INTRODUCCIÓN
Las inundaciones constituyen un peligro natural que, a lo largo del tiempo, han provocado la pérdida de vidas humanas y ocasionado costosos daños materiales, por lo que la lucha contra sus efectos negativos no sólo requiere de soluciones estructurales sino también de otras no estructurales como la implantación de sistemas de alerta, la corrección hidrológico - forestal y la correcta aplicación de las medidas de ordenación del territorio (MITECO 2015).
Según datos históricos el centro poblado de Písac ha sufrido daños importantes por las intensas precipitaciones pluviales, como en el año 2010 cuando el incremento de caudal y desborde del río Vilcanota hicieron colapsar el puente de Písac quedándose aislado sin poder recibir turistas para el conjunto arqueológico y sin poder vender sus artesanías que es la principal fuente de trabajo. Fue declarado en emergencia mediante PCM (2010).
Esta investigación se planteó como objetivo general: determinar el peligro de inundación ocasionado por la creciente del río Vilcanota en el centro poblado de Písac, para diferentes periodos de retorno (50, 100 y 500 años), según la metodología del CENEPRED (2014), normativa vigente desde esa fecha hasta la actualidad en Perú, tomando como antecedentes sus diferentes estudios de evaluación de riesgos de desastres y resaltando el estudio denominado Evaluación de riesgo por desborde, inundación y/o erosión fluvial del río Antabamba en los sectores Luychupata, Socco y Mochocco, en el distrito de Tapairihua, provincia de Aymaraes, departamento de Apurímac CENEPRED (2014).
PROCEDIMIENTO Y MÉTODOS
Localización del área de investigación
Centro poblado de Písac, ubicado en la provincia de Calca, departamento del Cusco-Perú, con un área de estudio de 100 ha, con datos de precipitación máxima 24 horas y datos de caudales máximos entre los años 1964-2017. En la tabla 1 se pueden ver datos generales del centro poblado de Písac con una población proyectada con la tasa intercensal al distrito de 0,52%.
Gestión del riesgo de desastres
INDECI (2006) denomina al conjunto de conocimientos, medidas, acciones y procedimientos que, conjuntamente con el uso racional de recursos humanos y materiales, se orientan hacia la planificación de programas y actividades para evitar o reducir los efectos de los desastres. La gestión de desastres, sinónimo de la prevención y atención de desastres, proporciona además todos los pasos necesarios que permiten a la población afectada recuperar su nivel de funcionamiento después un impacto y presenta las fases siguientes:
La Prevención (Antes): la estimación del riesgo y la reducción del riesgo.
La Respuesta (Durante): ante las emergencias (incluye la atención propiamente dicha, la evaluación de daños y la rehabilitación).
La Reconstrucción (Después).
El propósito de la presente investigación se limita a la estimación del primer indicador del riesgo que es el “Peligro”, principal componente de la Prevención. En la figura 1, se muestra un esquema para la determinación del peligro.
Generación de caudales máximos
Cuenca: Siendo el ámbito de estudio la cuenca del río Vilcanota, desde su naciente hasta el centro poblado (C.P.) de Písac (coordenadas del punto de interés UTM: 191864,00; 8513961,00; coordenadas geográficas 13°25'34,09"S; 71°50'43,38"O), se realizó la delimitación de dicha cuenca y el cálculo de los parámetros geomorfológicos con el software WMS 10.0. El área de la cuenca del río Vilcanota hasta Písac es de 7014,3741 km2, ver figura 2.
Precipitación: Análisis exploratorio de estaciones: las estaciones estudiadas presentan registros de precipitaciones máximas 24 horas desde el año 1964 a 2017. Al realizar el análisis exploratorio de estaciones (AED), las elegidas para hacer la presente investigación son Granja Kayra, Sicuani, Acomayo, Ccatcca, Písac y Colquepata, que no presentan tendencia, con menos del 12 % de datos faltantes. Estas estaciones tienen un comportamiento similar de las medias por meses, como se puede apreciar en la figura 3.
Análisis de frecuencias en las estaciones: de las estaciones elegidas Granja Kayra, Colquepata, Písac, Acomayo, Cacctcca y Sicuani, las tres últimas estaciones fueron completadas mediante una distribución Gumbel Máximo con los parámetros: σ = parámetro de escala continua y μ = parámetro de localización continua; las estaciones sobrantes no necesitaban ser completadas debido que presentaban la totalidad de los datos.
Seguidamente se corroboró el buen ajuste de las estaciones mediante las pruebas de Chi-Cuadrado y Kolmogorov - Smirnov, donde se elige la distribución Gumbel Máximo como la de mejor ajuste; mediante ella se generaron las precipitaciones máximas para cada periodo de retorno como se muestra en la tabla 2.
N° | Estaciones | Precipitación (mm) Periodos de retorno | ||
---|---|---|---|---|
T=50 | T=100 | T=500 | ||
1 | Sicuani | 47,014 | 50,492 | 58,529 |
2 | Granja Kayra | 53,233 | 57,513 | 67,404 |
3 | Acomayo | 63,148 | 69,418 | 83,906 |
4 | Ccatcca | 52,105 | 56,73 | 67,417 |
5 | Písac | 45,398 | 49,397 | 58,638 |
6 | Colquepata | 47,915 | 50,91 | 56,973 |
Para el cálculo de la precipitación por área se usó el método de Thiessen mediante el cual se crearon los polígonos, obteniendo los datos presentados en la tabla 3.
ID | Estación | Precipitación (mm)T=50 años | Precipitación (mm)T=100 años | Precipitación (mm)T=500 años |
---|---|---|---|---|
1 | Acomayo | 50,167 | 54,209 | 63,536 |
2 | Sicuani | |||
3 | Colquepata | |||
4 | Granja Kayra | |||
5 | Ccatcca | |||
6 | Písac |
El hietograma fue generado a partir de un patrón de tormenta regional de 24 horas de duración basado en la estación Kayra-Cusco, el cual fue obtenido de la investigación: “Evaluación del uso de los Patrones de Tormenta…” (Astete 2014).
En el siguiente hidrograma (ver figura 4) se muestran los caudales simulados para un periodo de retorno de 50 años y para un tiempo de concentración de 1263,810 minutos, habiéndose obtenido un caudal máximo
En la generación de caudales en HEC-HMS se empleó como método de transformación, el hidrograma unitario SCS, como método de perdidas el número de curva SCS y como tránsito de hidrogramas el método de Muskingum.
Para los tres periodos de retorno se obtuvieron los datos de la tabla 4.
Simulación de la inundación
Aplicación de la extensión HEC-GEORAS: Se complementa con el ArcGIS y es compatible con el software HEC-RAS (USACE 2016). Con esta herramienta se crearon varias capas mediante el comando Create RAS Layers para la elaboración de los archivos raster de la geometría del cauce del Río Vilcanota.
Aplicación del Modelamiento Hidráulico HEC-RAS: Luego de haber creado los layers de la geometría del río utilizando un modelo digital de elevación DEM (ver figura 5), el cual se obtuvo de un levantamiento fotogramétrico del C.P. Pisac con dron Phantom 4 pro, con un tamaño de pixel 1x1m; se procedió a crear el modelo hidráulico en el software HEC-RAS, mediante el cual se simuló la escorrentía superficial del río Vilcanota, generada para diferentes periodos de retorno, en un régimen de circulación no permanente, porque el área en estudio es un rio. El coeficiente de Manning utilizado en este modelo es n=0,040, calculado mediante la fórmula de Manning, teniendo en cuanta los datos de la sección de batimetría bajo el puente de Písac y el área que se llegó a inundar en el evento de inundación producido en el año 2010.
Para el cálculo de las áreas de inundación se utilizó el software ArcGIS, al cual se exportaron los archivos generados en el HEC-RAS, luego con el HEC-GeoRas se obtuvo un archivo raster, el cual se superpuso al plano topográfico del lugar. De esta manera se identificaron las llanuras de inundación para los periodos de retorno de 50, 100 y 500 años (ver figura 6).
Evaluación del peligro de inundación
AHP (Proceso de Análisis Jerárquico): Es un método matemático creado para evaluar alternativas cuando se tienen en consideración varios criterios y está basado en el principio de que la experiencia y el conocimiento de los actores son tan importantes como los datos utilizados en el proceso (Saaty 1994).
Para obtener el peligro de inundación para los diferentes periodos de retorno, es necesario determinar el parámetro de evaluación, los factores condicionantes y desencadenantes, cada uno con sus respectivos descriptores, que ocasionarán el peligro.
Parámetro de evaluación: la frecuencia, para los periodos de retorno de 50, 100 y 500 años.
Factores condicionantes: Los factores que contribuyen al desarrollo de la inundación, así como su distribución espacial, en el C.P. de Písac, son:
Cobertura vegetal
Cercanía al cauce
Intensidad de lluvia en una hora
Pendiente de la superficie de terreno
Factores desencadenantes: El parámetro que desencadena la inundación, que puede generar peligro, son los tirantes correspondientes a los periodos de retorno de 50, 100 y 500 años.
Los valores numéricos (pesos) fueron obtenidos mediante el AHP cuyo procedimiento matemático se explica a continuación:
El análisis se inició comparando la fila con respecto a la columna (fila/columna). Se introdujeron los valores en las celdas de color rojo, estos valores se obtienen de un previo análisis del grado de importancia de un parámetro frente a otro haciendo uso de la escala de Saaty, y automáticamente se muestran los valores inversos de las celdas azules (ver tabla 5). Seguidamente se realizó la matriz de normalización, que muestra el vector de priorización (peso ponderado), el cual indica la importancia de cada parámetro en el análisis del fenómeno (ver tabla 6). Se calculó la relación de consistencia, multiplicando cada valor de la primera columna de la matriz de ponderación por la prioridad relativa del primer elemento que se considera y así sucesivamente (ver tabla 7), se sumaron los valores sobre las filas para obtener un vector de valores denominado vector suma ponderada; estos elementos se dividen entre el correspondiente valor de prioridad para cada uno de los criterios obteniendo Ʌn , posteriormente Ʌmax viene a ser el promedio de los valores de Ʌn, este dato permite calcular el índice de consistencia
Factores condicionantes | Pendiente del área de estudio | Cercanía al cauce | Cobertura vegetal | Intensidad de las lluvias en una hora |
---|---|---|---|---|
Pendiente área de estudio | 1,00 | 3,00 | 3,00 | 5,00 |
Cercanía al cauce | 0,33 | 1,00 | 3,00 | 3,00 |
Cobertura vegetal | 0,33 | 0,33 | 1,00 | 3,00 |
Intensidad lluvias una hora | 0,20 | 0,33 | 0,33 | 1,00 |
Suma | 1,867 | 4,667 | 7,333 | 12,000 |
1/Suma | 0,536 | 0,214 | 0,136 | 0,083 |
Factores condicionantes | Pendiente del área de estudio | Cercanía al cauce | Cobertura vegetal | Intensidad de las lluvias en una hora | Vector priorización | Porcentaje (%) |
---|---|---|---|---|---|---|
Pendiente del área de estudio | 0,536 | 0,643 | 0,409 | 0,417 | 0,501 | 50,11 |
Cercanía al cauce | 0,179 | 0,214 | 0,409 | 0,250 | 0,263 | 26,30 |
Cobertura vegetal | 0,179 | 0,071 | 0,136 | 0,250 | 0,159 | 15,91 |
Intensidad de las lluvias en una hora | 0,107 | 0,071 | 0,045 | 0,083 | 0,077 | 7,68 |
1,000 | 1,000 | 1,000 | 1,000 | 1,000 | 100,00 |
Resultados de la operación de matrices | Vector suma ponderada | Λ máx. | |||
---|---|---|---|---|---|
0,159 | 0,088 | 0,231 | 0,167 | 0,644 | 4,050 |
0,477 | 0,263 | 0,231 | 0,167 | 1,138 | 4,326 |
0,053 | 0,088 | 0,077 | 0,100 | 0,318 | 4,135 |
0,477 | 0,789 | 0,384 | 0,501 | 2,152 | 4,294 |
Suma | 16,805 | ||||
Promedio | 4,201 | ||||
Índice de consistencia | 0,067 | ||||
Relación de consistencia < 0,10 | 0,076 | ¡0K! |
En la tabla 8, el valor PCVn fue obtenido del vector priorización, resultando del mismo proceso de análisis jerárquico explicado previamente, con una matriz de ponderación, matriz de normalización y vector de suma ponderado del parámetro cobertura vegetal.
Factor condicionante | Cobertura vegetal | Peso pond: | 0,159 | |
---|---|---|---|---|
Descriptor | CV1 | Corrientes naturales mayores, ribera del río: n < 0,030 | PCV1 | 0,503 |
CV2 | Áreas con intervención antrópica, zona urbana: 0,030<n<0,035 | PCV2 | 0,260 | |
CV3 | Zonas cultivadas: 0,035 < n < 0,040 | PCV3 | 0,134 | |
CV4 | Zonas de arbustos sin follaje, en terreno limpio: 0,040<n<0,060 | PCV4 | 0,068 | |
CV5 | Matorral subhúmedo de valles interandinos: n > 0,060 | PCV5 | 0,035 |
En la tabla 9, el valor PCERn fue obtenido aplicando el proceso de análisis jerárquico, con una matriz de ponderación, una matriz de normalización y vector de suma ponderado del parámetro cercanía al cauce.
Factor condicionante | Cercanía al cauce | Peso pond: | 0,263 | |
---|---|---|---|---|
Descriptor | CER1 | D < 30 mts | PCER1 | 0,451 |
CER2 | 30 mts < = D < 80 mts | PCER2 | 0,295 | |
CER3 | 80 mts < = D < 150 mts | PCER3 | 0,145 | |
CER4 | 150 mts < = D < 300 mts | PCER4 | 0,072 | |
CER5 | D > = 300 mts | PCER5 | 0,036 |
En la tabla 10, el valor PIn, se obtuvo aplicando el proceso de análisis jerárquico, con una matriz de ponderación, una matriz de normalización y vector de suma ponderado del parámetro intensidad de lluvia en una hora.
Factor condicionante | Intensidad de lluvia mm/h | Peso pond: | 0,077 | |
---|---|---|---|---|
Descriptor | I1 | TORRENCIAL I >= 60 mm/h | PI1 | 0,503 |
I2 | MUY FUERTE 30 mm/h < = I < 60 mm/h | PI2 | 0,260 | |
I3 | FUERTE 15 mm/h < = I < 30 mm/h | PI3 | 0,134 | |
I4 | MODERADA 2 mm/h < = I < 15 mm/h | PI4 | 0,068 | |
I5 | DÉBIL I < 2 mm/h | PI5 | 0,035 |
En la tabla 11, el valor PPENn fue obtenido siguiendo el mismo proceso de análisis jerárquico, para el parámetro pendiente de la superficie de terreno.
Factor condicionante | Pendiente de la superficie de terreno | Peso pond: | 0,501 | |
---|---|---|---|---|
Descriptor | PEN1 | PEN < 3% | PPEN1 | 0,503 |
PEN2 | 3% < = PEND < 12% | PPEN2 | 0,260 | |
PEN3 | 12% < = PEND < 30% | PPEN3 | 0,134 | |
PEN4 | 30% < = PEND < 50% | PPEN4 | 0,068 | |
PEN5 | PEND > 50% | PPEN5 | 0,035 |
En la tabla 12, el valor PTIRn, se obtuvo aplicando el proceso de análisis jerárquico, con una matriz de ponderación, una matriz de normalización y vector de suma ponderado del parámetro tirante para 100 años de periodo de retorno. Los valores de “Y” son resultado de la simulación de inundación.
Factor desencadenante | Tirantes máximos (m) | Peso pond: | 1,000 | |
---|---|---|---|---|
Descriptor | TIR1 | Y <= 5,15 m | PTIR1 | 0,451 |
TIR2 | 1 ,1 m < Y <= 2,2 m | PTIR2 | 0,295 | |
TIR3 | 2,2 m < Y <= 3,3 m | PTIR3 | 0,145 | |
TIR4 | 3,3 m < Y <= 4,4 m | PTIR4 | 0,072 | |
TIR5 | Y > 1 ,1 m | PTIR5 | 0,036 |
Cálculo de los niveles de peligrosidad: Para obtener el rango del peligro es necesario promediar los parámetros de evaluación del peligro con la susceptibilidad, se puede observar el proceso en la tabla 13, tabla 14, tabla 15 y tabla 16.
Factor condicionante | Factor desencadenante | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Cobertura vegetal | Cercanía al cauce | Intensidad de lluvia | Pendiente de la superficie de terreno | Valor | Tirantes máximos (m) | Valor | |||||
0,159 | 0,503 | 0,263 | 0,451 | 0,077 | 0,503 | 0,501 | 0,503 | 0,489 | 1,000 | 0,451 | 0,451 |
0,260 | 0,295 | 0,260 | 0,260 | 0,269 | 0,295 | 0,295 | |||||
0,134 | 0,145 | 0,134 | 0,134 | 0,137 | 0,145 | 0,145 | |||||
0,068 | 0,072 | 0,068 | 0,068 | 0,069 | 0,072 | 0,072 | |||||
0,035 | 0,036 | 0,035 | 0,035 | 0,035 | 0,036 | 0,036 |
Susceptibilidad | ||||
---|---|---|---|---|
Factor condicionante | Factor desencadenante | Valor | ||
0,500 | 0,489 | 0,500 | 0,451 | 0,470 |
0,269 | 0,295 | 0,282 | ||
0,137 | 0,145 | 0,141 | ||
0,069 | 0,072 | 0,071 | ||
0,035 | 0,036 | 0,035 |
En la tabla 15, los valores del parámetro de evaluación fueron obtenidos realizando el procedimiento de análisis jerárquico, de acuerdo a la frecuencia de recurrencia de inundaciones muy alta, alta, moderada, baja y muy baja.
Peligro | ||||
---|---|---|---|---|
Parámetro de evaluación | Susceptibilidad | Valor | ||
0,500 | 0,457 | 0,500 | 0,470 | 0,464 |
0,257 | 0,282 | 0,270 | ||
0,150 | 0,141 | 0,146 | ||
0,087 | 0,071 | 0,079 | ||
0,049 | 0,035 | 0,042 |
Rango | Nivel | ||
---|---|---|---|
0,270 | ≤ P < | 0,464 | Muy alto |
0,146 | ≤ P < | 0,270 | Alto |
0,079 | ≤ P < | 0,146 | Medio |
0,042 | ≤ P < | 0,079 | Bajo |
Los rangos de peligro, se obtuvieron dándole peso de 50 % al parámetro de evaluación y 50 % a la susceptibilidad, según la metodología del CENEPRED, de donde el rango resulta ser un promedio aritmético entre ambos factores (CENEPRED 2014).
Estratificación del nivel de peligro: Se realizó este proceso para los tres periodos de retorno analizados, 50 años, 100 años y 500 años, respectivamente. Ver tabla 17, tabla 18 y tabla 19.
Descripción | Rango | Nivel |
---|---|---|
La superficie del río tiene orillas rectas, fondo uniforme, algo de vegetación (n<0,035), con cercanía al cauce (D < 80 m), con intensidad de lluvia muy fuerte (I > 30 mm/h) con pendiente (PEN < 12%); y tirantes de niveles de agua (4m< Y <= 4,82m) | 0,270 ≤ P < 0,464 | Muy alto |
Áreas con intervención antrópica, zona urbana (0,035 < n < 0,040), con cercanía al cauce (80 m <= D < 150 m), con intensidad de lluvia fuerte (15 mm/h <= I < 30 mm/h), con pendiente (12% <= PEN < 30%) y tirantes de niveles de agua (3m< Y <= 4m) | 0,146 ≤ P < 0,270 | Alto |
Zonas cultivadas, cultivos sembrados (0,040 < n < 0,060), con cercanía al cauce (150 m <= D < 300 m), con intensidad de lluvia moderada (2 mm/hr <= I < 15 mm/hr), con pendiente (30% <= PEN < 50%) y tirantes de niveles de agua (2m< Y <= 3m) | 0,079 ≤ P < 0,146 | Medio |
Zonas de arbustos sin follaje en terreno limpio (n > 0,060), con cercanía al cauce (D > 300 m), con intensidad de lluvia débil (I < 2 mm/hr), con pendiente (PEN > 50%) y tirantes de niveles de agua (1m< Y <= 2m) | 0,042 ≤ P < 0,079 | Bajo |
Descripción | Rango | Nivel |
---|---|---|
La superficie del río tiene orillas rectas, fondo uniforme, algo de vegetación (n<0,035), con cercanía al cauce (D < 80 m), con intensidad de lluvia muy fuerte (I > 30 mm/hr) con pendiente (PEN < 12%); y tirantes de niveles de agua (4,4m< Y <= 5,15m) | 0,270 ≤ P < 0,464 | Muy alto |
Áreas con intervención antrópica, zona urbana (0,035 < n < 0,040), con cercanía al cauce (80 m <= D < 150 m), con intensidad de lluvia fuerte (15 mm/hr <= I < 30 mm/hr), con pendiente (12% <= PEN < 30%) y tirantes de niveles de agua (3,3m< Y <= 4,4m) | 0,146 ≤ P < 0,270 | Alto |
Zonas cultivadas, cultivos sembrados (0,040 < n < 0,060), con cercanía al cauce (150 m <= D < 300 m), con intensidad de lluvia moderada (2 mm/hr <= I < 15 mm/hr), con pendiente (30% <= PEN < 50%) y tirantes de niveles de agua (2,2m< Y <= 3,3m) | 0,079 ≤ P < 0,146 | Medio |
Zonas de arbustos sin follaje en terreno limpio (n > 0,060), con cercanía al cauce (D > 300 m), con intensidad de lluvia débil (I < 2 mm/hr), con pendiente (PEN > 50%) y tirantes de niveles de agua (1,1m< Y <= 2,2m) | 0,042 ≤ P < 0,079 | Bajo |
Descripción | Rango | Nivel |
---|---|---|
La superficie del río tiene orillas rectas, fondo uniforme, algo de vegetación (n<0,035), con cercanía al cauce (D < 80 m), con intensidad de lluvia muy fuerte (I > 30 mm/hr) con pendiente (PEN < 12%); y tirantes de niveles de agua (5,6m< Y <= 6,62m) | 0,270 ≤ P < 0,464 | Muy alto |
Áreas con intervención antrópica, zona urbana (0,035 < n < 0,040), con cercanía al cauce (80 m <= D < 150 m), con intensidad de lluvia fuerte (15 mm/hr <= I < 30 mm/hr), con pendiente (12% <= PEN < 30%) y tirantes de niveles de agua (4,2m< Y <= 5,6m) | 0,146 ≤ P < 0,270 | Alto |
Zonas cultivadas, cultivos sembrados (0,040 < n < 0,060), con cercanía al cauce (150 m <= D < 300 m), con intensidad de lluvia moderada (2 mm/hr <= I < 15 mm/hr), con pendiente (30% <= PEN < 50%) y tirantes de niveles de agua (2,8m< Y <= 4,2m) | 0,079 ≤ P < 0,146 | Medio |
Zonas de arbustos sin follaje en terreno limpio (n > 0,060), con cercanía al cauce (D > 300 m), con intensidad de lluvia débil (I < 2 mm/hr), con pendiente (PEN > 50%) y tirantes de niveles de agua (1,4m< Y <= 2,8m) | 0,042 ≤ P < 0,079 | Bajo |
Considerando la estratificación del peligro y mediante una superposición de los mapas de factores condicionantes, desencadenantes y magnitud, se obtiene el mapa final de peligro de inundación para los tres periodos de retorno (ver figura 7, figura 8 y figura 9).
CONCLUSIONES
El área con peligro alto de inundación para 50 años ubicada aguas arriba del puente Písac, no llega a sobrepasar la defensa ribereña, asimismo, aguas abajo del puente Písac las áreas con peligro alto sí muestran perjuicio a 34 viviendas solo en la margen derecha.
El área con peligro de inundación alto para 100 años, afecta a gran parte de la ciudad de Písac, especialmente aguas abajo del puente Písac, en la margen derecha. Dentro de esta área afectada, actualmente se encuentran centros artesanales, 165 viviendas, la carretera Písac-Calca en 300 metros y un área de 11,59 ha de cultivos.
El área con peligro de inundación alto para 500 años, incluye el campo deportivo, 342 viviendas, un centro educativo, un centro de salud, el puente Písac, la comisaria PNP de Písac, la carretera Písac-Calca en 850 metros aproximadamente y un área de 15,72 ha de cultivos.
El centro poblado de Písac, se encuentra en peligro alto ante inundaciones, lo que implicaría pérdidas sociales, económicas y ambientales, por lo que se hace necesaria la implementación de medidas estructurales y no estructurales para prevenir pérdidas.