Construcción de un modelo hidrológico e hidráulico (1D/2D) para el análisis de inundaciones urbanas en Cúcuta, Colombia
Building of a hydrological and hydraulic model (1D/2D) for urban flood analysis in Cucuta, Colombia
Contenido principal del artículo
Comprender el comportamiento de las ciudades ante eventos de inundaciones se ha convertido en uno de los principales desafíos para los responsables de la toma de decisiones y planificadores urbanos en todo el mundo. Actualmente, la predicción con exactitud de la escorrentía superficial producida por fuertes precipitaciones permite conocer la vulnerabilidad de los ambientes urbanos ante futuros cambios en el clima y simular la eficacia de distintas soluciones sostenibles para reducir el peligro y el riesgo ante inundaciones urbanas. En este trabajo de investigación se presenta la construcción de un modelo hidrológico e hidráulico (1D/2D) para el análisis de inundaciones urbanas de un área de estudio en la ciudad de Cúcuta, implementando el modelo avanzado de gestión de aguas pluviales por computadora (PCSWMM) para la modelación dual del sistema de drenaje urbano existente. En la conceptualización del modelo se tuvo en cuenta la interacción entre las redes de colectores o canales del sistema (1D) y la conducción del flujo de escorrentía en la superficie (2D), mejorando la representación hidráulica de las inundaciones. Finalmente, el modelo propuesto permitió conocer las zonas propensas a inundaciones cuando se presentan precipitaciones, analizando las velocidades y profundidades del agua en las vías para diferentes periodos de retorno (10 y 50 años). Así mismo, representar la interacción entre las áreas permeables e impermeables con el sistema de drenaje urbano existente para modelar inundaciones urbanas de una forma más realista.
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R. Berndtsson, P. Becker, A. Persson, et al., "Drivers of changing urban flood risk: A framework for action", J. Environmental Manage., vol. 240, no. 2019, pp. 47–56, 2019. Doi: //doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.03.094
C. Bonilla-Granados, A. Sánchez-Delgado y D. Sanchez-Tapiero “Diseño de techos verdes y jardines verticales como sistemas urbanos de drenaje sostenible en edificaciones”, Respuestas, vol. 26, no. 3, pp.6-19, 2021.
Y. Bai, N. Zhao, R. Zhang y X. Zeng, "Storm Water Management of Low Impact Development in Urban Areas Based on SWMM", Water, vol. 11, no. 33, pp. 1–16, 2019. Doi: 10.3390/w11010033.
J. Liu, W. Shao, C. Xiang, C. Mei y Z. Li, "Uncertainties of urban flood modeling: Influence of parameters for different underlying surfaces", Environmental Research, vol. 182, no. 108929, 2019. Doi: //doi.org/10.1016/j.envres.2019.108929.
C. L. Panos, J. M. Wolfand y T. S. Hogue, "Assessing resilience of a dual drainage urban system to redevelopment and climate change", Journal of Hydrology, vol. 596, pp. 1–11, 2021. Doi: //doi.org/10.1016/j.jhydrol.2021.126101.
A. Freire Diogo y J. Antunes do Carmo, "Peak Flows and Stormwater Networks Design—Current and Future Management of Urban Surface Watersheds", Water, vol. 11, no. 759, pp. 1–31, 2019. Doi: 10.3390/w11040759.
C. Bonilla-Granados, J. Barrera-Triviño and G. Cifuentes-Ospina, “A systematic review of wastewater monitoring and its applications in urban drainage systems”. Respuestas, vol. 24, no. 3, pp. 53-62, 2019.
J. Sörensen y S. Mobini, "Pluvial, urban flood mechanisms and characteristics – Assessment based on insurance claims", Journal of Hydrology, vol. 555, no. 207, pp. 51–67, 2017. Doi: //doi.org/10.1016/j.jhydrol.2017.09.039.
E. D. Cubides y G. E Santos, “Control de escorrentías urbanas mediante sistemas urbanos de drenaje sostenible (SUDS): Pozos/Zanjas de infiltración”. Entre Ciencia e Ingeniería, vol. 12, no. 24, pp. 32-42. Doi: //doi.org/10.31908/19098367.3813.
Ministerio Para la Transición Ecológica, “Guías de adaptación al riesgo de inundación: explotaciones agrícolas y ganaderas”. Madrid, 2019. Disponible en: https://www.miteco.gob.es/es/agua/temas/gestion-de-los-riesgos-de-inundacion/guia-adaptacion-al-riesgo-inundacion-explotaciones-agricolas-ganaderas_tcm30-503727.pdf
Organización Meteorológica Mundial, “Mortalidad y pérdidas económicas debidas a fenómenos meteorológicos, climáticos e hidrológicos extremos (1970–2019)”. Ginebra, Suiza, 2021. Disponible en: https://library.wmo.int/?lvl=notice_display&id=22011#.Y3YVmnbMLIU
G. Musolino, R. Ahmadian y R. A. Falconer, "Comparison of flood hazard assessment criteria for pedestrians with a refined mechanics-based method", Journal of Hydrology, vol. 9, no. 100067, pp. 1-13, 2020. doi: https://doi.org/10.1016/j.hydroa.2020.100067
X. Wang, G. Kinsland, D. Poudel y A. Fenech, "Urban flood prediction under heavy precipitation", Journal of Hydrology, vol. 577, 2019. Doi: //doi.org/10.1016/j.jhydrol.2019.123984
U. C. Nkwunonwo, M. Whitworth, B. Baily, “A review of the current status of flood modelling for urban flood risk management in the developing countries”. Scientific African, Vol 7, no e00269, 2020. Doi: 10.1016/j.sciaf. 2020.e00269
V. Meesuk, Z. Vojinovic, A.E. Mynett, A.F. Abdullah, "Urban flood modelling combining top-view LiDAR data with ground-view SfM observations", Adv. Water Resour. Vol. 75(2015), pp. 105–117, 2015. Doi: //doi.org/10.1016/j.advwatres.2014.11.008
V. Bellos, I. M. Kourtis, A. Moreno-Rodenas y V. A. Tsihrintzis, "Quantifying Roughness Coefficient Uncertainty in Urban Flooding Simulations through a Simplified Methodology", Water, vol. 9, no. 944, pp. 1–12, 207. Doi: 10.3390/w9120944
L. Vargas-Garay, O. Torres-Goyeneche y G. Carrillo-Soto, “Evaluation of SCS - unit hydrograph model to estimate peak flows in watersheds of Norte de Santander”, Respuestas, vol. 24, no. 1, pp. 6-16, 2019.
B. Dong, J. Xia, M. Zhou, Q. Li, R. Ahmadian y R. A. Falconer, "Integrated modeling of 2D urban surface and 1D sewer hydrodynamic processes and flood risk assessment of people and vehicles", Sci. Total Environ., vol. 827, pp. 1-13, 2022. Doi: //doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.154098
E. Martínez Gomariz, "Inundaciones urbanas: Criterios de peligrosidad y evaluación del riesgo para peatones y vehículos", Disertación Ph.D, Dept. Ing. Civil y Ambiental, Univ. Politécnica de Catalunya, Barcelona, 2016. Disponible en: http://hdl.handle.net/2117/106280
L. Salvan, M. Abily, P. Gourbesville y J. Schoorens, "Drainage System and Detailed Urban Topography: Towards Operational 1D-2D Modelling for Stormwater Management", Procedia Eng., vol. 154, pp. 890–897, 2016. Doi: //doi.org/10.1016/j.proeng.2016.07.469.
White y K. Stewart, "Barrier dynamics for GIS: a design pattern for geospatial barriers", Int. J. Geographical Inf. Sci., vol. 29, pp. 1007–1022, 2015. Doi: //doi.org/10.1080/13658816.2014.995103.
C. Mikovits, W. Rauch y M. Kleidorfer, "Importance of scenario analysis in urban development for urban water infrastructure planning and management", Computers, Environ. Urban Syst., vol. 68, pp. 9–16, 2018. Doi: //doi.org/10.1016/j.compenvurbsys.2017.09.006
R. Fragozo, V. H. Bedoya y J. M. López-Lezama, "Modelo para el control de inundaciones utilizando dos embalses en paralelo", Uis ingenierías, vol. 17, no. 2, pp. 87–94, 2018. Doi: //doi.org/10.18273/revuin.v17n2-2018008
L. Lanza, M. Leroy, C. Alexandropoulos, L. Stagi y W. Wauben, “Instruments and observing methods”, WMO, TD-No. 1304, 2006. Disponible en: https://library.wmo.int/index.php?lvl=notice_display&id=9264#.Y3YYVXbMLIU
A. N. Arévalo-Verjel, J. L. lerma, J. F. Prieto, J. P. Carbonell-Rivera, et al., "Estimation of the Block Adjustment Error in UAV Photogrammetric Flights in Flat Areas", Remote Sens, vol. 14, no. 12, 2022. Doi: //doi.org/10.3390/rs14122877
J. O. Escalante, J. J. Cáceres y H. Porras, "Ortomosaicos y modelos digitales de elevación generados a partir de imágenes tomadas con sistemas UAV", Tecnura, vol. 20, no. 50, pp. 119–140, 2016. Doi: //doi.org/10.14483/udistrital.jour.tecnura.2016.4.a09
A. Nájera-Ramos, "Propuesta Metodológica Para La Generación De Ortofotos Y Modelos Digitales De Elevación De Alta Resolución A Través De Vuelos Con Drones No-Fotogramétricos", Tesis M.S, Fac. Ingeniería, Univ. Autónoma de Guerrero, 2021. Disponible en: http://ri.uagro.mx/bitstream/handle/uagro/2498/TE_851102_2021.pdf?sequence=1&isAllowed=y
V. Hamouz, P. Møller-Pedersen y T. Merete Muthanna, "Modelling runoff reduction through implementation of green and grey roofs in urban catchments using PCSWMM", Urban Water Journal, vol. 17, pp. 813–826, 2020. Doi: //doi.org/10.1080/1573062X.2020.1828500.
L. Mohd Sidek, L. H. C. Chua, A. S. M. Azizi, H. Basri, A. S. Jaafar y W. C. Moon, "Application of PCSWMM for the 1-D and 1-D–2-D modeling of urban flooding in damansara catchment, malaysia", Applied Sciences, vol. 11, no. 9300, 2021. Doi: //doi.org/10.3390/app11199300
Á. Diaz Carvajal y T. Teobaldis Mercado Fernández, "Determinación del número de curva en la subcuenca de betancí (córdoba, colombia) mediante teledetección y sig", Ingeniería y Desarrollo, vol. 35, no. 2, pp. 452–470, 2017.
Z. Abbas, H. S. Jaber, “Accuracy assessment of supervised classification methods for extraction land use maps using remote sensing and GIS techniques”, en Conf. Ser Mater Sci Eng, Baghdad, pp. 1-13, 2020. Doi: //10.1088/1757899X/745/1/012166.
L.A. Rossman, “Storm Water Management Model User’s Manual Version 5.1”. Cincinnati, Estados Unidos, EPA, 2015. Disponible en: https://www.epa.gov/water-research/storm-water-management-model-swmm-version-51-users-manual
W. James, L. E. Rossman y W. R. James, “User's Guide to SWMM5", 13nd ed. Ontario: Computational Hydraulics Int (CHI), 2010. Disponible en: https://www.chiwater.com/Files/UsersGuideToSWMM5Edn13.pdf
Computational Hydraulics International (CHI). “PCSWMM Manual”. Guelph, Canadá: CHI, 2018.
W. James, “Rules for responsible modeling”. (4nd ed.). Ontario: Computational Hydraulics Int (CHI), 2005. Disponible: https://www.chiwater.com/Files/R184_CHI_Rules.pdf
J. A. Rojas, “Análisis de incertidumbre y esquemas de calibración de un modelo conceptual de drenaje urbano en un ambiente de escasez de recursos”, Tesis M.S, Dep. Ing. Civil y Ambiental, Fac. Ingeniería, Univ. de los Andes, Bogotá, 2011. Disponible en: http://hdl.handle.net/1992/11559.
Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio, “Resolución 0330 del 2017”, Bogotá, Colombia, 2017. Disponible en: https://minvivienda.gov.co/sites/default/files/normativa/resolucion-0330-2017.pdf