANTE REYES MANTECON SAN JUAN GUELAVIA SAN BALTAZAR LOXICHA DIAZ ORDAZ

HEROICA CIUDAD DE JUCHITAN DE VILLA DE ETLA

-95.0000

16.4667

22

Año inicial 1975

-96.7800

17.2000

1,678

1976

2013

OAXACA DE JUAREZ SAN FRANCISCO TELIXTLAHUACA SANTA MARIA MIXTEQUILLA TLACOLULA DE MATAMOROS GUEVEA DE HUMBOLDT SAN MATEO RIO HONDO SANTIAGO TLAZOYALTEPEC EL BARRIO DE LA SOLEDAD OAXACA DE JUAREZ SANTIAGO LAOLLAGA SAN MATEO RIO HONDO SAN MATEO RIO HONDO VILLA DE ZAACHILA GUEVEA DE HUMBOLDT SANTIAGO LACHIGUIRI SAN PABLO HUITZO SAN PABLO VILLA DE MITLA TLALIXTAC DE CABRERA SAN BARTOLO COYOTEPEC SAN JUAN GUELAVIA SAN BALTAZAR LOXICHA VILLA DIAZ ORDAZ

-96.7567 -96.9331

17.0831 17.3997

2,605 2,233

1975 1975

1982 2010

-95.2814 -96.3831 -95.3717 -96.4458 -96.9981 -95.0667 -96.7167 -95.2858 -96.5300 -96.5000 -96.7822 -95.4000 -95.4500 -96.8831 -96.3644 -96.6281 -96.7256 -96.5497 -96.7942 -96.4325

16.4753 16.9667 16.7889 16.1392 17.0317 16.7500 17.0667 16.6950 16.0331 16.1667 16.9478 16.8150 16.8831 17.2831 16.9153 17.1364 16.9069 16.9600 16.0681 16.9972

477 2,392 655 2,226 2,500 243 2,301 290 1,890 2,485 1,550 939 609 1,694 1,685 3,034 1,519 1,588 990 1,713

1977 1976 1978 1980 1980 1979 1979 1980 1980 1979 1981 1982 1982 1982 1982 1982 1983 1984 2002 1984

2011 1983 2011 2014 2013 1988 2007 2014 1988 2014 2014 1994 1989 2013 2014 2014 2001 1987 2014 2014

Municipio

Longitud

Latitud

Latitud

Año final 1983

Nota: Las estaciones cuya clave comienza con 12, se ubican en el estado de Guerrero, mientras las que comienzan con 20 se localizan en el estado de Oaxaca

Figura 3-2. Estaciones climatológicas convencionales que tienen influencia en los sitios de pronóstico correspondientes al estado de Guerrero

37

Figura 3-3. Estaciones climatológicas convencionales que tienen influencia en los sitios de pronóstico correspondientes al estado de Oaxaca

Estaciones Meteorológicas Automáticas A lo largo y ancho de la república mexicana se cuenta con aproximadamente 1,748 Estaciones Meteorológicas Automáticas (EMAs), las cuales se corresponden con el grupo AutomaticasMdzR del Sistema de Información Hidrológica (SIH) y son administradas por diferentes dependencias (Tabla 3-2). La información que se registra en las estaciones es enviada y almacenada en la base de datos del SIH. Las 1,748 EMAs son las que se utilizan para la elaboración de mapas de isoyetas para la República Mexicana. De estas estaciones, 49 (figura 3.4) se ubican dentro o cerca del Organismo de Cuenca Pacífico Sur (OCPS). La información fue consultada en los grupos de la base de datos del SIH (Sistema de Información Hidrológica) en la cual se concentra la información tanto de estaciones climatológicas convencionales como estaciones automáticas. El SIH contiene toda la información de las EMAs desde su operación hasta la fecha de octubre de 2014, ya que la mayoría de las estaciones comenzaron a operar a partir del año. La información puede consultar en el SIH tanto en intervalos de diez minutos como de una hora.

38

Figura 3-4. Red de estaciones automáticas en el OCPS

La precipitación recopilada de las EMAs es principal e indispensable insumo para el cálculo de la precipitación media (por el método de las isoyetas) en cada una de las cuencas de aportación a los SP, y por lo tanto en la determinación de la magnitud de los escurrimientos y de los niveles del agua en cada uno de los SP. En la Figura 3-5 se muestra un ejemplo de la elaboración de las isoyetas a partir de la EMAS, con dichas isoyetas se determina la precipitación media en las cuencas de aportación a los SP. Tabla 3-2. Dependencias que administran las estaciones meteorológicas automáticas No 1 2

Dependencia CONAGUA UNAM

3

CONAGUA

4

CONAGUA-CENAPRED

5

CFE

6

GDF

7

CONAGUA

8

CONAGUA

9 10 11

SEMARINA CEA-GTO CONAGUA-CENAPRED

12

SAGARPA

13 14

GOBIERNOS ESTATALES CONAGUA

Administrador GASIR UNAM COORDINACION DEL SERVICIO METEOROLOGICO NACIONAL ORGANISMO DE CUENCA FRONTERA SUR INSTITUTO DE INVESTIGACIONES ELECTRICAS SISTEMA DE AGUAS DE LA CIUDAD DE MEXICO OCAVMEX COORDINACION DEL SERVICIO METEOROLOGICO NACIONAL SEMARINA CEA-GTO ORGANISMO DE CUENCA RIO BRAVO INSTITUTO DE INVESTIGACIONES FORESTALES, AGRICOLAS Y PECUARIAS (INIFAP) PROTECCION CIVIL DE CADA ESTADO ORGANISMO DE CUENCA FRONTERA SUR

39

Figura 3-5. Isoyetas generadas para el OCPS para el 2 de Julio del 2014

La Tabla 3-7 muestra las estaciones automáticas que se encuentran cercanas y dentro del OCPS. Tabla 3-3. Estaciones automáticas en el OCPS No

Nombre

Lat

Lon

No

Nombre

Lat

Lon

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

ACAPULCOmar ACUGR ATOYACPC COATOMATITLAN HUATULCOmar MROOX NOCHISTLAN PETATLAN PNTOX PTOVICENTEmar PUAOX SALINACRUZmar TLAPA TLAPAPC VALLEDELRIO ZIHUATANEJO MIAHUATLAN OAXACAob ACAPULCOob SALINACRUZob CHILPANCINGOob LASFLORESCFE COBREGONCFE ZIHUAQUIOCFE CEVALLESCENTRAL

16.8169 16.7628 17.2114 17.4703 15.8147 16.8828 17.4367 17.5464 16.3497 17.2728 15.6711 16.1683 17.5494 17.5708 16.9617 17.6450 16.3442 17.0000 16.7628 16.1619 17.5500 16.6928 16.4414 18.0606 17.1881

-99.9067 -99.7492 -100.4242 -99.3242 -96.1339 -95.0364 -97.2492 -101.2808 -98.0525 -101.0578 -96.4972 -95.1869 -98.5631 -98.5514 -99.9314 -101.5542 -96.5797 -96.7167 -99.7492 -95.2267 -99.5000 -99.5603 -98.4669 -101.2275 -96.8019

26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49

IXHUATAN RIOGRANDE MIXTECA COMITANCILLO SMCHICHIHUALTEP LACIENEGA ZANATEPEC SPABLOGUILA SASINAXTLA RIOVERDE ELTOMATAL SJOSEESTGRANDE OAXACA_PC COIXTLAHUACA_PC VILLAETLA_PC SNJOSEDELP_PC HUIXTEPEC_PC PLUMAHIDALGO_PC STAMAJUQUILA_PC TUTUTEPEC_PC SNMCHIMALAPA_PC STAMCHIMALAPA_P JUXTLAHUACA_PC REFORMA_PC

16.3672 15.9942 17.5081 16.4889 16.6597 16.8900 16.4706 16.7881 17.4717 16.1422 15.7969 16.3586 17.1064 17.7122 17.2022 16.1714 16.8278 15.9306 16.2428 16.1239 16.7111 16.9064 17.3206 16.3886

-94.4717 -97.4214 -97.3506 -95.1436 -96.7733 -96.7725 -94.3850 -96.4511 -97.2808 -97.7561 -96.9400 -98.2497 -96.7186 -97.3308 -96.7967 -96.4867 -96.7833 -96.4167 -97.2914 -97.6053 -94.7447 -94.6833 -98.0097 -94.4581

40

3.2.2 Análisis de la precipitación Estaciones climatológicas convencionales De las 92 estaciones climatológicas convencionales en 13 de ellas el periodo con información (no necesariamente esta el 100% con información) es menor a 10 años, en 21 estaciones el periodo está entre 11 y 20 años, en 9 estaciones el periodo es de 21 a 30 años, y las 54 estaciones restantes tienen un periodo de más de 31 años. Tabla 3-4. Estaciones Periodo de información de las estaciones climatológicas convencionales

Clave 12003 12011 12016 12024 12027 12031 12035 12041 12069 12075 12079 12086 12094 12095 12099 12105 12111 12120 12127 12134 12137 12142 12148 12150 12153 12157 12158 12161 12172 12181 12183 12189 12190 12192 12197

Periodo de información Año inicial Año final 1971 2000 1922 1988 1953 2013 1945 1988 1962 2014 1961 2014 1961 1977 1983 2014 1965 2014 1961 1979 1961 2014 1962 2013 1961 2014 1961 2000 1960 2014 1961 2014 1969 2000 1966 2003 1964 2014 1953 1992 1995 2008 1972 2014 1961 1969 1980 2014 1941 1969 1973 1976 1972 2014 1975 2014 1971 2014 1988 2004 1978 2014 1977 1994 1980 1994 1979 2000 1977 1994

Años del periodo 30 67 61 44 53 54 17 32 50 19 54 52 54 40 55 54 32 38 51 40 14 43 9 35 29 4 43 40 44 17 37 18 15 22 18

% de años con información 95.3 74.0 98.2 91.5 96.9 81.3 84.3 88.5 92.3 98.7 85.5 84.8 96.0 97.3 98.0 77.3 78.6 98.2 91.5 92.7 66.1 97.7 72.2 73.6 54.0 72.9 82.6 96.0 86.2 69.1 95.0 96.8 91.1 76.5 96.8

41

Clave 12201 12202 12203 12218 12219 12223 12229 12233 12241 12262 20022 20023 20034 20039 20044 20046 20048 20051 20052 20053 20058 20060 20079 20080 20087 20091 20120 20123 20134 20150 20151 20165 20180 20211 20220 20230 20243 20246 20249 20258 20269 20271 20277 20284 20289 20308 20313 20318 20329 20330

Periodo de información Año inicial Año final 1977 1994 1977 1994 1977 1994 1982 2001 1981 2014 1981 2014 1982 2014 1982 2014 1985 2014 2003 2010 1961 2007 1955 2014 1923 2014 1948 2011 1963 2014 1955 1980 1937 2013 1963 1992 1965 1982 1966 1983 1963 1978 1948 1983 1930 2011 1923 2004 1964 1984 1965 1984 1961 2014 1969 1990 1949 2010 1953 2009 1961 2013 1950 1988 1970 1978 1954 1969 1987 1991 1974 1981 2003 2004 1975 1992 1975 1983 1976 2013 1975 1982 1975 2010 1977 2011 1976 1983 1978 2011 1980 2014 1980 2013 1979 1988 1979 2007 1980 2014

Años del periodo 18 18 18 20 34 34 33 33 30 8 47 60 92 64 52 26 77 30 18 18 16 36 82 82 21 20 54 22 62 57 53 39 9 16 5 8 2 18 9 38 8 36 35 8 34 35 34 10 29 35

% de años con información 92.1 96.8 96.8 88.3 87.3 92.2 92.4 89.1 91.1 62.5 91.1 72.9 63.8 98.3 91.0 95.5 95.0 83.3 96.3 89.8 94.3 96.3 71.8 58.4 84.5 85.8 91.0 86.7 86.3 73.5 96.2 89.7 51.9 91.7 63.3 37.5 100.0 67.6 81.5 44.3 76.0 58.3 99.8 82.3 96.1 77.1 64.7 84.2 71.8 59.8

42

Clave 20335 20342 20354 20360 20363 20364 20366 20367 20383 20451 20505 20507

Periodo de información Año inicial Año final 1980 1988 1979 2014 1981 2014 1982 1994 1982 1989 1982 2013 1982 2014 1982 2014 1983 2001 1984 1987 2002 2014 1984 2014

Años del periodo 9 36 34 13 8 32 33 33 19 4 13 31

% de años con información 70.4 72.2 66.9 89.1 88.5 77.1 28.3 90.9 61.8 75.0 85.9 71.5

De acuerdo con la información anterior, se tiene que solamente 57 estaciones cuentan con más de 20 años con información de precipitación, esto se obtuvo multiplicando el número de años del periodo por el porcentaje de información. Por otra parte existen estaciones climatológicas que tienen influencia en dos sitios de pronóstico. En la tabla 3.5 se presenta la precipitación media mensual y anual en las 57 estaciones, agrupadas en los 10 sitios de pronóstico. De la tabla se puede observar que los meses donde se presenta la mayor precipitación mensual son de junio a septiembre. Sin embargo en el sitio Puerto Escondido se tienen precipitaciones considerables en los meses de mayo y octubre. En los sitios Coyuca de Benítez y San José Ixtapa en el mes de octubre las precipitaciones son de magnitud importante. Por otra parte existen estaciones en las cuales se tienen registros de la precipitación media anual superiores a los 2,000 mm. En lo que se refiere a la precipitación máxima anual en 24 horas (PMA24), en la estación 20080 Ocotlán de Morelos, localizada en el municipio del mismo nombre del estado de Oaxaca, se tiene registrada una precipitación de 415 mm. Por otra parte en 17 estaciones se tienen registradas PMA24 superiores a los 300 mm, y en 15 estaciones la PMA24 es superior a los 200 mm e inferior a los 300 mm, en las 24 estaciones climatológicas restantes la PMA24 es menor a los 200 mm.

43

Tabla 3-5. Estaciones Precipitación media mensual, media anual y máxima anual en 24 horas.

Sitio/Clave de estación

Ene

Feb

Mar

Abr

May

Jun

Jul

Ago

Sep

Oct

Nov

Dic

Precipitación Precipitación máxima anual media anual en 24 hr

1.Juchitán de Zaragoza 20039

2.6

4.0

3.2

6.1

46.2

216.2

155.0 175.9

207.9

69.4

16.4

3.1

979.1

300.3

20048

6.1

3.5

5.8

6.3

58.9

226.9

159.8 165.3

236.9

77.5

18.8

6.1

1,047.1

315.0

4.0 15.0

42.7

139.5

158.2 139.3

137.5

53.1

10.0

4.7

770.4

70.0

2.4

2.1

40.0

217.8

162.6 180.8

201.1

53.3

18.1

4.0

957.4

320.5

9.2

59.8

230.2

178.6 188.0

252.3 115.3

40.7 20.4

1,210.7

304.0

7.9

36.9

163.8

139.0 145.9

152.1

12.0

1.3

767.5

165.0

16.6 12.4

43.4

243.1

264.4 308.0

295.2 138.5

58.0 32.2

1,548.9

269.5

0.9

20.2

92.4

12.3 38.3

83.4

167.7

117.6 112.8

151.2

100.7 125.3

148.1

101.4 105.2

20051 20060 20134

7.9 2.9 16.3

6.0 1.2 12.4

20277

0.1

1.6

20289

33.6

13.3

20330

0.0

0.0

20079

3.2

5.2

10.0 1.6 0.0

20329

3.1

5.0

12.4 36.4

81.1

20367

2.0

5.1

10.6 30.6

63.4

110.8 110.6 105.3 2.Oaxaca de Juárez

46.6 28.8

1.0

0.2

507.2

168.5

138.3

49.9

8.7

4.4

800.0

117.0

128.7

47.6

7.0

6.5

760.9

140.0

120.0

51.6

6.7

5.0

702.2

152.0

8.7

4.7

601.7

110.0

1,140.0

152.8

3 San Antonio de la Cal 20022

1.4

4.4

8.0 24.9

51.8

136.4

81.7 110.3

87.8

37.5

20023

9.8

11.8

23.4 54.2

108.5

197.4

154.8 157.2

205.4

93.0

33.0 13.4

20080

2.5

5.4

12.1 51.5

84.3

158.1

114.9 118.6

176.0

50.3

10.5

4.2

850.7

415.0

20165

2.7

5.2

6.8 25.7

64.5

136.0

70.0

77.5

91.5

29.5

6.9

1.8

558.5

81.0

20507

2.4

5.3

8.8 34.2

87.2

141.6

76.0 105.0

132.3

52.2

14.9

4.2

719.8

133.7

141.0

139.8 131.1

130.1

56.6

15.3

7.5

800.7

130.0

4 San Agustín de las Juntas 20034

5.2

6.8

9.7 35.3

65.6

20044

2.2

5.9

9.7 40.6

75.3

155.5

131.2 136.2

142.6

54.7

9.3

4.6

829.7

108.0

20046

2.8

3.4

5.1 17.9

49.8

135.0

120.9 118.9

127.1

39.4

11.1

3.3

684.7

103.0

20150

4.8

5.3

13.7 36.8

77.6

157.6

136.3 131.9

146.6

53.0

16.1

3.5

842.1

96.0

20151

2.1

6.1

10.8 43.4

84.8

169.8

124.9 136.1

138.1

46.5

8.9

3.5

837.6

110.0

Sitio/Clave de estación

Ene

Feb

Mar

Abr

May

Jun

Jul

Ago

Sep

Oct

Nov

Precipitación Precipitación máxima anual media anual en 24 hr 7.8 784.7 87.0

Dic

20271

4.8

6.3

4.6 37.7

59.1

168.5

115.2 122.4

148.2

46.1

8.7

20313

4.0

4.2

9.8 29.4

64.1

165.0

166.0 171.5

186.4 130.9

36.0

3.2

1,049.4

20354

1.3

4.9

19.0 42.1

93.3

149.0

115.1 120.8

140.8

39.7

8.6

2.9

798.3

97.0

5.4 34.8

68.5

137.8

105.9 136.6

141.7

43.2

4.5

1.3

749.6

115.0

20364

1.2

9.1

162.0

5 Puerto Escondido 20120

7.2

14.2

17.8 37.1

111.2

226.5

207.1 235.0

246.8 122.6

22.8

8.6

1,353.7

222.5

20308

2.7

11.0

14.5 28.4

106.6

222.1

206.6 214.8

212.2 110.5

19.8

9.9

1,253.9

209.5

20342

2.8

24.5

21.4 42.6

249.4 527.0

507.5 474.2

438.2 210.7

48.1

9.8

2,776.3

188.0

6 Acapulco 12003

10.2

3.1

1.9

5.2

36.8

223.6

231.5 211.7

256.4 120.6

7.0

8.2

1,198.2

261.5

12095

11.1

2.4

2.2

4.9

31.8

262.7

240.4 241.2

270.5 107.4

14.6

6.3

1,284.0

220.5

260.5

243.4 298.0

315.6 146.1

20.7

9.8

1,450.4

360.0

17.3

3.4

1,237.3

350.0

12142

13.2

5.3

2.0

2.9

33.7

12172

10.3

8.4

3.1

1.3

33.9

237.0

204.1 243.8

286.4 101.5

12183

9.6

4.2

2.1

1.0

19.2

157.4

237.0 265.3

217.3

95.9

6.4

5.3

1,097.5

316.3

12223

12.2

8.4

2.4

0.8

31.6

221.8

218.1 278.9

303.4 147.9

8.2

7.2

1,331.9

264.2

7 Coyuca de Benítez 12011

8.6

2.1

0.8

1.6

28.8

157.2

154.6 150.0

231.1

93.9

25.9

5.2

923.2

280.0

12016

11.6

3.1

1.3

3.6

22.9

210.5

196.1 219.6

271.6 119.3

20.0

6.1

1,165.0

321.0

12024

4.2

0.4

0.2

5.3

7.0

119.8

93.8 101.3

146.2

44.6

14.0

0.6

578.2

208.5

184.0

157.7 196.3

271.0 109.9

15.9

5.5

1,058.8

240.0

12041

7.3

1.8

0.9

0.0

35.2

12069

17.0

8.4

2.3

3.6

48.5

285.7

255.6 290.7

404.2 150.9

28.9

9.3

1,613.1

325.0

12079

17.8

7.0

6.4

7.8

41.0

352.9

353.7 389.1

418.2 222.1

49.9 13.3

2,007.8

312.0

12086

9.0

3.8

2.3

3.8

37.1

222.7

188.1 209.1

248.2 116.9

18.8

7.7

1,145.4

285.0

12120

13.9

6.7

5.1 12.0

55.0

262.4

313.8 295.9

327.3 141.4

28.4

8.9

1,581.5

343.2

12158

14.0

2.4

0.8

2.2

34.5

296.2

281.2 339.8

377.0 213.2

67.5

8.7

1,750.0

184.0

12161

15.5

6.1

1.1

0.6

40.7

236.5

213.1 244.0

356.1 151.3

23.7

4.5

1,386.6

342.0

12219

10.6

5.6

0.6

0.6

23.4

233.2

186.2 251.8

271.5 126.3

11.2

4.0

1,208.4

342.5

45

Sitio/Clave de estación

Ene

Feb

Mar

Abr

May

Jun

Jul

Ago

Sep

Oct

Nov

Dic

Precipitación Precipitación máxima anual media anual en 24 hr

8 Atoyac de Álvarez 12099

13.5

4.2

1.7

2.6

24.6

186.6

192.5 211.7

266.0 115.4

27.4

3.3

1,123.7

312.5

12233

10.0

5.7

2.3

0.3

28.8

217.0

169.3 221.7

313.5 157.2

18.9

3.5

1,236.4

331.6

9 San José Ixtapa 12027

13.5

3.4

1.3

1.5

37.3

190.6

254.9 265.7

228.9

92.9

16.6

4.8

1,190.2

233.0

12094

23.4

6.2

3.6

1.1

28.5

224.7

285.7 293.7

322.4 137.3

21.1

5.5

1,441.5

230.0

12127

21.2

6.5

4.0

1.0

17.3

182.3

143.7 198.6

332.3 113.3

16.0

7.5

1,108.5

326.5

12241

16.3

9.0

8.1

0.0

13.5

221.3

171.8 204.0

344.9 135.0

23.2

9.2

1,238.5

319.0

8.1

1.7

784.8

131.0

24.0 13.8

10 Chilpancingo 12031

11.3

2.8

2.9

6.9

33.5

144.3

167.0 153.2

148.9

54.4

12105

10.5

5.6

3.5

8.6

40.6

124.6

145.9 138.4

136.0

55.5

759.0

80.0

181.5

177.3 157.0

177.4

87.0

6.6

6.6

945.6

206.4

78.1

16.9

2.8

928.3

212.5

2,170.5

298.1

934.3

169.4

12111

6.8

4.0

3.2 11.4

58.8

12134

17.8

3.1

2.8 17.2

62.4

162.4

191.1 152.7

165.8

12150

18.8

15.8

11.7 33.2

207.6

417.3

360.8 396.1

361.5 152.7

37.7 11.5

12229

12.2

12.0

49.7

141.2

201.9 169.5

181.9

13.6

5.2

6.3

73.8

6.6

46

Estaciones Meteorológicas Automáticas Además de la variación espacial de la precipitación, la variación temporal de la precipitación tiene un efecto importante en cuanto al gasto máximo alcanzado por una avenida. Las EMAs registran información a cada 10 minutos lo cual permite realizar una mejor modelación del proceso lluvia escurrimiento. En la tabla 3-6 se presenta información relevante de las 49 EMAs como lo es el periodo con información, la precipitación máxima mensual, la precipitación máxima anual en 24 horas y la precipitación máxima registrada con un intervalo de 10 minutos. De las 49 estaciones, 14 tienen valores registrados de precipitación fuera de los valores que se registran en el OCPS, además en dos EMAs (EMAs COATOMATITLAN y JUXTLAHUACA_PC ) no se cuenta con información. Con la información mostrada en la tabla 3-6 es posible detectar que estaciones pueden tener error en los registros, o bien que las diferentes componentes del pluviómetro y de transmisión de la información no estén funcionando correctamente, y así proceder a realizar las correcciones y ajustes necesarios. Dentro de las 14 EMAs que presentan registros con valores de precipitación no confiables, se pueden mencionar por ejemplo las siguientes: Por ejemplo en la estación ACUGR en enero del 2003 se registró una precipitación mensual de 1,014.4 mm, la cual se presentó en solo diez minutos, lo cual es poco probable que haya ocurrido, por lo que es necesario revisar cual es el valor correcto, o bien verificar que el pluviómetro de la EMA esté funcionando adecuadamente. La EMA ATOYACPC en septiembre de 2013 registro una precipitación mensual de 11,958.4 mm y se registró una precipitación de 2654 mm en un solo día, estos valores no son confiables por lo que es necesario que sean revisados, al igual que el pluviómetro. En general en los meses de junio a septiembre del 2013 hay registros que son necesario revisar, ya que estas estaciones son las que se utilizarán para realizar la estimación de los gastos y niveles en los SP en tiempo real, por lo que es necesario que la información sea confiable. La estación PETATLÁN, al igual que en la EMA ATOYACPC, tiene valores no confiables en septiembre del 2013. La EMA LASFLORESCFE tiene registros muy altos en junio del 2014, siendo la precipitación máxima en un día superior a los 38,000 milímetros. Por lo anterior es necesario que cuando se construya el SPR se introduzca un procedimiento que permita detectar valores de precipitación fuera de valores razonables

Tabla 3-6. Relación de las EMAS con los valores máximos de precipitación mensual y máxima anual en 24 horas.

No

Nombre

Periodo de información Inicio

Final

Precipitación máxima mensual (mm)

Precipitación máxima anual en 24 horas (mm)

Precipitación máxima en 10 minutos (mm)

1

ACAPULCOmar

mar-11

oct-14

396 (ago 2011)

122 (oct 2011)

25

2

ACUGR

abr-99

oct-14

1,014.4 (ene 2003)

1,014.4 (ene 2003)

1,014.4

3

ATOYACPC

mar-12

mar-14

11,958.4 (sep 2013)

2,654 (sep 2013)

57.66

4

COATOMATITLAN

5

HUATULCOmar

jul-11

oct-14

816.28 (sep 213)

200.61 (sep 2013)

41.15

6

MROOX

dic-02

oct-14

577.5 (sep 2008)

122.88 (sep 2003)

21.08

7

NOCHISTLAN

mar-05

oct-14

205.74 (Jun 2014)

81 (9 may 2012)

23.88

Observaciones 2011 y 2012 incompletos, mientras que 2014 no presenta lluvia. Se debe corregir este valor. Hay registros muy elevados en los meses de junio, julio, agosto y septiembre de 2013. No tiene información Los meses de enero a junio de 2011 están incompletos. La mitad de los años tienen registros incompletos. Registro faltante de julio a octubre de 2013.

8

PETATLAN

mar-12

oct-14

3,243.6 (sep 2013)

1,425.37 (sep 2013)

55.9

Del 14 al 16 de septiembre de 2013 hay valores de precipitación que van desde los 20 a los 55 mm a cada 10 minutos, es necesario revisar esto.

9

PNTOX

nov-99

oct-14

778.5 (sep 2013)

398.5 oct 2005

22.14

Varios meses con precipitación faltante.

10

PTOVICENTEmar

mar-11

oct-14

510.9 sep 2011

132.6 (may-14)

29.5

11

PUAOX

sep-99

oct-14

1,080.93 (oct 2003)

1,004.9 (oct 2003)

1000.9

12

SALINACRUZmar

mar-11

oct-14

545.7 (sep 2013)

195 (jul 2011)

31.24

2012 valores bajos de precipitación. Revisar registro de precipitación máxima en 10 min. Y cuatro años del registro no están completos. Enero y febrero de 2011 no tienen registros.

13

TLAPA

oct-08

oct-14

256.4 (ago 2010)

79 (ago 2010)

18.4

Más de la mitad de los registros anuales están incompletos.

14

TLAPAPC

mar-12

oct-14

3,399.77 (sep 2013)

1,348.06 (sep 2013)

29.46

Revisar registro de precipitación acumulada en 24 hrs. Faltan registros de enero y febrero de 2012.

No

Nombre

Periodo de información Inicio

Final

Precipitación máxima mensual (mm)

Precipitación máxima anual en 24 horas (mm)

Precipitación máxima en 10 minutos (mm)

Observaciones Revisar registro de precipitación máxima en 10 min en diversas fechas.

15

VALLEDELRIO

may-13

oct-14

6,922.7 (sep 2013)

2,831.84 (sep 2014)

59.94

16

ZIHUATANEJO

mar-11

oct-14

197 (sep 2011)

91 (sep 2011)

19

17

MIAHUATLAN

dic-10

may-13

183 (ago 2011)

53.4 (ago 2011)

15.8

Registro corto e incompleto.

18

OAXACAob

jul-10

oct-14

633.4 (May-2011)

217.2 (may 2012)

28.8

19

ACAPULCOob

feb-11

oct-14

642.8 (sep 2013)

184.6 (sep 2013)

35.8

20

SALINACRUZob

ago-12

ago-13

195.2 (Ago 2013)

131.6 (ago 213)

14.4

Solo 2011 y 2013 están completos. Medio registro anual en 2012 y 2013 incompleto. Registro limitado e incompleto.

21

CHILPANCINGOob

ene-13

oct-14

295 (sep 2013)

119.2 (sep 2013)

12.6

Registro de precipitación completo pero corto.

22

LASFLORESCFE

jun-12

oct-14

39,125.9 (jun 2014)

38,766 (jun 2014)

38,766

23

COBREGONCFE

jun-12

oct-14

1,429 (jun 2014)

1,018 (jun 2014)

1018

Revisar precipitación máxima anual en 24 hrs.

24

ZIHUAQUIOCFE

jun-12

oct-14

186.4 (ago 2014)

60.4 (May 2014)

24.7

De enero a mayo de 2012 no hay registros.

25

CEVALLESCENTRAL

sep-12

may-14

1,377.7 (abr-2014)

1,373.7 (abr 2014)

359.6

Revisar precipitación máxima anual en 24 hrs.

26

IXHUATAN

may-13

jun-13

30.7 (may 2013)

10 (may 2013)

3.6

27

RIOGRANDE

oct-12

may-14

840.3 (abr 2014)

838.7 (abr 2014)

294.7

28

MIXTECA

sep-12

may-14

63.6 (Jun 2013)

44.2 (Jun 2013)

20.2

Registro corto e incompleto. Revisar valores máximos de precipitación en 10 min. Registro muy corto e incompleto.

29

COMITANCILLO

may-13

jun-13

47.2 (may 2013)

47.2 (may 2013)

13.3

Solo tiene un mes de registro completo.

30

SMCHICHIHUALTEP

sep-12

may-14

90 (may 2014)

46 (may 2014)

20.6

31

LACIENEGA

sep-12

may-14

2,247 (oct 2012)

48.8 (may 2014)

13

32

ZANATEPEC

may-13

jun-13

80.1 (may 2013)

58 (may 2013)

12.6

Registro muy corto e incompleto. Revisar los valores en el mes de octubre de 2012 Cuenta con un registro de poco más de un mes.

33

SPABLOGUILA

sep-12

may-14

45.2 (may 2014)

24.8 (may 2014)

11.8

Registro corto e incompleto.

34

SASINAXTLA

sep-12

may-14

70.4 (may 2014)

38.4 (may 2014)

14

35

RIOVERDE

dic-12

may-14

758 (abr 2014)

755.8 (abr 2014)

211.3

Registro de datos corto e incompleto.

Error en el registro del 30 de junio de 2014

Registro corto e incompleto. Revisar registro de precipitación máxima en 10 min.

49

No

Nombre

Periodo de información Inicio

Final

Precipitación máxima mensual (mm)

Precipitación máxima anual en 24 horas (mm)

Precipitación máxima en 10 minutos (mm)

Observaciones

36

ELTOMATAL

sep-12

may-14

1,170.8 (abr 2014)

1,170.8 (abr 2014)

316.6

37

SJOSEESTGRANDE

sep-12

may-14

1,086 (abr 2014)

1,086.2 (abr 2014)

343.7

38

OAXACA_PC

abr-13

oct-14

312.6 (sep 2013)

65.2 (abr 2013)

26.2

39

COIXTLAHUACA_PC

abr-13

jul-14

217.2 (sep 2013)

51.2 (abril 2014)

17.4

Revisar registro de precipitación máxima en 10 min. Revisar registro de precipitación máxima en 10 min. Dos años de registro y solo uno de ellos está completo. Registro corto e incompleto.

40

VILLAETLA_PC

abr-13

oct-14

232.6 (sep 2013)

20.8 (oct 2013)

11.6

Registro corto y sólo el 2014 está completo.

41

SNJOSEDELP_PC

abr-13

oct-14

446.6 (sep 2013)

100.4 (sep 2013)

10.4

Registro corto e incompleto.

42

HUIXTEPEC_PC

abr-13

oct-14

210 (sep 2013)

75.8 (jun 2014)

15.4

Registro corto e incompleto.

43

PLUMAHIDALGO_PC

abr-13

may-14

499.2 (jun 2013)

114.8 (jun 2013)

17.4

Registro corto e incompleto.

44

STAMAJUQUILA_PC

abr-13

feb-14

714.8 (sep 2013)

207.2 (sep 2013)

18.4

Registro corto e incompleto.

45

TUTUTEPEC_PC

abr-13

oct-14

95.6 (jul 2013)

76.8 (jul 2013)

2.2

Registro corto e incompleto.

46

SNMCHIMALAPA_PC

abr-13

oct-14

668 (sep 2013)

112 (sep 2013)

19.4

Registro corto e incompleto.

47

STAMCHIMALAPA_P

abr-13

oct-14

505.4 (oct 2013)

123.8 (sep 2013)

11.4

Registro corto e incompleto.

48

JUXTLAHUACA_PC

abr-13

ene-14

No hay valores de precipitación

REFORMA_PC abr-13 may-14 811.4 (sep 2013) 227.6 (sep 2013) 19.4 Registro corto 49 Notas: Los valores de color rojo indican que están fuera de valores razonables y que es necesario verificar la información de la estación o bien revisar las componentes de la EMA Cuando se menciona que es necesario revisar la información, se refiere a que la CONAGUA lo debe hacer ya que es quien avala los valores registrados.

50

3.3 Información Hidrométrica Una vez definidos los sitios finales de pronóstico, se recopiló la información de estaciones hidrométricas ubicadas en las corrientes vinculadas a estos. La recopilación de la información se llevó a cabo en tres diferentes fuentes: el Banco Nacional de Aguas Superficiales (BANDAS), la base de datos del SIH e información proporcionada por el OCPS. Se identificaron un total de 11 estaciones hidrométricas, de las cuales seis se encuentran suspendidas y cinco se encuentran en operación (Figura 3-6). De las cinco estaciones en operación; cuatro estaciones son automáticas y comenzaron a operar en Diciembre del 2013, mientras que una estación es de tipo convencional. En la Tabla 3-7 se enlistan las características principales de las estaciones hidrométricas.

Figura 3-6. Red de estaciones hidrométricas en el OCPS Tabla 3-7. Dependencias que administran las estaciones automáticas

No

Clave

Nombre

Tipo

Estado

Periodo

*Área

1

-----

Juchitán

Automática

Operando

Dic 2013 - Sep 2014

909.5

Gasto máximo registrado (m3/s) EN

2

-----

San Felipe

Automática

Operando

Nov 2013 - Oct 2014

24.371

EN

3

-----

Río Salado

Automática

Operando

Nov 2013 - Oct 2014

1,195.75

EN

4

-----

Río Atoyac

Automática

Operando

Nov 2013 - Oct 2014

2,252.12

EN

5

19002

Convencional

Suspendida

Jul 1947 - Oct 2006

1274.293

13,623.0

6

19008

Convencional

Suspendida

Nov 1953 - oct 2007

297.071

1101.4

7

19009

Convencional

Suspendida

Ene 1953 - Dic 2006

456

2,600.4

8

19013

Convencional

Suspendida

Feb 1970 - Jun 2008

825.077

1,515.55

9

19018

Coyuca KM 21+000 Petatlán San Jerónimo Tuncingo

Convencional

Suspendida

Ene 1969 - Dic 2006

438.570

862.0

La Convencional Suspendida Feb 1970 - Jul 1993 854.770 2,332.0 Salitrera Ixtepec Convencional Operando Jul 1947 – Dic 2009 909.512 1625 11 22017 *Se refiere al área de la cuenca de aportación hasta la estación hidrométrica EN= Estación de nivel por lo que no se tiene el gasto máximo, ya que no se cuenta con la curva elevación-Gasto 10

19022

Hasta el momento los registros de las estaciones hidrométricas automáticas son recopilados solamente en el servidor de Rossbach y tiene acceso a ellos el personal del OCPS, no obstante, esta información todavía no se encuentra en el Sistema de Información Hidrológica. En lo que respecta a los registros de la estación hidrométrica convencional Ixtepec, solo los escurrimientos medios diarios son reportados al SIH.

52

Capítulo 4 4 METODOLOGÍA

53

El proceso seguido en la construcción de los modelos para estimación del pronóstico hidrológico en los 10 sitios definidos, se muestra en el esquema de la Figura 4-1.

Sitios de pronóstico

Cálculo de las características fisiográficas

Modelo lluvia-escurrimiento: cálculo de los hidrogramas unitarios

Modelo Hidráulico: construcción del modelo hidráulico y estimación de umbrales Figura 4-1. Esquema para la construcción de los modelos

4.1 Características fisiográficas La determinación de las características fisiográficas de las cuencas se llevó acabo utilizando la extensión ArcHydro para la versión ArcGIS 10.2. Los insumos utilizados fueron el Continuo de Elevaciones Mexicanos 3.0, curvas de nivel y los datos vectoriales de corrientes georeferenciadas.

4.1.1 Área de las Cuencas Con la información de las curvas de nivel, las corrientes en escala 1:50,000 y el Continuo de Elevaciones Mexicano 3.0, se determinó el área de aportación a cada uno de los sitio de estudio. Es importante mencionar que las cuencas de aportación se definieron en función de las estaciones hidrométricas con que se contaba, por ello en algunos casos coincide con el sitio donde se realizará el pronóstico, mientras que en otros se encuentra la salida de la cuenca aguas arriba.

54

4.1.2 Longitud y pendiente del cauce principal El cauce principal es la corriente de mayor longitud dentro de la cuenca (o subcuenca). La pendiente del cauce principal es uno de los indicadores más importantes del grado de respuesta de una cuenca a una tormenta. Es decir, si se tienen dos cuencas con la misma forma y área, pero con diferente pendiente del cauce principal, se producirá una respuesta más rápida y un gasto mayor en aquella cuenca con mayor pendiente ante la tormenta presentada. La pendiente del cauce principal se determinó por medio del método de Taylor - Schwarz, el cual es uno de los métodos de mayor exactitud en el cálculo de la pendiente. El método consiste en dividir el cauce principal en n entramos, y posteriormente calcular la pendiente media como (Aparicio, 1997): 2

𝑆=[

𝐿 1 1 1 + +⋯.+ √𝑠1 √𝑠2 √𝑠𝑚

]

(4.1)

Siendo esta ecuación solo valida cuando se tienen tramos de igual longitud. Mediante un razonamiento semejante se puede obtener la siguiente fórmula para el caso en que las longitudes de los tramos no sean iguales: 2

𝑆 = [ 𝑙1

𝐿

𝑙 𝑙 + 2 +⋯.+ 𝑚 √𝑠1 √𝑠2 √𝑠𝑚

]

(4.2)

donde: L= Longitud total del cauce en metros li= longitud del tramo i en metros Si = Pendiente del tramo i

4.1.3 Tiempo de concentración El tiempo que transcurre entre el inicio de la lluvia y el establecimiento del gasto de equilibrio se denomina tiempo de concentración, y equivale al tiempo que tarda el agua en pasar del punto más alejado de una cuenca hasta el punto de salida de la misma. El tiempo de concentración se puede calcular por medio de la fórmula de Kirpich, la cual está dada por (CNA, 1987): 𝐿

𝑡𝑐 = 0.0003245 ( ) √𝑆

0.77

(4.3)

donde tc= Tiempo de concentración en horas L = Longitud del cauce principal en m S = Pendiente media del cauce principal

55

4.2 Relación lluvia escurrimiento Para el estimación de avenidas, ya sea para el diseño de obras hidráulicas o en la planificación, métodos hidrológicos y métodos estadísticos son los más empleados (Ferrer, 1993). Los primeros consisten en determinar la avenida generada por la cuenca con unas determinadas condiciones de escurrimiento ante una tormenta definida con anterioridad. Estos métodos utilizan modelos hidrológicos para simular el proceso lluvia-escorrentía. Por otra parte los métodos estadísticos consisten en la estimación de la curva de frecuencia de los gastos máximos (Ferrer, 1993). Estos métodos utilizan los datos locales o regionales para establecer el riesgo de que un determinado gasto sea superado a lo largo de un período de tiempo. Dentro de los métodos estadísticos se encuentra el análisis de frecuencias de avenidas (o de gastos máximos anuales), en este método se analiza la frecuencia con la que ocurren las avenida históricas, con esto es posible determinar la probabilidad de excedencia de una determinada avenida de interés o bien, la magnitud de la avenida para un riesgo o peridodo de retorno, por ejemplo la vida útil de la obra. En el análisis de frecuencias de avenidas la frecuencia observada de la incidencia de un evento con un riesgo de fallo asociado es representada por medio del concepto de periodo de retorno (Tr), donde Tr se define como el número de años en que en promedio y a la larga un evento puede ser igualado o excedido y puede calcularse como el inverso de la probabilidad de excedencia de la crecida 1/(1-F(x)), siendo F(x) la función de distribución de probabilidad acumulada del valor máximo anual evaluada en x. Es posible pues con el análisis de frecuencia de avenidas obtener una relación periodo de retorno-magnitud en un sitio de interés o a lo largo de una región homogénea.

4.2.1 Métodos Hidrológicos En la práctica, cuando se requiere estimar gastos de diseño para las corrientes, es frecuente que los registros disponibles de escurrimiento no tengan la cantidad y calidad suficiente para la aplicación de modelos matemáticos, o simplemente, que el lugar de estudio no cuente con registros de escurrimiento. Esto ocurre porque en general la instalación, mantenimiento y operación de estaciones hidrométricas requiere de personal con cierta capacitación, y demanda inversiones importantes de dinero. Adicionalmente en la operación de las mismas comúnmente se presentan daños y eventos en los que no es posible acometer el aforo, por lo que los registros son intermitentes, y en algunos casos no cuentan con los registros de mayor magnitud. En contraposición a los registros de escurrimiento, los registros de precipitación son generalmente más abundantes y de menor incertidumbre en la medición, puesto que el dispositivo comúnmente empleado para medir la precipitación (pluviómetro) es de bajo costo y de fácil manipulación. Tomando en cuenta estas consideraciones y el hecho de que el comportamiento de la precipitación no se ve significativamente afectado por cambios en la cuenca, como si sucede con los escurrimientos, deben considerarse métodos que permitan determinar el escurrimiento en una cuenca a partir de las características de la misma y de la precipitación.

56

La complejidad de este análisis de la relación lluvia escurrimiento varía según las consideraciones y suposiciones de las que se parta, y de la calidad y cantidad de la información con que se cuente, además, la aplicación de estos métodos está sujeta al grado de precisión que se requiere. Los principales parámetros que intervienen en el proceso de conversión de lluvia a escurrimiento son los siguientes:  Área de la cuenca  Altura total de precipitación  Características fisiográficas de la cuenca  Distribución temporal de la lluvia en la cuenca  Distribución espacial de la lluvia en la cuenca La incorporación de los parámetros al modelo lluvia-escurrimiento establece la complejidad del mismo. Los métodos que incorporan las características fisiográficas de la cuenca, la altura total de precipitación y la distribución temporal de la lluvia se denominan modelos agregados, y los métodos que adicionalmente consideran la distribución espacial de la lluvia en la cuenca se les denomina distribuidos. Estos últimos modelos son más precisos que los modelos agregados, sin embargo estos requieren de mayor información y más tiempo de cómputo. De acuerdo con las características del proyecto en el cual el objetivo yace en poder estimar de manera expedita los hidrogramas de salida ante una tormenta, en el presente estudio se trabajó con el concepto del hidrograma unitario, en el cual se calcula una función de relaciona las entradas (lluvia) con las salidas (escurrimiento), haciendo caso omiso del fenómeno físico en la cuenca (Figura 4-2). Considerando que en la mayoría de los casos no existen datos de escurrimiento, es necesario utilizar métodos que tomen en cuenta las características físicas y geomorfológicas de la cuenca, para ello se describen el método del hidrograma unitario sintético adimensional y el hidrograma unitario triangular. Por otro lado, en aquellos sitios donde se cuenta con información de escurrimiento se incorporara el método del hidrograma unitario instantáneo.

Figura 4-2. Aplicación del concepto de sistema a la relación lluvia -escurrimiento

57

4.2.2 Método del Hidrograma Unitario Los hidrólogos siempre han tratado de describir la relación existente entre lluvia y escurrimiento, este interés no se centra exclusivamente en la medida de dicha relación sino también en la descripción del proceso mediante el cual el hietograma o pluviograma da origen al hidrograma, expresión integral de las características físicas y climáticas que gobiernan las relaciones entre precipitación y escurrimiento. Sherman (1932) introduce el concepto de Hidrograma Unitario como un método para transformar la lluvia efectiva o neta en escurrimiento directo. El hidrograma unitario asociado a una duración d, se define como el hidrograma de escurrimiento directo que produce una precipitación efectiva de lámina unitaria (1 mm) distribuida uniformemente en la cuenca y una duración de. Este método está basado en las siguientes hipótesis:  Tiempo base constante: la duración del escurrimiento efectivo (tiempo base del hidrograma de este escurrimiento) es igual para todas las tormentas con la misma duración de lluvia efectiva, independientemente del volumen total escurrido. Todo hidrograma unitario está asociado a una duración de la lluvia en exceso.  Linealidad o proporcionalidad: las ordenadas de todos los hidrogramas de escurrimiento directo con el mismo tiempo base, son directamente proporcionales al volumen total de escurrimiento directo, es decir, al volumen total de lluvia efectiva. Como consecuencia, las ordenadas de dichos hidrogramas son proporcionales entre sí.  Superposición de causas y efectos: el hidrograma que resulta de un periodo de lluvia dado puede superponerse a hidrogramas resultantes de periodos lluviosos precedentes. Para que estas hipótesis se cumplan de manera aproximada, se necesita que se cumplan tres condiciones básicas:  Que la relación caracterizada por el hidrograma unitario se establezca para lluvia efectiva y escurrimiento directo.  Que la lluvia efectiva esté distribuida uniformemente en la superficie de la cuenca.  Que la lluvia efectiva esté distribuida uniformemente en toda su duración.

58

4.2.2.1 Hidrograma Unitario Instantáneo (HUI) Para superar las limitaciones en donde se supone que la intensidad de la lluvia es constante, en toda su duración, se han desarrollados métodos que, apoyados en los principios del HU, permiten que si se dispone de información confiable de las variaciones de la intensidad de la lluvia con el tiempo, estas variaciones sean tomadas en cuenta. Supóngase que en una cuenca dada se dispone de información sobre la precipitación media para intervalos pequeños de tiempo Δt y que se conoce el HU asociado a una tormenta de la misma duración, Δt. De acuerdo con el HU, si se presentara una tormenta compleja se produciría un hidrograma como el de la Figura 4-3f (Raudkivi, 1979).

Figura 4-3. Hidrograma unitario para una tormenta compleja (Fuente: Viessman et al 1977)

Así, si 𝑈𝑖 es la i-ésima ordenada del HU (Figura 4-3a) y 𝑃𝑗 es la j-ésima barra de precipitación en exceso del hietograma (Figura 4-3b), las ordenadas 𝑄𝑖 del hidrograma resultante (Figura 4-3f) son, en este caso: 𝑄1 = 𝑃1 𝑈1 𝑄2 = 𝑃1 𝑈2 + 𝑃2 𝑈1 𝑄3 = 𝑃1 𝑈3 + 𝑃2 𝑈2 + 𝑃3 𝑈1 𝑄4 = +𝑃2 𝑈3 + 𝑃3 𝑈2 𝑄5 = +𝑃3 𝑈1

(4.4)

59

En general, las k-ésimas ordenadas del hidrograma, 𝑄𝑘 es: 𝑄𝑘 = ∑𝑘𝑗=1 𝑃𝑗 𝑈𝑘−𝑗+1

(4.5)

Considérese el problema inverso, es decir, en el que se conoce el hidrograma (Figura 4-3f) y la precipitación (Figura 4-3b) y se desea obtener un HU como el de la Figura 4-3a. Consecuentemente, el sistema de ecuaciones 2 sigue siendo válido; este sistema se puede escribir como: 𝑃{𝑈} = {𝑄}

(4.6)

donde: 𝑃1 𝑃2 𝑃 = 𝑃3 0 [0

0 𝑃1 𝑃2 𝑃3 0

0 0 𝑃1 𝑃2 𝑃3 ]

;

𝑈1 {𝑈} = [𝑈2 ] 𝑈3

;

𝑄1 𝑄2 {𝑄} = 𝑄3 𝑄4 [𝑄5 ]

La incógnita es entonces el vector {𝑈}. Sin embargo, en el sistema 2 se tendrían cinco ecuaciones minado y no existen valores de {𝑈} que satisfagan simultáneamente las cinco ecuaciones. Así, para tener una solución del sistema 3 es necesario aceptar un cierto error en cada uno de los componentes de {𝑈}; ciertamente, es deseable que dicho error sea el mínimo posible. Se puede demostrar que se comete el mínimo error en los valores de {𝑈} si la ecuación 3 se multiplica por la matriz transpuesta de P (Raudkivi, 1979; Aparicio, 2008): 𝑃𝑇 𝑃{𝑈} = 𝑃𝑇 {𝑄}

(4.7)

Lo que en este caso resultaría: 𝑃12 + 𝑃22 + 𝑃32 [ 𝑃1 𝑃2 + 𝑃2 𝑃3 𝑃1 𝑃3

𝑃1 𝑃2 + 𝑃2 𝑃3 𝑃12 + 𝑃22 + 𝑃32 𝑃1 𝑃2 + 𝑃2 𝑃3

𝑃1 𝑃3 𝑃1 𝑄1 + 𝑃2 𝑄2 + 𝑃3 𝑄3 𝑈1 𝑈 𝑃1 𝑃2 + 𝑃2 𝑃3 ] ∗ [ 2 ] = [𝑃1 𝑄2 + 𝑃2 𝑄3 + 𝑃3 𝑄4 ] 𝑈3 𝑃1 𝑄3 + 𝑃2 𝑄4 + 𝑃3 𝑄5 𝑃12 + 𝑃22 + 𝑃32

(4.8)

El sistema matricial 5 es ya un sistema determinado, con una solución única. Esta solución proporciona el valor del vector {𝑈} buscado. Nótese que para el HUI, siempre debe especificarse la duración en exceso, que es la duración de las barras del hietograma de la Figura 4-3b. Sin embargo, en contraposición con el HU tradicional, en el instantáneo se tiene una mayor flexibilidad en el manejo de esta duración en exceso.

60

Asimismo, en todos los casos el número de ordenadas del hidrograma final NO está ligado con el número de barras del hietograma NP y al número de ordenadas del HU Nu por medio de la ecuación (Fuentes et al., 1981; Aparicio, 1997): 𝑁𝑄 = 𝑁𝑝 + 𝑁𝑢 − 1

(4.9)

Con esta ecuación es posible saber de antemano el número de ordenadas que tendrá el HU y, por lo tanto, el orden de la matriz de coeficientes del sistema de ecuaciones.

4.2.2.2 Hidrograma Unitario Adimensional Para usar el método del hidrograma unitario, es necesario contar con al menos un hidrograma medido a la salida de la cuenca, además de los registros de precipitación. Sin embargo, la mayor parte de las cuencas, no sólo en nuestro país, sino en todo el mundo, no cuentan con una 'estación hidrométrica o bien con los registros pluviográficos necesarios. Por ello, es conveniente contar con métodos con los que puedan obtenerse hidrogramas unitarios usando únicamente datos de características generales de la cuenca. Los hidrogramas unitarios así obtenidos se denominan sintéticos. Debido a su importancia, se ha desarrollado una gran cantidad de hidrogramas unitarios sintéticos; a continuación se explicarán dos de ellos, que son los utilizados en este estudio. En la mayoría de los casos, es suficiente con las características de un hidrograma unitario triangular para propósitos prácticos. Sin embargo, si la extensión de la curva de recesión del hidrograma afecta el diseño, puede usarse un hidrograma curvilíneo. En la Figura 4-4 se muestra un hidrograma unitario adimensional, el cual fue propuesto por el Soil Consevations Service (1975). Este hidrograma fue obtenido a partir de varios hidrogramas registrados en una gran variedad de cuencas, en el cual los gastos se expresan en función del gasto pico, y los tiempos en función del tiempo al pico. Para obtener un hidrograma unitario a partir del hidrograma unitario adimensional para una cuenca en particular, basta con multiplicar las ordenadas por el gasto pico 𝑞𝑝 y las abscisas por el tiempo de pico 𝑡𝑝 . Estos parámetros se calculan con las expresiones siguientes:

𝑞𝑝 = 𝑡𝑝 =

𝑑𝑒 2

0.208∗𝐴 𝑡𝑝

+ 0.6 ∗ 𝑡𝑐

(4.10)

(4.10)

61

donde: 𝑞𝑝 es el gasto pico en m3/s/mm 𝐴es el área de la cuenca en km2 𝑡𝑝 es el tiempo de pico en horas 𝑡𝑐 es el tiempo de concentración en horas 𝑑𝑒 es la duración en exceso en horas

Figura 4-4. Hidrograma unitario sintético adimensional

4.2.3 Hidrograma Unitario Triangular (HUT) Si se cuenta con poca información y no se requiere precisar la forma del hidrograma de escurrimiento, se puede utilizar el hidrograma unitario triangular (Mockus, 1957).

Figura 4-5. Hidrograma unitario sintético triangular

62

De la geometría del hidrograma unitario triangular (Figura 4-5) se obtiene el gasto de pico del HUT como:

𝑞𝑝 = 0.555

𝐴 𝑡𝑏

(4.12)

donde: 𝑄𝑝 gasto de pico en m3/s/mm 𝐴área de la cuenca en km2 𝑡𝑝 tiempo de pico en horas El valor de 0.555 es un factor de ajuste de unidades, debido a que las unidades del área de la cuenca y del tiempo base son diferentes a las del gasto de pico. Del análisis de varios hidrogramas, el autor estimó que el tiempo base (𝑡𝑏 ) y el tiempo de pico (𝑡𝑝 ) se relacionan mediante la expresión:

𝑡𝑏 = 2.67 ∗ 𝑡𝑝

(4.13)

y el tiempo de pico se expresa como:

𝑡𝑝 =

𝑑𝑒 2

+ 𝑡𝑟

(4.14)

Donde 𝑑𝑒 es la duración en exceso, la cual puede seleccionarse de acuerdo con la información disponible de lluvia, y 𝑡𝑟 es el tiempo de retraso, el cual se estima mediante el tiempo de concentración como:

𝑡𝑟 = 0.6 ∗ 𝑡𝑐

(4.15)

4.2.4 Estimación de las Pérdidas Las pérdidas están constituidas por la intercepción en el follaje de las plantas y en los techos de las construcciones, la retención en depresiones o charcos (que posteriormente se evapora o se infiltra), la evaporación y la infiltración. La porción más considerable de las pérdidas está dada por la infiltración, por lo que es costumbre calcularlas conjuntamente bajo este nombre. La infiltración juega un papel de primer orden en la relación lluvia escurrimiento y, por lo tanto, en los problemas de diseño y predicción asociados a la dimensión y operación de obras hidráulicas. En general, el volumen de infiltración es varias veces mayor que el de escurrimiento durante una tormenta dada, especialmente en cuencas con un grado de urbanización relativamente bajo.

63

4.2.4.1 Métodos Empíricos de estimación de la infiltración Cuando se tienen mediciones simultáneas de lluvia y volumen de escurrimiento en una cuenca, las pérdidas se pueden calcular, de acuerdo con su definición como:

𝑉𝑝 = 𝑉𝑙𝑙 − 𝑉𝑒𝑑

(4.16)

donde: 𝑉𝑝 es el volumen de pérdidas 𝑉𝑙𝑙 es el volumen llovido 𝑉𝑒𝑑 es el volumen de escurrimiento directo Entonces podemos inferir que si ambos miembros de la ecuación se dividen entre el área de la cuenca se obtiene:

𝐹 =𝐼−𝑅

(4.17)

donde F Infiltración o lámina de pérdidas acumulada. I Lámina de lluvia acumulada. R Lámina de escurrimiento directo acumulado Y si se deriva la ecuación anterior con respecto al tiempo se tiene:

𝑓 =𝑖−𝑟

(4.18)

Donde r es la lámina de escurrimiento directo por unidad de tiempo.

Para la aplicación de los métodos que simulan la relación lluvia escurrimiento es necesario conocer la variación en el tiempo de r. Para ello se usan comúnmente dos tipos de criterios en cuencas aforadas: el de la capacidad de infiltración media y el del coeficiente de escurrimiento.

4.2.4.1.1 Criterio de la capacidad de infiltración media Este criterio supone que la capacidad de infiltración es constante durante toda la tormenta. A esta capacidad de infiltración se le llama índice de infiltración media φ. Cuando se tiene un registro simultáneo de precipitación y escurrimiento de una tormenta, el índice de infiltración media se calcula de la siguiente manera: 

Del hidrograma de la avenida se separa el gasto base y se calcula el volumen de escurrimiento directo



Se calculó la altura de lluvia en exceso o efectiva ℎ𝑝𝑒 como el volumen de escurrimiento dividido entre el área de la cuenca: 64

ℎ𝑝𝑒 = 

𝑉𝑒𝑑

(4.19)

𝐴𝑐

Se calcula el índice de infiltración media φ trazando una línea horizontal en el hietograma de la tormenta, de tal manera que la suma de las alturas de precipitación que queden arriba de esa línea sea igual a ℎ𝑝𝑒 . El índice de infiltración media f será entonces igual a la altura de precipitación correspondiente a la línea horizontal dividida entre el intervalo de tiempo Δt que dure cada barra del hietograma.

4.2.4.1.2 Criterio del coeficiente de escurrimiento Con este criterio se supone que las pérdidas son proporcionales a la intensidad de la lluvia, esto es: 𝑓 = (1 − 𝐶𝑒 ) ∗ 𝑖, es decir 𝑟 = 𝐶𝑒 ∗ 𝑖

(4.20)

Donde la constante de proporcionalidad 𝐶𝑒 , sin unidades, se denomina coeficiente de escurrimiento. Otra manera de escribir la ecuación es:

𝑉𝑒𝑑 = 𝐶𝑒 ∗ 𝑉𝑙𝑙 𝐶𝑒 =

𝑉𝑒𝑑 𝑉𝑙𝑙

(4.21)

Es importante mencionar que aunque estos dos modelos son los de más fácil y extendida aplicación, ocurre, sin embargo, que aún para la misma cuenca, los valores característicos de estos dos modelos resultan diferentes de una tormenta a otra, por los siguientes motivos: 

Si la humedad antecedente del suelo es alta, la capacidad de almacenamiento en depresiones disminuye y, sobre todo, disminuye la capacidad de infiltración inicial.



Conforme la magnitud de la tormenta es mayor, la intensidad de la lluvia supera en más puntos de la cuenca a la capacidad de infiltración, de forma que el gasto infiltrado aumenta. Por otra parte, el aumento en la infiltración es proporcionalmente menor que el aumento en la magnitud de la tormenta, de tal forma que el coeficiente de escurrimiento también aumenta.



Otra consideración importante es que a medida que la lluvia aumenta, el coeficiente de escurrimiento también lo hace, acercándose a su valor límite Ce = 100%; por su parte el índice de infiltración tiende a un valor que coincide con la capacidad de infiltración ponderada en una determinada cuenca.

4.2.4.1.3 Criterio del número de escurrimiento Los dos criterios antes descritos requieren que la cuenca de estudio se encuentre aforada, esto es, que se hayan medido gastos de salida al mismo tiempo que las precipitaciones. Dado que en un 65

número importante de las cuencas, solo fue posible estimar un hidrograma unitario sintético debido a la falta de aforos, es necesario incorporar otro método que nos permita estimar la altura de lluvia efectiva a partir de la total y las características de la cuenca. El método que se propone es el de los números de escurrimiento, el cual reúne las características para ser utilizado. En este método la altura total de lluvia (hpt) se relaciona con la altura de lluvia efectiva (hpe) a través de ecuación 4.22

ℎ𝑝𝑒 =

2 508 +5.08] 𝑁 2032 ℎ𝑝𝑡+ −20.32 𝑁

[ℎ𝑝𝑡−

(4.22)

donde: hpt es la precipitación total, en mm hpe es la precipitación en exceso, en mm N Es el número de escurrimiento Después que se ha calculado la precipitación para el tiempo de concentración es necesario calcular la precipitación en exceso (cantidad de precipitación que escurre hasta la salida de la cuenca) para dicho tiempo. Está se estima por medio de los números de escurrimiento N en la ecuación 4.22. El valor de N depende del tipo y uso del suelo. Para el cálculo del N es necesario clasificar el tipo de suelo en los cuatro grupos, los cuales se listan en la siguiente tabla. Tabla 4-1. Descripción de los cuatro grupos de suelo

Grupo de suelo Textura del suelo A Arenas con poco limo y arcilla; suelos muy permeables B Arenas final y limos C Arenas muy finas, limos, suelos con alto contenido de arcilla Arcillas en grandes cantidades; suelos poco profundos con subhorizontes D de roca sana; suelos muy impermeables Una vez calculada la precipitación efectiva se calcula el coeficiente de escurrimiento como: 𝐶𝑒 =

𝑉𝑒𝑑 ℎ𝑝𝑒 ∗ 𝐴𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑎 ℎ𝑝𝑒 = = 𝑉𝑙𝑙 ℎ𝑝𝑡 ∗ 𝐴𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑎 ℎ𝑝𝑡

4.2.5 Caracterización del escurrimiento (gasto) base Dependiendo de la procedencia de los recursos hidrológicos, el escurrimiento en una cuenca puede definirse de una manera muy simplificada como la suma de dos componentes; escurrimiento directo y el escurrimiento subsuperficial y base correspondiente a la fracción de agua que, una vez infiltrada, recarga y circula a través del suelo y los acuíferos descargando posteriormente su almacenamiento en los ríos, lagos o en el mar. Este segundo tipo de aportes, de respuesta más lenta

66

y continuada se denomina flujo base o escurrimiento base y su importancia es crucial desde el punto de vista cuantitativo y cualitativo de los recursos del sistema hidrológico. La heterogeneidad en el origen del escurrimiento base obliga a analizar cada sistema hidrológico separando cada uno de los procesos involucrados. Para ello, es preciso diferenciar aquellas aportaciones procedentes de la zona no saturada del suelo. Este flujo recibe el nombre de flujo intermedio o escurrimiento lateral, y se puede definir como un flujo cercano a la superficie dentro del perfil del suelo y el marco temporal asociado al evento, que ha de diferenciarse de las aportaciones subterráneas procedentes de la zona saturada tanto en su delimitación espacial como en el tiempo de respuesta. Esta discretización coincide con los estudios de muchos autores que asocian la mayor parte de las aportaciones en forma de escurrimiento base con la zona saturada del suelo y, en la mayoría de los casos, con acuíferos poco profundos generalmente no confinados. En el presente estudio, la definición del escurrimiento base se llevó a cabo analizando los registros anuales en las estaciones hidrométricas, con ello, la caracterización que se aborda en los sitios de estudió será dada como una aportación mensual constante. Esta caracterización es consistente con el método de transformación lluvia-escurrimiento utilizado en el presente estudio, por ello, los retornos del flujo subsuperficial y aportaciones de la relación río-acuífero no son consideradas en este estudio.

4.3 Tránsito de Avenidas El tránsito de de una avenida sobre un río es un procedimiento para determinar la magnitud del gasto dentro del río, así como sus elevaciones a través del tiempo, en diversos puntos de un curso de agua utilizando hidrogramas conocidos o hipotéticos (sintéticos). El tránsito de estas avenidas se ven afectados por factores como: la geometría del canal principal y áreas aledañas, la rugosidad del canal y zonas contiguas, la existencia de áreas en las que se pueda acumular agua fuera del canal principal y la forma del hidrograma a transitar.

4.3.1 Introducción Los modelos hidráulicos computacionales que trabajan en régimen permanente gradualmente variado y de fondo fijo (es decir no considerando el transporte de sedimentos en el lecho) son de utilidad para estudiar los efectos del tránsito de una avenida en ríos (valores de gastos, niveles de agua y velocidades). Los mismos ofrecen una herramienta adecuada para un estudio en el cual la evolución temporal no es un factor de relevancia y el flujo en cuestión es unidimensional. Este tipo de modelos se basan en esquemas numéricos relativamente sencillos y de gran eficacia, pudiendo considerar cambios de régimen, cauces con geometrías complejas y cálculos para determinación de llanuras de inundación. Si se requiriera realizar un estudio en flujo no permanente, se debe recurrir a modelos hidráulicos que trabajen resolviendo las ecuaciones unidimensionales de régimen gradualmente variado o ecuaciones de Saint-Venant unidimensionales. Pues para la resolución de estas ecuaciones se han empleado muchos esquemas numéricos con distinto grado de complejidad, dando lugar a su vez a 67

simplificaciones que tratan básicamente de despreciar términos de menor contribución, (onda cinemática y difusiva). En la actualidad los modelos existentes se dividen en dos tipos, en función de si resuelven las ecuaciones de Saint-Venant completas o si realizan alguna simplificación. En cuanto al estudio de pronóstico de inundación en ríos que se realizó, se rige bajo la condición de flujo no permanente, por lo que el modelo seleccionado resuelve las ecuaciones de Saint-Venant completas bajo un esquema de diferencias finitas implícito. El sistema de análisis de ríos llamado HEC-RAS V. 4.1 es el modelo propuesto; este programa pertenece al Cuerpo de Ingenieros de la Armada de los Estados Unidos y está diseñado para realizar cálculos hidráulicos unidimensionales para una red completa de canales, así como cauces naturales. Dentro de las capacidades con las que cuenta el programa se destacan las siguientes: 

Tránsitos hidráulicos en cauces para flujo permanente y no permanente,



Tránsitos hidrológicos en cauces para flujo permanente y no permanente,



Modelado de calidad del agua,



Transporte de sedimentos,



Delineación de llanuras de inundación, campos de profundidad, velocidad, etc.,

En resumen HEC-RAS resuelve: el flujo unidimensional constante, flujo no permanente, el transporte de sedimentos / cálculos de fondo móvil, y el modelado de la temperatura del agua.

68

4.3.2 Diagrama de flujo Para realizar el tránsito de una avenida se requiere contar con la base de datos topográfica, y todas las condiciones de frontera como son: el hidrograma de avenidas, los coeficientes de rugosidad de Manning, así como alguna estructura hidráulica; etc. Dentro de la metodología del funcionamiento del programa de modelación se encuentran las siguientes funciones: 

Ingreso y edición de datos,



Análisis hidráulicos,



Representaciones gráficas y tabulares de los datos de entrada y resultados.

Para cumplir el primer punto se requiere un levantamiento topográfico que cubra suficientemente la superficie del terreno a lo largo y ancho de la zona de estudio. Y dado que el objetivo principal del proyecto es contar con un sistema de pronóstico de desbordamientos en ríos, en principio un levantamiento topobatimétrico hasta la altura de los hombros de los cauces se considera como suficiente. En caso de no contar con un levantamiento topográfico se recurrirá a la información de los modelos numéricos de terreno Lídar y en caso último a los modelos numéricos de terreno del C.E.M. V. 3.0. Para la edición de datos geométricos, la plataforma HEC-RAS cuenta con su propio módulo; el cual permite revisar la calidad en la información de campo, limpiar anomalías en la superficie mediante diversos criterios de filtrado, ampliar la información numérica realizando interpolaciones entre secciones transversales, así como el diseño de canales artificiales longitudinal y transversalmente. El manejo de la información de flujo se hace a través de otro módulo, el cual permite la inclusión de tablas de elevación, curvas de gasto o incluso una combinación de curvas elevación-gasto para cierta(as) sección(es), o estructuras hidráulicas (puentes, alcantarillas, presas, etc.). La gestión de los parámetros que influyen en la estabilidad del esquema numérico de geometríaflujo se hace desde otro módulo llamado: Análisis de Flujo. Y finalmente el despliegue de resultados se hace en forma gráfica o tabular, contando así mismo con la ayuda de un depurador para realizar modificaciones y mejoras a los resultados en cada sección hidráulica. En la Figura 4-6 se muestra el esquema del diagrama de flujo del modelo HEC-RAS V. 4.1.

69

Información de terreno

Edición de geometría y de flujo

Condiciones de simulación

Proceso de cálculo

Resultados Calibración

Figura 4-6. Diagrama de flujo de los procesos de HEC-RAS

4.3.3 Bases teóricas del modelo HEC-RAS 4.1 El módulo de cálculo en régimen no permanente de HEC-RAS resuelve las ecuaciones de SaintVenant en una dimensión, que consiste en un sistema de ecuaciones en derivadas parciales formado por la ecuación de continuidad y la de momentum (conservación de cantidad de movimiento). En el caso de grandes ríos, sobre todo en los instantes de inicio y fin de la avenida; el programa permite analizar la posible interacción entre el cauce central y las llanuras de inundación. En estos casos el flujo puede distar de ser unidimensional acercándose más a un flujo bidimensional. HECRAS permite aproximarse a esta nueva situación de cálculo mediante el uso de áreas de almacenamiento. Cuando las llanuras de inundación colaboran en el transporte de manera similar a como se produce en el cauce principal entonces el flujo es eminentemente unidimensional. En tal caso el reparto del gasto y factores de transporte según el cauce central y las llanuras de inundación, HEC-RAS lo realiza de manera idéntica a como se realiza en el caso del régimen permanente. Esta situación es la que suele darse en los instantes centrales de un hidrograma de avenida.

4.3.4 Ecuaciones generales

4.3.4.1 Análisis de flujo permanente En este caso el sistema está orientado al cálculo de perfiles hidráulicos para flujo permanente gradualmente variado. El procedimiento básico de cálculo se fundamenta en la solución unidimensional de la ecuación de la energía, donde las pérdidas de energía son evaluadas por fricción (ecuación de Manning) y por expansión/contracción (coeficiente multiplicado por la carga de velocidad). Al modelar tramos grandes del río, el sistema puede incluir la presencia de pilas, puentes, vertedores, compuertas, etc., donde el flujo varía rápidamente y el software utiliza por default en estas situaciones la ecuación de Momentum en el cálculo. El perfil del agua de una sección a otra se obtiene resolviendo la ecuación de la energía descrita por la ecuación 4.20, la cual se resuelve de manera iterativa mediante el método de paso estándar, que aplica a un tramo de río, ver Figura 4-8, resulta:

70

𝑧2 + 𝑦2 +

𝛼2 𝑉22 2𝑔

= 𝑧2 + 𝑦1 +

𝛼1 𝑉12 2𝑔

+ ℎ𝑒

(4.22)

donde: z1, z2 son las elevaciones de las secciones 1 y 2 respecto al nivel de referencia, Y1,Y2, las profundidades o tirantes del agua de cada sección, V1, V2, son las velocidades medias en cada sección, α1, α2, son coeficientes de velocidad, g la aceleración de la gravedad, he las pérdidas de energía entre las secciones. Estas últimas se evalúan mediante la ecuación 4.21

ℎ𝑐 = 𝑆̅𝑓 𝐿 + 𝐶 |

𝛼2 𝑉22 2𝑔

−

𝛼1 𝑉12 2𝑔

|

(4.23)

Siendo: L la longitud ponderada entre secciones, ver manual de referencia, 𝑆̅𝑓 la pendiente media de fricción entre las secciones, C es un coeficiente de pérdida por expansión o contracción entre las secciones.

α V22/2g

Gradiente de energía

he

Superficie del agua Y2

α V12/2g

Z2

Fondo del canal

Nivel de referencia

Y1

Z1

Figura 4-7. Representación de los términos de la ecuación de la energía

4.3.4.2 Análisis de flujo no permanente Esta componente permite simular flujo unidimensional no permanente a través de una compleja red de canales a superficie libre. El algoritmo empleado en la ecuación de flujo no permanente fue adaptado del modelo UNET desarrollado por Barkau R. (1992). Las leyes físicas que gobiernan estos escurrimientos son: 1) El principio de conservación de masa (continuidad)

71

2) El principio de conservación de momentum (cantidad de movimiento) La representación de estas leyes en forma de ecuaciones diferenciales parciales aplicadas a un volumen de control son (Figura 4-8):

4.3.4.2.1 La ecuación de continuidad 𝜕𝐴𝑇 𝜕𝑡

+

𝜕𝑄 𝜕𝑥

− 𝑞𝑙 = 0

(4.24)

donde: 𝐴𝑇 es el área transversal total, Q es el gasto o volumen, 𝑞𝑙 es un gasto o volumen lateral por unidad de longitud.

Q (x,t) h(x,t)

x

x Entrada de flujo

Salida de flujo

x Figura 4-8. Volumen de control en la representación de las ecuaciones de continuidad y momentum

72

4.3.4.2.2 La ecuación de momentum 𝜕𝑄 𝜕𝑡

+

𝜕𝑄𝑉 𝜕𝑥

+ 𝑔𝐴 (

𝜕𝑧

𝜕𝑥

+ 𝑆𝑓 ) = 0

(4.25)

donde: V es la velocidad media g es la aceleración de la gravedad 𝜕𝑧 es la pendiente de la superficie libre del agua 𝜕 𝑥

La solución numérica de las ecuaciones 4.22 y 4.23lo realiza el sistema a través de un esquema de diferencias finitas implícito, donde la función y sus derivadas son evaluadas al interior de cada celda de cálculo. Al final, se resuelve un sistema de ecuaciones simultáneas para el tramo de río analizado. Más detalles al respecto se pueden consultar de manera breve enseguida.

4.3.4.3 Esquema de Preissmann de los cuatro puntos El algoritmo numérico empleado en HEC-RAS es el esquema de Preissmann, el cual trabaja bajo un esquema en diferencias finitas implícito; siendo el procedimiento más exitoso y aceptado para resolver las ecuaciones de flujo no permanente unidimensional. En la Figura 4-9se muestra el esquema de cálculo de los cuatro puntos que es también conocido como esquema de caja. En éste se aprecia el significado físico del factor de ponderación θ, que utiliza el programa y que da el grado de simplicidad para la estimación de las diferencias finitas. Así se demuestra que un esquema implícito es intrínsecamente estable cuando 0.5 < 𝜃 ≤ 1.0, es condicionalmente estable si θ=0.5 e inestable para θ