ASESORA, CAPACITACIN TCNICA Y VERIFICACIN DE LA PUESTA EN MARCHA DE LOS SISTEMAS DE ALERTA HIDROMETEOROLGICA PARA LAS CIUDADES DE MARTNEZ DE LA TORRE, TECOLUTLA, GUTIRREZ DE ZAMORA, POZA RICA, MISANTLA Y LAMO DEL ESTADO DE VERACRUZ.

MANUAL PARA EL CURSO DE CAPACITACIN SOBRE SISTEMAS DE ALERTA HIDROMETEOROLGICA

scar Arturo Fuentes Mariles* Juan Ansberto Cruz Gern** Jos Luis Aragn Hernndez** Miguel ngel Franco Snchez*** Martn Jimnez Espinoza***

REALIZADO PARA: CONSEJO DEL SISTEMA VERACRUZANO DEL AGUA GOBIERNO DEL ESTADO DE VERACRUZ

NOVIEMBRE de 2004

* Investigador del Instituto de Ingeniera, UNAM ** Becario del Instituto de Ingeniera, UNAM *** CENAPRED

NDICE

1. SISTEMA DE ALERTA TEMPRANA 2. ASPECTOS HIDROLGICOS 3. INSTRUMENTACIN 4. ADQUISICIN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DE 5. MEDICIN Y PROCESAMIENTO HIDROLGICO TELEMETRA

1- 1 2- 1 3- 1 4- 1 5- 1

6. CONFIGURACIN DE LOS SISTEMAS DE ALERTA HIDROMETEOROLGICA DEL NORTE DEL ESTADO DE VERACRUZ 7. OPERACIN Y MANTENIMIENTO DEL SISTEMA DE ALERTA 8. REGISTRO DE ASISTENTES 6- 1 7- 1 8- 1

1. SISTEMA DE ALERTA TEMPRANAEl territorio de la Repblica Mexicana es afectado por varios tipos de fenmenos meteorolgicos, tales como ciclones tropicales, lluvias convectivas y frentes fros, que generan lluvias intensas capaces de provocar inundaciones, corrientes de lodo, flujos de agua con escombros y deslizamientos de taludes, por lo que cada uno de estos efectos frecuentemente se relaciona con desastres. Una zona puede inundarse cuando el agua pluvial que se presenta en ella excede, durante varias horas o das, su capacidad de desalojo de este lquido; por lo que la inundacin de una regin depende principalmente del rea donde ocurre la precipitacin, de la cantidad y duracin de la lluvia, de los flujos de agua que genera sobre el terreno y de los ros que la atraviesan. Los flujos de agua producidos por la lluvia se dirigen hacia las reas de elevacin topogrfica ms baja, desde las laderas de montaas hacia los valles y a los cauces de arroyos o ros. Si en el recorrido del lquido por estos canales naturales los niveles de agua son ms altos que la elevacin de sus bordos, se sale de sus cauces, por lo que a veces se desarrollan las inundaciones en sitios alejados del lugar donde se present la precipitacin. Cuando el flujo de agua se realiza en regiones con gran pendiente, los escurrimientos alcanzan grandes velocidades, capaces de erosionar al suelo o arrastrar rocas, arena y otros objetos, lo cual puede originar daos materiales de importancia o la prdida de vidas humanas. Para que se presenten los escurrimientos que produce la lluvia deben transcurrir varias horas o minutos despus de iniciada la tormenta, por lo que es posible anticipar la ocurrencia de los mayores flujos de agua para advertir el peligro por desbordamientos de los ros o por la intensidad de sus corrientes. Esta idea es la base terica de los Sistemas de Alerta Hidrometeorolgica.

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1.1 Algunos desastres por fenmenos hidrometeorolgicos en Mxico El huracn Pauline se present el 9 de octubre de 1997 en Acapulco, Guerrero y provoc una gran precipitacin (411.2 mm) en casi cinco horas, que dio lugar a fuertes escurrimientos. Los efectos de los vientos, la marea de tormenta y el oleaje asociados a este huracn no fueron relevantes. Los flujos de agua en la zona de las montaas tuvieron una velocidad capaz de arrastrar rocas, arena y escombros, y se presentaron en forma sbita, principalmente dentro de las barrancas que conforman el relieve del terreno de esta ciudad, y donde existan casas habitacin. Algunas de estas viviendas fueron destruidas por el impacto de rocas en ellas o por la socavacin de su cimentacin. Por otra parte, en el mes de septiembre de 1998 ocurrieron lluvias intensas en la zona de la sierra de Chiapas cercana al mar. Durante cuatro das se registraron precipitaciones del orden de 200 mm en 24 horas (en Pijijiapan se midi una altura de lluvia de 342.0 mm el 8 de septiembre). Este fenmeno hidrometeorolgico produjo la cada de grandes volmenes de agua en extensas zonas de terreno. Ello caus el desbordamiento de ros y corrientes de lodo. Estos acontecimientos provocaron la muerte de personas y la destruccin de varios puentes y tramos de carreteras. En estos dos casos, el disponer de un sistema de alerta hidrometeorolgica pudo haber contribuido a disminuir los daos originados por lluvias intensas, ya que podran realizarse con antelacin acciones como la de avisar del peligro a que estaran expuestos los pobladores. Para reducir los daos en una regin debido a un fenmeno natural (figuras 1.1 y 1.2), se pueden poner en prctica medidas estructurales e institucionales.

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Figura 1.1 Daos econmicos por inundaciones en la Repblica Mexicana (perodo 1973 1990)

Figura 1.2 Muertes por inundaciones en la Repblica Mexicana (perodo 1973 1990)

Las medidas estructurales se refieren, entre otras, a la construccin de obras, tales como presas para controlar avenidas, muros perimetrales para aislar una zona de los flujos de agua, el aumento de la altura de bordos de los ros y el dragado de cauces para aumentar la capacidad de desalojo de sus corrientes.

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Por otra parte, las medidas institucionales consisten en la aplicacin de reglamentos sobre uso de suelo, el cumplimiento de especificaciones de la construccin para que las viviendas resistan, en cierto grado, los efectos de los fenmenos naturales, en reubicar en forma definitiva casas habitacin de las zonas de peligro a sitios ms seguros, en operar sistemas de alerta y otras ms.

1.2 Objetivo de los sistemas de alerta temprana

Los sistemas de alerta hidrometeorolgica temprana tienen como objetivo informar a las comunidades expuestas a daos por fenmenos hidrometeorolgicos, para que con anticipacin a la ocurrencia de sus efectos ms severos las personas se alejen de las zonas de peligro y se emprendan acciones para reducir las prdidas materiales que pudiera provocar.

1.3 Sistema de Alerta Temprana (SIAT)

El Sistema de Alerta Temprana (SIAT), recientemente implantado por la Coordinacin General de Proteccin Civil, cubre la necesidad de mantener informado a los diferentes actores que participan en la emergencia ante un fenmeno hidrometeorolgico, y prev la posible ocurrencia de un desastre, proporcionando tambin informacin til para las acciones de proteccin que se consideren convenientes.

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Figura 1.3 Rangos de alerta mediante el Sistema de Alerta Temprana (SIAT)

Dicho sistema consiste en hacer un seguimiento de los ciclones tropicales que pudieran afectar a nuestro pas, desde que se originan hasta que se disipan. Durante este proceso se revisa constantemente la distancia de las bandas nubosas, portadoras de tormentas intensas, a nuestras costas, as como la intensidad del meteoro. Con base en las caractersticas del cicln se pueden anticipar sus efectos negativos por lluvia, viento, oleaje y marea de tormenta, y definir algunas medidas de mitigacin de daos por parte de Proteccin Civil, los cuales pueden ir desde un simple aviso, para pasar a una alerta, posteriormente hay un anuncio de emergencia y finalmente para informar de un estado de alarma (figura 1.3), que seala la etapa de mayor peligro.

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Desde el momento que aparece un cicln tropical que puede afectar al pas, el CENAPRED, junto con la Subdireccin de Meteorologa de la Direccin General de Proteccin Civil, emite boletines hidrometeorolgicos a travs de Internet, en los que se seala el estado de los avisos del SIAT, y se listan los municipios que pueden sufrir afectaciones por las lluvias (figura 1.4).

Figura 1.4 Boletines hidrometeorolgicos del CENAPRED

Sin embargo, para definir reas relativamente pequeas (menores a 10 km2) que pueden sufrir daos por inundaciones, como es el rea de un municipio, es necesario tomar en cuenta mediciones de lluvias y niveles de agua en la zona de estudio. Como se basa en precipitaciones que estn ocurriendo es mayor la confiabilidad en los avisos en reas especficas de un municipio. A un sistema de este tipo se le llamar sistema de alerta hidrometeorolgica temprana municipal (SAH). Los sistemas de alerta hidrometeorolgica temprana municipales se justifican sobre todo en las regiones donde ocurren crecidas rpidas y severas cercanas a las ciudades, ya que as se incrementa el tiempo de aviso a los pobladores de la zonas de peligro. Por lo anterior, queda planteado un esquema general para alertar a las unidades municipales de Proteccin Civil y a la poblacin en general, de la ocurrencia de fenmenos hidrometeorolgicos, mediante la emisin oportuna de avisos y boletines.1-6

El esquema mencionado se puede representar mediante tres fases de alerta: estatal, municipal y por cuenca. A escala estatal se pueden pronosticar lluvias con 1 2 das de anticipacin mediante el uso de fotografas de satlite y se realiza para zonas de gran extensin de superficie (ms de 100 km2, puede ser el rea de un estado de la Repblica Mexicana); a escala municipal se pueden pronosticar lluvias con menos de 24 horas de anticipacin mediante el uso de fotografas de satlite e imgenes de radar y la amplitud de las regiones que considera este segundo nivel de aviso son menores a las anteriores, del orden de 50 km2 (esta rea corresponde aproximadamente a la de una ciudad); finalmente a la escala de cuencas se estiman las intensidades de lluvias y escurrimientos con 20 a 90 minutos de anticipacin mediante un sistema de medicin remota instalado en dicha cuenca y se considera que se advierte del peligro en reas de tamao menor a los 50 km2 (figuras 1.5a y 12.5b).

Figura 1.5a Niveles de alerta para la prevencin de desastres provocados por fenmenos hidrometeorolgicos

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A escalas estatal y municipal el SIAT se puede aplicar perfectamente, mientras que para el nivel de cuenca se aplica al SAH. Por otro lado, el subsistema de informacin incluye los procedimientos para enterar a la poblacin de los lugares seguros, las rutas hacia estos sitios desde sus viviendas, del momento de iniciar una evacuacin, etc.

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SIAT

SIAT

SAH

Figura 1.5b Niveles de alerta para la prevencin de desastres provocados por fenmenos hidrometeorolgicos

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1.4 Componentes de un sistema de alerta Los sistemas de alerta estn formados por varias partes que se complementan entre s (figura 1.6.) El plan operativo consiste en el conjunto de instrucciones especficas para realizar de modo eficiente el traslado de las personas a los lugares seguros. Considera que los caminos hacia estos lugares sean cortos y no queden interrumpidos durante la ocurrencia del fenmeno hidrometeorolgico. Debe formularse antes de la temporada en que suelen presentarse tales fenmenos.

Figura 1.6 Componentes indispensables de un Sistema de Alerta Hidrometeorolgica

El subsistema de medicin y procesamiento hidrolgico estima los escurrimientos que producir la lluvia en una regin, en los minutos u horas posteriores a la ocurrencia de esta ltima, para advertir del peligro que podra generarse en algunas zonas de una ciudad. Su objetivo es calcular, de preferencia con base en mediciones de lluvia o niveles de agua en cauces, los eventos que causan daos

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(escurrimientos, flujos de lodo, etc.), para que se acte anticipadamente con la intencin de disminuir sus consecuencias. Este subsistema se apoya en un estudio de ingeniera que permite obtener la magnitud de los efectos de la lluvia en las zonas que podran sufrir mayores daos.

Reconocimiento del fenmeno y de zonas de peligro

Vigilancia del fenmeno. Medicin de lluvia o niveles de agua en los ros

Ocurrencia del fenmeno. Avenidas e inundaciones

Estudio hidrolgico

Deteccin de precipitaciones y niveles crticos

Daos

Desarrollo del subsistema de informacin

Alerta Alertamiento

Prediccin de gastos

Recuperacin y retorno a las condiciones anteriores

Elaboracin de un plan operativo contra inundaciones

Decisin de poner en marcha el plan operativo contra inundaciones

Aplicacin del plan de reconstruccin

ANTES

DURANTE

DESPUS

Figura 1.7 Algunas actividades antes, durante y despus de un evento hidrometeorolgico

En la figura 1.7 se destaca que tanto el plan operativo contra inundaciones como el subsistema de informacin deben estar elaborados antes de la ocurrencia de un fenmeno hidrometeorolgico importante, tomando en cuenta los tipos de peligro en las zonas de la regin donde pueden ocurrir daos. Se le denominar subsistema de medicin y procesamiento hidrolgico al componente del sistema de alerta hidrometeorolgica temprana municipal que se encarga de la medicin de lluvias o niveles de agua y del clculo hidrolgico que sirve de base para activar una alerta en caso de ser necesario.

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La observacin de los fenmenos hidrometeorolgicos ser permanente en la zona y servir para estimar algunos de sus efectos que puedan ser perjudiciales para la poblacin. Emplea una red de instrumentos que permite tener las mediciones en tiempo real en un puesto central para su procesamiento inmediato.

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2 ASPECTOS HIDROLGICOSEl contenido de agua en la atmsfera continuamente se est modificando: el agua se evapora en los ocanos, mares interiores, lagos, vegetacin y suelos hmedos; durante su ascenso, se enfra y condensa produciendo nubes, las cuales pueden ser transportadas por los vientos a lugares distantes y, finalmente, algunas de ellas precipitan para regresar el agua a los ocanos, encauzada por ros y corrientes subterrneas o por caer sobre ellos mismos. 2.1 Precipitacin pluvial La precipitacin pluvial se refiere a cualquier forma de agua que cae de la atmsfera y alcanza la superficie de la Tierra. La precipitacin puede presentarse como lluvia, llovizna, nieve, granizo o aguanieve. La precipitacin ocurre sobre superficies de distinta rea; para saber que cantidad de agua se presenta, se acostumbra medirla en milmetros, es decir, tiene unidades de longitud y se le llama lmina de lluvia. Equivale a dividir el volumen de agua de lluvia entre el rea en que cay.

Figura 2.1 Lmina de lluvia acumulada en un cierto lapso

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La cantidad de agua que llega a la tierra tambin depende de la duracin de la tormenta. Por ello, para conocer la lluvia que se acumula en un cierto tiempo (por ejemplo, 12 mm en 60 min.), se divide esta cantidad entre este tiempo (en este caso, 12 mm/60 min. es igual 0.2 mm/min.); a este cociente se le denomina intensidad de la lluvia. Tambin la distribucin de la lluvia vara con el tiempo. Por ejemplo, si una tormenta dura 3 horas, suele presentarse una cantidad en la primera hora, otra distinta en la segunda hora y otra diferente a las dos anteriores en la tercera hora. La grfica que muestra como varan la lmina o la intensidad de la lluvia en el tiempo se llama hietograma. De este modo, si una lluvia dura 40 minutos, acumulndose 5 mm en los primeros 10 minutos, 9 mm en los siguientes 10 minutos, 7 mm en el tercer intervalo y 3 mm en el cuarto lapso, se obtendra el hietograma mostrado en la figura 2.2

Figura 2.2 Hietograma de lluvia

2.1.1 Instrumentos de medicin Los instrumentos que sirven para conocer la cantidad e intensidad de lluvia que se rene en un cierto tiempo, generalmente 24 horas, se llaman pluvimetros (figura

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2.3b), mientras que para medir la lluvia que se acumula a lo largo del tiempo, se usan los pluvigrafos (figura 2.3a). El pluvigrafo registra en forma grfica la cantidad de lluvia ocurrida en un intervalo determinado, con lo cual es posible conocer tambin la intensidad de la misma. Cuando se observa la cantidad de lluvia que se est acumulando a lo largo de un da se rene informacin suficiente para formar un hietograma con lapsos cortos. Est integrado por un reloj que hace girar un cilindro con una hoja de papel en la que de manera continua se registra la altura de la precipitacin que se va reuniendo, determina la intensidad de la lluvia en milmetros por hora.

Figura 2.3 Pluvigrafo (a) y pluvimetro (b)

En los pluvimetros como el mostrado en la figura 2.4, se puede saber qu lmina de lluvia se ha acumulado gracias a un dispositivo (contador) que marca el nmero de veces que se ha reunido 0.25 mm de lluvia (esta cantidad se junta en un depsito de un balancn que tiene en su interior calibrado para dicha capacidad). Por ejemplo, si se lee en el contador 27, y un tiempo despus (podran ser veinte minutos ms tarde), se tiene que el nmero es ahora 58, al obtener la resta de

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estos nmeros se tiene 58-27=31, que son los pulsos que sucedieron en 20 minutos y al multiplicarlo por 0.25, da 7.75 mm, la cual es la lmina de lluvia. Si adems se divide 7.75 entre los veinte minutos que transcurrieron entre las dos lecturas, se encuentra la intensidad de la lluvia, es decir 7.75/20= 0.3875 mm/min. o 7.75/0.3333=23.25 mm/hora. Cuando se hace la lectura del pluvimetro a intervalos menores a un da, sus datos son equivalentes a los de un pluvigrafo.

Figura 2.4 Pluvimetro de balancn

2.1.2 Precipitacin media El rea de la superficie terrestre que forma el escurrimiento superficial que se presenta en una seccin de un ro se denomina cuenca. Su frontera est formada por lneas que unen los puntos de mayor nivel topogrfico y se llama parteaguas. Se puede decir tambin que una cuenca corresponde a la superficie de tierra que drena la lluvia distribuida en toda su extensin hacia un sitio dado de una corriente. Como la lluvia generalmente no se distribuye de manera uniforme en la cuenca, para realizar la estimacin del escurrimiento superficial se requiere calcular un 2-4

valor que sea representativo de la precipitacin en toda la extensin de la cuenca. A este valor se le llama precipitacin media. Existen varios mtodos para obtener la precipitacin media, entre los que estn el promedio aritmtico, las isoyetas (lneas de igual altura de lluvia) y el de los polgonos de Thiessen (asigna un rea de influencia a cada estacin pluviomtrica y obtiene un promedio ponderado de la lluvia). 2.1.3 Precipitacin efectiva La estimacin de las corrientes de agua pluvial se basa en una parte de la lluvia de una tormenta, que se le denomina lluvia efectiva, la cual corresponde a la cantidad de lluvia que queda despus de descontar la que se pierde por infiltracin, por evaporacin durante su cada desde las nubes, la que queda retenida en la superficie del suelo, y la que se almacena en las depresiones topogrficas. 2.1.4 Prdida en la precipitacin La infiltracin corresponde al flujo que entra al suelo desde la superficie terrestre. La intensidad de este flujo es variable, y depende del tipo y extensin de la cubierta vegetal, la condicin de humedad de la corteza superficial, temperatura, intensidad de lluvia, propiedades fsicas del suelo y calidad del agua. Para obtener la cantidad de lluvia que escurrir sobre el terreno (escurrimiento directo) se emplea el concepto de coeficiente de escurrimiento (C). Si se divide el volumen de escurrimiento superficial debido a la lluvia (V) entre el rea de la cuenca (A) se obtiene la lmina de lluvia o precipitacin efectiva.

he =

V A

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En la figura 2.5 se muestra una estimacin de la lmina de lluvia (he) que persiste despus de retirar las prdidas. En el subsistema de medicin y procedimiento hidrolgico se utiliza el coeficiente de escurrimiento que vara de acuerdo con la lluvia del da anterior por lo que est dentro de un intervalo de este tipo. Cmn < C < Cmx Donde Cmn y Cmx son los valores mnimo y mximo que puede tomar C.

Figura 2.5 Hietograma de lluvia efectiva

2.2 Escurrimiento

El agua de la lluvia que llega a la tierra se dispersa de varias maneras. La mayor parte de ella queda temporalmente sobre el terreno o retenida sobre rboles, viviendas y otros objetos sobre la tierra, cierta cantidad llena depresiones topogrficas y determinada porcin se infiltra. La restante forma flujos de agua sobre la superficie del suelo y en los cauces de arroyos y ros. Los flujos de agua antes mencionados se les llama escurrimiento.

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PRECIPITACIN

EVAPOTRANSPIRACIN

RETENCIN E V A P O R A C I N

LLENADO DE DEPRESIONES

INFILTRACIN

AGUA SUBTERRNEA

ESCURRIMIENTO

Figura 2.6 Principales procesos que forman el escurrimiento

Figura 2.7 Medicin de escurrimiento

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El escurrimiento (figura 2.7) se mide en trminos del volumen de agua que atraviesa una seccin de un ro en un cierto tiempo (se le llama gasto y se expresa en unidades de m3/s). La grfica que muestra los valores que tiene el gasto en distintos tiempos se llama hidrograma (figura 2.8)

Figura 2.8 Hidrograma

Para que el agua de lluvia empiece a formar el escurrimiento se requiere que la intensidad de la lluvia sea mayor a la velocidad con que se infiltra el agua o que las conformaciones topogrficas que almacenan el agua se llenen. Adems, la inclinacin de la superficie del suelo propicia que sea menor la infiltracin del agua. Por estos motivos, el flujo de agua sobre el terreno se inicia cierto tiempo despus de que empez la lluvia. Cuando ocurre la precipitacin en una superficie con fuerte pendiente, es pequeo el lapso que existe entre el inicio de la lluvia y el escurrimiento; en cambio, en regiones con una pequea inclinacin topogrfica es grande el intervalo de tiempo que existe entre ellos (Figura 2.9).

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Figura 2.9 Tiempo que transcurre entre la lluvia y el escurrimiento

2.2.1 Aspectos que modifican al escurrimiento Entre los factores importantes que originan las inundaciones de origen pluvial estn: la intensidad de la lluvia en distintos puntos de una zona, la humedad del suelo de la regin antes de la ocurrencia de la precipitacin, la topografa, la pendiente del terreno, la cobertura vegetal, los usos del suelo, el tipo de material, las caractersticas fsicas de los arroyos y ros, las formas y longitudes de los cauces, las elevaciones de los bordos de los ros, la forma y tamao de los cauces de las corrientes superficiales y la ubicacin de presas. Por otra parte, cuando el escurrimiento es intenso y en los cauces de los ros se desarrollan tirantes de agua altos, estos pueden exceder la elevacin de las mrgenes y producir su desbordamiento, provocando la salida de grandes volmenes de agua que pueden provocar una inundacin.

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En caso de que, cuando el agua provenga de la precipitacin en una regin que no es drenada con suficiente rapidez, sta se acumula sobre la superficie del terreno y puede provocar una inundacin pluvial. Ella suele desarrollarse lentamente, pero tambin su desaparicin se realiza en mucho tiempo (como la ocurrida en Villahermosa, Tabasco, en septiembre de 1999). Esta clase de inundaciones puede afectar a la agricultura o a los bienes de la poblacin. 2.3 Relacin lluvia-escurrimiento Para calcular el escurrimiento que produce la lluvia efectiva se pueden utilizar distintos procedimientos (figura 2.10). En este trabajo se ha empleado el mtodo del hidrograma unitario instantneo.

cauces

Figura 2.10 Relacin entre la lluvia y el escurrimiento

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El hidrograma unitario instantneo es el hidrograma de escurrimiento que se produce a la salida de la cuenca, debida a una lluvia de 1 mm uniforme en toda la cuenca, durante un cierto tiempo. En el componente de telemetra y procesamiento hidrolgico se considera un intervalo de tiempo t de 10 minutos. Como la lluvia suele tener una duracin de varios intervalos de tiempo t, es necesario sumar los hidrogramas producidos por la lluvia de cada intervalo, de manera que la suma de estos efectos de cmo resultado el escurrimiento producido en toda la cuenca. En la suma anterior se considera que el escurrimiento se produce despus de cada lluvia, por lo que cada uno de estos hidrogramas estn desplazados entre s un intervalo de tiempo t (figura 2.11).

Figura 2.11 Hidrograma de escurrimiento directo obtenido con el HUI

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Cuando no se dispone de datos de la precipitacin y el escurrimiento que produce, se puede emplear el Hidrograma Unitario Instantneo Geomorfolgico (Eslava y Fuentes, 2000) o el hidrograma unitario sinttico, propuesto por el Soil Conservation Service de los Estados Unidos. Con ellos se infiere el hidrograma unitario a partir de las caractersticas fsicas de la cuenca. 2.3.1 Hidrograma unitario sinttico Cuando en la zona en estudio no se dispone de registros simultneos de lluvias y escurrimientos y la resolucin de los planos topogrficos no permite definir adecuadamente la red de drenaje de la cuenca en estudio, se utiliza el hidrograma unitario adimensional, propuesto por el Soil Conservation Service (figura 2.12), el cual permite definir la forma del hidrograma. Para encontrarlo se necesita calcular el gasto y el tiempo del pico de la avenida. El gasto se obtiene con la expresin

qu =donde qu A tp

A 4.878 t pgasto de pico, en m3/s rea de la cuenca, en km2 tiempo de pico, en h

El tiempo de pico se obtiene con la expresin:

t p = 0.5 d + t rdonde d tr duracin efectiva de la tormenta, en h tiempo de retraso, en h

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Figura.12 Hidrograma unitario adimensional

El tiempo de retraso tr se estima como t r = 0.6 t c donde tc tiempo de concentracin, en h0.77

Para estimar el tiempo de concentracin se utiliza la formula de Kirpich t c = 0.000325 donde L S longitud del cauce principal, en m pendiente del cauce principal L S 0.385

Finalmentet p = 0.5 d + 0.6 t c

Si no se conoce la duracin de la lluvia efectiva d, puede estimarse a partir de la expresin

d = 2 tcdonde

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d

duracin, en h

2.4 Pronstico de alturas de lluvia

Para disponer de un tiempo de aviso mayor en algunos sistemas de alerta municipal, se ha agregado una fase de estimacin de las alturas de lluvia que podran ocurrir en media hora. El pronstico se realiza considerando que las alturas de lluvia que se estn midiendo en un lapso de 30 minutos corresponden a una fraccin de la lmina de lluvia de una hora que suele ocurrir en el lugar. Adems, de un anlisis estadstico de lluvias medidas en la zona de inters para el subsistema de medicin telemtrica, se obtiene aquella que en promedio se presenta una vez cada dos aos (es decir, asociada al periodo de retorno de 2 aos). Con la lluvia de pronstico de tres intervalos de 10 minutos, se hace una estimacin del escurrimiento que producir y se agregan a los gastos calculados a partir de la lluvia medida, ya que as se tendra un lapso ms grande para advertir del peligro, en caso de que los escurrimientos alcancen magnitudes de cierto tamao. En el programa de procesamiento hidrolgico, ello dar lugar a la activacin del aviso llamado prealarma. 2.5 Umbrales de gasto En los cauces de los ros que pueden ser desbordados se ha estimado el gasto ms grande que puede tener el escurrimiento que fluye por ellos antes de salirse de los cauces y los niveles del agua que alcanzan tales corrientes. Para los lugares donde se ha contado con informacin detallada de la forma de los cauces, su pendiente, forma y elevacin de sus bordos, se han empleado mtodos hidrulicos para el clculo de flujo. En otros se ha estimado, con base en

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experiencias pasadas, que magnitud tuvo el gasto antes de desbordarse de los ros, o bien se han propuestos valores, de acuerdo con los resultados de los modelos lluvia-escurrimiento, para que a partir de la lmina de lluvia que se presenta en promedio una vez cada 5 aos se obtenga el escurrimiento directo mximo. Los valores de gasto escogidos corresponden a los llamados umbrales. Para aquellos casos en que el procesamiento hidrolgico, a partir de la lluvia, implique que el escurrimiento alcanzar en los minutos subsecuentes una magnitud mayor a la del umbral, se sealar la ocurrencia de desbordamiento y el tiempo en que ocurrir. Para cada cuenca de inters del sistema de alerta temprana municipal existe un umbral de gasto. Cuando el flujo de agua excede el umbral con valores de la lluvia pronosticada se activa una prealarma (color amarillo). Cuando se superan los umbrales con la lluvia medida por las estaciones se enciende la seal de alarma (color rojo).

2.6 Umbrales de precipitacin En algunos sistemas de alerta temprana municipal se han incluido valores mximos de lluvia para activar una seal de alarma y as advertir el peligro debido a sus efectos. Ello es recomendable en zonas muy inclinadas y de escasa cobertura vegetal, o en zonas urbanas con una alta impermeabilidad.

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3 INSTRUMENTACIN3.1 Descripcin general de un sistema de alerta El Sistema de Alerta Hidrometeorolgica est basado en un conjunto de estaciones pluviomtricas e hidromtricas, ubicadas en las diferentes cuencas hidrolgicas en que se divide la regin en estudio (figura 3.1). Estas estaciones miden la precipitacin acumulada, la intensidad de lluvia y los niveles de los cauces y envan la informacin por telemetra a un puesto central de registro (figura 3.2). All se procesan de acuerdo con los modelos de lluvia-escurrimiento correspondientes para estimar los gastos de agua esperados en las zonas vulnerables y los pronsticos de los tiempos de avenida (ver captulo 2). Al rebasarse ciertos umbrales establecidos, se activan alarmas indicando a los usuarios, generalmente autoridades de Proteccin Civil, sobre el peligro de la posible ocurrencia de flujos e inundaciones que pudiesen provocar daos en una

Zona de lluvia

Cuenca hidrolgica

Cauce

Estacin pluviomtrica

Estacin de medicin de nivel (gasto)

PGasto estimado

Precipitacin

Modelo Lluvia - Escurrimiento

Figura 3.1 Medicin del fenmeno hidrometeorolgico

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cierta rea de la cuenca y poder poner a s en marcha un plan de emergencia previamente establecido.

lluvia

Codificador y radio

Telemetra Pluvimetro

Centro de recepcin y procesamiento de datos

Codificador y radio

Alarma

Medidor de nivel

Figura 3.2 Sistema de medicin y alerta

Un diagrama de bloques ms detallado con los principales elementos que integran un Sistema de Alerta se presenta en la figura 3.3. En este diagrama se observa un cierto nmero de estaciones remotas, distribuidas en las regiones de inters, y dos puestos centrales de registro, que es donde se concentran los datos de lluvia y de nivel de agua. 3.2 Seleccin de sitios y pruebas de campo La seleccin de los lugares en los que se instalaron las estaciones se bas

fundamentalmente en dos criterios: los estudios hidrolgicos realizados de la cuenca o de las cuencas que especificaban zonas de medicin de precipitacin y las restricciones que la topografa impona para las comunicaciones va radio para los enlaces de telemetra hacia los centros de registro. Para ello se realizaron perfiles topogrficos entre posibles enlaces y los centros de registro y se hicieron

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verificaciones visuales. Otros aspectos que tambin se consideraron fueron el acceso y la seguridad de los equipos. Una vez definidas las subcuencas hidrolgicas y los sitios preliminares para las estaciones y el puesto central de registro PCR-1, se procedi a efectuar pruebas de comunicacin entre ste y cada una de las zonas de inters. Estas pruebas son necesarias ya que para los enlaces de telemetra se requiere que haya lnea de vista entre los sitios que se van a comunicar, esto es, que no haya obstculos que interfieran en la transmisin y recepcin de datos. Esto es particularmente crtico tanto por la frecuencia de trasmisin en la banda de UHF como por el tipo de comunicaciones que son bidireccionales y totalmente digitales. En cuanto a la seguridad y a la proteccin de los equipos contra la intemperie, se aprovech la infraestructura existente en las ciudades o en los poblados, como una escuela, un centro de salud o un tanque de almacenamiento de agua, para su instalacin. Sin embargo, en algunos sitios no pudieron encontrarse estas instalaciones y fue necesario construir casetas de mampostera y concreto especiales para resguardar los equipos de registro. Las pruebas de comunicacin se realizaron de la siguiente manera: en el puesto central de registro de la CNA se instal temporalmente una antena omnidireccional y un trasmisor que a intervalos regulares enva patrones de datos conocidos. Posteriormente se desplaz hacia los lugares previamente seleccionados y se verific con un equipo porttil de recepcin si la seal intermitentemente trasmitida desde la central se reciba en forma correcta. A travs de distintas pruebas de recepcin y mediante estadsticas de los datos recibidos, procesados con una computadora porttil, se confirmaba si el sitio era adecuado o no. En caso negativo se buscaba otro lugar apropiado dentro de la subcuenca de inters y se repetan las pruebas hasta definir el sitio ptimo.

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En algunos casos, debido a limitaciones fsicas y topogrficas, no fue posible establecer la comunicacin entre el puesto de registro y la estacin, por lo que fue necesario hacerla a travs de una estacin repetidora. Evidentemente para mantener lo ms sencillo posible la topologa se busc minimizar estos enlaces de repeticin. En algunas ocasiones una estacin pluviomtrica tambin puede cumplir con la funcin de una estacin repetidora. 3.3 Modo de operacin Las estaciones remotas fueron diseadas como estaciones "inteligentes". Cada una tiene como parte central un procesador que controla en forma automtica y autnoma la medicin y el registro de la precipitacin y almacena los datos temporalmente en su memoria hasta ser solicitados. El Puesto Central de Registro PCR-1 se encarga de interrogar a cada una de las estaciones remotas a intervalos fijos de 10 minutos (figura 4.4). Para ello enva un cdigo a la estacin en turno, solicitndole el envo de la informacin recolectada en los 10 minutos anteriores. Este proceso de recoleccin de 24 horas inicia a las 8:10 horas de la maana de un da y termina a las 8:00 horas de la maana del siguiente, dando un total de 6x24=144 intervalos de medicin cada da. El intervalo No. 1 recoge los datos de precipitacin registrados por el sistema entre las 8:00 y las 8:10 horas, el intervalo No. 2 recoge los datos acumulados entre las 8:10 y las 8:20 horas, y as sucesivamente; el intervalo No. 144 recoge los datos registrados entre las 7:50 y las 8:00 del prximo da.

3-4

3-5

Una vez que los datos de un intervalo han sido recolectados, es decir, recibidos, decodificados y desplegados en forma tabular, se almacenan en un archivo para ser procesados y analizados por las computadoras. De esta manera se abren 144 archivos diarios. Si despus del anlisis y procesamiento de cada uno de estos archivos los datos resultantes sobrepasan los umbrales preestablecidos, de acuerdo con el modelo hidrolgico, se activa una alarma visual en la pantalla y tambin se acciona una seal auditiva de alerta que da aviso al personal encargado de la guardia y supervisin del sistema, para que de acuerdo con los procedimientos de emergencia establecidos tome las medidas necesarias.

Figura 3.4 Esquema de interrogacin de las estaciones desde la central

Cuando el proceso de interrogacin de un intervalo ha concluido y se han procesado los datos (tarea que prcticamente es instantnea por la velocidad de los procesadores), el PCR-1 enva el archivo con los datos del ltimo intervalo de interrogacin hacia el puesto PCR-2. Este puesto es un espejo del PCR-1, excepto que no controla el proceso de interrogacin, slo recibe el archivo con todos los

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datos de precipitacin ya recolectados. Una vez recibidos, los analiza y los presenta en pantalla en la misma forma que en el PCR-1. Tambin procesa las alarmas de igual manera. Los puestos de registro PCR-1 y PCR-2 se ubican, uno en instalaciones de la CNA y el otro en las de Proteccin Civil Estatal o Municipal, o viceversa, dependiendo del sistema de alerta. El PCR-2 tiene como objeto mantener informadas a las autoridades de

Proteccin Civil o a las de la CNA, segn el caso, del avance del fenmeno hidrometeorolgico para que en un momento dado inicien el plan de emergencia correspondiente para evacuar a las personas que viven en los cauces con peligro de ser inundados por los fuertes escurrimientos detectados. Se est considerando la implantacin de un tercer puesto central, PCR-3, en las instalaciones militares de SEDENA cercanas a la ciudad o poblacin, que funcionara de manera similar al PCR-2. 3.4 Rutina de interrogacin y formato de datos Como se mencion, la comunicacin entre el puesto central y las estaciones remotas es en forma digital, es decir, a travs del intercambio de mensajes va radio-mdem entre la computadora del PCR y el procesador de cada estacin. Para interrogar a todas las estaciones de la red, la computadora encargada de la telemetra en el PCR est programada con un algoritmo especial que se comunica a intervalos de 10 minutos (tiempo controlado por su reloj interno) con cada estacin para solicitarle su envo de datos. Inicia con la estacin No. 1. Despus de haber recibido correctamente los datos se comunica con la estacin No. 2 y as sucesivamente con las dems estaciones de la red. En caso de que al primer intento de interrogacin con una estacin el PCR no logre recibir sus datos, esperar unos segundos e intentar nuevamente establecer la comunicacin, hasta tres veces. Si no tiene xito dejar pendiente esa estacin y continuar con la siguiente estacin en turno. Como se ver ms adelante, en los prximos ciclos de interrogacin podr recuperarse la informacin perdida.

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Para establecer la comunicacin sucesivamente con cada estacin y garantizar la integridad de la informacin enviada, fue necesario establecer protocolos y formatos especiales para los mensajes. La manera en que se lleva a cabo la comunicacin es la siguiente: El PCR-1 inicia trasmitiendo a toda la red un cdigo de identificacin para la estacin especfica que va a interrogar. Todas las estaciones reciben este mensaje, pero slo la estacin que reconoce su identificacin responde trasmitiendo un paquete codificado de datos. En el caso de las estaciones de registro de precipitacin, este paquete consta de la siguiente informacin: precipitacin acumulada durante el da (desde las 08:00 horas) precipitacin registrada en el intervalo T de interrogacin ms reciente, es decir, en los ltimos 10 minutos precipitaciones acumuladas en los tres intervalos anteriores T-10min, T-20min y T-30min Adems se trasmiten cdigos de inicio, terminacin y de deteccin de errores, as como parmetros de la estacin, entre ellos el voltaje de la batera que alimenta la estacin. Este ltimo es de gran importancia como signo vital de la estacin para verificar su funcionamiento. Las unidad de precipitacin es la "cuenta", es decir, el nmero de pulsos registrados por el pluvimetro, en este caso de tipo balancn. Cada pulso o cuenta equivale a 1/4 de mm de lluvia. Como puede verse, adems de la precipitacin acumulada en el intervalo T de interrogacin, tambin se enva la informacin de hasta tres intervalos anteriores. Esta redundancia permite recuperar datos "a posteriori", en caso de que por problemas de comunicacin (descarga elctrica, interferencia, etc.) no se hubiese recibido la informacin en la central. En esta situacin el procesador de la central

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podr recuperar el dato perdido del intervalo anterior (o los datos de hasta tres intervalos anteriores) en el siguiente intervalo T+10min. 3.5 Descripcin de una estacin pluviomtrica De acuerdo con el diagrama general del sistema de la figura 3.3, cada estacin de registro de precipitacin consta bsicamente del siguiente equipo: un pluvimetro, un panel solar, una batera, una antena y un mdulo electrnico de registro y control instalado en el interior de un gabinete metlico. Un esquema de los equipos y su instalacin se muestra en la figura 3.5. Como se mencion antes, la mayora de las estaciones se instalaron en escuelas. Los gabinetes metlicos se colocaron en el interior de algn saln o bien en los pasillos de la escuela para brindarle proteccin contra la intemperie. La celda solar, el pluvimetro y la antena se instalaron en las azoteas sobre bases de concreto ancladas a la losa. Para proteccin de los cables que interconectan los equipos de la azotea con el gabinete en el interior del recinto se instalaron ductos especiales. Dada la importancia de operar confiablemente y en forma continua las estaciones, especialmente bajo condiciones ambientales muy adversas, por ejemplo durante una tormenta o huracn, fue necesario disearlas en forma robusta y con protecciones especiales. Evidentemente la alimentacin elctrica de los equipos es esencial. Para garantizar un suministro permanente e independiente del suministro de energa comercial, se equiparon las estaciones de registro de precipitacin con una batera primaria en flotacin con una celda solar y un circuito para controlar la carga y la regulacin del voltaje. De esta manera en el da la celda convierte la energa solar en electricidad y carga la batera que de noche toma toda la carga y alimentacin de la estacin. Los equipos se disearon y dimensionaron de manera que, an bajo condiciones prolongadas de intensos nublados en los cuales la celda es poco eficiente en su proceso de conversin de

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luz solar en energa elctrica, la estacin pudiese operar sin problemas por lapsos de varias semanas.

Figura 3.5 Diagrama esquemtico de la instalacin tpica de una estacin pluviomtrica

En cuanto al gabinete metlico y su interconexin con el pluvimetro, la antena y la celda solar, en la figura 3.6 se presenta un diagrama simplificado que muestra con cierto detalle los dispositivos electrnicos y el cableado del sistema en una estacin. Para el registro de la lluvia cada estacin cuenta con un sensor de precipitacin o pluvimetro, un circuito electrnico que almacena los datos proporcionados por el sensor y un contador electromecnico de respaldo. El pluvimetro empleado es del tipo balancn, similar al mostrado en las figuras 3.7, 3.8 y 3.9. Consiste de un recipiente cilndrico en cuya parte superior se encuentra expuesto un embudo a

3-10

travs del cual se que capta el agua de lluvia. Esta se conduce hacia una balanza o balancn con dos recipientes. Cuando la cantidad de agua acumulada en uno de los recipientes llega a una cierta cantidad, el peso de la misma hace que el balancn salga de equilibrio, con lo cual se vierte el agua y queda en posicin para captar agua el otro recipiente. Este movimiento del balancn activa momentneamente un interruptor y produce una seal que es registrada como un pulso o cuenta por la tarjeta de control y registro.

3-11

3-12

embudos sensor

captador de lluvia

cilindro protector

Figura 3.7 Pluvimetro (Tipo 1)

Cada movimiento del balancn equivale por tanto a una determinada cantidad de agua de lluvia que se mide en milmetros o pulgadas. Los pluvimetros utilizados fueron calibrados por el fabricante para producir un balanceo o pulso cada 0.25 mm de lluvia. Por tanto, para obtener la precipitacin acumulada, basta sumar los pulsos y multiplicarlos por 0.25 mm.

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embudo

balancn

interruptor

vertedores

Figura 3.8 Detalle del mecanismo interior de un pluvimetro (Tipo 1)

La precipitacin acumulada en las estaciones es registrada por la tarjeta de control que la despliega a travs de un visualizador LCD alfanumrico. A manera de respaldo tambin se acumulan los pulsos directamente en un contador electromecnico. La cuentas de ambos indicadores dan la precipitacin total acumulada desde que se instal la estacin o desde la ltima vez que se visit la estacin y se iniciaron a cero los contadores. La instalacin de los pluvimetros se hizo sobre una base de concreto de 1 m2 a la cual qued anclado mediante tres tornillos ajustables. Es importante mencionar que se tienen dos tipos de pluvimetros: el primero (Tipo 1, figuras 3.7 y 3.8) es metlico marca Qualimetrics; el segundo, de plstico (Tipo 2, figura 3.9), fue proporcionado por la Comisin Nacional del Agua. Del primer

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tipo hay en los sistemas de Acapulco, Tapachula, Motozintla y Monterrey, mientras que del segundo hay en Acapulco y Tijuana.

Figura 3.9 Pluvimetro (Tipo 2) instalado sobre una base de concreto

3.6 Puesto Central de Registro PCR-1 Como puede verse en el diagrama de la figura 3.3, el PCR-1 est compuesto principalmente por dos computadoras denominadas Telemetra e Hidrulica, sus perifricos asociados, un panel de comunicaciones y una antena. La computadora Telemetra se encarga de interrogar todas las estaciones y recolectar los datos de precipitacin, almacenarlos en un archivo, presentar en pantalla los resultados y, una vez terminado el ciclo de interrogacin de las estaciones, enviar al puesto central PCR-2 el archivo con los datos de precipitacin. La computadora Hidrulica, que est interconectada con la PC Telemetra en un red local, tiene como funcin analizar el archivo de precipitacin, procesar los datos de acuerdo con el modelo lluvia-escurrimiento y comparar los resultados con umbrales previamente establecidos. Si estos umbrales son sobrepasados, Hidrulica activar una alarma local para llamar la atencin del 3-15

personal de guardia encargado en el PCR-1, a fin de que Proteccin Civil y la Comisin Nacional del Agua tomen en conjunto las medidas de emergencia necesarias. En captulos posteriores se describir con ms detalle el funcionamiento de las computadoras Telemetra e Hidrulica y sus programas. Los equipos de comunicaciones y control estn instalados dentro de un gabinete metlico. Constan de un radio-mdem, un protector contra descargas elctricas atmosfricas y una fuente de alimentacin. Adems tiene el circuito de la alarma acstica local, la cual es controlado desde la PC Hidrulica. La antena de radio se instal sobre una torre o un mstil en la azotea del edificio. Se cuenta en el centro con una impresora de matriz para imprimir reportes o grficas y con un mdem para comunicacin remota va lnea telefnica entre el PCR-1 y el Cenapred. A fin de garantizar la operacin continua del puesto central, en caso de que llegue a fallar el suministro de energa elctrica, se cuenta con un sistema de respaldo que puede mantener operando los equipos por espacio de 4 horas, aproximadamente. Asimismo se cuenta con un regulador de voltaje, el cual mantiene estable la alimentacin ante variaciones de voltaje.

3.7 Puesto Central de Registro PCR-2 Este centro es un espejo del PCR-1 y realiza las mismas actividades excepto que no interroga a las estaciones. En vez de ello espera recibir cada 10 minutos el archivo con los datos de precipitacin proveniente del PCR-1, una vez terminado un ciclo de interrogacin. Con estos datos procesa, analiza y presenta la informacin de la misma manera a como lo hace la PC Hidrulica en el PCR-1. Tambin tiene un sistema de alarma acstica incorporado.

3-16

El PCR-2 consta de una computadora, un mdulo de comunicaciones, una antena Yagi, un regulador de voltaje, un sistema de respaldo de energa elctrica y la alarma. En la misma computadora se ejecutan dos programas en paralelo, uno que recibe los archivos con los datos de precipitacin que enva el PCR-1 y otro ms que efecta el procesamiento hidrolgico de los mismos.

3-17

4 ADQUISICIN

Y

PROCESAMIENTO

DE

DATOS

DE

TELEMETRA4.1 Descripcin del programa de interrogacin y despliegue Como se mencion en el captulo anterior, el sistema se basa en una computadora, Telemetra, que interroga va radio desde el Puesto Central de Registro PCR-1 a cada estacin pluviomtrica y recoge los datos de lluvia registrados en el ltimo intervalo de 10 minutos. Una vez recibidos, los decodifica, analiza y finalmente los despliega en pantalla en forma tabular como se muestra en la figura 4.1.

7 1

2

0095 0050 0115 0050 0103 0073 0067 0091 0049 0068 4

0013 0013 0009 0013 0008 0005 0011 0001 0002 0005

0046 0025 0015 0025 0034 0031 0019 0010 0008 0042

0009 0003 0001 0003 0005 0004 0003 0000 0001 0013

0015 0001 0001 0001 0003 0001 0000 0002 0001 0017

0003 0000 0002 0000 0011 0001 0001 0001 0002 0003

12.7 12.5 12.7 12.5 12.7 13.1 12.4 12.9 12.5 12.6

OK-1 OK-1 OK-1 OK-1 OK-1 OK-1 OK-3 OK-2 OK-1 OK-1

000 000 000 000 001 000 000 003 000 000

025 025 025 025 025 025 025 025 025 025

OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK 5 3

6

Figura 4.1. Despliegue de los datos de interrogacin por la computadora elemetra

4-1

Los elementos que integran la tabla son los siguientes: (1) (2) (3) (4) Ttulo e instituciones participantes. Ventanas con el intervalo de muestreo de 10 minutos ms reciente, la hora y la fecha correspondientes a dicho intervalo. Tabla General de Datos de Interrogacin en la cual se vacan los datos que resultan de la interrogacin de las estaciones. Accin o actividad que el programa est realizando en un momento determinado, tal como espera para iniciar una nueva interrogacin, almacenamiento de los datos en un archivo, envo del archivo al PCR-2, entre otras. (5) (6) (7) Hora actual de la computadora. Botn de control para imprimir los datos del ltimo intervalo de interrogacin. Controles para minimizar la ventana o terminar la ejecucin del programa.

La Tabla General de Datos de Interrogacin se compone de 12 columnas, un rengln de encabezado y n renglones con datos, uno para cada estacin, donde n es el nmero de estaciones de cada sistema, que para el caso del ejemplo es 7. Las columnas tienen los siguientes significados:Tabla 4.1 Parmetros desplegados en al Tabla General de Datos de Interrogacin

PARMETRO ESTACIN PA24 PA10 PA60 PAA1

DESCRIPCIN Clave de la estacin (dos letras y dos nmeros) Precipitacin acumulada diaria (en cuentas), iniciando a las 8:00 horas Precipitacin acumulada (en cuentas) en el intervalo ms reciente de 10 minutos Precipitacin acumulada (en cuentas) en los ltimos 60 minutos Precipitacin acumulada (en cuentas) en el intervalo

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anterior (hace 20 minutos) PAA2 PAA3 VB STAT ERAT UITE ESTADO Precipitacin acumulada (en cuentas) 2 intervalos antes del actual (hace 30 minutos) Precipitacin acumulada (en cuentas) 3 intervalos antes del actual (hace 40 minutos) Voltaje de la batera de la estacin interrogada (en volts) Estado de la transmisin Nmero de errores de transmisin acumulados desde las 8:00 horas ltimo intervalo de transmisin exitosa Se refiere al estado general de la estacin

Los valores de precipitacin presentados en la tabla estn dados en cuentas o balanceos del pluvimetro (ver captulo 4). Para convertir de cuentas a milmetros basta con dividir el nmero de cuentas entre 4. Cabe hacer la aclaracin de que la informacin que se muestra en la tabla no indica cunto est lloviendo en ese momento, sino qu cantidad de lluvia se acumul en el intervalo ms reciente de 10 minutos. El parmetro STAT puede tomar dos valores OK-x, si el resultado de la transmisin fue exitosa y los datos recibidos fueron correctos y ER-x, si hubo algn error, por ejemplo, no se pudo establecer la comunicacin con la estacin o si los datos recibidos no son confiables. La x indica en cul intento de los tres que realiza el PCR-1 para interrogar a la estacin fue posible (o no) establecer la comunicacin. En caso de no obtener respuesta en una interrogacin o que los datos recibidos no fueron correctos, el sistema efecta dos intentos ms. Si despus del tercer intento no se logra tener datos confiables, se registra tanto en pantalla como en archivo la condicin de error. ERAT es una variable que se reajusta a cero cada da a las 8:00 horas.

4-3

La columna ESTADO permite de un vistazo ver cul es la situacin operativa de cada estacin. Pueden aparecer los siguientes tres mensajes: OK que indica que la estacin se encuentra en buenas condiciones y que la comunicacin con ella ha sido posible en el ltimo intervalo; ATENCIN! indica que el voltaje de alimentacin de los equipos en la estacin alcanz un valor por debajo del preestablecido de 11.8 volts; por ltimo el mensaje NO COMUN., que indica que por alguna razn no se logr establecer la comunicacin.

4.2 Archivos del sistema 4.2.1 Archivo de Datos de Interrogacin (ADI) Todos los datos presentados en la pantalla de la computadora se almacenan despus de cada ciclo de interrogacin en un archivo de texto, es decir, uno por cada intervalo de 10 minutos. Por lo tanto se crean 144 archivos cada da. Estos Archivos de Datos de Interrogacin se almacenan en el subdirectorio C:\xxxxxxx\datos de donde luego son tomados por la computadora Hidrulica para extraer los datos de precipitacin necesarios para procesar el modelo lluviaescurrimiento, donde xxxxxxx es el nombre de la ciudad o poblacin donde se encuentra el sistema. Un ejemplo del contenido de un archivo de interrogacin se muestra en la figura 4.2.

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Nombre del archivo:

A1440418.200

SISTEMA DE ALERTAMIENTO HIDROMETEOROLOGICO DE TIJUANA CENAPRED - CNA - II ARCHIVO DE DATOS DE INTERROGACION Fecha: 18/04/2000 Hora: 08:00 Intervalo de muestreo: 144 =============================================================================== ESTACION PA24 PA10 PA60 PAA1 PAA2 PAA3 VB STAT ERAT UITE ESTADO +--------+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+------+-----+-------PC-01 0032 0000 0000 0000 0000 0000 13.8 OK-1 000 144 OK OT-02 0038 0000 0000 0000 0000 0000 13.3 OK-1 000 144 OK AL-03 0031 0000 0000 0000 0000 0000 13.1 OK-1 000 144 OK VF-04 0029 0000 0000 0000 0000 0000 13.2 OK-1 000 144 OK PR-05 0039 0000 0000 0000 0000 0000 13.3 OK-1 000 144 OK ST-06 0052 0000 0000 0000 0000 0000 13.4 OK-1 000 144 OK CH-07 0054 0000 0000 0000 0000 0000 14.0 OK-1 000 144 OK NA-08 0077 0000 0000 0000 0000 0000 13.2 OK-1 000 144 OK MI-09 0076 0000 0000 0000 0000 0000 13.2 OK-1 000 144 OK PM-10 0062 0000 0000 0000 0000 0000 13.0 OK-1 000 144 OK

===============================================================================

Figura 5.2 Ejemplo del contenido de un Archivo de Datos de Interrogacin (ADI)

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El formato del nombre del archivo ADI se muestra en la figura 4.3. Corresponde al estndar de 8 caracteres para el nombre ms 3 caracteres para la extensin. Respecto al nombre, el primer carcter indica que se trata de un archivo de datos de interrogacin. Los siguientes tres caracteres indican el nmero del intervalo de 10 minutos (1 a 144) iniciado a las 08:00. Se utilizan dos caracteres para el mes y dos ms para el da. El primer carcter de la extensin indica el milenio y los otros dos caracteres indican los ltimos dos dgitos del ao.

AIMmmdd.Maa aa = decenas y unidades de ao [2 caracteres] M = milenio (1=1900, 2=2000) [1 carcter] dd = da del mes [2 caracteres] mm = mes del ao [2 caracteres] IM = Intervalo de muestreo de 10 min. (1 a 144) [3 caract.] A = Archivo de Datos de Interrogacin [ 1 carcter fijo]Figura 4.3 Estructura del nombre del Archivo de Datos de Interrogacin (ADI)

4.2.2 Archivo Bitcora de Telemetra En el Archivo Bitcora de Telemetra (ABT) se registran todas las actividades que realiza la computadora Telemetra tales como fecha y hora de inicio del programa, creacin de archivos de datos, errores en la trasmisin, etc. Este archivo permite hacer un diagnstico de la operacin del sistema facilitando al operador la

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deteccin de algn problema. El archivo se crea una vez por da a las 00:00 horas y se almacena en el subdirectorio C:\xxxxxxx\bitcora, donde xxxxxxx es el nombre de la ciudad o poblacin. Un ejemplo del contenido de un archivo de bitcora se muestra en la figura 4.4. El formato del nombre del archivo se da en la figura 4.5. Cumple tambin con el estndar de 8 caracteres para el nombre ms 3 caracteres para la extensin. Los primeros 4 caracteres indican que se trata de un archivo bitcora del puesto central de registro No. 1; se utilizan dos caracteres para el mes y dos ms para el da. El primer carcter de la extensin indica el milenio y los otros dos caracteres los ltimos dos dgitos del ao. Fecha Hora Intervalo Tarea

muestreo14/04/1999 14/04/1999 14/04/1999 14/04/1999 14/04/1999 14/04/1999 14/04/1999 14/04/1999 14/04/1999 14/04/1999 14/04/1999 14/04/1999 14/04/1999 14/04/1999 14/04/1999 00:00 00:10 00:10 00:20 00:20 00:30 00:30 00:40 00:40 00:50 00:50 01:00 01:00 01:10 01:10 096 097 097 098 098 099 099 100 100 101 101 102 102 103 103 CREACION ABC1 CREACION ADI Envo de archivo al PCR-2 OK CREACION ADI Envo de archivo al PCR-2 OK CREACION ADI Envo de archivo al PCR-2 OK CREACION ADI Envo de archivo al PCR-2 OK CREACION ADI Envo de archivo al PCR-2 OK CREACION ADI Envo de archivo al PCR-2 OK CREACION ADI Envo de archivo al PCR-2 OK

. .Figura 4.4 Fragmento del contenido de un Archivo Bitcora de Telemetra

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ABC1mmdd.Maa aa = decenas y unidades de ao [2 caracteres] M = milenio (1=1900, 2=2000) [1 carcter] dd = da del mes [2 caracteres] mm = mes del ao [2 caracteres] ABC1= Archivo Bitcora del puesto Central No. 1 ABC1 son caracteres fijos, [4 caracteres]Figura 4.5 Estructura del nombre del Archivo Bitcora de Telemetra (ABT)

4.3 Inicio del programa de interrogacin de estaciones El programa que efecta la interrogacin de estaciones se llama SAHT1.EXE y se ejecuta automticamente al encender o reiniciar la computadora Telemetra. En caso de que se tenga que detener el programa, ste puede volverse a correr ya sea reiniciando la computadora, o bien oprimiendo dos veces consecutivas el botn izquierdo del mouse sobre el icono que identifica al programa (figura 4.6) y que se encuentra en la pantalla inicial del sistema operativo Windows 95 o Windows 98.

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Sahta1

Icono del programa SAHTA1.EXE

Figura 4.6 Pantalla inicial del sistema operativo e icono del programa

4.4 Diagrama general de flujo del programa de la computadora Telemetra En la figura 4.7 se muestra el diagrama general de flujo de las rutinas que se ejecutan en la computadora Telemetra. Despus de configurar el puerto serie y presentar la pantalla inicial o preliminar en el monitor de la PC, el programa revisa si ya existe un archivo bitcora. Si ste existe, simplemente se van agregando datos sobre las actividades del sistema al final del mismo. En caso contrario, se crea uno nuevo. A continuacin el programa efecta los ajustes necesarios para determinar el momento de la primera interrogacin. A partir de all las interrogaciones se

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llevarn a cabo cada 10 minutos, siempre tomando como referencia el reloj interno de la computadora. Mientras espera la ejecucin de una interrogacin, el programa tambin efecta otras actividades, como son la actualizacin del reloj que se muestra en la esquina inferior derecha de la pantalla, la revisin de la hora para terminar un archivo bitcora e iniciar uno nuevo, o iniciar a las 08:00 horas un ciclo de borrado de los registros de precipitacin acumulada diaria de cada una de las estaciones, es decir, el parmetro PA24 de la primera columna de la Tabla General de Datos de Interrogacin. El usuario cuenta con un botn de comando con el cual puede imprimir los datos del ltimo archivo que son los mismos que se presentan en la pantalla. Este botn no est activo durante el intervalo en que se est llevando a cabo una interrogacin. Cuando llega el momento de iniciar un ciclo de interrogacin, el programa interroga las estaciones en forma secuencial, de la No. 1 a la No. n, y presenta despus de cada comunicacin con una estacin los resultados en la pantalla. Asimismo almacena los datos en el archivo de texto (ADI) del intervalo de muestreo correspondiente. Si despus de tres intentos no logra comunicarse con una estacin o los datos recibidos no son correctos, indicar en la tabla la condicin de error mediante un signo (-) seguido del nmero de la estacin con la que tuvo problemas. Esto da la impresin de que la precipitacin es negativa. Precisamente con el signo (-) la computadora Hidrulica interpretar los datos como no vlidos y har los ajustes numricos necesarios para restaurarlos en los prximos intervalos de muestreo. Esta es la razn por la que se envan en cada interrogacin, no solamente los datos de precipitacin acumulados en el intervalo, sino tambin los de intervalos anteriores (PAA1, PAA2 y PAA3, Tabla 4.1). Una vez que se tiene ensamblado y almacenado el archivo con los datos de precipitacin de toda la red, ste se transmite hacia el segundo puesto de registro, PCR-2, en donde nuevamente se despliega en pantalla exactamente la misma

4-10

informacin. Para esta transferencia del archivo tambin se hacen hasta 3 intentos. A las 00:00 horas de cada da el programa termina y cierra el archivo bitcora y crea uno nuevo. A las 08:00 horas despus de recolectar los datos del ltimo intervalo (144), el programa inicia un ciclo de comunicacin especial con todas las estaciones para borrar los registros de precipitacin acumulada diaria de cada sitio. Esta forma de operar es similar a la que efecta un aforador al revisar manualmente un medidor de precipitacin tradicional de probeta. Los archivos que se generan en cada interrogacin estn a disposicin de la computadora Hidrulica para su procesamiento y anlisis a travs de la red local que une las dos computadoras.

4-11

Inicio

*Configura puertos serie * Presenta pantalla inicial

Define prxima interrogacin

Existe archivo bitcora? S

No

Crea un nuevo archivo bitcora

Es tiempo de iniciar una interrogacin?

No

Se presion botn de impresin?

No 00:00 hrs. ?

No 08:00 hrs. ?

No

Actualiza reloj en la pantalla

S Inicia ciclo de interrogacin de estaciones

S Imprime archivo del intervalo de interrogacin ms reciente

S Crea un nuevo archivo bitcora

S Borra registros de precipitacin de cada estacin

Presenta en pantalla los resultados y crea un nuevo archivo de datos

Transmite archivo al PCR-2

Registra la actividad en el archivo bitcora

Figura 4.7 Diagrama general de flujo del programa de interrogacin de estaciones

4-12

5 MEDICIN Y PROCESAMIENTO HIDROLGICOEl sistema de alerta hidrometeorolgica temprana municipal cuenta con un componente hidrolgico basado en la medicin en tiempo real de la precipitacin y niveles de agua de las corrientes. Adems, esta parte del sistema determina el tipo de aviso (preventivo, prealarma o alarma) para que, en caso de ser necesario, se advierta a la poblacin del peligro a que quedar expuesta en los minutos u horas posteriores al tiempo actual. En ese momento se dispone de la informacin enviada desde las estaciones pluviomtricas. Con base en la medicin de la precipitacin acumulada en lapsos de 10 minutos en distintas partes de las subcuencas con mayor riesgo de la ciudad de Tijuana, se calculan las precipitaciones medias y los flujos de agua que genera la lluvia. Tambin se consideran las corrientes superficiales sobre las laderas de seis colonias que han presentado mayores daos por arrastre de sedimentos o deslizamiento de masas de suelo. La determinacin de los escurrimientos se apoya en un estudio hidrolgico que se realiza para las subcuencas. Toma en cuenta una estimacin de los coeficientes de escurrimientos (que cambian de acuerdo con la humedad del suelo) en los resultados de la aplicacin de los hidrogramas unitarios instantneos de cuencas en estudio. 5.1 Sitios para medir lluvia y niveles de agua en ros Se identificaron los sitios en los que podra haber mayores daos debido al desbordamiento de algunos arroyos para vigilar los gastos que alcanzan a presentar a la salida de sus correspondientes subcuencas. En el estudio hidrolgico se emplean planos de la zona a escala 1:50,000 y se precisan algunos aspectos en campo a partir de algunos recorridos llevados a cabo por parte del personal de Cenapred de las cuencas de los arroyos de inters 5-1

y de las lomas con laderas que se han afectado con las lluvias de los ltimos cinco aos. Se delimitan las diferentes subcuencas y colonias con mayor riesgo contra corrientes de agua superficial, para establecer la manera en que se obtendra la precipitacin media en cada una de ellas. 5.1.1 Seleccin de los sitios para medir lluvia La seleccin de los sitios para la instalacin de los pluvimetros se realiza procurando tener una configuracin uniforme, es decir, que cada uno de los instrumentos de medicin de lluvia tuviera un rea de cobertura parecida. Se fijaron sus coordenadas y se procedi a revisar su ubicacin durante una visita en el campo. Se toma en cuenta que entre los sitios donde se ubicaran las estaciones de medicin de lluvia y el puesto de recepcin de la informacin no existieran obstculos para asegurar una buena comunicacin va radio y que hubiese alguna proteccin contra daos por vandalismo. Se trata de instalarlos en edificios pblicos, como son escuelas o instalaciones relacionadas con la Comisin Nacional del Agua, lo ms cercano posible a los las coordenadas originalmente propuestas. 5.1.2 Seleccin de los sitios para medir niveles temporalmente En la aplicacin de los modelos matemticos lluvia - escurrimiento se considera un valor del coeficiente de escurrimiento. Este valor es modificado de acuerdo con las condiciones de humedad del suelo y la lluvia que se est presentando. Sin embargo, para precisar su valor es conveniente medir el gasto en algunos sitios y asociarlo con la lluvia que se present. Tambin las mediciones son tiles para revisar algunos de los hidrogramas unitarios instantneos. Estas maniobras

5-2

implican la medicin de niveles de agua durante y despus de cada lluvia y a partir de ello estimar los gasto de los escurrimientos que provoc. En los sitios seleccionados se instalaran temporalmente una escala que ser vigilada durante las lluvias que lleguen a ocurrir en la ciudad; la persona encargada llevar una bitcora en la cual indicar el da, la hora y la lectura de la escala. Con los datos anteriores se estimarn los gastos que pasen por la seccin y se compararn con los gastos estimados por el procesamiento hidrolgico del sistema. Mediante dicha comparacin se podr calibrar el modelo lluviaescurrimiento. 5.2 Determinacin de los escurrimientos en las cuencas Como se describi en el captulo 2, los flujos de agua que provoca la precipitacin se estiman con un modelo lluvia-escurrimiento basado en hidrogramas unitarios instantneos. Con ellos y la lluvia medida en las estaciones pluviomtricas remotas se encuentra el escurrimiento que se producir cierto tiempo despus en los cauces de los arroyos, para poder comparar sus magnitudes con respecto a los valores (umbrales de gasto) que pueden producir desbordamientos de los arroyos. Para definir los hidrogramas unitarios adimensionales es necesario obtener algunas de las caractersticas fisiogrficas de las cuencas en estudio, como son el rea y la pendiente y longitud de los cauces. Con las caractersticas de las cuencas y la duracin de la lluvia en exceso de 5 minutos se calculan los hidrogramas unitarios de algunas cuencas donde no es aplicable el hidrograma unitario geomorfolgico.

5-3

5.2.1 Clculo del escurrimiento Para calcular el escurrimiento que produce la lluvia en cada una de las cuencas en estudio a partir de los datos de una tormenta, es necesario determinar su precipitacin media. La precipitacin media se obtiene a partir de las lminas de lluvia acumulada en 10 minutos de aquellas estaciones cercanas o dentro de la cuenca. Para ello se aplic el mtodo de Thiessen. Este procedimiento consiste en obtener un promedio ponderado de las alturas de precipitacin media, donde cada factor de peso es igual al cociente entre el rea dominada (con base en cercana de un punto la cuenca a cada uno de los pluvimetros) por la estacin pluviomtrica y el rea total de la cuenca. En este sistema de alerta se determinaron varias tablas con valores de estos factores para considerar que la informacin de una o ms estaciones pluviomtricas no sean recibidas en el puesto central. Con los factores de peso para cada estacin y los datos de lluvia de stas se forman los hietogramas de lluvias medias de cada cuenca. Con la altura media de cada cuenca se obtiene el hidrograma del escurrimiento que produce y se agregan los gastos calculados en los lapsos de 10 minutos anteriores. Como la informacin de la precipitacin en las estacin es enviada a cada diez minutos se pueden calcular los escurrimientos en el tiempo actual y en los tiempos posteriores que considera su hidrograma unitario instantneo. Este subsistema considera que la altura media de precipitacin puede obtenerse con adecuada precisin an en el caso que no se reciba en el puesto central la informacin de cuatro estaciones. En caso de que en cualquiera de los siguientes 3 intervalos de tiempo de 10 minutos se reciba la informacin, se corregiran los valores calculados de escurrimiento.

5-4

Cuando fallen simultneamente ms de cuatro estaciones se realiza una estimacin de la lluvia media menos exacta, pero no se suspende el clculo de los flujos de agua. 5.3 Programa de la computadora Hidrulica En esta seccin se describe el funcionamiento del programa que se ejecuta en la computadora Hidrulica, el cual efecta el anlisis de los datos de lluvia recopilados por la computadora Telemetra. 5.3.1 Inicio del programa El programa se encuentra instalado en el men principal de Inicio en la barra de tareas (normalmente situada en la parte inferior de la pantalla) en la computadora designada como Hidrulica (figura 6.9). Este programa debe arrancarse despus del programa de comunicaciones (situado en una computadora Telemetra).

Figura 5.1 Ventana principal

5-5

Despus de acceder al programa desde la barra de tareas aparece el mensaje de la figura 5.10, el cual tiene por objeto asegurar que durante el arranque del programa no se interferir con alguna lectura del otro programa, ya que leer la informacin de las estaciones desde las 8:00 h de la maana del da hasta el momento actual, por lo que se recomienda que al iniciar el programa est dentro de los 2 a 8 minutos del intervalo de espera de las interrogaciones, para lo cual conviene consultar el reloj del programa de Telemetra. Si se selecciona Cancelar el programa no arrancar. Despus de Aceptar, el programa proceder a leer todas las lluvias y a realizar los clculos con las lluvias registradas desde las 8:00 hrs. de la maana del da y despus se quedar en espera de la siguiente interrogacin, con lo que se inicia su operacin normal.

Figura 5.2 Mensaje al iniciar el programa

En la ventana principal (figura 5.3) se ve la fecha, la hora y el nmero del intervalo de muestreo. Como las interrogaciones son a cada 10 minutos existen 144 intervalos de 10 minutos en un da; el primer intervalo ser de las 8:00 a las 8:10 hrs. de la maana, mientras que el intervalo 144 ser de las 7:50 a las 8:00 hrs. de la maana del siguiente da.

5-6

Figura 5.3 Ventana principal del programa

Tambin se muestra una tabla con el estado de las lluvias en las 10 estaciones, las cuales se identifican con una clave (por ejemplo ver tabla 5.1); despus est la lluvia acumulada en todo el da (hay que recordar que el da inicia a las 8:00 h de la maana), la lluvia en el intervalo actual, la lluvia acumulada en los 60 minutos anteriores (lluvia acumulada en una hora o en los 6 ltimos intervalos), y finalmente las lluvias correspondientes intervalo anterior.Tabla 5.1 Ejemplo de identificacin de zonas en una cuenca Estaciones: 6. Snchez Taboada (ST-06) 7. Chapultepec (CH-07) 8. Nueva Aurora (NA-08) 9. Miramar (MI-09) 10. Proteccin Civil Municipal (PM-10)

a los tres intervalos anteriores,

respectivamente, para recuperar la informacin que no se pudo enviar en un

1. Proteccin Civil Estatal (PC-01) 2. Otay (OT-02) 3. Lago (LA-03) 4. Villa Fontana (VF-04) 5. Presa (PR-05)

Debajo de la tabla de lluvias se encuentra una tabla de gastos o escurrimientos en los principales corrientes naturales en 9 cuencas, tres de las cuales se analizan en su totalidad y en la parte superior, para un total de 12 cuencas. Las estimaciones 5-7

de los gastos se hacen con base en las lluvias registradas y en el modelo hidrolgico de lluvia-escurrimiento, el cual utiliza las caractersticas fsicas de las cuencas, tales como pendiente, longitud y orden de los arroyos, tipo de suelo y de cubierta vegetal. Para cada una de las cuencas se determin un umbral, que si es rebasado por el gasto calculado se activa una alarma; los flujos de cada una de las cuencas estudiadas se comparan constantemente con el umbral de gasto que le corresponde. Se pueden guardar o imprimir las lluvias registradas, del da o de otro da, mediante los botones de Guardar lluvias o Imprimir lluvias. Cuando se activa el primer botn aparece un mensaje como el de la figura 5.4, en donde se pueden guardar las lluvias del da hasta el momento en que se solicite, o bien, las lluvias de algn da en particular; si se escoge esto ltimo aparecer un cuadro como el de la figura 5.13, en el que se seleccionar el archivo correspondiente a la fecha deseada. El formato del nombre de estos archivos es el siguiente, dpmmdd.aaa, donde dp es un prefijo que indica archivos resmenes diarios de lluvia, mm el mes, dd, el da, y aaa el ao. Normalmente se guardarn los archivos en el subdirectorio c:\programas\varios, pero si se desea se podrn grabar en un disquete de 3.

Figura 5.4 Opcin para almacenar informacin de las lluvias

5-8

Figura 5.5 Seleccin de archivo a almacenar

Si lo que se quiere es imprimir la informacin aparecern cuadros de dilogo similares a los anteriores. El botn Imprimir grfica de lluvias sirve, como su nombre lo indica, para imprimir una grfica sencilla de las lluvias acumuladas en las 10 estaciones hasta ese momento. Al mismo tiempo se dibuja la misma grfica en pantalla. Para realizar cualquiera de las operaciones de impresin debe estar conectada una impresora a la computadora de Hidrulica. Cuando se realiza una interrogacin aparece un mensaje en la parte inferior de la pantalla (figura 5.6) en el que se avisa de que se est tratando de leer el intervalo siguiente y los valores de precipitacin se borran, hasta que se consigue leer la informacin de las estaciones de la computadora Telemetra. Estas interrogaciones se hacen cada 30 segundos hasta que se lee la informacin. Si no se consigue leer se vuelve a intentar en los siguientes 30 segundos y as hasta que se termina el intervalo de 10 minutos; a la derecha del nmero de intervalo en la esquina superior derecha aparece el nmero de intentos en rojo. Si no se puede leer durante los intentos que dura el intervalo de 10 minutos entonces aparecen nmeros negativos en lugar de las precipitaciones.

5-9

Figura 5.6 Inicio de un nuevo intervalo

5.3.2 Hietogramas El botn HIETOGRAMAS pasa a una pantalla en donde se visualiza un mapa de la ciudad analizada, y donde se muestran grficas de barras (hietogramas) ubicadas en la posicin de cada una de las estaciones medidoras de lluvia (figura 5.7). Cada una de estas grficas indica la precipitacin en el periodo de una hora, es decir, 6 intervalos o barritas de lluvia. Si se coloca el cursor en cada una de las grficas aparece el nombre de la estacin a la que pertenece. Cada 10 minutos se actualiza esta pantalla, por lo que puede servir para observar el desarrollo de la tormenta en el espacio y en el tiempo. Si se hace click en alguna de las grficas de barras se obtiene una grfica ampliada del hietograma de una hora, de lluvia normal y acumulada, como se puede observar en la figura 5.16. Se tienen grficas similares para cada una de las 12 subcuencas en estudio, para las cuales se ha calculado la lluvia media con base en un promedio ponderado de la lluvia en las estaciones cercanas a cada una de ellas, por medio de polgonos de Thiessen. Esta es la lluvia que se utiliza para calcular el escurrimiento en los arroyos. La lluvia de cada cuenca se puede obtener haciendo

5-10

doble click en cada uno de los nombres de las cuencas en recuadro de CUENCAS.

Figura 5.7 Mapa de Tijuana con hietogramas

Figura 5.8 Hietogramas de una hora

5.3.3 Hidrogramas El botn HIDROGRAMAS presenta una pantalla similar a la de HIETOGRAMAS, slo que las grficas que presenta son de escurrimientos en los arroyos de las 12

5-11

subcuencas analizadas (figura 5.9). Si se coloca el cursor en cada una de las grficas aparece el nombre de la subcuenca a la que pertenece. Estas grficas indican el escurrimiento estimado con base en la lluvia en las 12 subcuencas estudiadas. Al calibrarse posteriormente el modelo lluviaescurrimiento mediante estaciones de aforo en los arroyos, estas grficas podrn representar los niveles de agua en dichos arroyos, a medida que se desarrolle la tormenta, por lo que las alarmas estarn definidas por estos valores al rebasarse un umbral fijado con anterioridad. Por lo pronto los escurrimientos son una aproximacin de lo que escurre por los arroyos, expresados en m3/s. Al hacer click en cada una de estas grficas pequeas se obtiene una ampliacin de ellas, en donde se observa que el modelo anticipa un posible escurrimiento futuro, gracias al modelo lluvia-escurrimiento que se utiliza (figura 5.10).

Figura 5.9 Mapa de Tijuana con hidrogramas

5-12

En la parte superior est el hietograma de lluvia efectiva, es decir, la lluvia calculada en las subcuencas menos las prdidas. En la parte de abajo se ubica el hidrograma de la cuenca seleccionada, con lnea continua la parte que ha escurrido en el arroyo, y discontinua la que se pronstico. Esta grfica es para el intervalo actual y cubre un intervalo de 12 horas, en el eje horizontal se muestran los intervalos correspondientes a los valores que forman el hidrograma. Todas estas grficas pueden incorporarse a un informe capturndolas a travs de la combinacin de teclas Alt-ImprPant, y despus salvndolas en Paint de Microsoft, por ejemplo, a travs del Clipboard o Portapapeles. Adicionalmente se puede revisar un archivo de ayuda en lnea que puede consultarse mientras se est usando el programa, tecleando F1 o el botn AYUDA.

Figura 5.10 Lluvia efectiva e hidrograma resultante

5-13

6. CONFIGURACIN VERACRUZ6.1. Antecedentes

DE

LOS

SISTEMAS

DE

ALERTA

HIDROMETEOROLGICA DEL NORTE DEL ESTADO DE

Durante los meses de septiembre y octubre de 1999 se presentaron lluvias intensas en la zona montaosa de los estados de Puebla, Veracruz, Tabasco y Chiapas. Las precipitaciones intensas causaron inundaciones en varias localidades del norte de Veracruz, entre ellas, lamo, Poza Rica, Martnez de la Torre, Gutirrez Zamora, Tecolutla y Misantla. El Centro Nacional de Prevencin de Desastres (CENAPRED) desarroll la instrumentacin de un sistema de alerta hidrometeorolgica temprana especial para estas ciudades lo cual consiste en el diseo de aparatos de medicin remota de lminas de precipitacin y niveles del agua en ros, centros de recepcin y procesamiento de la informacin, as como de la paquetera computacional para el manejo de las seales de radio de los datos de lluvia y nivel enviados a cada 10 minutos. Por su parte, el Instituto de Ingeniera de la UNAM; desarroll la parte correspondiente a los modelos lluvia-escurrimiento y determinacin de umbrales de gasto y niveles en los cauces de inters que sern tiles para los anlisis y clculos de hidrologa necesarios para indicar los eventos de peligro. Los sistemas de alerta que componen el sistema de alerta del norte de Veracruz son cinco: 1. lamo (Ro Tuxpam) 2. Martnez de la Torre (Ro Nautla)

6-1

3. Misantla (Ro Misantla) 4. Poza Rica (Ro Cazones) 5. Tecolutla-Gutirrez Zamora (Ro Tecolutla) 6.1 lamo El Sistema lamo se compone de 5 estaciones de lluvia, 1 de las cuales tambin tiene la funcin de repetidor; tambin tiene 3 estaciones de nivel y 1 repetidor dedicado. Por ltimo, el Puesto Central de este sistema se encuentra en la cabecera municipal de lamo, Ver.

NEL HUMO

TIERRA BLANCA

TLACOLULA

CORRAL FALSO

EL HIGO

CERRO DEL PLUMAJE AYACAXTLE TOPALTEPEC VEGAS DE SOLEDAD Y SOLEDAD ADALBERTO TEJEDA

OJITAL SANTA MARA

XOCHICUATEPECXOCHICUATEPEC

PALMA SOLA LA CAMELIA

PTE. LAMO PUESTO CENTRAL ALAMO

SOMBRERETE

PASO DE LAMOTZOCOHUITE RSULO GALVN SEGUNDO

LA MINA

LOMA BONITA0 2.5 10.0 km

METLATOYUCA (LA MESA)

1.0

5.0

LA MQUINA

Figura 6.1 Configuracin del sistema de alerta de lamo

6-2

6.2 Martnez de la Torre El Sistema Martnez de la Torre se compone de 7 estaciones de lluvia, 2 de las cuales tambin tiene la funcin de repetidor; tambin tiene 3 estaciones de nivel y por ltimo, el Puesto Central de este sistema se encuentra en la cabecera municipal de Martnez de la Torre, Ver.

MARTNEZ DE LA TORRE

N

PUESTO CENTRAL

LA PALMILLA

NAVORA

PALMILLA

rea de la cuenca 1487.5448 kmTLAPACOYAN

PUENTE FILOS

01PLAN DE ARROYOS

02

CHICONTA

12 03TAZOLAPA RICARDO FLORES MAGN

TEZIUTLN JALACINGO ATZALAN

SAN JUAN XIUTETELCO

14

11 10 09 08 13COLONIA LIBERTAD

07

ALTOTONGA

JUAN MARCOS JOS MARA MORELOS

04

PIEDRA PARADA

ORILLA DEL MONTE

VILLA ALDAMA

06BENITO JUREZ

LAS VIGAS DE RAMREZ

SIERRA DE AGUA

PEROTE

05

0

2.5

10.0 km

1.0

5.0

Figura 6.2 Configuracin del sistema de alerta de Martnez de la Torre

6-3

6.3 Misantla Este sistema de alerta originalmente contaba con 4 estaciones de lluvia, 2 de nivel, 1 repetidora dedicada y un Puesto Central, ubicado en la cabecera municipal de Misantla.

NREA 232 km

0

1.5

5.0 km

0.5

2.5

Figura 6.3 Configuracin del sistema de alerta de Misantla

6-4

6.4 Poza Rica El sistema de alerta de Poza Rica se compone de 5 estaciones de lluvia, una de las cuales es tambin repetidor, 2 de nivel y 2 repetidoras dedicadas. El Puesto Central se encuentra en la Ciudad de Poza Rica.

SISTEMA DE ALERTA TEMPRANA POZA RICA, VERACRUZ 2004PTE. CAZONESN

POZA RICAPOZA RICA

HERRADERO

PUESTO RICARDO FLORES CENTRAL MAGN ES CO ZACATE LN COLORADO S NE ZO CACOATZINTLA TRO NC ON ES

EMILIANO ZAPATA

VILLA LZARO CRDENAS (LA UNO) CAZONES ALTO

SANTA MARA

C. TITO HERNNDEZ (MARA ANDREA) MARA ANDREA SAN MARCOS

PALMA SOLA SAN BARTOLO DEL ESCOBALE AP CO A AP CH

MANUEL MARA CONTRERAS

TACUBAYA AVILA CAMACHO LA CEIBAIX AM N TL

LA PALMA

PLAN DEL PALMAR

CHICUALOQUE

GUADALUPE SAN FERNANDO VICTORIA

RANCHO NUEVO

BUENAVISTA LA COLONIA GUADALUPE MELCHOR OCAMPO

TENANGUITO

0

2.5

10.0 km

1.0

5.0

Figura 6.4 Configuracin del sistema de alerta de Poza Rica

6-5

6.5 Tecolutla-Gutirrez Zamora

N

COATZINTLA

10PAPANTLA PAPANTLA

TECOLUTLA

03REMOLINO

04 08 07

IGNACIO MUOZ ZAPOTAL GUTIRREZ PUESTO CRUZ DE LOS ZAMORA CENTRAL ESTEROS

09

GUTIRREZ ZAMORARAFAEL VALENZUELA

PLAN DEL PALMAR PLAN DE HIDALGO

CONGREGACIN EL CHOTE

16 15

VISTA HERMOSA DE MADERO

02AGUA DULCE

11 06PASO DEL PROGRESO

17 14CAADA RICA

CERRO DE LAS BURRAS

01

SAN LORENZO PASO DEL CORREO

PASO DEL PROGRESO

HUEYTEPEC

PASO DE VALENCIA

12PUEBLILLO

PASO DE LAS LIMASLLANOS DE SAN LORENZO

GAS ESPINALESPINAL

05

SAN JOS ESPINAL

13

JOLOAPAN

BELISARIO DOMNGUEZ

CARACOLES

VALSEQUILLO VALSEQUILLO

TENAMPULCO SAN JOS ACATENO NOTA: AN NO SE SABE SI TODAS LAS TRANSMISIONES LLEGARN DIRECTAS A GTZ. O SERN REPETIDAS DESDE TECOLUTLA 0 2.5 10.0 km

MONTECELLI

1.0

5.0

Figura 2.5 Configuracin del sistema de alerta de Tecolutla-Gutirrez Zamora

6-6

7 Operacin y Mantenimiento del Sistema de AlertaEn el presente captulo se da una secuencia de instrucciones para que el personal encargado de la operacin del sistema pueda llevar acabo una inspeccin del estado y funcionamiento de las estaciones de campo y de los puestos de registro para efectos de mantenimiento preventivo y correctivo as como emitir un diagnstico de alguna falla registrada. En el anexo 1 se proporciona una lista de la herramienta, equipo y refacciones necesarias para el mantenimiento y la operacin del sistema. 7.1 Estaciones de campo Los elementos que componen una estacin de campo son los siguientes, como se muestra en la figura 7.1: Gabinete, que incluye: a) tarjeta electrnica controladora b) radio mdem c) contador electromecnico d) regulador de voltaje e) protector contra descargas atmosfricas f) batera g) cables de conexin entre todos estos elementos. El gabinete normalmente est fijado a alguna pared y en un lugar seguro que lo protege de la intemperie. Panel solar, que incluye soportes para sujetar y darle la inclinacin adecuada, de 20 grados aproximadamente viendo hacia el sur, y cable de conexin hacia el gabinete. Antena tipo yagi de 5 elementos, que incluye cable de conexin hacia el gabinete y mstil para fijacin, que puede ser un tramo de tubo o bien sobre una torre para comunicaciones, y debe estar dirigida hacia el puesto central de registro. 7-1

Pluvimetro, que incluye cable de conexin hacia el gabinete y una rejilla de proteccin situada en la parte superior. Cable de tierra el cual deber estar conectado en el gabinete y estar dirigido hacia una barra enclavada en algn punto de tierra.

7-2

Antena Celda solar Pluvimetro

Antena UHFInterruptor general+ -

Protector contra descargas elctricas

Panel SolarContador mecnico2 0 2 35

Tarjeta de control 20

Radiomdem 12 VCD + + + Regulador de voltaje Indicador de carga de la batera Rejilla de proteccin

Pluvimetro

Batera 12 VCD

Gabinete metlico

Tierra fsica

7-3

Figura 7.1 Elementos que componen una estacin pluviomtrica

El procedimiento a seguir durante la visita a una estacin de campo es el siguiente: 1. Efectuar una inspeccin visual sobre las instalaciones de la estacin a fin de verificar que todos los elementos que la componen estn presentes y en su lugar adecuado. 2. Verificar que la estacin est funcionando correctamente: 2.1 El LED rojo ENC de alimentacin que se encuentra en el extremo derecho superior de la tarjeta controladora debe permanecer siempre encendido pues indica que la estacin est operando (figura 7.2). 2.2 El display de cristal lquido en la misma tarjeta controladora debe mostrar el cdigo que identifica la estacin as como la precipitacin acumulada total (expresada en cuentas, ver captulo 4) desde que inici operacin o desde la ltima visita.

Conector para comunicaciones

Botn RESET

Fusible

ENC (rojo)

TX RX (verde) (amarillo)MENU SELDAT DAT

Botones de seleccin

Display de Cristal Lquido

Figura 7.2 Tarjeta de control

7-4

2.3 El radio-mdem tiene en su parte superior tres LEDS o luces indicadoras, viendo al radio-mdem de frente son, de izquierda a derecha: TX, RX y PWR (figura 7.3). El LED PWR siempre debe estar encendido pues con l se indica que el radio-mdem est alimentado correctamente. 2.4 Los LEDS indicadores de transmisin (TX) y de recepcin (RX) permanecen apagados mientras no se est efectuando la secuencia de interrogacin desde la central.

Conector para antena

+ -

TX

RX PWR

LEDS indicadores

Conector para puerto serie

Conector para alimentacin (+12 V)

Figura 7.3 Vista superior del radio-mdem

3. Esperar el momento de un ciclo de interrogacin, cada 10 minutos, y observar los LEDS amarillo y verde situados en la parte central de la tarjeta de control. En el momento de que toque el turno a la estacin que se est revisando, el LED amarillo encender momentneamente, sealando que se ha recibido el comando de interrogacin desde la central, e inmediatamente el LED verde

7-5

encender de la misma manera, indicando que los datos de la estacin han sido enviados. Estas condiciones tambin se podrn observar en los LEDS RX y TX del radio-mdem, los cuales actan de la misma forma, es decir, el LED RX (recepcin de comando de interrogacin) encender por un instante e inmediatamente despus lo har el LED TX (transmisin de datos de la estacin). En ocasiones, debido a interferencias que pudieran existir en la banda de frecuencias que se est utilizando, es posible que los datos transmitidos desde la estacin no lleguen con la claridad suficiente hacia el puesto central en el primer intento, por lo que el sistema tiene prevista esta situacin y har dos intentos ms de interrogacin por estacin, de tal manera que la transmisin de datos correctos podr darse dentro de cualquiera de los tres intentos. La situacin de interferencias en la banda empleada tambin es detectada por el radio-mdem y ste lo demuestra por el continuo parpadeo del LED RX. Sin embargo, esta situacin generalmente no impedir que la recepcin de comandos y la transmisin de datos sea llevada a cabo con xito en alguno de los tres intentos, siempre y cuando dicha interferencia no sea excesiva. Es necesario contar con un radio escner de frecuencias en la banda de UHF para auxiliarse en la observacin de esta accin, pues es posible detectar de manera auditiva los comandos de interrogacin del puesto central y los datos de respuesta de las estaciones. 4. Si la estacin revisada adems acta como un repetidor para enlazar otras estaciones que no tienen lnea de vista con el puesto central, es necesario verificar que est realizando correctamente esta accin. Cabe mencion