Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas D-1

Descripción del índice del potencial de crecidas repentinas (FFPI)

En el oeste de los Estados Unidos, las crecidas repentinas frecuentemente ocurren en áreas de cañones con cuencas de drenaje muy pequeñas y son producto de tormentas aisladas. En distancias cortas, las características del suelo cambian significativamente entre áreas donde las crecidas repentinas son poco probables y áreas donde siempre existe la amenaza de crecidas repentinas sin importar el historial reciente de lluvias.

En el (mayormente) árido oeste, los esfuerzos por determinar con precisión la amenaza de crecidas repentinas para cada cuenca (y celda de la malla) se ven actualmente dificultados por el estado de desarrollo de los modelos distribuidos, como se indicó en el Capítulo 5 y también por valores no representativos de la guía de crecidas repentinas (FFG) para áreas con características geográficas bastante variables. En estas áreas, se considera que los valores de FFG son demasiado altos como resultado de valores de ThreshR cuestionables. Esto puede deberse a supuestos incorrectos de frecuencia de retorno (mediciones del intervalo promedio entre crecidas de determinada dimensión), resultados cuestionables de hidrogramas unitarios o datos de baja resolución del modelo digital de elevación (MDE).

La FFG toma en consideración las propiedades de la lluvia de una tormenta (intensidad, volumen, ubicación) y las propiedades de la escorrentía (tránsito de avenidas, volumen, momento) pero no contempla totalmente los parámetros geográficos (pendiente, vegetación, suelos, uso de suelos) que contribuyen a la amenaza de crecidas repentinas para una cuenca en particular. Actualmente, la tecnología de radar es una de las principales fuentes de información de crecidas repentinas en el oeste. La precipitación estimada por el radar es colocada en mapas de cuencas pequeñas por el sistema de Monitorización y Predicción de Crecidas Repentinas (Flash Flood Monitoring and Prediction, FFMP). Estas cuencas son entonces codificadas por colores para indicar la precipitación estimada y el potencial de crecidas repentinas. El factor desconocido en este proceso son las características de esas cuencas codificadas por colores. Diferentes intensidades de lluvia pueden causar variaciones en las dimensiones de las crecidas repentinas dependiendo de las características de las cuencas. El FFMP sobrepone mapas de precipitación en las cuencas cuyas características hidrológicas son desconocidas para el pronosticador. ¿Tienen las cuencas grandes cantidades de superficies impermeables? ¿Están desnudas de vegetación o están más bien cubiertas de bosques frondosos? ¿Tienen laderas/terrenos escarpados o son más bien planas? ¿Han sido alteradas las características hidrológicas de una cuenca por incendios forestales? Las respuestas a estas preguntas son críticas en el proceso de análisis para emitir una alerta de crecida repentina.

Apéndice D

Apéndice D: Descripción del índice del potencial de crecidas repentinas (FFPI)

D-2 Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas

Un abordaje para determinar una amenaza significativa de crecida repentina para cuencas con parámetros geográficos altamente variables es el Índice del Potencial de Crecidas Repentinas (Flash Flood Potential Index, FFPI) desarrollado por la Región Oeste del National Weather Service. El abordaje del FFPI se enfoca en tres preguntas:

4 ¿Se pueden identificar las propiedades fisiográficas que hacen a un área susceptible a crecidas repentinas?

4 ¿Cuáles cambios en estas características y propiedades aumentan o reducen la susceptibilidad de un área a las crecidas repentinas?

4 ¿Pueden las áreas susceptibles a crecidas repentinas ser identificadas, en relación con las otras, con base únicamente en estas propiedades?

Como indicó Smith (2003) varios factores fisiográficos que contribuyen a la posibilidad de una crecida repentina ocurren en cualquier área de drenaje. La textura y la estructura del suelo son importantes para determinar las características de retención de agua e infiltración. La pendiente y la geometría de la cuenca determinan comportamientos como la velocidad y la concentración de la escorrentía. La vegetación y el dosel del bosque afectan la intercepción de la precipitación. Las prácticas de uso de suelo, en particular la urbanización, pueden tener un rol significativo en la infiltración de agua, la concentración y el comportamiento de la escorrentía. En conjunto, estas características algo estáticas pueden ofrecer información acerca de la respuesta hidrológica y el potencial de crecida repentina inherente a un área específica. Sin embargo, al cambiar otras características, el potencial de crecida repentina podría adquirir aspectos más dinámicos. Por ejemplo, cambios en la vegetación o variaciones estacionales en un bosque caducifolio podrían aumentar o reducir la respuesta hidrológica asociada con eventos de lluvia similares. Tal vez el efecto más significativo es el de un incendio forestal, donde se podría formar una capa de suelo hidrofóbico, impermeable a la infiltración de agua, debido a la quema del material orgánico. En este caso, el potencial de crecida repentina podría aumentar de forma dramática dependiendo del evento.

Un FFPI estático fue derivado para cada cuenca en el oeste de Estados Unidos utilizando álgebra de mapas SIG en cuatro conjuntos de datos de malla (compuestos de pixeles, ej., mapas de bits) vinculados a la respuesta hidrológica y remuestreados a una malla algo gruesa de 400 metros:

4 Malla de porcentaje de pendiente (factor de pendiente del terreno)

4 Malla de volumen de roca (porcentaje de fragmentos de roca – afecta la infiltración)

4 Malla de suelo fraccionado (porcentaje de arcilla, arena, etc.)

4 Malla de densidad forestal

Apéndice D: Descripción del índice del potencial de crecidas repentinas (FFPI)

Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas D-3

Las mallas de pendiente provienen del conjunto de datos del Modelo Digital de Elevación (MDE) del USGS. Las mallas de roca y suelo se originan de la Base de Datos Geográficos de Suelos de los Estados (State Soil Geographic Database, STATSGO) del Servicio Nacional de Conservación de Recursos (National Resources Conservation Service, NRCS), mientras que la malla forestal proviene del conjunto de datos del Radiómetro Avanzado de Muy Alta Resolución (Advanced Very High Resolution Radiometer, AVHRR) de NOAA. Los conjuntos de datos fueron todos georegistrados previo a su manipulación y remuestreados a una resolución consistente utilizando un método bilineal (vecino más cercano). Se asignó igual peso de ponderación a cada capa de datos y se asignaron indicadores de crecidas repentinas sin unidades (valores numéricos del 1 al 10). Sin información sobre eventos observados es difícil saber cómo ponderar cada capa. Hasta que se generen estas capas de datos observados, las capas de los insumos recibieron igual peso, con la excepción de la capa de pendiente. Esta capa recibió un peso ligeramente mayor que las otras debido a su influencia significativa sobre el desarrollo de crecidas repentinas. Se anticipa un esquema de ponderación más robusto cuando datos de eventos observados de crecida repentina sean incluidos en el análisis. Un ejemplo del FFPI relativo en el área del Río Virgin en el sur de Utah producido por el Centro de Pronósticos de la cuenca del Río Colorado del NWS en Salt Lake City, Utah, se muestra en la Figura D.1 de Smith (2002).

Figura D.1 Ejemplo del FFPI estático relativo para porciones del sur de Utah

NOAA/NWS

El software FFMP aprovecha la capacidad del algoritmo de precipitación del Radar Doppler WSR-88D NEXRAD de Reflectividad de Barrido Híbrido Digital para muestrear las cantidades e intensidades de lluvia a resolución fina (resolución de malla polar de 1 grado por 1 km) y el Estimador de Precipitación de Alta Resolución (High Resolution Precipitation Estimator, HPE) para estimar la lluvia con una resolución de malla de 1x1 Km. Esta precipitación sobre la malla es entonces convertida a Lluvia Promedio de la Cuenca (Average Basin Rainfall, ABR) para un conjunto de límites predefinidos de una cuenca. El FFPI intenta complementar la FFG por medio de la incorporación de información acerca del potencial relativo de crecidas repentinas de cada una de las cuencas del sistema FFMP. La FFG revisada resultará en mejores productos del FFMP.

ReferenciasSmith, Greg, (2002): Unpublished presentation at Severe Weather/Flash Flood Warning

Decision Making workshop, COMET Sep. 2002.

Smith, Greg, (2003): Flash Flood Potential: Determining the Hydrologic Response of FFMP Basins to Heavy Rain by Analyzing Their Physiographic Characteristics. A white paper available from the NWS Colorado Basin River Forecast Center web site at http://www.cbrfc.noaa.gov/papers/ffp_wpap.pdf, 11 pp