Nueva metodología para determinar los caudales de avenida en caso de tormentas

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Cuando se producen precipitaciones intensas, el nivel de agua de los cauces sube y provoca inundaciones de espacios urbanos, industriales y rurales que pueden provocar elevadas pérdidas materiales y, en ocasiones, humanas.

Unai Agirre Bereziartua, Doctor en Ingeniería Agronómica por la Universidad Pública de Navarra, ha establecido en su tesis doctoral una nueva metodología de cálculo hidrometeorológico para determinar las avenidas de agua en caso de tormentas. El nuevo modelo hidrológico (HUIGDS), desarrollado en la UPNA, ha permitido reproducir crecidas registradas en cuencas de cabecera del País Vasco y su posterior aplicación en otras cuencas situadas en Navarra, repitiéndose los buenos resultados y validándose el modelo.

Los técnicos y científicos utilizan modelos matemáticos para simular y predecir las variables hidrológicas que caracterizan esos fenómenos: la cantidad de agua precipitada en la tormenta, el comportamiento del río en la cuenca correspondiente, etc. Es lo que se conoce como diseño hidrológico, que trata de calcular con la mayor precisión posible el caudal esperado en un punto del territorio tras un episodio tormentoso de determinada magnitud. El modelo más extendido es el Hidrograma Unitario, un gráfico que muestra cómo una cuenca devuelve la entrada de lluvia en caudal y en cuánto tiempo lo hace. Poder simular estos hidrogramas de respuesta de la cuenca es útil, ya que es un dato fundamental para el diseño de estructuras como puentes, presas o establecer criterios de ordenación territorial.

La tesis doctoral de Unai Agirre Bereziartua, «Metodología para la determinación de caudales de avenida mediante un hidrograma unitario de depósitos basado en la geomorfología. Validación en cuencas de cabecera del País Vasco», ha estado dirigida por los profesores Faustino Gimena y José Javier López, del Departamento de Proyectos e Ingeniería Rural de la Universidad Pública de Navarra, y ha obtenido la calificación de sobresaliente cum laude. Agirre Bereziartua obtuvo su licenciatura en Ingeniería Agronómica en la UPNA (2001), institución donde fue becario de investigación hasta 2003. Ha trabajado en varios proyectos de I+D y ha participado en diferentes congresos y seminarios nacionales e internacionales.

Investigación previa

En su trabajo de investigación, Unai Agirre ha partido del modelo desarrollado en el año 2000 por los profesores López y Gimena, del Grupo de Hidrología Aplicada de la Universidad Pública de Navarra: un hidrograma unitario, basado en la asociación de depósitos lineales en serie, cuya caracterización (en tamaño y número) se basa en la morfología de la cuenca. Simulando la circulación del agua por dichos depósitos se llega a la expresión matemática del modelo. Este hidrograma, conocido por las siglas HUIGD (Hidrograma Unitario Instantáneo Geomorfológico de Depósitos) fue aplicado con resultados satisfactorios en pequeñas cuencas agrarias de Navarra.

En síntesis, según explica el autor de la tesis, ese hidrograma se basa en la división de la cuenca en subcuencas, que quedan agrupadas en órdenes de acuerdo a la posición que ocupan a lo largo de la red de drenaje. Este modelo depende de un único parámetro relacionado con el tiempo de respuesta de la cuenca.

Una vez desarrollado ese modelo y comprobada su validez, «era preciso dar pasos más allá y tratar de buscar un HUIGDS (o HUIGD Sintético) que pudiera emplearse también en cuencas en las que no existan datos de caudal. De esta forma, este HUIGDS podría utilizarse como herramienta específica de diseño hidrológico para estimar caudales de avenida en cualquier punto del territorio».

Validación en diferentes cuencas

Unai Agirre tomó como referencia en su investigación cuatro cuencas que forman parte de la red hidrometeorológica de la Diputación Foral de Guipúzcoa. Se trata de cuatro cuencas (Agauntza, Aixola, Arriaran y Oiartzun) que difieren en tamaño y forma, pero poseen características que hacen posible considerarlas como representativas de la Vertiente cantábrica.

De entre los datos disponibles, se llevó a cabo una selección de tormentas que generaron 44 eventos, repartidos a lo largo de todo el año y en las cuatro cuencas. Algunos de los hidrogramas unitarios clásicos aplicados mostraron deficiencias o anomalías, mientras que «el HUIGD se ha podido calcular en una amplia variedad de tormentas, demostrando su utilidad»

Tras esa validación del HUIGD en las cuencas de Guipúzcoa, «desarrollé una metodología para su aplicación en cuencas no aforadas; es decir, desarrollé un Hidrograma Unitario Geomorfológico de Depósitos Sintético (HUIGDS): una formulación capaz de determinar el parámetro dependiente del tiempo de respuesta sin necesidad de datos de caudal. Así, tanto el HUIGDS como el resto de los hidrogramas sintéticos se calculan con fórmulas que incluyen parámetros físicos de la cuenca como área, longitud del cauce principal, pendiente promedio y otros, medibles y fáciles de obtener».

Según esa nueva formulación, es posible calcular el valor del tiempo de respuesta con datos fisiográficos y relativos a la precipitación, constituyendo una novedad en sí misma, ya que aporta una formulación particularizable para cada cuenca y tormenta. Para validar este nuevo hidrograma, Unai Agirre recurrió a las cuencas que no habían sido empleadas con anterioridad, a cuencas situadas en Navarra y de similar naturaleza a las guipuzcoanas. «En las tormentas estudiadas se repitió lo observado en las cuencas de Guipúzcoa. El HUIGDS obtuvo buenos resultados, mejorando los ajustes logrados por otros hidrogramas unitarios sintéticos ampliamente usados a nivel internacional.»

Fuente.- Universidad de Navarra

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