IAHR APIHA

XXVII CONGRESO LATINOAMERICANO DE HIDRÁULICA

LIMA, PERÚ, 26 AL 30 DE SETIEMBRE DE 2016

EVALUACIÓN DEL RIESGO HÍDRICO ANTE POTENCIAL ROTURA DE

PRESA EL CARRIZAL, MENDOZA, ARGENTINA

Victor Hugo Burgos, Ana Paula Salcedo Instituto Nacional del Agua (INA) – Centro Regional Andino, Belgrano 210, Mendoza, Argentina, vburgos@ina.gob.ar

RESUMEN:

En el marco del convenio entre el INA y el Ministerio de Infraestructura, Vivienda y Transporte

del Gobierno de la Provincia de Mendoza, se desarrolló durante el período 05/2013 a 05/2014 el

estudio de “Actualización de la crecida de proyecto y Simulación matemática de las condiciones de

Rotura de la Presa El Carrizal, Áreas de inundación y Plan de Acción de Emergencia”.

Inevitablemente, la presencia de una presa somete a los habitantes e infraestructura aguas abajo

a riesgos de afectación. En este trabajo se evalúa el riesgo hídrico ante una potencial rotura de la presa

El Carrizal, ubicada sobre el río Tunuyán (Provincia de Mendoza). Con la utilización del modelo HEC-

RAS, así como también de Sistemas de Información Geográfica (SIG), e información estadística

poblacional, se estudiaron 234 km del tramo inferior del río Tunuyán. Los resultados indican que la

potencial rotura de la presa, afecta hasta su desembocadura un total de 735.2 km² de superficie anegada

y a casi 10000 habitantes. Este proyecto incluyó la generación de cartas o mapas de riesgo hídrico

estimados por modelación hidráulica para distintos escenarios de vulnerabilidad física, ante el potencial

vuelco de personas, vehículos o infraestructura, ocasionados por la rotura de la presa. Además, se

estimaron relaciones de afectación poblacional en función del caudal de la onda de crecida.

ABSTRACT:

The “Design discharge update and mathematical simulation of El Carrizal dam break, flood

areas and Emergency Plan” initiative was developed during the period from 05/2013 to 05/2014. The

assessment was accomplished under a special agreement between INA (National Water Institute) and

the Ministry of Infrastructure, Housing and Transport, Government of Mendoza Province.

Unfailingly, a dam in a river becomes a risk for human settlements and infrastructure

downstream. Were studied 234 km of the lowermost section of the Tunuyán river using HEC-RAS

model, Geographical Information System (GIS) and population statistics. A hypothetical piping dam

failure may inundate 735.2 km² and affect almost 10000 inhabitants. This study included flood risk

mapping obtained by hydraulic simulation, which depicts the physical vulnerability for people, vehicles

and infrastructure. Finally, was estimated relationships between affected population and flood wave

discharge.

PALABRAS CLAVES:

Rotura presa – modelación hidráulica – mapa riesgo

INTRODUCCIÓN

La presencia de una presa en el cauce de un río, somete a los habitantes ribereños e

infraestructura de aguas abajo, a un riesgo de afectación inevitable, ya que, como cualquier obra

hidráulica, la presa constituye un conjunto de riesgos e incertidumbres involucradas en el diseño

(hidrológico e hidráulico), cálculo estructural, construcción y operación de la obra. El estudio de las

posibles afectaciones ante una rotura de presa, posibilita una adecuada gestión de riesgos, al evaluar y

analizar espacialmente la amenaza por inundación.

La presa El Carrizal se encuentra ubicada sobre el río Tunuyán, fue habilitada en el año 1971, es

de materiales sueltos de eje recto con núcleo impermeable y enrocado de proyección, con 46 m de

altura sobre el lecho del río, y con una capacidad actual de 277 Hm³. Posee un vertedero frontal de

planta curva con capacidad para 1600 m³s-1. Los usos del Embalse son para el riego de 64470 Has

empadronadas, abastecimiento para agua potable, turismo y generación hidroeléctrica.

El objetivo general del estudio fue generar las manchas de inundación y estimar el alcance de

las áreas afectadas ante una eventual rotura de la Presa El Carrizal.

Como objetivos específicos se requirió: a) zonificar áreas de riesgo hídrico, en función de la

capacidad de someter a personas, vehículos o infraestructura expuesta, a una inestabilidad al vuelco por

presión dinámica de la crecida; y b) generar la consecuente información técnica necesaria para la

elaboración de un Plan de Acción Durante Emergencias (PADE).

ÁREA DE ESTUDIO

El área de estudio se encuentra ubicada en la provincia de Mendoza, Argentina, entre los 33º10’

y 33º50’de latitud sur y entre 67º00’ y 68º48’ de longitud oeste. El alcance geográfico se delimita por el

área de influencia del Rio Tunuyán, en su tramo inferior, luego del Embalse El Carrizal, como se

observa en Figura 1. La cuenca del Río Tunuyán posee una superficie total de 18.954 km², y está

ubicada en el centro de la provincia de Mendoza.

Figura 1.- Área de estudio, Río Tunuyán inferior (fuente: elaboración propia)

MATERIALES Y MÉTODOS

Para la creación del modelo geométrico en HEC RAS, se utilizó una combinación de datos

interferométricos a escala global, que fueron validados y ajustados con relevamiento topográfico. En

Burgos (2012) se encuentran los Modelos Digitales de Elevación (MDE) analizados y los análisis

estadísticos realizados, encontrándose al SRTM v4 como el que presentaba los mejores ajustes. Las

correcciones hidrológicas e hidráulicas se realizaron siguiendo la metodología indicada en Burgos et al.

(2014). Se muestra en la Figura 2 un flujograma donde se esquematizan todas las actividades

realizadas.

El Río Tunuyán, en el tramo simulado, tiene once estructuras que cruzan el cauce: un azud

derivador, seis puentes carreteros, un puente ferroviario y tres alcantarillas de cruce carretero. Por

topografía convencional de detalle se relevó planialtimétricamente con perfiles transversales cada 25

m, 200 m aguas arriba y abajo de cada cruce.

El estudio y análisis de la rotura de presa se detalla en Maza et al. (2014), estimándose que la

Crecida Máxima Probable (CMP) es de 1224 m³s-1

, inferior a la capacidad de vertedero, por lo que se

estudió la brecha por sifonaje o tubificación, en lugar de sobrepaso, identificando una onda de crecida

de 8889 m³s-1

, como se muestra en Figura 3.

Las condiciones de rugosidad del lecho se establecieron siguiendo los criterios de Barnes (1987)

durante tareas de campaña y por comparación fotográfica.

Mediante modelación hidráulica con HEC RAS, se procesó la rotura y el tránsito de la onda de

crecida en un tramo de 234 km de río hasta su desembocadura con el río Desaguadero. Luego de

estabilizar el modelo, verificando la condición de Courant ‐ Lewy ‐ Friederichs (1948), que relaciona la

duración del paso temporal en función de la discretización espacial, se analizaron los datos tabulares y

geográficos.

Por medio de la interfaz gráfica RAS Mapper y Hec Geo RAS (Ackerman, 2011 y Brunner,

2010), se volcaron los resultados en un SIG, obteniendo la distribución espacial de los tirantes y las

velocidades.

El algoritmo de procesamiento geográfico, utiliza los resultados de cotas de superficies de agua

por sección transversal, y a través del MDE, se encuentra la poligonal de inundación entre dos perfiles,

generando así, una curva de inundación, asignando luego a cada celda el tirante de inundación, como la

diferencia entre la cota del perfil hidráulico menos la cota del terreno. La resolución de análisis fue de

20 m por celda, con planos a escala 1:20000.

El mapa de riesgos de inundación por rotura de presa El Carrizal, se conformó siguiendo la

analogía de Crichton (1999) donde el Riesgo (R) es una función del producto espacial entre la amenaza

(A), la exposición (E) y la vulnerabilidad (V).

VEAR [1]

Esta definición sintetiza muy bien el concepto de interferencia entre ambiente natural y

actividad antrópica, permitiendo su inmediata representación gráfica por mapas temáticos, debido que

la vulnerabilidad y la exposición tienen intrínsecamente distribución espacial.

En estudios de riesgos por inundación debido a tormentas o crecidas de ríos, el factor de

amenaza (A) se define como la probabilidad de ocurrencia del evento (en analogía con la peligrosidad),

o la inversa del tiempo de retorno, pero; en este caso en particular, al tratarse de un evento extremo de

rotura o colapso de presa, el factor sería único, quedando entonces representada espacialmente como la

ocupación o distribución territorial de la inundación.

El factor de exposición (E) se definió para cada celda en función de la distancia al eje del río

por medio de polígonos de influencia (buffer) como una función de ubicación relativa respecto a la

máxima distancia de inundación, quedando:

MAX

MAX

D

ríoDistDE

.

[2]

La vulnerabilidad (V) se la analizó para personas, vehículos e infraestructura por medio de su

estabilidad al vuelco frente al empuje hidrodinámico (altura x velocidad al cuadrado) de la onda de

crecida, como se indica en Maza et al, (2014) por lo tanto se trata de una vulnerabilidad física.

Para analizar la vulnerabilidad social, se procedió a analizar datos a nivel de radio censal

obtenidos en el último Censo de Población, Hogares y Vivienda, INDEC (2010). A partir de la

información proporcionada por la Base de Datos REDATAM desarrollada por la CELADE (División

de Población de la CEPAL), se conformó un SIG, donde se realizaron análisis espaciales y tabulares

entre los datos de radios censales (que contenían información de vivienda, hogares y población) y las

áreas de inundación a distintos caudales. El análisis mediante el SIG permitió evaluar hasta 54 radios

censales afectados por crecidas de 500, 1000, 1600, 8889 y 15000 m3s

-1. Con dicha información se

estimó la cantidad de hogares, viviendas y habitantes afectados, y se lograron establecer curvas que

relacionen caudal con población afectada.

Figura 2.- Flujograma conceptual metodológico (fuente: elaboración propia)

Figura 3.- Hidrograma de rotura de presa y limnigrama inicial (fuente: elaboración propia)

RESULTADOS

Los resultados indican que la potencial afectación de una rotura de la presa El Carrizal, engloba

hasta su desembocadura un total de 735.2 km² de superficie anegada, 9951 habitantes afectados (2909

niños), 2816 viviendas potencialmente dañadas, de las cuales 361 hogares tienen sus Necesidades

Básicas Insatisfechas (NBI), de acuerdo a la información proporcionada por el Censo 2010.

En particular en el departamento de Rivadavia, 6754 Ha de parcelas de riego serían inundadas

con tiempos de permanencia que oscilan entre las 24 y 48 hs, con tirantes entre los 0.5 y 4.5 m de altura

y velocidades de ascenso del agua hasta valores de 5.8 cm.s-1 con un promedio de 2.2 cm.s-1. Entre los

servicios e infraestructura potencialmente afectados en Rivadavia, se encuentran 85.9 km de calles,

119.4 km de canales, 1 núcleo urbano (Libertad) con una población de 2438 habitantes, 1 centro de

salud, 2 establecimientos educativos, entre otros.

Mapa de Tirantes: El mapa generado en formato grilla posee una celda de 20 x 20 m e indica el

nivel relativo de inundación o tirantes de agua en cada celda. En la figura 4 a) se indica un detalle.

Figura 4.- a) detalle del Mapa de Alturas de agua (nivel relativo de inundación) y b) detalle del Mapa de

Velocidades

Mapa de Velocidades: Una de las opciones de cálculo en la modelación hidráulica, fue la de

subdividir la sección en dovelas para obtener una distribución de velocidades en cada sección. En la

Figura 5 se observa una sección transversal con distribución de velocidades. Los puntos son

interpolados linealmente para producir una distribución espacial, (Figura 4 b).

Mapa de Exposición: La máxima distancia de inundación fue de 4900 m hasta el eje del río.

Figura 5.- Sección transversal con distribución de velocidades

Mapas de Riesgos: El índice de riesgo hidráulico (R) fue definido como una magnitud que

expresa la presencia simultánea, dentro de un área, de una situación de amenaza, de exposición y de

vulnerabilidad. Al multiplicar por medio de álgebra de mapas: el mapa de vulnerabilidad del elemento

(valores de V) por el mapa de exposición (valores en m) y por la amenaza (A) entendida como la

mancha de inundación por rotura de presa, este producto arroja un índice de riesgo (R) con valores que

se encuentran en un rango numérico entre 0.1 y 10. Una vez asignado el índice de riesgo (R) para cada

elemento, cada celda es clasificada en una de las cuatro clases de riesgo:

Riesgo R4 (muy elevado): Posibles pérdidas de vidas humanas y

lesiones graves a las personas, daños graves a los edificios y a la infraestructura, daños al patrimonio

ambiental, destrucción de actividades socioeconómicas. (Rango >5)

Riesgo R3 (elevado): Posibles problemas respecto a la seguridad de las

personas, daños funcionales a edificios e infraestructura, con consecuente inhabitabilidad de los

mismos y la interrupción de las actividades socioeconómicas, daños al patrimonio ambiental. (Rango

de 0,9 a 5)

Riesgo R2 (moderado): Posibles daños menores a edificios,

infraestructura y al patrimonio ambiental que no perjudican la seguridad de las personas, la

inhabitabilidad de los edificios y la funcionalidad de las actividades socioeconómicas. (Rango de 0,6 a

0,9)

Riesgo R1 (medio o bajo): Los daños sociales, económicos y al patrimonio

ambiental son marginales. (Rango < 0,6)

En la Figura 6 se indica a modo de ejemplo un detalle del mapa de Riesgo de Inundación para

Personas.

Figura 6.- Detalle del Mapa de Riesgos a personas (en cercanías a Rivadavia)

Como información complementaria para el PADE para aquellas progresivas particulares,

coincidentes con puentes y badenes o ya sea porque describen procesos hidráulicos o porque

representan afectaciones de interés, se registraron las siguientes características del hidrograma y

limnigrama: a) tiempo de arribo de la onda de crecida, b) tiempo de permanencia de la inundación: es

el tiempo durante el cual el nivel del agua permanece sobre el nivel umbral de desborde del río

indicado en el limnigrama de la progresiva indicada, c) velocidad de ascenso: es la velocidad en

cm.min-1

con que el nivel de agua asciende en la rama ascendente del limnigrama de la progresiva

indicada, d) caudal máximo: caudal punta en la sección indicada (laminada por tránsito de la onda de

crecida), e) tiempo de ocurrencia del máximo caudal: tiempo al pico del hidrograma en la sección, f)

DH: máximo tirante de agua en planicie de inundación. En la Figura 7 se observa un limnigrama tipo

donde se acotan las distintas variables indicadas en las láminas finales en cada sección transversal de

referencia o en cada obra de cruce.

Figura 7.- Hidrograma de rotura de presa y limnigrama tipo para estimación de variables hidráulicas (fuente:

elaboración propia)

De igual manera, en las estructuras de cruce (puentes y alcantarillas) del río Tunuyán se

indicaron los siguientes parámetros que describen la afectación por la inundación:

T.C.V.T.: Tiempo de comienzo de vertido sobre tablero de puente

T.A.Qmax.: Tiempo de arribo del caudal máximo

Tirante Máx.: Máxima profundidad del agua sobre el puente

T.F.V.T.: Tiempo de finalización de vertido sobre tablero de puente

Se generaron mapas de riesgo hídrico, dividiendo en 8 tramos a escala 1:20000 y 1 tramo final a

escala 1:100000. En la Figura 8 se muestra la lámina correspondiente al tramo 3 de Riesgo Hídrico para

personas.

Figura 8.- Mapa de Riesgo Hídrico para personas ante rotura de presa El Carrizal

El análisis de escenarios de modelación hidráulica con distintos caudales de crecida, permitió

establecer la relación entre área afectada y caudal pico de la crecida. Asimismo, contando con

información demográfica (año 2010), se encontraron las siguientes relaciones indicadas en la Figura 9.

Figura 9.- Curvas de afectación areal y poblacional en función del caudal de crecida

La superficie anegada describe una relación potencial respecto al caudal pico de la onda de

crecida, cuya correlación está explicada al 98% con la siguiente expresión:

[3]

donde: A es el área afectada en km², y Q es el caudal pico de la crecida en m³s-1

Y la relación entre población afectada (PA) en función del caudal de crecida queda explicada al

86% con la ecuación siguiente.

[4]

Además, cruzando espacialmente los resultados hidráulicos con la infraestructura urbana de uno

de los departamentos afectados, se obtuvieron los siguientes resultados, indicados en tabla 1.

Tabla 1.- Afectaciones potenciales por rotura de presa en Departamento Rivadavia

Infraestructura afectada

Población 6741 habitantes

Superficie bajo riego 6754 Has

Padrones de riego 902 derechos

Canales 119.4 km

Calles 85.9 km

Núcleo urbano 1 (La Libertad)

Barrios rurales 4

Establecimientos

educativos 2

Guardería 1

Centro de salud 1

Aeródromo 1

Club deportivo 1

Iglesia 1

Estación de servicio 1

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La metodología empleada permitió relacionar los resultados de un modelo hidráulico con

variables demográficas y servicios o infraestructura potencialmente afectada por la potencial rotura de

la presa El Carrizal.

Por medio de análisis geoestadístico y álgebra de mapas con las áreas de inundación, tirantes

máximos y velocidades de flujo, y cruzando información espacial del último censo poblacional, se

obtuvieron mapas de riesgo hídrico y relaciones de afectación en función del caudal de la onda de

crecida.

Para el desarrollo del PADE los mapas de áreas de inundación generados, zonas de riesgo y

análisis de afectación, resultan una importante fuente de información para gestionar el riesgo.

Para reducir el riesgo, a través de la modificación de las condiciones de exposición y

vulnerabilidad, se pueden realizar las siguientes medidas:

zonificación y ordenamiento territorial en función de las áreas de riesgo estimadas,

demarcación del deslinde público del privado (línea de ribera),

restricciones al uso del suelo,

implementación de sistemas de alerta en tiempo real,

formación y capacitación de las comunidades en la preparación para enfrentar

adecuadamente la contingencia,

concientización de la población sobre que las soluciones estructurales que se adopten no

reducen el riesgo en su totalidad (siempre existe un evento que puede superar al de

diseño). Las soluciones estructurales (por ej. defensas) no deben aumentar la

vulnerabilidad de las áreas defendidas al crear una falsa sensación de seguridad total.

Se propone para estudios futuros una evaluación económica de los daños estimados en

infraestructura, servicios y producción, y los costos socio-ambientales implicados.

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