SAIH-SAD Confederación Hidrográfica del Ebro.Castellar de la Frontera, 19 de diciembre de 2013

Herramientas para la gestión de inundaciones II. Sistemas de apoyo a la toma de decisión

Manuel Liedana MartínezDirector División DOP

manuel.liedana@inclam.com

Seminario Hispano-Marroquí sobre gestión del riesgo de inundaciones (Castellar de la Frontera-Cádiz)

� Las Inundaciones causaron en el periodo 1987-2002 pérdidas por valor de 12.000 millones de Euros

� Actuaciones estructurales: Embalses, canalizaciones, obras de defensa� Actuaciones no estructurales:

Análisis previo al eventos

• Sistemas de Ayuda a la Decisión Frente aInundaciones

Análisis en Tiempo Real

• Estudios de zonas Inundables

• Planes de Emergencia de Rotura de Presas

• Ordenación del Territorio

INTRODUCCIÓN

Desastres Naturales, ¿Un problema creciente?

Avenidas. ¿La misma tendencia?

Victimas. ¿La misma tendencia?

Pérdidas en España (1987 – 2002)

Pérdidas esperadas (2004 – 2033)

Análisis en tiempo real

� Los sistemas para la prevención, predicción y gestión de avenidasen tiempo real, están basados en Sistemas Automáticos de

Información Hidrológica y en Sistemas de Ayuda a la Decisión frente a Inundaciones

Red de Control•69 Embalses•121 Aforos en Ríos•194 Aforos en Canales•225 Pluviómetros•73 Termómetros•13 Telenivómetros•35 Estaciones de Calidad de Aguas

14 Puntos de Concentración

Centro de Proceso de Cuenca (CPC)

SAIH

1 Puntos de Control

2 Puntos de Concentración

3 CPC - Zaragoza

1. Recogida de datos en campo, almacenamiento y envío a los puntos deconcentración

2. Los puntos de concentración solicitan información a las estaciones cada15 minutos

3. Centro de Proceso de Cuenca (CPC): Recibe y procesa la información

Conclusiones sobre los SAIH

• Enorme utilidad práctica en situaciones de emergencia por avenidas

• Inversión rápidamente amortizada

• Sistema rentable económicamente

• Herramienta indispensable para la optimización de la gestión y asignaciónde los recursos hidráulicos

• Factor de modernización del Organismo de Cuenca

La Red SAIH nos permite conocer, EN TIEMPO REAL , lo que estápasando, PERO NO el FUTURO

Para dotar al SAIH de una herramienta que pueda recoger y analizar lainformación en TIEMPO REAL y así conocer la RESPUESTA FUTURAde la cuenca hemos de incluir un SISTEMA DE AYUDA A LA DECISIÓN - SAD

Sistema de Ayuda a la Decisión - SAD

Objetivos del Sistema SAD

Dar CONOCIMIENTO y Observar la CONSECUENCIAS de las Operaciones

realizadas en los embalses

INCREMENTO del tiempo disponible para laintervención del personal en la DEFENSA

CONTRA INUNDACIONES

SISTEMA DE ALERTA TEMPRANA

MINIMIZAR LOS DAÑOS POR INUNDACIÓN

Sistema de Ayuda a la Decisión - SAD

Datos SAIH observados

Previsiones Meteorológicas

1.- Modelo Hidrológico

2.- Gestión de Embalses

3.- Modelo Hidráulico ycorrección de caudales

SAD RESULTADOS

Caudales simulados a lo largo delperiodo de observación y

caudales futuros (a partir del TOF)

• Previsiones Meteorológicas de distintos organismos

� Nacionales (AEMET - España,...)

� Internacionales (Global Forecasting System GFS,...)

� Ambito GLOBAL o LOCAL

� Previsiones DETERMINISTAS o PROBABILÍSTICAS (Ensemble)

• Diferentes previsiones existentes

� HIRLAM (Determinista y mesoescala)

� EMCRWF (Determinista y probabilísticas, globales)

� GFS (determinista y global)

• Variables de interés

� Precipitación acumulada en cada intervalo temporal

� Temperatura en cada intervalo (a 2m del suelo)

Previsión meteorológica

• Subdivisión de la cuenca en 319 subcuencas, cada unade las cuales da lugar a un hidrograma vertiente

• Modelización hidrológica en continuo

• Se han considerado tres formas diferentes demodelización hidrológica

o Con retención nival de larga duración: 29 cuencas (Zona Roja)

o Con retención nival de corta duración: 178 cuencas (Zona Azul)

o Con poca o nula retención nival: 112cuencas (Zona Verde)

• Características principales de los modelos desimulación en continuo

o Modelos de tipo desagregados

o Modelos de tipo agregado

Modelización Hidrológica

(en un momento dado, se conoce el estado precedente de la cuenca, grado de humedad, nieve acumulada, etc)

Interflow

EvapotranspiraciónPotencial

Flujo superficial

Flujo Base

Precipitación como nieve

Almacénnieve 1

Lluvia

Zona de SuperficieEvaporación

Zona de RaícesFlujo Capilar

ALMACENAMIENTO DE AGUAS SUBTERRANEAS

Almacénnieve 2

Almacénnieve N

• Los modelos en continuo analizan las transferencias de agua entre diferentes depósitos (que representan las diferentes capas del subsuelo o de nieve acumulada), interconectados entre sí.

• Tienen en cuenta las pérdidas de agua derivadas de la evaporación y la transpiración de las plantas

•Consideran el caudal efluente como la suma de los caudales con diferente origen y velocidad de transmisión

•Son controlados por un conjunto de parámetros demodelización que requieren una fase de calibración

Modelización Hidrológica

• Encargada de calcular la transmisión hidráulica de los caudales calculados en las subcuencas a lo largo de casi5.000 km de cauces modelizados (red fluvial arboriforme)

• 3 modelos de propagación diferentes, según se quiera una simulación rápida o más precisa

• Todos los tramos con Muskingum

• Todos los tramos con 1D reg. variable

• Todos los tramos con Muskingum y el eje del Ebrocon 1D reg. variable (modelo mixto)

• La gestión de embalses es llevada a cabo por el SimuladorPrincipal.

• La corrección de estaciones de aforos se realiza en elSimulador Principal a excepción de estaciones situadas entramos 1D reg. variable que son efectuadas en dicho modelo

Modelización Hidrológica

• Se efectúa considerando un conjunto de perfiles transversales (en los que se calcula el nivel de agua encada instante), entre los que se intercalan puntos intermedios en los que calcula el caudal circulante encada momento.

• La transmisión hidráulica, en régimen variable, secalcula por resolución de las ecuaciones de Saint Venant

• Entre perfiles transversales consecutivos muy alejados, el modelo intercala secciones interpoladas en donde efectuar el cálculo de nivel (que llevan asociados puntos intermedios con cálculo de caudal)

• Se basa en la resolución de una ecuación de continuidad concentrada, que es una función empírica que relacionael almacenamiento (S) con el caudal de entrada (I) ysalida (O) del tramo de propagación considerado

• K es el parámetro representativo del tiempo dedesplazamiento de la onda en el tramo de propagación y X es el parámetro que pondera la influencia de los caudales de entrada y salida del tramo en función delalmacenamiento

Modelización HidrológicaMuskingum

1D. R

egim

en Variable

• El sistema, en conjunción con los anteriores, se encarga desimular diferentes maniobras de explotación (caudales vertidos en el periodo de predicción) en los 41 embalses principales de la cuenca

• Los caudales vertientes pueden ser establecidos bien enfunción de las reglas de explotación de cada embalse(según Norma), bien por el usuario del sistema

• Los caudales vertientes, según Norma, son calculados automáticamente por el sistema, en función de:

� El nivel que alcanzan las aguas en el embalseen ese momento

� El volumen libre aún disponible hasta alcanzar el máximo nivel extraordinario

� El incremento de volumen embalsado que se ha producido en el último periodo transcurrido entre las últimas mediciones

• Para establecer los caudales vertientes fuera de Norma, los explotadores del sistema, disponen de las correspondientes pantallas de medición

Gestión de hipótesis: Mapa de embalses

Organigrama para determinar el caudal vertido

Gestión de Embalses

• Como consecuencia de la simulación diari del SAD, los usuarios autorizados pueden acceder, via internet, a la siguiente información

• Información hidrológica resultante de las simulaciones efectuadas los últimos días, con un máximo de 4 previsiones simultáneas. Esta información contiene:

– Comentarios generales de cada simulación, y particularizados para cada una de las 10 zonas en las que se divide la cuenca

– Mapa general de la cuenca y cada una de las zonas consideradas

– Puntos interactivos, en los que se pueden consultar los resultados de modelización (caudales circulantes)correspondientes a cada simulación. Se incluyen dos tipos depuntos

• Con datos observados, que incluyen, además, caudales observados

• Sin datos observados

http://www.saihebro.com

Información Suministrada

Información Suministrada• Ejemplo de información suministrada en la página web de SAIH Ebro

Datos ObservadosDatos Simulados en sesión 9/3/2004: 9:52Datos Simulados en sesión 11/3/2004; 0:50Datos Simulados en sesión 12/3/2004; 9:20Datos Simulados en sesión 13/3/2004; 9:49

Información Suministrada• Previsiones diarias disponibles para todos los usuarios de la web www.saihebro.com en la pestaña de previsiones

Conexión con otros organisamos

• El sistema permite enviar alertas de forma automática• En previsión y datos observados los operadores SAD, pueden enviar las alertas predefinidas por el sistema, o generar la que ellos deseen en función de las necesidades.

• Alertas Q1: Comienzan a producirse daños. Desbordamiento inicial del cauce

• Alertas Q2: Se producen daños en elementos aislados o infraestructuras no principales

• Alertas Q3: Daños a poblaciones, conjuntos de más de 5 casas o a infraestructuras principales

• Sin Alerta

• Las alertas que el sistema genera sontotalmente configurables en función de los datos incluidos en el mensaje.

• Se puede configurar cada alerta de manera independiente

• Se pueden añadir ficheros adjuntos yembebidos en el propio mensaje

• Hidrograma• Laminas Inundación• Informe de Zona• ...

• El sistema, antes de enviar las alertas,mostrará un resumen de las mismas, para queel operador las valide.

Conexión con otros organismos

• En el envío de las alertas, laconfederación ha solicitado laposibilidad de guardar las alertas generadas y enviadas.

• Existe un formulario, en el queel operador del SAD puede enviar la alerta generada, oguardarla en el sistema únicamente.

COMPORTAMIENTO DEL SAD DESDE SU PUESTA EN MARCHA

Comportamiento SAD

• El sistema se instaló en la CHE durante el mes de Septiembre de 2002

• Desde entonces, viene realizando, al menos, una pasada de simulación cada día laborable y todas las necesarias en situaciones de avenida - generalizadas o locales-.

• El instante inicial de cada simulación siempre está incluido dentro del periodo inicial correspondiente a lasimulación previa. De esta forma, los estados iniciales de humedad en las cuencas, los caudales circulantes yniveles observados, así como la cantidad de nieve acumulada, se van transmitiendo desde cada simulación a la siguiente

• Al mismo tiempo, se ha ido utilizando los datos históricos registrados por el SAIH para recalibrar los modelos hidrológicos e hidráulicos al objeto de utilizar los parámetros de modelización más adecuados

Comportamiento del Sistema

Precipitación acumulada entre el 10/3/2006 12h y el 11/3/2006 12H

Previsión AEMET

Observado pluviómetros SAIH

Comportamiento del Sistema

Precipitación acumulada entre el 10/3/2006 12h y el 11/3/2006 12H

Previsión AEMET

Observado pluviómetros SAIH

Comportamiento del Sistema

Comportamiento del SistemaPrecipitación acumulada entre el 10/3/2006 12h y el 11/3/2006 12H

Previsión AEMET

Observado pluviómetros SAIH

Comportamiento del Sistema

Precipitación acumulada entre el 10/3/2006 12h y el 11/3/2006 12H

Previsión AEMET

Observado pluviómetros SAIH

Comportamiento del Sistema

Comportamiento del Sistema

Precipitación acumulada entre el 10/3/2006 12h y el 11/3/2006 12H

Comportamiento del Sistema

Comportamiento del Sistema

Comportamiento del Sistema

• En todos los episodios de avenida, el SAD ha sido una herramienta fundamental para conocer conanticipación la respuesta de la cuenca.

• La Confianza de los técnicos de Confederación y desus Dirigentes ha ido en aumento desde su implantación

• Ayuda a analizar rápidamente la gran información recibida por el SAIH. Gracias a la visualización delos mapas de lluvia observados y previstos y lagestión de los embalses que permite visualizar caudales de entrada en función de los niveles ycaudales vertidos por los embalses.

• Importante ahorro de presupuesto dedicado arecuperación de desastres.

Conclusiones desde su puesta en marcha

• Trabajo con distintas fuentes de datos de previsión meteorológica, visualización y generación deprevisiones modificadas mediante el

Generador de Valores climáticos

• Incorporación de modelos Bidimensionales (GUAD 2D) en puntosde interes

• Previsiones Meteorológicas Probabilisticas (Ensemble Prediction System -EPS)

Continuo desarrollo

Funcionalidades Asociadas - GIS

• En el caso de riesgo de avenida, una de las necesidades importantes para las Confederaciones, es la capacidad deacceder a toda la información recopilada en los estudios realizados previamente, de forma rápida y sencilla

• Se contempló como información necesaria a ser recopilada eintroducida en el sistema:

-Documentación general de presas y embalses

-Documentación de seguridad de presas

-Normas de explotación-Planes de emergencia-....

-Información geográfica de-Presas-Ríos-Embalses-Subcuencas-Núcleos de población-Láminas de inundación

GIS – Conceptos básicos

• Para poder explotar toda la información desarrollada en Confederación, se cuenta con unSistema de Información Geográfico basado entecnologías web que permita un acceso rápido atoda la información anteriormente indicada, asícomo al Sistema de Gestión Documental de Presas

• Toda la información almacenada en el sistema,podría ser accedida mediante búsquedas rápidas, de forma que dicha información pudiese serconsultada de manera óptima.

• Esta solución ha traspasado las puertas del SAIH, sirviendo como una de las bases deinformación básicas de los técnicos deConfederación de otras áreas ajenas al SAIH

Trabajo llevado a cabo

Sistema de Gestión Documental

Sistema de Información Geográfica

Información del GISLa información del GIS se compone de:

• Cartografía Base

• MDT

• 1:1.000.000

• 1:200.000

• 1:25.000

• Vectoriales (detalle)

• 1:5.000

• 1:2.000

• Ráster (detalle)

• 1:2000

• Capas de Información

• Ríos

• Presas

• Embalses

• Subcuencas

• Núcleos de Población

• Láminas de inundación

• Q1

• Q2

• Q3

• Elementos afectados

• Estaciones de Aforo

• Pluviómetros

Funcionalidad GIS

• Las funcionales principales del sistema, se centran en la realizaciónde consultas al sistema, incluyendo la conexión desde el Sistemade Información Geográfico a los sistemas documentales desarrollados.

• Información puntual: Seleccionando uno de los puntos, el sistema es capaz de devolver toda la información de dicho punto, así como permitir el acceso a la ficha del punto seleccionado

Funcionalidad GIS

Información Radial: donde se podrá hacer una multiselección de distintos elementos, de forma que podamos acceder a todos aquellos elementos que se encuentran cercanos geograficamente

Solicitud de toda la información contenida en la circunferencia dibujada

Selección de uno de los elementos incluidos en la consulta

Funcionalidad GIS

• Búsquedas sobre toda la información contenida en el sistema. Estas búsquedas pueden hacerse de forma simple omediante combinación de criterios, de forma que el sistema nos devuelva exactamente los puntos que estamos buscando.

• Búsqueda de aquellos elementos afectados del Río ARGA en elTermino Municipal de FUNES que queden afectados por caudales inferiores a 1.000 m3/seg

Alerta temprana

• Finalmente, y una vez seleccionados los elementos afectados del sistema, estos pueden y conocidas las alertas generadas, se puede informar y alertar a los organismos competentes en la gestión de emergencias.

Gracias por su atención

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