ALFA. Revista de
Investigación en Ciencias Agronómicas y Veterinarias
Mayo-agosto 2024 / Volumen 8, Número 23
ISSN: 2664-0902 / ISSN-L: 2664-0902
https://revistaalfa.org
pp. 610 - 621
Modelamiento hidráulico para evaluar impactos
ambientales de variaciones en la intensidad de lluvias en Trujillo, Perú
Hydraulic Modeling of
Rainfall Intensity Impacts, Trujillo Perú
Modelagem Hidráulica dos Impactos da Intensidade
da Chuva, Trujillo Perú
Dante Alexander Farroñay Diaz
n00201759@upn.pe
https://orcid.org/0009-0002-7471-4818
Jean Carlos Escurra Lagos
jean.escurra@upn.pe
https://orcid.org/0000-0003-2730-8323
Universidad Privada del Norte. Lima, Perú
Artículo recibido
20 de marzo 2024 | Aceptado 23 de abril 2024 | Publicado 2 de mayo 2024
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https://doi.org/10.33996/revistaalfa.v8i23.289
RESUMEN
Durante los años 2017
y 2024, las lluvias desproporcionadas han sido más frecuentes debido al
sobrecalentamiento de la Tierra y al cambio climático, lo que ha resultado en
pérdidas económicas y sociales significativas. Por tanto, es importante los
modelamientos hidráulicos para comprender y planificar acciones que permitan
mitigar los impactos de estos desastres naturales. El presente artículo de investigación
se enfocó en el diseño de un modelamiento hidráulico para evaluar los impactos
ambientales ocasionados por las variaciones en la intensidad de la lluvia en
Trujillo. Se emplearon datos históricos de intensidad de lluvias y datos
georreferenciados, junto con el uso de softwares especializados, para crear un
modelo que pueda ser utilizado en futuros proyectos o estudios de impacto
ambiental. Este reporte de caso resalta la necesidad de metodologías avanzadas
para la prevención y gestión de inundaciones, subrayando la relevancia de la
planificación y el análisis técnico en la mitigación de riesgos asociados a
eventos climáticos extremos.
Palabras clave:
Modelamiento hidráulico; Inundaciones; Cambio climático; Prevención de
desastres; Gestión ambiental
ABSTRACT
During 2017 and 2024, disproportionate rainfall has become more frequent
due to global overheating and climate change, resulting in significant economic
and social losses. Therefore, hydraulic modeling is important to understand and
plan actions to mitigate the impacts of these natural disasters. This research
article focused on the design of a hydraulic model to evaluate the
environmental impacts caused by variations in rainfall intensity in Trujillo.
Historical rainfall intensity data and geo-referenced data, along with the use
of specialized software, were used to create a model that can be used in future
projects or environmental impact studies. This case report highlights the need
for advanced methodologies for flood prevention and management, underlining the
relevance of planning and technical analysis in the mitigation of risks
associated with extreme weather events.
Key words: Hydraulic modeling;
Floods; Climate change; Disaster prevention; Environmental management
Durante 2017 e 2024,
a precipitação desproporcionada tornou-se mais frequente devido ao aquecimento
global e às alterações climáticas, resultando em perdas económicas e sociais
significativas. Por conseguinte, a modelação hidráulica é importante para compreender
e planear acções para mitigar os impactos destas catástrofes naturais. Este
artigo de investigação centrou-se na conceção de uma modelação hidráulica para
avaliar os impactos ambientais causados pelas variações da intensidade da
precipitação em Trujillo. Os dados históricos de intensidade de precipitação e
os dados geo-referenciados, juntamente com a utilização de software
especializado, foram utilizados para criar um modelo que pode ser utilizado em
futuros projectos ou estudos de impacto ambiental. Este relatório de caso
destaca a necessidade de metodologias avançadas para a prevenção e gestão de
inundações, sublinhando a relevância do planeamento e da análise técnica na
mitigação dos riscos associados a eventos climáticos extremos.
Palavras-Chave:
Modelagem hidráulica; Inundações; Mudanças climáticas; Prevenção de desastres;
Gestão ambiental
INTRODUCCIÓN
En la provincia de Trujillo, ubicada en la
región de La Libertad, Perú, se ha registrado un aumento significativo en la
intensidad de las lluvias en la última decada. Este incremento en las
precipitaciones ha planteado desafíos considerables en términos de gestión
ambiental. El aumento en la intensidad de las lluvias ha incrementado la
vulnerabilidad de las infraestructuras urbanas y las áreas naturales a
inundaciones, erosión del suelo y degradación de la calidad del agua, fenómenos
exacerbados por el cambio climático en la costa peruana, especialmente en la
zona norte (1). Estos impactos negativos afectan tanto a los ecosistemas
locales como a la calidad de vida de la población, como se evidenció en el
distrito de La Esperanza, Trujillo, que sufrió daños significativos hace 7 años
durante los meses de febrero y marzo (2).
Diversas investigaciones han abordado esta
problemática, proporcionando una base sólida para justificar la utilidad de la
aplicación de modelos para la gestión de riesgos y desastres modelaron
hidrológicamente la quebrada San Idelfonso en Trujillo, sugiriendo soluciones
de enrutamiento de desbordes, lo que evidencia la importancia de tales modelos
en la planificación de infraestructura resiliente (3). Tambien (4) evaluó el
riesgo de inundación pluvial en Casa Grande, concluyendo que las probabilidades
de impacto varían de bajo a muy alto riesgo no mitigable, destacando la necesidad
de modelos predictivos para anticipar y mitigar desastres. Igualmente, Chiroque
(5) analizó la susceptibilidad a inundaciones en Chiclayo, recomendando medidas
preventivas que podrían ser implementadas eficazmente con el apoyo de
modelamientos hidrológicos. Además, Valdabenito (6) y Torres (7), realizaron
modelamientos hidráulicos en diferentes regiones, utilizando herramientas
avanzadas como Hec-Ras y ArcGIS, demostrando cómo estos modelos pueden evaluar
y prever los peligros de inundación, permitiendo una gestión de riesgos más
proactiva y eficaz. Estas investigaciones subrayan la relevancia de aplicar
modelos hidrológicos e hidráulicos para una gestión integral y efectiva de
riesgos y desastres ambientales.
El presente trabajo se propuso diseñar un modelamiento
hidráulico específico para la provincia de Trujillo con el objetivo de evaluar
los impactos ambientales causados por las variaciones en la intensidad de las
lluvias. Los principales objetivos de este estudio incluyen analizar datos
históricos de variación de intensidad de lluvias, identificar áreas
vulnerables, realizar un modelamiento hidráulico para escorrentías de lluvia y
proponer soluciones ante eventos desafortunados.
La importancia de este trabajo radica en la
necesidad de una comprensión profunda de los impactos ambientales generados por
las variaciones de las lluvias, lo que permitirá una gestión más efectiva de
los eventos climáticos extremos. Teóricamente, se enmarca en el contexto del
cambio climático global, y a nivel práctico, contribuirá al diseño de
infraestructura adecuada y a la toma de decisiones informadas para mitigar
riesgos. La elección de software técnico, datos meteorológicos y topográficos
actualizados garantizar la precisión y relevancia del modelo hidráulico para la
provincia de Trujillo.
MATERIALES Y MÉTODOS
Este estudio se enmarca como una investigación
aplicada y descriptiva según lo definido por Murillo (8) y Guevara (9). La
investigación aplicada se centra en la aplicación práctica de conocimientos
existentes y la generación de nuevos conocimientos mediante la investigación
empírica, mientras que la investigación descriptiva tiene como objetivo
describir con precisión las acciones, costumbres y actitudes actuales para
comprender las circunstancias y fenómenos relevantes. El diseño del estudio es
no experimental, utilizando datos de experiencias directas no manipuladas.
La población estudiada corresponde a la zona de
la provincia de Trujillo, específicamente representada en formatos
georreferenciados como raster, DEM, curvas de nivel, entre otros. La muestra se
focaliza en un punto específico ubicado en el río Moche, con coordenadas UTM de
737375.70 m E y 9110233.46 m S, a una elevación aproximada de 257 m.
Los datos históricos de variación de intensidad de
lluvias abarcan el período de 1982 a 2023, recalibrados al datum WGS
84-17s-32717 actualizado mediante fuentes como visores climáticos e informes de
evaluación de datos nacionales. La recolección de datos se llevó a cabo
mediante técnicas de observación y análisis documental, verificando fuentes
documentales de acceso público, incluyendo páginas gubernamentales a nivel
nacional, regional y municipal que proporcionaron las variables críticas para
el estudio. Los instrumentos empleados fueron el diario de campo para registrar
observaciones directas, la guía de observación para sistematizar las
observaciones específicas en terreno, y la guía de análisis documental para
estructurar la revisión sistemática de informes técnicos y datos relevantes.
El procedimiento de recolección de datos incluyó
la identificación de portales de fuentes georreferenciadas nacionales y la
descarga de archivos de información (DEM, raster, Shapefile, KML, curvas de
nivel) siguiendo criterios de inclusión. Los datos fueron georreferenciados e
interpolados al datum WGS 84 17S para minimizar el margen de error a menos de
50 metros. Se delimitó la provincia de Trujillo y se estimó el área de riesgo
ante variaciones de intensidad de lluvias en QGIS, además de realizar
simulaciones en escala de colores utilizando curvas de nivel obtenidas de
Google Earth Pro.
Para la modelación hidráulica, se procedió con
el corte del área seleccionada para la simulación en Iber, estimando el caudal
máximo en metros cúbicos por hora. Se plantearon estructuras para posibles
escenarios de inundación utilizando Sketchup Pro 2022. La validación de los
resultados se realizó con software técnico reconocido como QGIS, Iber, Google
Earth Pro y Sketchup Pro 2022, con la colaboración de expertos del área de
Ingeniería Ambiental de la Universidad Privada del Norte para garantizar la
fiabilidad de la información y metodología empleada.
Durante la preparación del trabajo se
consideraron aspectos éticos que incluyen la responsabilidad social mediante la
investigación, el respeto a la integridad intelectual citando a los autores
pertinentes, la veracidad en la presentación de datos reales, la honestidad y
transparencia en la elaboración del trabajo, y el respeto al medio ambiente y
la vida al evitar cualquier perjuicio a personas, animales o ecosistemas.
Esta metodología proporciona un marco riguroso
para la investigación y análisis de los impactos ambientales de las variaciones
en la intensidad de las lluvias en la provincia de Trujillo, asegurando la
precisión y relevancia de los resultados obtenidos.
RESULTADOS
La provincia de Trujillo, ubicada en la zona
norte de Perú, abarca un área de 1779 km² y tiene una población de 1.01
millones de habitantes, de los cuales el 48% son mujeres y el 52% son hombres,
según datos del INEI de 2021. Esta región presenta cuencas hidrográficas
significativas, como el río Moche, que desemboca en el océano Pacífico.
Coordenadas geográficas de Trujillo, Perú, en
grados decimales. La latitud de Trujillo es de -8.1159900° y la longitud es de -79.0299800°. Teniendo como muestra
de referencia la ubicación del trabajo (10).
En el siguiente informe, se revela que durante
el mes de mayo se observan anomalías acumuladas de lluvia, especialmente
durante los veranos (enero a marzo) de años extraordinarios como 1982 y 1998,
así como durante los eventos del Niño Costero entre 2017 y 2023. Estos datos
posicionan a la provincia de Trujillo como una "área húmeda"
vulnerable a variaciones significativas en las precipitaciones.
Figura 1.
Acumulación de Lluvias enero a marzo desde 1982 a 2023. SENAMHI (11)
El análisis de datos históricos de lluvias
mensuales, utilizando los índices C y E, muestra variaciones en la intensidad
de las precipitaciones. El índice C se refiere al calentamiento en el Pacífico
central, mientras que el índice E se refiere al Pacífico oriental. Estas
variaciones están relacionadas con excesos de lluvias en la región norte y
centro occidental de Perú. En las siguientes figuras, el color naranja indica
condiciones desfavorables de lluvia, mientras que el verde indica condiciones
favorables
Figura 2.
Nivel de Lluvias por Color en el Punto Fuente. SENAMHI (10)
En el Punto C se observa un incremento gradual de
la precipitación entre enero y marzo, siendo marzo el mes más lluvioso con un
promedio de 60 mm, mientras que enero registra la menor precipitación con un
promedio de 20 mm.
Figura 3.
Nivel de Lluvias por Color en el Punto E. SENAMHI (11)
En el Punto E se observa un incremento gradual
de la precipitación entre enero y marzo, siendo marzo el mes más lluvioso con
un promedio de 76 mm, mientras que enero registra la menor precipitación con un
promedio de 20 mm.
Desde 2017 hasta 2024, se ha observado un
aumento en la intensidad de las lluvias durante los meses de enero, febrero y
marzo. Esto se evidencia en los datos proporcionados por la estación climática
de Quiruvilca
Figura 4. Datos
de la Estación Climática de Quiruvilca. Análisis
de Datos y Recursos Estadísticos del Agua – ANDREA (12)
La Figura 4, está basada en datos y recursos
estadísticos del Agua (12), muestra dos periodos de análisis. Durante el
Periodo Azul (1980-1998), se registró un promedio de precipitaciones de 152.768
mm con una desviación estándar de 152.639, mientras que en el Periodo Amarillo
(1998-2017), el promedio de precipitaciones fue de 112.107 mm con una
desviación estándar de 86.547.
Esto indica que, aunque los años 1982 y 1998
registraron las lluvias más intensas, la variación en la intensidad de las
lluvias ha sido significativa en los meses de enero, febrero y marzo
Tabla 1: Estación Laredo Promedio mm/mes de
enero-febrero-marzo 2023
|
Año/mes |
Enero |
Febrero |
Marzo |
|
2023 |
0.0129 mm/mes |
0.0323 mm/mes |
1.2968 mm/mes |
Fuente:
SENAMHI (11)
La Tabla 1, muestra el aumento en la
variabilidad de las precipitaciones de enero a marzo de 2023, registrado por la
estación hidrometeorológica de Laredo en la provincia de Trujillo
Figura 5.
Mapa de Fisiografía y Clima en Base a la Hidrología
En la Figura 5, anterior podemos presentar la
fisiografía de la provincia de Trujillo y la interpolación de sus
características hidrológicas basadas en el clima de la última década. Estos
gráficos pueden variar según la naturaleza y otros factores.
Figura
6. Mapa de Riesgo
ante Variaciones de Lluvia
La Figura 6, delinea la zona de riesgo mediante
la interpolacion de rasters en QGIS, utilizando datos de visores nacionales. Se
identificó que el polígono en color negro delimita la zona vulnerable ante
cambios en la intensidad de las lluvias. Las redes hidrográficas de la
provincia de Trujillo se perfilan como soluciones viables para gestionar el
caudal, particularmente en las áreas de nivel medio y bajo, con el fin de
mitigar los efectos adverso.
Figura 7.
Modelación Hidráulica de Caudal Mayor – Iber
En la Figura 7, se presenta una simulación de
escorrentía fluvial/pluvial en una zona central de la provincia de Trujillo. El
caudal máximo registrado fue de 50 litros por segundo, equivalente a 180 metros
cúbicos por hora (13). La simulación indica que el río Moche puede gestionar
este caudal, y se recomienda la construcción de presas pequeñas en puntos
estratégicos para controlar los caudales en las entidades hídricas mayores.
Este estudio tiene como objetivo la prevención de riesgos y la gestión efectiva
de eventos extremos
Figura
8. Presa de
Simulación-Sketchu
La Figura 8, representa la propuesta de
construir presas para mitigar los impactos ambientales causados por las variaciones
en la intensidad de las lluvias, es crucial determinar la ubicación óptima de
estas estructuras. Las presas deben ser estratégicamente ubicadas en áreas de
acumulación natural de agua, como lagunas, lagos y quebradas, donde puedan
captar y regular eficazmente el caudal durante períodos de lluvias intensas. La
cantidad y distribución de las presas dependerán del análisis hidrológico
específico de la región, considerando factores como la topografía, el flujo de
agua y las áreas vulnerables a inundaciones, asegurando así una gestión
efectiva de riesgos y una protección ambiental adecuada
Figura 9.
Alcantarillado para Lluvias de Simulación - Sketchup
La Figura 9, muestra una propuesta de
alcantarillado para lluvias diseñado para centros poblados y ciudades, con un
sistema de drenaje planificado para desembocar en el río Moche. Este diseño
tiene como objetivo evitar la acumulación de agua pluvial y fluvial en los
distritos poblados de la provincia de Trujillo
DISCUSIÓN
Respecto al análisis de datos de variación de
intensidad de lluvias en la provincia de Trujillo, los informes de
investigación han destacado la importancia de monitorear continuamente los
eventos climatológicos, especialmente la lluvia, para anticipar futuros sucesos
(10-12). Según SENAMHI (10), la provincia de Trujillo se caracteriza por ser
extremadamente húmeda y susceptible a cambios en la intensidad de la lluvia,
especialmente entre los meses de enero a marzo, como se evidencia en los
registros históricos de 1982-1998 y 2017-2023. ANA (11), complementa estos
hallazgos al confirmar que en la estación de Quiruvilca, los mismos meses
presentan la mayor variabilidad en la intensidad de las lluvias, medida en
términos de desviación estándar y acumulación en milímetros. Sin embargo, se
identificaron limitaciones relacionadas con datos desactualizados debido a la
falta o mal funcionamiento de estaciones automáticas en la región, lo que
sugiere la necesidad de mejorar la infraestructura de monitoreo para una
gestión más precisa y oportuna de eventos climáticos extremos en la provincia.
Para la identificación de áreas vulnerables a
intensas lluvias, tomando en cuenta a CENEPRED (2) y Chiroque (5), destacan la
importancia de elaborar mapas georreferenciados para ubicar y estimar zonas de
riesgo por intensidad de lluvias, ya sea mediante datos numéricos o escalas de
colores. El uso de software como QGIS permitió delimitar polígonos y aproximar
zonas expuestas a cambios en la intensidad de lluvias. Las limitaciones
incluyeron la data expuesta en la web para el levantamiento geográfico, ya que
no se pudo realizar un proyecto de campo debido a la escala de la zona y a
restricciones económicas.
En cuanto a la modelación hidráulica Torres (7),
plantea en su investigación se afirma la relevancia del uso de programas de
modelación hidrológica y las herramientas que brindan los software y bases de
datos vectoriales para exposiciones geográficas propuestas para la modelación
hidráulica. En este trabajo, el software Iber proporcionó la modelación final.
El estudio estuvo limitado a la elaboración del modelamiento hidráulico
mediante medios externos, utilizando los programas QGIS, Google Earth Pro e
Iber. La información geográfica obtenida de la web también fue una limitación,
ya que no se llevó a cabo un proyecto de campo a escala de la zona de estudio
debido a restricciones económicas. Otro impedimento fue la falta de estaciones
hidrometeorológicas en Perú. Por consiguiente, los datos obtenidos son
aproximados, dado lo complejo que es detallar fenómenos naturales como la
lluvia y otros factores involucrados.
Por último, se discuten las ideas de solución
ante eventos desafortunados por variaciones de lluvias. Tomando en cuenta la
investigación de Anticona (3), donde se propone un enrutamiento hacia el río
Moche para la problemática del desborde de la Quebrada San Idelfonso debido a
las lluvias. Sin embargo, no se consideró que el caudal máximo que puede
soportar el río Moche es de 180 metros cúbicos/hora, lo cual descarta
enrutamientos de fuentes de agua mayores a esta cantidad. Por ello, se propone
la construcción de presas en áreas aledañas a quebradas, lagunas y otros
cuerpos de agua. Para las zonas pobladas, se propone la instalación de
alcantarillados para lluvias o imbornales, que desembocarían en el río Moche,
con el fin de evitar acumulaciones de agua pluvial y fluvial en los distritos
poblados de la provincia de Trujillo. Las limitaciones en estas ideas de solución
incluyen la complejidad de las zonas donde se podrían implementar, resultando
en solo un boceto de lo que se quiere lograr.
CONCLUSIONES
La hipótesis previamente establecida no es
rechazada, dado que se logró desarrollar el modelamiento hidráulico en la zona
delimitada, y se estima que podría proporcionar apoyo para investigaciones
futuras orientadas hacia una evaluación de impacto ambiental.
Se logró analizar los datos históricos de
variaciones de intensidad de lluvias en la provincia de Trujillo, concluyendo
que, en los meses de enero a marzo, ocurre el mayor índice de lluvias, siendo
registrado el año actual 2023 con un mínimo de 0.0129 mm/mes y un máximo de
1.2968 mm/mes.
Se identificaron las áreas vulnerables a
variaciones de intensidad de lluvias intensas, como se muestra en la figura
N°8, donde se diferencia con un polígono de borde negro la zona más propensa a
cambios en la intensidad de lluvias.
Se logró la modelación hidráulica del área
seleccionada para escorrentías de lluvia, obteniéndose un caudal máximo
registrado de 180 metros cúbicos/hora. Se propusieron ideas de solución para
mitigar los impactos ambientales generados por variaciones en la intensidad de
lluvias. Estas incluyen la construcción de presas en zonas de lagunas, lagos y
quebradas, y la elaboración de alcantarillados para lluvias o imbornales en los
centros poblados y ciudades, con el objetivo de evitar eventos desafortunados
causados por las lluvias.
CONFLICTO DE INTERESES.
Los autores declaran que no existe conflicto de intereses
para la publicación del presente artículo científico.
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